WO2011148907A1 - 電源装置 - Google Patents

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玉井　幹隆
勝弘 笹山
山口　昌男
賢一 森名
孝之 三野
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a large-capacity power supply device in which a plurality of battery packs are connected in parallel to increase output current.
  • a power supply device has been developed that increases the output current and capacity by connecting multiple battery packs in parallel. (See Patent Document 1).
  • the power supply device described in the publication of Patent Document 1 has a plurality of battery packs connected in parallel to increase the output capacity.
  • the battery packs connected in parallel form a battery block 92 by connecting a plurality of battery cells 91 in series.
  • the battery block 92 is connected to the output terminal 95 via a charge / discharge FET 94 that controls charge / discharge in order to prevent overcharge and overdischarge.
  • a charge / discharge FET 94 an FET for controlling the charge current and an FET for controlling the discharge current are connected in series.
  • Each FET is controlled by a control circuit 93 that detects the state of the battery block 92. When the charged battery block 92 is fully charged, the control circuit 93 switches over the FET that controls the charging current to prevent overcharging.
  • the FET for controlling the discharge current is switched off to prevent overdischarge.
  • 1 can increase the output capacity as a power supply device by connecting the output terminals 95 in parallel to each other. 1 is connected in parallel to a specific battery pack as a master battery pack, other battery packs as slave battery packs, and information on slave battery packs as master battery packs. Transmitting and preventing overcharging and overdischarging of the battery cells in a state where the battery packs are connected in parallel. When the battery block of any battery pack is overcharged or overdischarged, this power supply device switches the charge / discharge FET provided in each battery pack to OFF to overcharge the battery block. And prevent over-discharge.
  • the output terminal 95 is connected in parallel, the output terminal 95 is connected to a load, the battery block 92 is discharged, and the output terminal 95 is connected.
  • a battery charger 92 is connected to charge the battery block 92. That is, the output terminal 95 is used in combination with the charging terminal and discharging terminal of the battery block 92.
  • the power supply device having this structure when the discharge current becomes large, it is necessary to use an expensive FET that can withstand a large current as the charge / discharge FET 94, and the cost of the parts increases.
  • a power supply device in which a plurality of battery packs are connected in parallel to increase the output current is characterized by being able to discharge the load with a large current.
  • the peak value of the discharge current such as an electric motorcycle, etc. Is ideal for applications where the However, a battery pack that can be used for a high-current load needs to increase the current capacity of the charge / discharge FET, which increases the component cost.
  • the adverse effect is that a charging terminal 76 and a discharging terminal 75 are provided separately, and a battery block 72 is connected to the charging terminal 76 via a switching element 74 such as an FET.
  • a switching element 74 such as an FET.
  • the battery pack 70 having the circuit configuration of FIG. 2 can increase the output current by connecting the discharge terminals 75 in parallel. Further, the power supply device can charge the battery blocks 72 of all the battery packs 70 by connecting the charger 20 to the charging terminal 76 of the master battery pack 70 ⁇ / b> A to which the chargers 20 are connected. However, in this power supply device, the battery block 72 of the slave battery pack 70B to which the charger 20 is not connected bypasses the built-in switching element 74 and is connected to the charger 20 via the switching element 74 of the master battery pack 70A. Circuit configuration. The battery block 72 of the slave battery pack 70B charged in this state turns off the switching element 74 of the master battery pack 70A even if any of the battery cells 71 constituting the battery block 72 is overcharged.
  • this problem is caused by a circuit configuration in which a diode 87 is connected between the battery block 72 and the discharge terminal 75 and the charger 20 is connected to the charge terminal 76 of each battery pack 80 for charging.
  • the diode 87 blocks the charging current from flowing from the charger 20 connected to the master battery pack 80A to the battery block 72 of the slave battery pack 80B to which the charger 20 is not connected.
  • this power supply device needs to connect the charger 20 to the charging terminal 76 of each battery pack 80 in order to charge all the battery packs 80, there is a drawback that it takes time to charge the battery packs 80. .
  • this power supply device is provided with a high-current diode in the battery pack, there is a problem that the cost of parts increases and the power loss due to the voltage drop of the diode also increases. Furthermore, in order to dissipate the diode that generates heat when a large current flows, it is necessary to provide a radiator having a large heat dissipation area, which further increases the component cost.
  • the present invention has been developed for the purpose of further solving this drawback.
  • An important object of the present invention is that it can charge each battery block by connecting a charger to the charging terminal of one battery pack while omitting the large current diode connected to the discharging terminal to reduce the component cost. And it is providing the power supply device which can charge a battery pack, preventing the overcharge of the battery cell which comprises each battery block.
  • Another important object of the present invention is to charge one of the battery packs by charging while preventing overcharging of the battery cells constituting all the battery blocks with a switching element incorporated in the specific battery pack.
  • An object of the present invention is to provide a power supply device that can normally charge all battery blocks even if a switching element fails.
  • the power supply device of the present invention includes a plurality of battery packs 10 connected in parallel to each other and supplying power to a load.
  • Each battery pack 10 includes a battery block 2 formed by connecting a plurality of battery cells 1 in series, a detection circuit 3 that detects a charge stop state of each battery cell 1 and outputs a charge stop signal, and this detection A switching element 4 controlled to be turned on and off by the circuit 3, a discharge terminal 5 connected to the battery block 2 without a diode, a charging terminal 6 connected to the battery block 2 via the switching element 4, And a communication circuit 7 for transmitting a charge stop signal detected by the detection circuit 3 to the detection circuit 3 of another battery pack 10.
  • Each battery pack 10 connects the communication circuit 7 to each other, and connects the discharge terminals 5 in parallel without connecting the charge terminals 6 to each other.
  • the charging current of the charger 20 connected to the charging terminal 6 of the specific battery pack 10A passes through the switching element 4 of the battery pack 10A connected to the charger 20 and is connected in parallel. All the battery blocks 2 are charged by being supplied to the battery block 2 of another battery pack 10 ⁇ / b> B via the discharge terminal 5. Further, the power supply device outputs a charge stop signal when any one of the detection circuits 3 detects a charge stop state of the battery cell 1, and the output charge stop signal is transmitted via the communication circuit 7. Is transmitted to the detection circuit 3 of the battery pack 10A to which the charger 20 is connected, and the detection circuit 3 controls the switching element 4 to be OFF to stop charging.
  • the power supply device described above does not require the use of a large current diode with a large current capacity or a radiator with a large heat radiation area for cooling the diode, and can reduce the cost of components.
  • a charger is connected to the charging terminal of one battery pack, and while charging the battery blocks of all the battery packs, while preventing overcharging of the battery cells constituting each battery block, You can charge the battery pack.
  • the above power supply device uses a switching element built in the battery pack connected to the charger to charge all battery blocks without overcharging normally. Even if an element breaks down, all battery blocks can be charged normally. This is because all the battery packs can be charged by connecting the charger to the battery pack of the switching element that operates normally without connecting the charger to the battery pack in which the switching element has failed.
  • the battery constituting the battery cell 1 is a lithium ion battery
  • the detection circuit 3 can detect the voltage of the battery cell 1 to detect the charge stop state. Since the above power supply apparatus uses a lithium ion battery as the battery constituting the battery cell, it can detect the voltage of the battery cell and accurately detect the charge stop state. Therefore, each battery pack can be charged while preventing overcharging of all battery cells.
  • the battery cell 1 can connect a plurality of unit cells in parallel.
  • a plurality of unit cells are connected in parallel to form a battery cell, and further, this battery cell is connected in series to form a battery block, so that the maximum current that can be discharged by the battery block is large and the battery block Can increase the output of the battery pack.
  • the total capacity of the battery packs 10 connected in parallel with each other can be set to 1 KVA to 100 KVA. Since the total capacity of the power supply device described above is as extremely large as 1 KVA to 100 KVA, it can be optimally used for applications requiring high output such as electric motorcycles and electric vehicles.
  • the switching element 4 can be an FET.
  • the switching element since the switching element is an FET, the electric resistance in the ON state can be reduced and the battery block can be charged efficiently.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.
  • FIG. 4 shows a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply device shown in this figure includes a plurality of battery packs 10 connected in parallel to each other and supplying power to a load.
  • the power supply device of FIG. 4 has three sets of battery packs 10 connected in parallel.
  • the power supply device can increase the maximum current that can be output and increase the current capacity by increasing the number of battery packs 10 to be connected.
  • the power supply device of the present invention is most suitable for a high power source such as an electric motorcycle, a hybrid car, a plug-in hybrid car, an electric vehicle, an uninterruptible power supply, and the like.
  • the power supply device used as such a power supply adjusts the number of battery packs to be connected, so that the total capacity is 1 KVA to 100 KVA.
  • the power supply device of the present invention does not specify the total capacity, but adjusts the capacity of the battery pack itself or the number of battery packs connected in parallel to make it smaller or larger than the above total capacity. You can also.
  • Each battery pack 10 includes a battery block 2 in which a plurality of battery cells 1 are connected in series, a detection circuit 3 that detects a charge stop state of each battery cell 1 and outputs a charge stop signal, and this detection Switching element 4 controlled to be turned on and off by circuit 3, discharge terminal 5 connected to each battery block 2 without a diode, and charging terminal 6 connected to battery block 2 via switching element 4 And a communication circuit 7 for transmitting a charge stop signal detected by the detection circuit 3 to the detection circuit 3 of another battery pack 10.
  • the battery block 2 has battery cells 1 made of lithium ion batteries connected in series. However, any battery that can be charged, such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery, can be used for the battery block in place of the lithium ion battery.
  • a plurality of unit cells are connected in parallel to form a battery cell 1, and the battery cells 1 are connected in series. Since the output current of the battery block 2 is specified by the current capacity of the battery cell 1, the output current can be increased by connecting a large number of unit cells in parallel.
  • the battery block 2 can adjust an output voltage with the number of battery cells 1 connected in series, and can increase the output voltage by increasing the number of battery cells 1.
  • the detection circuit 3 detects an overcharge of the battery cell 1 constituting the battery block 2 and outputs a charge stop signal, and controls the switching element 4 by this charge stop signal.
  • the detection circuit 3 detects the overcharge by detecting the voltage of each battery cell 1. This is because when the battery cell 1 is overcharged, the voltage becomes higher than the maximum voltage.
  • the detection circuit 3 stores a maximum voltage for determining whether the battery cell 1 is overcharged. The detected voltage of the battery cell 1 is compared with the maximum voltage, and when the voltage of the battery cell 1 exceeds the maximum voltage, it is determined that the charging is stopped, and a charging stop signal is output.
  • the detection circuit 3 can also detect the temperature of each battery cell 1 and output a charge stop signal.
  • the detection circuit 3 switches the switching element 4 to OFF with a charge stop signal for charging.
  • the battery pack 10 using the switching element 4 as an FET inputs a charge stop signal output from the detection circuit 3 to the gate of the FET, and switches the switching element 4 from ON to OFF to stop charging the battery block 2. Furthermore, the detection circuit 3 transmits a charge stop signal to be detected to the detection circuits 3 of the other battery packs 10 via the communication circuit 7.
  • the battery pack 10 shown in the figure includes a communication terminal 8 connected to the communication circuit 7, and the detection circuit 3 of each battery pack 10 is connected via the communication terminal 8.
  • the detection circuit 3 also switches the switching element 4 from ON to OFF in response to a charge stop signal input from the communication circuit 7 of another battery pack 10.
  • the detection circuit 3 of the battery pack 10B to which the charger is not connected may output a charge stop signal.
  • This charge stop signal is input to the detection circuit 3 of the battery pack 10 ⁇ / b> A connected to the charger 20 via the communication circuit 7.
  • the detection circuit 3 that detects a charge stop signal input from another battery pack 10B switches the switching element 4 from ON to OFF also by this signal, and stops the charging of all the battery blocks 2. Therefore, the battery pack 10 turns the switching element 4 from ON to OFF not only by its own charge stop signal detected by the detection circuit 3 but also by a charge stop signal input from another battery pack 10 connected in parallel. Switch.
  • Switching element 4 is an FET that cuts off the charging current.
  • the switching element 4 of the FET is controlled to be turned on / off by a signal input from the detection circuit 3 to the gate.
  • a switching element such as a transistor or a relay can be used instead of the FET.
  • the switching element of the transistor is controlled to be turned on / off by a base input signal, and the switching element of the relay is turned on / off by controlling energization of the exciting coil. Therefore, the switching element of the transistor inputs the charge stop signal to the base and switches the transistor from ON to OFF, and the switching element of the relay stops the energization of the exciting coil by the charge stop signal and switches from ON to OFF. It is done.
  • the switching element 4 is held in the ON state when the battery block 2 is charged.
  • the FET switching element 4 is controlled to be in the ON state by controlling the gate voltage
  • the transistor switching element is controlled to be in the ON state by controlling the base current
  • the relay is energized in the exciting coil and is maintained in the ON state.
  • the discharge terminal 5 is directly connected to the battery block 2 without going through the diode or the switching element 4.
  • an overcurrent of the battery block 2 can be prevented by connecting an element that cuts off the current due to overcurrent, such as a fuse or a breaker, in series with the battery block. .
  • the charging terminal 6 is connected to the battery block 2 via the switching element 4.
  • the positive charging terminal 6 is connected to the positive side of the battery block 2 via the switching element 4.
  • the switching element can also be connected to the charging terminal and the negative side of the battery block.
  • the communication circuit 7 transmits the charge stop signal output from the detection circuit 3 to the detection circuit 3 of another battery pack 10 connected in parallel to each other, and outputs from the detection circuit 3 of another battery pack 10.
  • the bidirectional communication circuit 7 inputs a charge stop signal to the detection circuit 3.
  • the power supply device of FIG. 4 allows the charging current of the charger 20 connected to the charging terminal 6 of the specific battery pack 10A to pass through the switching element 4 of the battery pack 10A connected to the charger 20 in parallel.
  • the battery block 2 of another battery pack 10B is supplied through the connected discharge terminal 5 to charge all the battery blocks 2. Therefore, this power supply device connects the charger 20 to the charging terminal 6 of one battery pack 10 to charge the battery blocks 2 of all the battery packs 10.
  • the switching element 4 When any one of the detection circuits 3 detects the charge stop state of the battery cell 1 with all the battery packs 10 charged, the switching element 4 is switched from ON to OFF by the charge stop signal, and all the batteries are Charging of block 2 is stopped.
  • the detection circuit 3 of the battery pack 10A connected to the charger 20 outputs a charge stop signal
  • the switching element 4 of the battery pack 10A is switched to OFF by this signal.
  • the detection circuit 3 of the battery pack 10B not connected to the charger 20 detects the charge stop signal
  • the charge stop signal is detected via the communication circuit 7 in the detection circuit 3 of the battery pack 10A connected to the charger 20. Is transmitted.
  • the detection circuit 3 to which the charge stop signal is transmitted controls the switching element 4 to be OFF, and stops the charging of all the battery blocks 2.

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Abstract

　部品コストを低減しながら、ひとつの電池パックに接続する充電器で各々の電池ブロックを充電し、しかも電池セルの過充電を防止する、電源装置。　電源装置は、複数の電池パック１０を並列に接続している。各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を備える電池ブロック２と、各電池セル１の充電停止状態を検出する検出回路３と、電池ブロック２に接続してなる放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続してなる充電端子６と、通信回路７とを備えている。各々の電池パック１０は、互いに通信回路７を接続して、充電端子６を互いに接続することなく、放電端子５を並列に接続している。電源装置は、いずれかの検出回路３が充電停止状態を検出すると、通信回路７を介して、充電器２０を接続してなる電池パック１０Ａの検出回路３に充電停止信号を伝送し、この検出回路３がスイッチング素子４をＯＦＦに制御して充電を停止する。

Description

電源装置
　本発明は、複数の電池パックを並列に接続して出力電流を大きくしてなる大容量の電源装置に関する。
　複数の電池パックを並列に接続して出力電流と容量を大きくする電源装置は開発されている。（特許文献１参照）。
　特許文献１の公報に記載される電源装置は、複数の電池パックを並列に接続して出力容量を大きくしている。並列接続される電池パックは、図１に示すように、複数の電池セル９１を直列に接続して電池ブロック９２としている。電池ブロック９２は、過充電や過放電を防止するために、充放電を制御する充放電用ＦＥＴ９４を介して出力端子９５に接続している。充放電用ＦＥＴ９４は、充電電流をコントロールするＦＥＴと、放電電流をコントロールするＦＥＴを直列に接続している。各々のＦＥＴは、電池ブロック９２の状態を検出する制御回路９３で制御している。制御回路９３は、充電されている電池ブロック９２が満充電になると、充電電流をコントロールするＦＥＴをＯＦＦに切り換えて過充電を防止する。また、放電している電池ブロック９２が完全に放電されると、放電電流を制御するＦＥＴをＯＦＦに切り換えて、過放電を防止する。
　図１の回路構成の電池パック９０は、出力端子９５を互いに並列に接続して、電源装置としての出力容量を大きくできる。図１の回路構成の電池パック９０を並列に接続している電源装置は、特定の電池パックをマスタ電池パックとし、他の電池パックをスレーブ電池パックとして、スレーブ電池パックの情報をマスタ電池パックに伝送して、各々の電池パックを並列に接続する状態で、電池セルの過充電や過放電を防止する。この電源装置は、いずれかの電池パックの電池ブロックが過充電され、あるいは過放電される状態になると、各々の電池パックに設けている充放電用ＦＥＴをＯＦＦに切り換えて、電池ブロックの過充電や過放電を防止する。
特開２０００－２９４２９８号公報
　図１の回路構成の電池パック９０を並列に接続している電源装置は、出力端子９５を並列に接続して、出力端子９５を負荷に接続して電池ブロック９２を放電し、また、出力端子９５に充電器を接続して電池ブロック９２を充電する。すなわち、出力端子９５は電池ブロック９２の充電端子と、放電端子に併用される。この構造の電源装置は、放電電流が大きくなると、充放電用ＦＥＴ９４に大電流に耐える高価なＦＥＴを使用する必要があって、部品コストが高くなる。とくに、複数の電池パックを並列に接続して出力電流を大きくしている電源装置は、負荷に大きな電流で放電できることが特徴であるから、たとえば、電動バイク等のように、放電電流のピーク値が極めて大きい用途に最適である。ただ、大電流の負荷に使用できる電池パックは、充放電用ＦＥＴの電流容量を大きくする必要があって、部品コストが高くなる。
　この弊害は、図２に示すように、充電端子７６と放電端子７５とを別々に設けて、充電端子７６にはＦＥＴなどのスイッチング素子７４を介して電池ブロック７２を接続し、放電端子７５を直接に電池ブロック７２に接続する回路構成で解消できる。この電池パック７０は、放電電流を制御する大電流のＦＥＴを設けないので、部品コストを低減しながら、大きな電流で安定して放電できる特徴がある。
　図２の回路構成の電池パック７０は、放電端子７５を並列に接続して出力電流を大きくできる。また、この電源装置は、充電器２０を接続するマスタ電池パック７０Ａの充電端子７６に充電器２０を接続して、全ての電池パック７０の電池ブロック７２を充電できる。しかしながら、この電源装置は、充電器２０の接続されないスレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２が、内蔵するスイッチング素子７４をバイパスして、マスタ電池パック７０Ａのスイッチング素子７４を介して充電器２０に接続される回路構成となる。この状態で充電されるスレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２は、電池ブロック７２を構成するいずれかの電池セル７１が過充電される状態になっても、マスタ電池パック７０Ａのスイッチング素子７４をＯＦＦに切り換えできない。スレーブ電池パック７０Ｂが、電池ブロック７２の過充電を検出する検出回路７３で、マスタ電池パック７０Ａに内蔵されるスイッチング素子７４を制御できないからである。このため、スレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２を正常な状態で充電できなくなる弊害が発生する。
　この弊害は、図３に示すように、電池ブロック７２と放電端子７５との間にダイオード８７を接続し、各々の電池パック８０の充電端子７６に充電器２０を接続して充電する回路構成で解消できる。このダイオード８７は、充電器２０の接続されないスレーブ電池パック８０Ｂの電池ブロック７２に、マスタ電池パック８０Ａに接続している充電器２０から充電電流が流れるのを遮断する。しかしながら、この電源装置は、全ての電池パック８０を充電するために、各々の電池パック８０の充電端子７６に充電器２０を接続する必要があるので、電池パック８０の充電に手間かかる欠点がある。
　さらに、この電源装置は、電池パックに大電流のダイオードを設けるので、部品コストが高くなると共に、ダイオードの電圧降下による電力損失も大きくなる弊害がある。さらに、大きな電流が流れて発熱するダイオードを放熱するために、放熱面積の大きい放熱器を設ける必要があって、さらに部品コストが高くなる欠点もある。
　本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、放電端子に接続する大電流のダイオードを省略して部品コストを低減しながら、ひとつの電池パックの充電端子に充電器を接続して、各々の電池ブロックを充電でき、しかも、各々の電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら電池パックを充電できる電源装置を提供することにある。
　さらにまた、本発明の他の大切な目的は、特定の電池パックに内蔵するスイッチング素子で全ての電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら充電することで、いずれかの電池パックのスイッチング素子が故障しても、全ての電池ブロックを正常に充電できる電源装置を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
　本発明の電源装置は、互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック１０を備えている。各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を直列に接続してなる電池ブロック２と、各々の電池セル１の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路３と、この検出回路３でオンオフに制御されるスイッチング素子４と、電池ブロック２にダイオードを介することなく接続してなる放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続してなる充電端子６と、検出回路３で検出される充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３に伝送する通信回路７とを備えている。各々の電池パック１０は、互いに通信回路７を接続して、充電端子６を互いに接続することなく、放電端子５を並列に接続している。電源装置は、特定の電池パック１０Ａの充電端子６に接続される充電器２０の充電電流が、充電器２０を接続している電池パック１０Ａのスイッチング素子４を通過して、並列に接続してなる放電端子５を介して別の電池パック１０Ｂの電池ブロック２に供給されて、全ての電池ブロック２が充電される。さらに、電源装置は、いずれかの検出回路３が電池セル１の充電停止状態を検出する状態で、この検出回路３が充電停止信号を出力し、出力される充電停止信号が通信回路７を介して充電器２０を接続してなる電池パック１０Ａの検出回路３に伝送され、この検出回路３がスイッチング素子４をＯＦＦに制御して充電を停止する。
　以上の電源装置は、電流容量の大きな大電流ダイオードやこれを冷却する放熱面積の大きな放熱器を使用する必要がなく、部品コストを低減できる。また、ひとつの電池パックの充電端子に充電器を接続して、全ての電池パックの電池ブロックを充電しながら、しかも、各々の電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら、全ての電池パックを充電できる。それは、充電器を接続している電池パックのスイッチング素子で、全ての電池ブロックの充電を制御すると共に、各々の電池パックの電池ブロックを構成する電池セルの充電停止状態を検出して、充電器を接続している電池パックの検出回路に伝送し、この検出回路でもって、いずれかの電池ブロックの電池セルが充電停止状態になると、スイッチング素子をＯＦＦに切り換えて、全ての電池パックの電池ブロックの充電を停止するからである。
　さらに、以上の電源装置は、充電器を接続している電池パックに内蔵するスイッチング素子を使用して、全ての電池ブロックを正常に過充電することなく充電するので、いずれかの電池パックのスイッチング素子が故障しても、全ての電池ブロックを正常に充電できる特徴がある。スイッチング素子の故障した電池パックに充電器を接続することなく、正常に動作するスイッチング素子の電池パックに充電器を接続して、全ての電池パックを充電できるからである。
　本発明の電源装置は、電池セル１を構成する電池をリチウムイオン電池として、検出回路３が電池セル１の電圧を検出して充電停止状態を検出することができる。
　以上の電源装置は、電池セルを構成する電池をリチウムイオン電池とするので、電池セルの電圧を検出して、充電停止状態を正確に検出できる。したがって、全ての電池セルの過充電を防止しながら、各々の電池パックを充電できる特徴がある。
　本発明の電源装置は、電池セル１が、複数の素電池を並列に接続することができる。
　以上の電源装置は、複数の素電池を並列に接続して電池セルとし、さらに、この電池セルを直列に接続して電池ブロックとするので、電池ブロックが放電できる最大電流を大きく、かつ電池ブロックの電圧を高くして、電池パックの出力を大きくできる。
　本発明の電源装置は、互いに並列に接続してなる電池パック１０のトータル容量を１ＫＶＡ～１００ＫＶＡとすることができる。
　以上の電源装置は、トータル容量を１ＫＶＡ～１００ＫＶＡと極めて大きくするので、電動バイクや電動車両などの大出力が要求される用途に最適に使用できる。
　本発明の電源装置は、スイッチング素子４をＦＥＴとすることができる。
　以上の電源装置は、スイッチング素子をＦＥＴとするので、ＯＮ状態の電気抵抗を小さくして、電池ブロックを効率よく充電できる。
従来の電源装置のブロック図である。 従来の他の電源装置のブロック図である。 従来の他の電源装置のブロック図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
　図４は、本発明の実施例に係る電源装置を示す。この図に示す電源装置は、互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック１０を備える。図４の電源装置は、３組の電池パック１０を並列に接続している。電源装置は、接続する電池パック１０の個数を多くして、出力できる最大電流を大きく、また、電流容量も大きくできる。本発明の電源装置は、たとえば電動バイク、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車、無停電電源などのように大電力な電源に最適である。これ等の電源として使用される電源装置は、接続する電池パックの個数を調整して、トータル容量を１ＫＶＡ～１００ＫＶＡとする。ただし、本願発明の電源装置は、トータル容量を特定するものではなく、電池パック自体の容量、あるいは並列に接続する電池パックの個数を調整して、以上のトータル容量よりも小さく、あるいは大きくすることもできる。
　各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を直列に接続している電池ブロック２と、各々の電池セル１の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路３と、この検出回路３でオンオフに制御されるスイッチング素子４と、各々の電池ブロック２にダイオードを介することなく接続している放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続している充電端子６と、検出回路３で検出される充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３に伝送する通信回路７とを備えている。
　電池ブロック２は、リチウムイオン電池からなる電池セル１を直列に接続している。ただし、電池ブロックには、リチウムイオン電池に代わって、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。出力電流を大きくする電池ブロック２は、複数の素電池を並列に接続して電池セル１とし、この電池セル１を直列に接続している。電池ブロック２の出力電流は、電池セル１の電流容量で特定されるので、多数の素電池を並列に接続して出力電流を大きくできる。また、電池ブロック２は、直列に接続する電池セル１の個数で出力電圧を調整でき、電池セル１を多くして出力電圧を高くできる。
　検出回路３は、電池ブロック２を構成する電池セル１の過充電を検出して充電停止信号を出力し、この充電停止信号でスイッチング素子４を制御する。検出回路３は、各々の電池セル１の電圧を検出して過充電を検出する。電池セル１が過充電されると電圧が最高電圧よりも高くなるからである。この検出回路３は、電池セル１の過充電を判定する最高電圧を記憶している。検出する電池セル１の電圧を最高電圧に比較し、電池セル１の電圧が最高電圧を超えると充電停止状態と判定して、充電停止信号を出力する。検出回路３は、各々の電池セル１の温度を検出して、充電停止信号を出力することもできる。検出回路３は、充電する充電停止信号でスイッチング素子４をＯＦＦに切り換える。スイッチング素子４をＦＥＴとする電池パック１０は、検出回路３から出力される充電停止信号をＦＥＴのゲートに入力して、スイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換えて電池ブロック２の充電を停止する。さらに、検出回路３は、通信回路７を介して、検出する充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３にも伝送する。図に示す電池パック１０は、通信回路７に接続してなる通信端子８を備えており、この通信端子８を介して、各々の電池パック１０の検出回路３を接続している。
　さらに、検出回路３は、他の電池パック１０の通信回路７から入力される充電停止信号によっても、スイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換える。複数の電池パック１０が並列に接続されて、各々の電池ブロック２を一緒に充電する状態にあっては、充電器の接続されない電池パック１０Ｂの検出回路３が充電停止信号を出力することがある。この充電停止信号は、通信回路７を介して充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３に入力される。別の電池パック１０Ｂから入力される充電停止信号を検出する検出回路３は、この信号によってもスイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換えて、全ての電池ブロック２の充電を停止する。したがって、電池パック１０は、検出回路３が検出する自己の充電停止信号のみでなく、並列に接続している他の電池パック１０から入力される充電停止信号によってもスイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換える。
　スイッチング素子４は、充電電流を遮断するＦＥＴである。ＦＥＴのスイッチング素子４は、検出回路３からゲートに入力される信号で、オンオフに制御される。スイッチング素子４には、ＦＥＴに代わって、トランジスタやリレーなどのスイッチング素子も使用できる。トランジスタのスイッチング素子は、ベースの入力信号でオンオフに制御され、リレーのスイッチング素子は、励磁コイルの通電を制御してオンオフに切り換えられる。したがって、トランジスタのスイッチング素子は、充電停止信号をベースに入力して、トランジスタをＯＮからＯＦＦに切り換え、リレーのスイッチング素子は、充電停止信号で励磁コイルの通電を停止して、ＯＮからＯＦＦに切り換えられる。スイッチング素子４は、電池ブロック２を充電する状態ではＯＮ状態に保持される。ＦＥＴのスイッチング素子４は、ゲート電圧を制御してＯＮ状態に、トランジスタのスイッチング素子はベース電流を制御してＯＮ状態に、リレーは励磁コイルに通電してＯＮ状態に保持される。
　放電端子５は、ダイオードやスイッチング素子４を介することなく、直接に電池ブロック２に接続している。ただし、放電端子には、電池ブロックの過電流を防止するために、過電流で電流を遮断する素子、たとえばヒューズやブレーカを電池ブロックと直列に接続して、電池ブロック２の過電流を防止できる。
　充電端子６は、スイッチング素子４を介して電池ブロック２に接続される。図の電池パック１０は、プラス側の充電端子６を、スイッチング素子４を介して電池ブロック２のプラス側に接続している。スイッチング素子は、充電端子と電池ブロックのマイナス側に接続することもできる。
　通信回路７は、検出回路３から出力される充電停止信号を、互いに並列に接続している別の電池パック１０の検出回路３に伝送し、また、別の電池パック１０の検出回路３から出力される充電停止信号を検出回路３に入力する双方向の通信回路７である。
　図４の電源装置は、特定の電池パック１０Ａの充電端子６に接続される充電器２０の充電電流を、充電器２０を接続している電池パック１０Ａのスイッチング素子４に通過させて、並列に接続している放電端子５を介して別の電池パック１０Ｂの電池ブロック２に供給して、全ての電池ブロック２を充電する。したがって、この電源装置は、ひとつの電池パック１０の充電端子６に充電器２０を接続して、全ての電池パック１０の電池ブロック２を充電する。
　全ての電池パック１０を充電している状態で、いずれかの検出回路３が電池セル１の充電停止状態を検出すると、充電停止信号でスイッチング素子４がＯＮからＯＦＦに切り換えられて、全ての電池ブロック２の充電は停止される。充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３が充電停止信号を出力すると、この信号でもって、この電池パック１０Ａのスイッチング素子４がＯＦＦに切り換えられる。充電器２０を接続してしない電池パック１０Ｂの検出回路３が充電停止信号を検出すると、この充電停止信号は通信回路７を介して、充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３に伝送される。充電停止信号が伝送された検出回路３は、スイッチング素子４をＯＦＦに制御して、全ての電池ブロック２の充電を停止する。
　　１…電池セル
　　２…電池ブロック
　　３…検出回路
　　４…スイッチング素子
　　５…放電端子
　　６…充電端子
　　７…通信回路
　　８…通信端子
　１０…電池パック　　　　　　　　　１０Ａ…電池パック
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０Ｂ…電池パック
　２０…充電器
　７０…電池パック　　　　　　　　　７０Ａ…マスタ電池パック
　　　　　　　　　　　　　　　　　　７０Ｂ…スレーブ電池パック
　７１…電池セル
　７２…電池ブロック
　７３…検出回路
　７４…スイッチング素子
　７５…放電端子
　７６…充電端子
　８０…電池パック　　　　　　　　　８０Ａ…マスタ電池パック
　　　　　　　　　　　　　　　　　　８０Ｂ…スレーブ電池パック
　８７…ダイオード
　９０…電池パック
　９１…電池セル
　９２…電池ブロック
　９３…制御回路
　９４…充放電用ＦＥＴ
　９５…出力端子

Claims (5)

  1. 　互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック(10)を備える電源装置であって、
    　各々の電池パック(10)は、
    　　複数の電池セル(1)を直列に接続してなる電池ブロック(2)と、
    　　各々の電池セル(1)の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路(3)と、
    この検出回路(3)でオンオフに制御されるスイッチング素子(4)と、
    　　前記電池ブロック(2)にダイオードを介することなく接続してなる放電端子(5)と、
    　　前記電池ブロック(2)に前記スイッチング素子(4)を介して接続してなる充電端子(6)と、
    　　前記検出回路(3)で検出される充電停止信号を他の電池パック(10)の検出回路(3)に伝送する通信回路(7)とを備えており、
    　各々の電池パック(10)は、互いに通信回路(7)を接続して、前記充電端子(6)を互いに接続することなく、前記放電端子(5)を並列に接続しており、
    　特定の電池パック(10A)の充電端子(6)に接続される充電器(20)の充電電流が、充電器(20)を接続している電池パック(10A)のスイッチング素子(4)を通過して、並列に接続してなる放電端子(5)を介して別の電池パック(10B)の電池ブロック(2)に供給されて、全ての電池ブロック(2)が充電され、
    　いずれかの検出回路(3)が電池セル(1)の充電停止状態を検出する状態で、この検出回路(3)が充電停止信号を出力し、出力される充電停止信号が通信回路(7)を介して充電器(20)を接続してなる電池パック(10A)の検出回路(3)に伝送され、この検出回路(3)が前記スイッチング素子(4)をＯＦＦに制御して充電を停止するようにしてなる電源装置。
  2. 　前記電池セル(1)を構成する電池がリチウムイオン電池で、前記検出回路(3)が電池セル(1)の電圧を検出して充電停止状態を検出する請求項１に記載される電源装置。
  3. 　前記電池セル(1)が複数の素電池を並列に接続してなる請求項１または２に記載される電源装置。
  4. 　互いに並列に接続してなる電池パック(10)のトータル容量が１ＫＶＡ～１００ＫＶＡである請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
  5. 　前記スイッチング素子(4)がＦＥＴである請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107276158A (zh) * 2017-06-22 2017-10-20 深圳拓邦股份有限公司 一种电流检测电路

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106183823A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 北汽福田汽车股份有限公司 车辆、高压控制系统及其控制方法
JP6733581B2 (ja) * 2017-03-08 2020-08-05 株式会社豊田自動織機 電池パック
EP3660944B1 (en) * 2017-07-24 2025-10-15 Koki Holdings Co., Ltd. Battery pack and electrical device using battery pack
CN111555382A (zh) * 2020-04-17 2020-08-18 北汽福田汽车股份有限公司 一种电池系统及电池系统的控制方法、车辆

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294298A (ja) * 1999-04-02 2000-10-20 Nec Mobile Energy Kk 複数電池パック電源装置
WO2007007655A1 (ja) * 2005-07-07 2007-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba 電池システム
WO2009008314A1 (ja) * 2007-07-06 2009-01-15 Seiko Instruments Inc. バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5174421B2 (ja) * 2007-10-19 2013-04-03 パナソニック株式会社 電池パック、及び電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294298A (ja) * 1999-04-02 2000-10-20 Nec Mobile Energy Kk 複数電池パック電源装置
WO2007007655A1 (ja) * 2005-07-07 2007-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba 電池システム
WO2009008314A1 (ja) * 2007-07-06 2009-01-15 Seiko Instruments Inc. バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107276158A (zh) * 2017-06-22 2017-10-20 深圳拓邦股份有限公司 一种电流检测电路

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