WO2012043589A1 - 電源装置 - Google Patents

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circuit
supply unit
power
detection circuit
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隆司 小原
宗弘 安庭
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply apparatus in which batteries of a plurality of power supply units are connected in series to increase the output voltage, and in particular, charging / discharging is controlled while the state of the battery constituting the battery block is detected by the power supply unit. It is related with the power supply unit.
  • a high-output power supply device for example, a power supply device that supplies power to a vehicle running motor, has a high output voltage by connecting rechargeable batteries in series.
  • a high-output power supply device used for an electric vehicle has an output voltage as high as about 100 to 350 V so that the vehicle can be accelerated or can be driven with electric power.
  • a power supply apparatus in which a large number of batteries are connected in series can have a structure in which the entire battery is divided into a plurality of power supply units, and the batteries of the power supply units are connected in series to increase the output voltage.
  • This power supply device is characterized in that the output voltage can be set to an optimum voltage by the number of power supply units in which batteries are connected in series, and mass production can be performed in units of power supply units, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • a power supply device composed of a plurality of power supply units controls charging / discharging by detecting the state of a battery connected in series, for example, voltage, in order to prevent overcharging and overdischarging of the battery.
  • each power supply unit is provided with a detection circuit for detecting the voltage of the battery.
  • the detection circuit detects the voltage of each battery, and when any battery voltage is higher than the maximum voltage in a charged state, it limits or cuts off the charging current, and even in a discharged state. When the voltage of any battery becomes lower than the minimum voltage, the discharge current is limited or cut off to prevent overcharge or overdischarge of the battery.
  • the detection circuit supplies operating power from the battery block of the power supply unit provided with the detection circuit.
  • each power supply unit includes a DC / DC converter that stabilizes the voltage of the battery block and supplies it to the power supply line of the detection circuit.
  • the difference in the remaining capacity of the battery blocks provided in each power supply unit increases as the battery is charged and discharged. Since the battery blocks are connected in series, each battery block is charged and discharged with the same current. However, the remaining capacity can be varied due to the difference in the electrical characteristics of the battery block and the temperature difference. When there is a difference in remaining capacity, battery blocks with a small remaining capacity are likely to be overdischarged, and conversely, battery blocks with a large remaining capacity are likely to be overcharged. Since overcharge and overdischarge cause the battery to deteriorate significantly, the power supply device of Patent Document 2 is provided with an equalization circuit that eliminates the difference in the remaining capacity of the battery block. The equalization circuit discharges the battery blocks having a large remaining capacity to equalize the remaining capacity of each battery block.
  • the above power supply devices have the disadvantage that the charged electric power cannot be used effectively because the equalizing circuit discharges and equalizes the battery block having a large remaining capacity.
  • the present invention has been developed for the purpose of solving this drawback.
  • An important object of the present invention is that each battery block can be equalized while effectively using the power charged in the battery block. It is to provide a power supply device.
  • the power supply device of the present invention includes a plurality of power supply units 1.
  • Each power supply unit 1 includes a battery block 2 in which a plurality of batteries 3 are connected in series, and a state of the battery 3 constituting the battery block 2. Is provided.
  • the power supply device further includes a power supply circuit 6 that supplies power supplied from the battery block 2 to the power supply line 5 of the detection circuit 4.
  • Each power supply unit 1 has each battery block 2 connected in series, and the power supply circuit 6 supplies operating power to the detection circuit 4.
  • the power supply device detects the remaining capacity of the battery block 2 constituting each power supply unit 1 and operates from the battery block 2 having a large remaining capacity to the detection circuit 4 of the power supply unit 1 including the battery block 2 having a small remaining capacity.
  • a power supply control circuit 7 that controls the power supply circuit 6 to supply power is provided.
  • the above power supply apparatus has the feature that each battery block can be equalized while effectively using the charging power of the battery block. This is because the above power supply unit supplies operating power from a battery block with a large remaining capacity to a detection circuit of a power supply unit having a battery block with a small remaining capacity, and this power supply unit does not discharge a battery block with a small remaining capacity. This is because the detection circuit is set in an operating state. That is, a power supply unit including a battery block with a small remaining capacity operates a detection circuit with electric power supplied from a battery block with a large remaining capacity without discharging its own battery block. For this reason, a battery block with a small remaining capacity is not discharged, and a battery block with a large remaining capacity is discharged to equalize the remaining capacity.
  • the detection circuit of the power supply unit with a large remaining capacity but also the detection circuit of the power supply unit with a small remaining capacity are in operation, and the battery is protected by controlling the charge / discharge current while detecting the state of all batteries. There is a feature that can be charged and discharged while.
  • the power supply control circuit 7 can detect the remaining capacity by either or both of the voltage of the battery block 2 and the integrated value of the charge / discharge current.
  • the power supply device that detects the remaining capacity by the voltage of the battery block can charge and discharge while preventing overcharge and overdischarge of the battery. Further, the power supply device that detects the remaining capacity by the integrated value of the current can accurately detect the remaining capacity and prevent overcharging and overdischarging of the battery.
  • the power supply device of the present invention can have an insulating circuit 9 that the power supply circuit 6 supplies and supplies the ground line 8 to the power supply line 5 of another power supply unit 1.
  • the above power supply device insulates the ground line and supplies operating power to other power supply units. Therefore, it is not necessary to use a high-breakdown-voltage element for the electronic component that realizes the detection circuit, reducing the component cost, The state of the battery block can be detected.
  • a power supply circuit 6 is provided in each power supply unit 1 to convert a direct current of the battery block 2 into an operating voltage of the detection circuit 4, and from the DC / DC converter 11
  • a sub DC / DC converter 15 that realizes an insulating circuit 9 that insulates the output direct current and supplies it to the detection circuit 4 of another power supply unit 1 can be provided.
  • the above power supply apparatus can supply operating power with stabilized voltage to the detection circuit of each power supply unit. This is because the sub-DC / DC converter can supply operating power whose voltage is stabilized to the detection circuit.
  • the power supply circuit 6 is provided in each power supply unit 1 and converts the direct current of the battery block 2 into alternating current, and the alternating current output from the DC / AC inverter 12
  • a transformer 20 that performs transmission in an insulated manner and a rectifier circuit 17 that rectifies the output of the transformer 20 and uses it as operating power for the detection circuit 4 can be provided. While the above power supply device has a simple circuit configuration, it can supply operating power to the detection circuit of each power supply unit by insulating the ground line.
  • a power supply circuit 6 is provided in each power supply unit 1 to convert a direct current of the battery block 2 into an operating voltage of the detection circuit 4, and from the DC / DC converter 11
  • An insulation circuit 9 can be provided that supplies the output direct current to the detection circuit 4 of another power supply unit 1 by insulating the ground line 8.
  • the insulation circuit 9 is connected to the positive / negative output line of the DC / DC converter 11 and is simultaneously turned on / off, and is connected to the output side of the charge switch 23 so that the charge switch 23 is on.
  • the power supply apparatus described above can supply the direct current output from the DC / DC converter as operating power to the detection circuit of the power supply unit insulated from the earth line.
  • the power supply device of the present invention can be a power supply device for vehicles.
  • the power supply device of the present invention can be a power storage device for power storage.
  • the power supply apparatus shown in FIGS. 1 to 4 is mounted on a hybrid car or an electric vehicle, and is used as a power source that supplies power to a motor that runs the vehicle.
  • the power supply device of the present invention is not specified as a vehicle power supply device. It can be used for all power supplies that require high output.
  • the power supply apparatus in these figures includes a plurality of power supply units 1.
  • Each power supply unit 1 includes a battery block 2 in which a plurality of batteries 3 are connected in series, a detection circuit 4 that detects the state of the battery 3 constituting the battery block 2, and power supplied from the battery block 2.
  • a power supply circuit 6 for supplying power to the power supply line 5 of the detection circuit 4.
  • the power supply device connects the battery blocks 2 of the respective power supply units 1 in series.
  • the power supply circuit 6 supplies the power supplied from the battery block 2 to the detection circuit 4.
  • the above power supply apparatus includes a power supply control circuit 7 that controls the power supply circuit 6.
  • the power supply control circuit 7 detects the remaining capacity of the battery block 2 constituting each power supply unit 1 and detects the power supply unit 1 detection circuit 4 including the battery block 2 having a small remaining capacity from the battery block 2 having a large remaining capacity.
  • the power supply circuit 6 is controlled so as to supply operating power.
  • the power supply device in the figure controls the battery blocks 2 of the three sets of power supply units 1 in series.
  • the battery block 2 is connected in series with rechargeable batteries 3.
  • This battery 3 is a lithium ion battery. Lithium ion batteries have a high voltage, and a small number can be connected in series to increase the output voltage.
  • the battery can be any rechargeable battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery.
  • the battery block 2 adjusts the output voltage by the number of batteries 3 connected in series. Further, the power supply device adjusts the output voltage by the number of power supply units 1 connected in series.
  • the output voltage is set to 100 V to 400 V, preferably 200 V to 300 V, for example.
  • the power supply can adjust the output voltage by the number of power supply units 1 connected in series. Further, the output voltage can be adjusted by the voltage of the battery block 2.
  • a battery block in which lithium ion batteries having a rated voltage of 3.7V are connected in series can have 10 batteries connected in series and an output voltage of 37V. Furthermore, four sets of this battery block can be connected in series to achieve about 150V.
  • three sets of power supply units 1 are connected in series. However, the number of power supply units connected in series is adjusted to an optimum number depending on the application and required output. . Further, the number of batteries constituting the battery block is also set to an optimum value depending on the required output voltage and the type of battery.
  • the detection circuit 4 is provided in each battery block 2 and detects the state of the battery 3 constituting the battery block 2.
  • the illustrated detection circuit 4 is a voltage detection circuit that detects the voltage of the battery 3.
  • the voltage detection circuit that is the detection circuit 4 detects the voltage of each battery 3 constituting the battery block 2.
  • the battery block 2 made of a lithium ion battery detects the voltages of all the batteries 3 connected in series with a voltage detection circuit. Since this detection circuit 4 detects the voltage of all the batteries 3 and controls charging / discharging, it can prevent overcharging and overdischarging of all the batteries 3 and can raise safety
  • a battery block made of nickel metal hydride batteries detects the voltage of a battery module in which, for example, 3 to 6 batteries are connected in series with a voltage detection circuit.
  • this detection circuit detects voltage in units of battery modules in which a plurality of batteries are connected in series and controls charging / discharging, the detection circuit can be simplified while the battery block is composed of a large number of batteries.
  • a voltage detection circuit detects the voltage of all the batteries 3 which comprise the battery block 2, or detects the voltage of the battery module which has connected the some battery in series.
  • the detection circuit can detect the temperature in addition to the voltage of the battery constituting the battery block.
  • the power supply device including this detection circuit can control charging / discharging of the battery block in a more preferable state.
  • the detection circuit 4 detects the remaining capacity of the battery 3 or the battery module by detecting the voltage of each battery 3 and further integrating the charge / discharge current. This is because the remaining capacity of the battery 3 and the battery module constituting the battery block 2 is controlled to be within the set range.
  • the detection circuit 4 detects the voltage, temperature, and remaining capacity of each battery block 2, and transmits the detected information to a vehicle side ECU (not shown) via a communication circuit (not shown).
  • the vehicle-side ECU calculates information input from the power supply device and signals from the accelerator and the brake, and controls charging / discharging of the battery.
  • each power supply unit 1 includes a power supply circuit 6 that supplies power to the detection circuit 4.
  • the power supply circuit 6 is connected to the positive side and the negative side of the battery block 2 and supplies power from the battery block 2.
  • a power supply device including three sets of power supply units 1 includes three sets of detection circuits 4 and three sets of power supply circuits 6. In the battery block in which ten lithium ion batteries are connected in series, the voltage of the battery block is about 37V. Therefore, this voltage is supplied to the power supply circuit 6.
  • Each power supply unit 1 includes a power supply circuit 6. However, the power supply unit does not necessarily supply operating power to the detection circuit from the power supply circuit provided. The operating state of the power supply circuit is controlled by the power supply control circuit.
  • the power supply control circuit 7 supplies operating power to the power supply circuit 6 from the battery block 2 determined to have the largest remaining capacity, that is, the battery block 2 having the largest dischargeable capacity, and the power supply circuit 6 has a small remaining capacity. Operating power is supplied to the detection circuit 4 of the power supply unit 1.
  • the power supply control circuit 7 detects the remaining capacity of the battery block 2 or controls the power supply circuit 6 with information on the remaining capacity input from the detection circuit 4 that detects the remaining capacity.
  • the power supply device for vehicles makes all the detection circuits 4 into an operation state in the state which drives a vehicle.
  • the detection circuit 4 in the operating state detects the remaining capacity of the battery block 2 and outputs information on the remaining capacity to be detected to the power supply control circuit 7.
  • the power supply control circuit 7 supplies power to the power supply circuit 6 from the battery block 2 determined to have the largest remaining capacity, and supplies power to the power supply circuit 6 from all other battery blocks 2 determined to have a small remaining capacity. Shut off.
  • the power supply apparatus shown in FIGS. 2 to 4 includes a DC / DC converter 11 and a DC / AC inverter 12 as a power supply circuit 6 that is supplied with electric power from the battery block 2 and enters an operating state.
  • the DC / DC converter 11 and the DC / AC inverter 12 switch the switching element 14 connected to the primary side of the transformer 13 on and off at a frequency of, for example, 10 KHz to 1 MHz, so that AC power is supplied to the secondary side of the transformer 13. Is transmitted.
  • the power supply control circuit 7 switches on / off the switching elements 14 of the DC / DC converter 11 and the DC / AC inverter 12 connected to the battery block 2 determined to have the largest remaining capacity, and the other DC / DC
  • the switching elements 14 of the converter 11 and the DC / AC inverter 12 are held in the OFF state, and the set of power supply circuits 6 is set in the operating state.
  • the power supply circuit 6 in the operating state supplies operating power to its own detection circuit 4 and also supplies operating power to the detection circuit 4 provided in another power supply unit 1.
  • the power supply circuit 6 in the operating state supplies operating power to the detection circuit 4 of another power supply unit 1.
  • the power supply circuit 6 in the operating state supplies operating power to the power supply line 5 of the other power supply unit 1 while insulating the ground line 8. That is, the operating power supplied to the detection circuit 4 of each power supply unit 1 is supplied as the ground line 8 of its own power supply unit 1. 1 to 4, if the output voltage of each battery block 2 is assumed to be 100V, a first power supply unit 1A, which is a set of three power supply units 1 connected in series, a second power supply unit 1B, The voltage of the ground line 8 of the third power supply unit 1C is 0V, 100V, and 200V in order.
  • the power supply circuit 6 of the first power supply unit 1A in which the voltage of the earth line 8 is set to 0V is activated, and the second power supply unit 1B in which the voltage of the earth line 8 is set to 100V and the voltage of the earth line 8 are set. It is assumed that operating power is supplied to the detection circuit 4 of the third power supply unit 1 ⁇ / b> C whose power is 200V. In this state, the voltage of each battery block 2 is input to the detection circuit 4 of the second power supply unit 1B and the third power supply unit 1C using 0V as the ground line 8.
  • the detection circuit 4 Since a voltage of 100 V to 300 V is input as the voltage of the battery 3 on the input side, the detection circuit 4 needs to use a semiconductor element such as an IC having a high breakdown voltage on the input side exceeding 300V. As described above, the high breakdown voltage element has disadvantages such as high component cost and high power consumption.
  • the power supply circuit 6 shown in FIGS. 1 to 4 supplies the operating power to the other power supply unit 1 by insulating the ground line 8, that is, disconnecting the ground line 8 without making it common. is doing. In order to realize this, an insulating circuit 9 is provided. The insulation circuit 9 supplies operating power without insulating and sharing the ground line 8.
  • the direct current supplied as the operating power supplied to each power supply unit 1 is supplied as the earth line 8 of each power supply unit 1 using the earth line 8. Therefore, the withstand voltage required on the input side of each detection circuit 4 becomes the maximum voltage of the input battery 3, and the voltage difference of the earth line 8 does not increase the withstand voltage required on the input side.
  • the insulation circuit 9 includes a sub DC / DC converter 15 that insulates a direct current input from the outside and supplies the direct current to the power supply line 5 of the detection circuit 4. Since this power supply apparatus includes three sets of power supply units 1, each power supply unit 1 is supplied with operating power from the other two sets of power supply units 1. In order to insulate and supply the operating power supplied from each power supply unit 1, two sets of sub DC / DC converters 15 are provided.
  • the sub DC / DC converter 15 includes a transformer (not shown), the sub DC / DC converter 15 is insulated by this transformer and supplies operating power.
  • the primary-side earth line 8 is used as the earth line 8 of the power supply unit 1 that supplies operating power
  • the secondary-side earth line 8 is used as the earth line 8 of the detection circuit 4 that is supplied with operating power and is in an operating state. Yes.
  • this power supply apparatus determines that this is the power supply control circuit 7, and the power supply control circuit 7 determines the first power supply unit 1A. Only the power supply circuit 6 is set in an operating state. The power supply circuit 6 of the first power supply unit 1A in the operating state supplies operating power to its own detection circuit 4 via the DC / DC converter 11. Further, the output of the DC / DC converter 11 is output to the sub DC / DC converter 15 of the second power supply unit 1B and the third power supply unit 1C.
  • the sub DC / DC converters 15 of the second power supply unit 1B and the third power supply unit 1C convert DC power supplied from the power supply circuit 6 of the first power supply unit 1A into the ground line 8 of the first power supply unit 1A. And is supplied as operating power to each detection circuit 4.
  • the sub DC / DC converter 15 provided in the second power supply unit 1B raises the DC ground line 8 supplied as operating power from the first power supply unit 1A to 100 V, and supplies it to the power supply line 5 of the detection circuit 4. Supply.
  • the sub DC / DC converter 15 of the third power supply unit 1C raises the DC ground line 8 supplied as operating power from the first power supply unit 1A to 200 V and supplies it to the power supply line 5 of the detection circuit 4. To do. Accordingly, the detection circuit 4 of the second power supply unit 1 ⁇ / b> B and the third power supply unit 1 ⁇ / b> C is not required to have a withstand voltage due to the voltage difference of the ground line 8.
  • each power supply unit 1 is provided with the secondary coil 16.
  • An insulating circuit 9 for insulating the earth line 8 is provided.
  • Each secondary coil 16 is provided with a rectifier circuit 17 and supplies the direct current rectified by the rectifier circuit 17 to the detection circuits 4 of the first to third power supply units 1 as operating power.
  • the secondary coils 16 are insulated from each other, and the earth line 8 serves as the earth line 8 of the first to third power supply units 1.
  • this power supply apparatus determines that this is the power supply control circuit 7, and the power supply control circuit 7 determines the first power supply unit 1A.
  • the DC / DC converter 11 which is the power supply circuit 6 is set in the operating state.
  • the DC / DC converter 11 which is the power supply circuit 6 of the first power supply unit 1A in the operating state is provided with a detection circuit for the first to third power supply units 1 via three sets of secondary coils 16 and a rectifier circuit 17. 4 is supplied with operating power.
  • the three sets of secondary coils 16 do not share a common ground line 8, and the direct current output from the rectifier circuit 17 is connected to the ground line 8 of each power supply unit 1 on the negative side, and the direct current of the operating power is respectively To the detection circuit 4.
  • each power supply unit 1 is not provided with a power supply circuit, but a set of power supply circuits 6 is provided.
  • the power supply circuit 6 is a DC / DC converter 11 having three sets of secondary coils 16.
  • the DC / DC converter 11 includes a changeover switch 18 that switches the series circuit 19 of the primary side of the transformer 13 and the switching element 14 to the battery block 2 of the first to third power supply units 1.
  • the changeover switch 18 is controlled by the power supply control circuit 7 to connect the battery block 2 having the largest remaining capacity to the series circuit 19.
  • this power supply apparatus determines that this is the power supply control circuit 7, and the power supply control circuit 7 determines the first power supply unit 1A.
  • the DC / DC converter 11 of the power supply circuit 6 in the operating state supplies operating power to the detection circuit 4 of the first to third power supply units 1 via the three sets of secondary coils 16 and the rectifier circuit 17.
  • the three sets of secondary coils 16 do not share a common ground line 8, and the direct current output from the rectifier circuit 17 is connected to the ground line 8 of each power supply unit 1 on the negative side, and the direct current of the operating power is respectively To the detection circuit 4.
  • the power supply apparatus of FIG. 4 includes a DC / AC inverter 12 in which each power supply unit 1 is activated by the battery block 2. Further, an insulation composed of a transformer 20 having three sets of secondary coils 16 for outputting the alternating current output from the DC / AC inverter 12 to the detection circuit 4 of each power supply unit 1 in a state where the ground line 8 is not shared. A circuit 9 is provided. The secondary coil 16 is connected to the rectifier circuit 17 and supplies operating power to the detection circuit 4 of each power supply unit 1.
  • this power supply apparatus determines that this is the power supply control circuit 7, and the power supply control circuit 7 determines the first power supply unit 1A.
  • the switching element 14 of the DC / AC inverter 12 is switched on and off, and the switching element 14 of the DC / AC inverter 12 of the second power supply unit 1B and the third power supply unit 1C is held in the off state, so that the first power supply Only the DC / AC inverter 12 that is the power supply circuit 6 of the unit 1A is set in the operating state.
  • the DC / AC inverter 12 in the operating state outputs alternating current. This alternating current is supplied to the transformer 20.
  • the insulating transformer 13 supplies operating power to the detection circuits 4 of the first to third power supply units 1 via the three sets of secondary coils 16 and the rectifier circuit 17.
  • the three sets of secondary coils 16 do not share a common ground line 8, and the direct current output from the rectifier circuit 17 is connected to the ground line 8 of each power supply unit 1 on the negative side, and the direct current of the operating power is respectively To the detection circuit 4.
  • a DC / DC converter 11 that converts the power supplied from the battery block 2 into a voltage to be supplied to the power supply line 5 of the detection circuit 4 as the power supply circuit 6. Further, as the insulation circuit 9, a charge capacitor 21, a power supply capacitor 22 and a charge capacitor 21 which supply the direct current output from the DC / DC converter 11 to each power supply unit 1 by disconnecting the ground line 8 are connected to the DC / DC.
  • a charge switch 23 for charging with direct current output from the converter 11 and a charge switch 24 for separating the charged charge capacitor 21 from the DC / DC converter 11 and charging the power supply capacitor 22 are provided. The charge switch 23 and the charge switch 24 are not switched on at the same time, but one is switched on and the other is switched off.
  • the charge switch 23 and the charge switch 24 are connected to both the positive side and the negative side of the direct current.
  • the insulating circuit 9 switches on the charge switch 23 with the charge switch 24 turned off, and charges the charge capacitor 21 with the output of the DC / DC converter 11. Thereafter, the charge switch 23 is turned off, the charge switch 24 is turned on, and the power capacitor 22 is charged by the charge capacitor 21.
  • the power supply capacitor 22 is an electrolytic capacitor connected to the output side of the charge capacitor 21 and is charged to the charge capacitor 21 in a state where the charge switch 24 is turned on.
  • the power supply capacitor 22 supplies operating power to each detection circuit 4.
  • the insulation circuit 9 alternately switches between the charge switch 23 and the charge switch 24 at a constant cycle, charges the charge capacitor 21 with the output of the DC / DC converter 11, and supplies each detection circuit 4 via the power supply capacitor 22. Switches the operating power.
  • the ground line 8 of the power supply capacitor 22 is connected to the ground line 8 of each power supply unit 1.
  • this power supply apparatus determines that this is the power supply control circuit 7, and the power supply control circuit 7 determines the first power supply unit 1A.
  • Only the power supply circuit 6 is set in an operating state.
  • the power supply circuit 6 of the first power supply unit 1A in the operating state supplies operating power to its own detection circuit 4 via the DC / DC converter 11.
  • the insulating circuit 9 alternately switches the charge switch 23 and the charge switch 24 on and off, and supplies the operating power to the detection circuit 4 of each power supply unit 1 with the output of the DC / DC converter 11. 22 is charged.
  • the power supply capacitor 22 supplies power to the detection circuit 4 of each power supply unit 1 in a state where the ground line 8 of the first power supply unit 1A is disconnected.
  • each power supply unit 1 includes a power supply circuit 6 and an insulation circuit 9.
  • the power supply device is not shown, but each power supply unit is provided with a set of power supply circuit and insulation circuit without providing a power supply circuit and an insulation circuit, and the input side of this power supply circuit is switched with a changeover switch. It can also be connected to the battery blocks of the first to third power supply units.
  • the changeover switch is controlled by the power supply control circuit to connect the battery block having the largest remaining capacity to the power supply circuit.
  • the above power supply device supplies operating power from the battery block 2 having the largest remaining capacity to each detection circuit 4, the difference in the remaining capacity of the battery block 2 can be equalized by the power supplied to the detection circuit 4. However, if the battery block 2 cannot be equalized only by the power consumption of the detection circuit 4, the battery block 2 can be equalized by providing another equalization circuit (not shown). (Power storage device for power storage)
  • FIG. 6 shows a power supply device that is required to have a large output and is used as a storage facility.
  • This power supply device is a power source for solar power generation or midnight power, for example, as a household or factory power source, and discharges when necessary, or solar power during the day to charge at night It can be used as a power source for street lamps that discharge, a backup power source for traffic lights that are driven in the event of a power failure.
  • the power supply apparatus 100 in this figure has a plurality of battery blocks 2 connected in series. Each battery block 2 has a plurality of batteries 3 connected in series.
  • a charging power supply CP and a load LD are connected via a charging switch CS and a discharging switch DS.
  • the power supply apparatus 100 is charged by the charging power supply CP and supplies power to the load LD via the DC / AC inverter 30. Therefore, the power supply apparatus 100 is switched between the charge mode and the discharge mode by controlling the charge switch CS and the discharge switch DS with the power supply control circuit 7. The ON / OFF of the discharge switch DS and the charge switch CS is switched by the power supply control circuit 7. In the charging mode, the power supply control circuit 7 switches the charging switch CS to ON and the discharging switch DS to OFF to permit charging from the charging power supply CP to the power supply device 100.
  • the charged power supply device 100 is fully charged, or the power supply control circuit 7 turns on the discharge switch DS and turns on the load LD in response to a request from the load LD in a state where a capacity of a predetermined value or more is charged.
  • the charging switch CS is controlled to be ON or OFF.
  • the power supply apparatus 100 supplies power to the load LD while being charged.
  • the load LD driven by the power supply device 100 is connected to the power supply device 100 via the discharge switch DS.
  • the power supply control circuit 7 switches the discharge switch DS to ON, connects to the load LD, and drives the load LD with the power from the power supply apparatus 100.
  • the discharge switch DS a switching element such as an FET or a relay can be used. ON / OFF of the discharge switch DS is controlled by the power supply control circuit 7 of the power supply apparatus 100.
  • the power supply control circuit 7 includes a communication interface (not shown) for communicating with an external device. The communication interface connects the power supply device to a load or a charging power source according to an existing communication protocol such as UART or RS-232C.

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Abstract

【課題】電池ブロックに充電された電力を有効に利用しながら、各々の電池ブロックを均等化する。 【解決手段】電源装置は、複数の電源ユニット１を備えており、各々の電源ユニット１は、複数の電池３を直列に接続している電池ブロック２と、電池ブロック２を構成する電池３の状態を検出する検出回路４を備えている。さらに、電源装置は、電池ブロック２から供給される電力を検出回路４の電源ライン５に供給する電源回路６を備えている。各々の電源ユニット１は、各々の電池ブロック２を直列に接続しており、かつ電源回路６が検出回路４に動作電力を供給している。電源装置は、各々の電源ユニット１を構成する電池ブロック２の残容量を検出して、残容量の大きい電池ブロック２から、残容量の小さい電池ブロック２を備える電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給するように電源回路６を制御する電源制御回路７を備えている。

Description

電源装置
　本発明は、複数の電源ユニットの電池を直列に接続して出力電圧を高くしている電源装置に関し、とくに、電源ユニットが電池ブロックを構成している電池の状態を検出しながら充放電を制御している電源装置に関する。
　大出力の電源装置、たとえば車両の走行モータに電力を供給する電源装置は、充電できる電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。電動車両に使用される大出力の電源装置は、車両を加速し、あるいは走行できる電力を走行モータに供給できるように、出力電圧を１００～３５０Ｖ程度と高くしている。
　多数の電池を直列に接続している電源装置は、全体の電池を複数の電源ユニットに分割し、電源ユニットの電池を直列に接続して出力電圧を高くする構造とすることができる。（特許文献１及び２参照）
　この電源装置は、電池を直列に接続している電源ユニットの個数で出力電圧を最適な電圧に設定でき、また電源ユニットの単位で多量生産することができるので製造コストを低減できる特徴がある。
　さらに、複数の電源ユニットからなる電源装置は、電池の過充電と過放電を防止するために、直列に接続している電池の状態、たとえば電圧を検出して充放電をコントロールしている。この電源装置は、各々の電源ユニットに、電池の電圧等を検出する検出回路を設けている。検出回路は、各々の電池の電圧等を検出し、充電している状態で何れかの電池の電圧が最高電圧よりも高くなると充電電流を制限したり遮断し、また、放電している状態でも何れかの電池の電圧が最低電圧よりも低くなると放電電流を制限したり遮断して、電池の過充電や過放電を防止する。検出回路は、これを設けている電源ユニットの電池ブロックから動作電力を供給している。このことを実現するために、各々の電源ユニットは、電池ブロックの電圧を安定化して検出回路の電源ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。
特開２０００－７４７８６号公報 特開２０１０－８１６９２号公報
　ところで、複数の電源ユニットを備える電源装置は、電池を充放電するにしたがって、各々の電源ユニットに設けている電池ブロックの残容量の差が大きくなる。電池ブロックは直列に接続しているので、各電池ブロックは同じ電流で充放電されるが、電池ブロックの電気特性の相違や温度差によって、残容量に差ができる。残容量に差ができると、残容量の小さい電池ブロックは過放電されやすく、反対に残容量の大きい電池ブロックは過充電されやすい状態となる。過充電や過放電は電池を著しく劣化させる原因となるので、特許文献２の電源装置は、電池ブロックの残容量の差を解消する均等化回路を設けている。均等化回路は、残容量の大きい電池ブロックを放電して各電池ブロックの残容量を均等化する。
　以上の電源装置は、均等化回路で残容量の大きい電池ブロックを放電して均等化するので、充電された電力を有効に利用できない欠点がある。
　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、本発明の重要な目的は、電池ブロックに充電された電力を有効に利用しながら、各々の電池ブロックを均等化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、複数の電源ユニット１を備えており、各々の電源ユニット１は、複数の電池３を直列に接続している電池ブロック２と、電池ブロック２を構成する電池３の状態を検出する検出回路４を備えている。さらに、電源装置は、電池ブロック２から供給される電力を検出回路４の電源ライン５に供給する電源回路６を備えている。各々の電源ユニット１は、各々の電池ブロック２を直列に接続しており、かつ電源回路６が検出回路４に動作電力を供給している。電源装置は、各々の電源ユニット１を構成する電池ブロック２の残容量を検出して、残容量の大きい電池ブロック２から、残容量の小さい電池ブロック２を備える電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給するように電源回路６を制御する電源制御回路７を備えている。
　以上の電源装置は、電池ブロックの充電電力を有効に利用しながら、各々の電池ブロックを均等化できる特徴がある。それは、以上の電源装置が残容量の大きい電池ブロックから残容量の小さい電池ブロックを備える電源ユニットの検出回路に動作電力を供給して、残容量の小さい電池ブロックを放電することなく、この電源ユニットの検出回路を動作状態とするからである。すなわち、残容量の小さい電池ブロックを備える電源ユニットは、自己の電池ブロックを放電することなく、残容量の大きい電池ブロックから供給される電力で検出回路を動作させる。このため、残容量の小さい電池ブロックは放電されず、残容量の大きい電池ブロックが放電されて残容量が均等化される。また、残容量の大きい電源ユニットの検出回路のみでなく、残容量の小さい電源ユニットの検出回路も動作状態となり、全ての電池の状態を検出しながら充放電の電流をコントロールして、電池を保護しながら充放電できる特徴がある。
　本発明の電源装置は、電源制御回路７が、電池ブロック２の電圧と、充放電の電流の積算値のいずれか又は両方で残容量を検出することができる。
　電池ブロックの電圧で残容量を検出する電源装置は、電池の過充電や過放電を防止しながら充放電できる。また、電流の積算値で残容量を検出する電源装置は、残容量を正確に検出して電池の過充電や過放電を防止できる。
　本発明の電源装置は、電源回路６が、他の電源ユニット１の電源ライン５にアースライン８を絶縁して供給する絶縁回路９を有することができる。
　以上の電源装置は、アースラインを絶縁して他の電源ユニットに動作電力を供給するので、検出回路を実現する電子部品に高耐圧の素子を使用する必要がなく、部品コストを低減して、電池ブロックの状態を検出できる。
　本発明の電源装置は、電源回路６が、各々の電源ユニット１に設けられて電池ブロック２の直流を検出回路４の動作電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される直流を絶縁して他の電源ユニット１の検出回路４に供給する絶縁回路９を実現するサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５とを有することができる。
　以上の電源装置は、各々の電源ユニットの検出回路に電圧を安定化した動作電力を供給できる。それは、サブＤＣ／ＤＣコンバータで電圧の安定化された動作電力を検出回路に供給できるからである。
　本発明の電源装置は、電源回路６が、各々の電源ユニット１に設けられて電池ブロック２の直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１２と、このＤＣ／ＡＣインバータ１２から出力される交流を絶縁して伝送するトランス２０と、このトランス２０の出力を整流して検出回路４の動作電力とする整流回路１７とを備えることができる。
　以上の電源装置は、簡単な回路構成としながら、各々の電源ユニットの検出回路にアースラインを絶縁して動作電力を供給できる。
　本発明の電源装置は、電源回路６が、各々の電源ユニット１に設けられて電池ブロック２の直流を検出回路４の動作電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される直流を、アースライン８を絶縁して他の電源ユニット１の検出回路４に供給する絶縁回路９とを有することができる。この絶縁回路９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の正負の出力ラインに接続されて同時にオンオフに切り換えられる一対のチャージスイッチ２３と、このチャージスイッチ２３の出力側に接続されてチャージスイッチ２３のオン状態でＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力で充電されるチャージコンデンサ２１と、このチャージコンデンサ２１の正負に接続されて同時にオンオフに切り変えられる一対の充電スイッチ２４と、この充電スイッチ２４のオン状態でチャージコンデンサ２１に充電される電源コンデンサ２２とを備え、チャージスイッチ２３と充電スイッチ２４とを同時にオン状態に切り換えることなく交互にオンオフに切り換えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の直流を、アースライン８を絶縁して各々の検出回路４に供給することができる。
　以上の電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流を、アースラインの絶縁された電源ユニットの検出回路に動作電力として供給できる。
　本発明の電源装置は、車両用の電源装置とすることができる。
　本発明の電源装置は、蓄電用の電源装置とすることができる。
本発明の一実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略構成図である。 蓄電用として使用される電源装置のブロック図である。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、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。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段」の欄に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
　図１ないし図４に示す電源装置は、ハイブリッドカーや電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に使用される。ただし、本発明の電源装置は、車両用の電源装置には特定しない。大出力が要求される全ての電源装置に使用できる。これらの図の電源装置は、複数の電源ユニット１を備える。各々の電源ユニット１は、複数の電池３を直列に接続している電池ブロック２と、電池ブロック２を構成する電池３の状態を検出する検出回路４と、電池ブロック２から供給される電力を検出回路４の電源ライン５に供給する電源回路６とを備えている。電源装置は、各々の電源ユニット１の電池ブロック２を直列に接続している。電源回路６は電池ブロック２から供給される電力を検出回路４に供給している。
　さらに、以上の電源装置は、電源回路６を制御する電源制御回路７を備えている。電源制御回路７は、各々の電源ユニット１を構成する電池ブロック２の残容量を検出して、残容量の大きい電池ブロック２から、残容量の小さい電池ブロック２を備える電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給するように電源回路６を制御する。
　図の電源装置は、３組の電源ユニット１の電池ブロック２を直列に制御している。電池ブロック２は、充電できる電池３を直列に接続している。この電池３は、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、電圧が高く、少ない個数を直列に接続して出力電圧を高くできる。ただ、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての電池とすることができる。電池ブロック２は、直列に接続する電池３の個数で出力電圧を調整している。さらに、電源装置は、直列に接続する電源ユニット１の個数で出力電圧を調整している。電源装置は、複数の電池ブロックを直列に接続して、たとえば車両の走行モータに電力を供給する装置にあっては、出力電圧を、たとえば、１００Ｖ～４００Ｖ、好ましくは２００Ｖ～３００Ｖとしている。
　電源装置は、直列に接続する電源ユニット１の個数で出力電圧を調整できる。また、電池ブロック２の電圧で出力電圧を調整することもできる。たとえば、定格電圧を３．７Ｖとするリチウムイオン電池を直列に接続する電池ブロックは、１０個の電池を直列に接続して出力電圧を３７Ｖにできる。さらに、この電池ブロックを４組直列に接続して、約１５０Ｖにできる。図に示す電源装置は、３組の電源ユニット１を直列に接続しているが、直列に接続される電源ユニットの個数は、用途により、また、要求される出力によって最適な数に調整される。また、電池ブロックを構成する電池の個数も、要求される出力電圧と電池の種類によって最適値に設定される。
　検出回路４は、各々の電池ブロック２に設けられて、電池ブロック２を構成する電池３の状態を検出する。図の検出回路４は、電池３の電圧を検出する電圧検出回路である。検出回路４である電圧検出回路は、電池ブロック２を構成する各々の電池３の電圧を検出する。リチウムイオン電池からなる電池ブロック２は、電圧検出回路でもって、直列に接続している全ての電池３の電圧が検出される。この検出回路４は、全ての電池３の電圧を検出して、充放電をコントロールするので、全ての電池３の過充電と過放電を防止して安全性を高くできる。ニッケル水素電池からなる電池ブロックは、電圧検出回路でもって、たとえば３～６個の電池を直列に接続している電池モジュールの電圧が検出される。この検出回路は、複数の電池を直列に接続している電池モジュールの単位で電圧を検出して充放電をコントロールするので、電池ブロックを多数の電池で構成しながら、検出回路を簡単にできる。電圧検出回路は、電池ブロック２を構成する全ての電池３の電圧を検出し、あるいは複数の電池を直列に接続している電池モジュールの電圧を検出する。
　検出回路は、電池ブロックを構成する電池の電圧に加えて温度も検出することができる。この検出回路を備える電源装置は、電池ブロックの充放電をより好ましい状態でコントロールできる。さらに、検出回路４は、各々の電池３の電圧を検出し、さらに充放電する電流を積算して、電池３や電池モジュールの残容量も検出している。電池ブロック２を構成している電池３や電池モジュールの残容量を設定範囲となるように制御するためである。
　検出回路４は、各々の電池ブロック２の電圧、温度、残容量を検出し、検出した情報を通信回路（図示せず）を介して車両側ＥＣＵ（図示せず）に伝送する。車両側ＥＣＵは、電源装置から入力される情報と、アクセルやブレーキからの信号を演算して、電池の充放電をコントロールする。
　各々の電池ブロック２に設けている検出回路４は、電池ブロック２から供給される電力で動作状態となる。したがって、各々の電源ユニット１は、検出回路４に電力を供給する電源回路６を備えている。電源回路６は、電池ブロック２のプラス側とマイナス側に接続されて、電池ブロック２から電力を供給している。３組の電源ユニット１を備える電源装置は、３組の検出回路４と３組の電源回路６とを備える。１０個のリチウムイオン電池を直列に接続している電池ブロックは、電池ブロックの電圧が約３７Ｖとなる。したがって、この電圧が電源回路６に供給される。
　各々の電源ユニット１は電源回路６を備えている。ただ、電源ユニットは、必ずしも装備する電源回路から検出回路に動作電力を供給するのではない。電源回路の動作状態は、電源制御回路にコントロールされる。
　電源制御回路７は、残容量が最も大きいと判定れた電池ブロック２、すなわち放電できる容量の最も大きい電池ブロック２から電源回路６に動作電力を供給して、この電源回路６が残容量の少ない電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する。電源制御回路７は、電池ブロック２の残容量を検出し、あるいは残容量を検出する検出回路４から入力される残容量の情報で電源回路６を制御する。車両用の電源装置は、車両を走行させる状態で、全ての検出回路４を動作状態としている。動作状態にある検出回路４は、電池ブロック２の残容量を検出して、検出する残容量の情報を電源制御回路７に出力する。
　電源制御回路７は、残容量が最も大きいと判定する電池ブロック２から電源回路６に電力を供給し、残容量が小さいと判定された他の全ての電池ブロック２から電源回路６への電力供給を遮断する。図２ないし図４の電源装置は、電池ブロック２から電力を供給して動作状態となる電源回路６として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１やＤＣ／ＡＣインバータ１２を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１やＤＣ／ＡＣインバータ１２は、トランス１３の１次側に接続しているスイッチング素子１４を、たとえば１０ＫＨｚ～１ＭＨｚの周波数でオンオフに切り換えて、トランス１３の２次側に交流電力を伝送する。したがって、電源制御回路７は、最も残容量の大きいと判定された電池ブロック２に接続しているＤＣ／ＤＣコンバータ１１やＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング素子１４をオンオフに切り換え、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１やＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング素子１４をオフ状態に保持して、１組の電源回路６を動作状態とする。動作状態になった電源回路６は、自己の検出回路４に動作電力を供給すると共に、さらに別の電源ユニット１に装備される検出回路４にも動作電力を供給する。
　動作状態になった電源回路６は、他の電源ユニット１の検出回路４にも動作電力を供給する。この状態において、動作状態にある電源回路６は、他の電源ユニット１の電源ライン５に、アースライン８を絶縁しながら動作電力を供給する。すなわち、各々の電源ユニット１の検出回路４に供給される動作電力は、アースライン８を自己の電源ユニット１のアースライン８として供給される。図１ないし図４において、各々の電池ブロック２の出力電圧を仮に１００Ｖとすると、直列に接続している３組の電源ユニット１である第１の電源ユニット１Ａと、第２の電源ユニット１Ｂと、第３の電源ユニット１Ｃのアースライン８の電圧は、順番に０Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖとなる。
　仮に、アースライン８の電圧を０Ｖとする第１の電源ユニット１Ａの電源回路６が動作状態になって、アースライン８の電圧を１００Ｖとする第２の電源ユニット１Ｂと、アースライン８の電圧を２００Ｖとする第３の電源ユニット１Ｃの検出回路４に動作電力を供給すると仮定する。この状態においては、第２の電源ユニット１Ｂと第３の電源ユニット１Ｃの検出回路４は、０Ｖをアースライン８として、各々の電池ブロック２の電圧が入力される。入力側には電池３の電圧として１００Ｖ～３００Ｖの電圧が入力されるので、検出回路４は、入力側の耐圧を３００Ｖを越える高耐圧とするＩＣなどの半導体素子を使用する必要がある。このように高耐圧の素子は、部品コストが高く、しかも消費電力が大きいなどの欠点がある。この欠点を解消するために、図１ないし図４の電源回路６は、アースライン８を絶縁して、すなわちアースライン８を共通とすることなく切り離して、他の電源ユニット１に動作電力を供給している。このことを実現するために、絶縁回路９を備えている。絶縁回路９は、アースライン８を絶縁して共有することなく、動作電力を供給する。したがって、各々の電源ユニット１に供給される動作電力として供給される直流は、アースライン８を各々の電源ユニット１のアースライン８として供給される。したがって、各々の検出回路４の入力側に要求される耐圧は、入力される電池３の最高電圧となり、アースライン８の電圧差が入力側に要求される耐圧を高くすることはない。
　図１の電源装置は、電池ブロック２から供給される電力を検出回路４の電源ライン５に供給する電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１１を電源回路６として備えている。また、絶縁回路９として、外部から入力される直流を絶縁して、検出回路４の電源ライン５に供給するサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５を備えている。この電源装置は、３組の電源ユニット１を備えるので、各々の電源ユニット１は、他の２組の電源ユニット１から動作電力が供給される。各々の電源ユニット１から供給される動作電力を絶縁して供給するために、２組のサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５を備えている。
　サブＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、トランス（図示せず）を備えているので、このトランスで絶縁して動作電力を供給する。トランスは１次側のアースライン８を動作電力を供給する電源ユニット１のアースライン８とし、２次側のアースライン８を動作電力が供給されて動作状態となる検出回路４のアースライン８としている。
　この電源装置は、たとえば、第１の電源ユニット１Ａの電池ブロック２の残容量が最も大きい状態にあると、このことが電源制御回路７に判定され、電源制御回路７は第１の電源ユニット１Ａの電源回路６のみを動作状態とする。動作状態になった第１の電源ユニット１Ａの電源回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介して自己の検出回路４に動作電力を供給する。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力を第２の電源ユニット１Ｂと第３の電源ユニット１ＣのサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５に出力する。第２の電源ユニット１Ｂと第３の電源ユニット１ＣのサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、第１の電源ユニット１Ａの電源回路６から供給される直流電力を、第１の電源ユニット１Ａのアースライン８から絶縁して、各々の検出回路４に動作電力として供給する。第２の電源ユニット１Ｂに設けているサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、第１の電源ユニット１Ａから動作電力として供給される直流のアースライン８を１００Ｖに持ち上げて、検出回路４の電源ライン５に供給する。また、第３の電源ユニット１ＣのサブＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、第１の電源ユニット１Ａから動作電力として供給される直流のアースライン８を２００Ｖに持ち上げて、検出回路４の電源ライン５に供給する。したがって、第２の電源ユニット１Ｂと、第３の電源ユニット１Ｃの検出回路４は、アースライン８の電圧差による耐圧は要求されない。
　図２の電源装置は、各々の電源ユニット１に設けているＤＣ／ＤＣコンバータ１１のトランス１３に、３組の２次コイル１６を設けて、２次コイル１６でもって、各々の電源ユニット１のアースライン８を絶縁する絶縁回路９としている。各々の２次コイル１６は、整流回路１７を設けており、整流回路１７で整流された直流を第１～第３の電源ユニット１の検出回路４に動作電力として供給している。２次コイル１６は互いに絶縁されて、アースライン８を第１～第３の電源ユニット１のアースライン８としている。
　この電源装置は、たとえば、第１の電源ユニット１Ａの電池ブロック２の残容量が最も大きい状態にあると、このことが電源制御回路７に判定され、電源制御回路７は第１の電源ユニット１Ａの電源回路６であるＤＣ／ＤＣコンバータ１１のみを動作状態とする。動作状態になった第１の電源ユニット１Ａの電源回路６であるＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、３組の２次コイル１６と整流回路１７を介して第１～第３の電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する。３組の２次コイル１６は互いにアースライン８を共通とせず、整流回路１７から出力される直流は、マイナス側を各々の電源ユニット１のアースライン８に接続して、動作電力の直流を各々の検出回路４に供給する。
　さらに、図３の電源ユニット１は、各々の電源ユニット１には電源回路を設けず、１組の電源回路６を設けている。電源回路６は、３組の２次コイル１６を有するＤＣ／ＤＣコンバータ１１である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、トランス１３の１次側とスイッチング素子１４との直列回路１９を、第１～第３の電源ユニット１の電池ブロック２に切り換える切換スイッチ１８を設けている。この切換スイッチ１８は電源制御回路７に制御されて、残容量の最も大きい電池ブロック２をこの直列回路１９に接続する。
　この電源装置は、たとえば、第１の電源ユニット１Ａの電池ブロック２の残容量が最も大きい状態にあると、このことが電源制御回路７に判定され、電源制御回路７は第１の電源ユニット１Ａを、切換スイッチ１８を介して電源回路６であるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の直列回路１９に接続して動作状態とする。動作状態になった電源回路６のＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、３組の２次コイル１６と整流回路１７を介して第１～第３の電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する。３組の２次コイル１６は互いにアースライン８を共通とせず、整流回路１７から出力される直流は、マイナス側を各々の電源ユニット１のアースライン８に接続して、動作電力の直流を各々の検出回路４に供給する。
　図４の電源装置は、各々の電源ユニット１が電池ブロック２で動作状態となるＤＣ／ＡＣインバータ１２を備えている。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ１２から出力される交流を、アースライン８を共通としない状態で、各々の電源ユニット１の検出回路４に出力する３組の２次コイル１６を有するトランス２０からなる絶縁回路９を備えている。２次コイル１６は整流回路１７に接続されて、各々の電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する。
　この電源装置は、たとえば、第１の電源ユニット１Ａの電池ブロック２の残容量が最も大きい状態にあると、このことが電源制御回路７に判定され、電源制御回路７は第１の電源ユニット１ＡのＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング素子１４をオンオフに切り換え、第２の電源ユニット１Ｂと第３の電源ユニット１ＣのＤＣ／ＡＣインバータ１２のスイッチング素子１４をオフ状態に保持して、第１の電源ユニット１Ａの電源回路６であるＤＣ／ＡＣインバータ１２のみを動作状態とする。動作状態になったＤＣ／ＡＣインバータ１２は交流を出力する。この交流は、トランス２０に供給される。絶縁トランス１３は、３組の２次コイル１６と整流回路１７を介して第１～第３の電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する。３組の２次コイル１６は互いにアースライン８を共通とせず、整流回路１７から出力される直流は、マイナス側を各々の電源ユニット１のアースライン８に接続して、動作電力の直流を各々の検出回路４に供給する。
　図５の電源装置は、電池ブロック２から供給される電力を検出回路４の電源ライン５に供給する電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１１を電源回路６として備えている。また、絶縁回路９として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される直流を、アースライン８を切り離して各々の電源ユニット１に供給するチャージコンデンサ２１と、電源コンデンサ２２と、チャージコンデンサ２１をＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される直流でチャージするチャージスイッチ２３と、チャージされたチャージコンデンサ２１をＤＣ／ＤＣコンバータ１１から切り離して、電源コンデンサ２２をチャージする充電スイッチ２４とを備えている。チャージスイッチ２３と充電スイッチ２４とは同時にオンに切り換えられず、一方をオンに切り換える状態で、他方はオフに切り換えられる。チャージスイッチ２３と充電スイッチ２４は、直流のプラス側とマイナス側の両方に接続されている。この絶縁回路９は、充電スイッチ２４をオフとする状態でチャージスイッチ２３をオンに切り換えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力でチャージコンデンサ２１を充電する。その後、チャージスイッチ２３をオフに切り換えた後、充電スイッチ２４をオンに切り換えてチャージコンデンサ２１で電源コンデンサ２２を充電する。電源コンデンサ２２は、チャージコンデンサ２１の出力側に接続された電解コンデンサで、充電スイッチ２４をオンに切り換える状態で、チャージコンデンサ２１に充電される。電源コンデンサ２２は各々の検出回路４に動作電力を供給する。絶縁回路９は、チャージスイッチ２３と充電スイッチ２４とを一定の周期で交互に切り換えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力でチャージコンデンサ２１を充電し、電源コンデンサ２２を介して各々の検出回路４に動作電力を切り換えする。電源コンデンサ２２のアースライン８は、各々の電源ユニット１のアースライン８に接続している。
　この電源装置は、たとえば、第１の電源ユニット１Ａの電池ブロック２の残容量が最も大きい状態にあると、このことが電源制御回路７に判定され、電源制御回路７は第１の電源ユニット１Ａの電源回路６のみを動作状態とする。動作状態になった第１の電源ユニット１Ａの電源回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介して自己の検出回路４に動作電力を供給する。さらに、絶縁回路９は、チャージスイッチ２３と充電スイッチ２４とを交互にオンオフに切り換えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力でもって、各々の電源ユニット１の検出回路４に動作電力を供給する電源コンデンサ２２を充電する。電源コンデンサ２２は、第１の電源ユニット１Ａのアースライン８を切り離す状態で、各々の電源ユニット１の検出回路４に電力を供給する。
　図５の電源装置は、各々の電源ユニット１が電源回路６と絶縁回路９を備えている。ただ、電源装置は、図示しないが、各々の電源ユニットに電源回路と絶縁回路を設けることなく、１組の電源回路と絶縁回路を設けて、この電源回路の入力側を切換スイッチで切り換えて第１～第３の電源ユニットの電池ブロックに接続することもできる。この切換スイッチは電源制御回路に制御されて、残容量の最も大きい電池ブロックを電源回路に接続する。
　以上の電源装置は、最も残容量の大きい電池ブロック２から各々の検出回路４に動作電力を供給するので、電池ブロック２の残容量の差を検出回路４に供給する電力で均等化できる。ただ、検出回路４の消費電力のみで電池ブロック２を均等化できない状態にあっては、別に均等化回路（図示せず）を設けて、電池ブロック２を均等化することができる。
（蓄電用電源装置）
　図６は、大出力が要求される電源装置であって、蓄電用設備として利用する電源装置を示している。この電源装置は、例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光発電の電力や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光発電の電力を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等に利用できる。この図の電源装置１００は、複数の電池ブロック２を直列に接続している。各電池ブロック２は、複数の電池３を直列に接続している。この電源装置１００は、充電用電源ＣＰと負荷ＬＤとを、充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳを介して接続している。電源装置１００は、充電用電源ＣＰで充電されて、ＤＣ／ＡＣインバータ３０を介して負荷ＬＤに電力を供給する。このため、電源装置１００は、電源制御回路７で充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳをコントロールして、充電モードと放電モードに切り換えられる。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源制御回路７によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源制御回路７は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また、充電された電源装置１００は、満充電になり、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源制御回路７は放電スイッチＤＳをＯＮにして負荷ＬＤに電力を供給する。このとき、充電スイッチＣＳはＯＮ又はＯＦＦに制御される。充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳの両方をＯＮに制御して、電源装置１００は、充電されながら負荷ＬＤに電力を供給する。
　電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源制御回路７が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子やリレーが利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源制御回路７によって制御される。また電源制御回路７は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている（図示せず）。通信インターフェースは、ＵＡＲＴやＲＳ－２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、電源装置を負荷や充電用電源に接続している。
　　１…電源ユニット　　　　　　　　　　１Ａ…第１の電源ユニット
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１Ｂ…第２の電源ユニット
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１Ｃ…第３の電源ユニット
　　２…電池ブロック
　　３…電池
　　４…検出回路
　　５…電源ライン
　　６…電源回路
　　７…電源制御回路
　　８…アースライン
　　９…絶縁回路
　１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
　１２…ＤＣ／ＡＣインバータ
　１３…トランス
　１４…スイッチング素子
　１５…サブＤＣ／ＤＣコンバータ
　１６…２次コイル
　１７…整流回路
　１８…切換スイッチ
　１９…直列回路
　２０…トランス
　２１…チャージコンデンサ
　２２…電源コンデンサ
　２３…チャージスイッチ
　２４…充電スイッチ
　３０…ＤＣ／ＡＣインバータ
１００…電源装置
　ＣＰ…充電用電源
　ＬＤ…負荷
　ＣＳ…充電スイッチ
　ＤＳ…放電スイッチ

Claims (8)

  1. 　複数の電源ユニット(1)を備える電源装置であって、各々の電源ユニット(1)は、複数の電池(3)を直列に接続している電池ブロック(2)と、電池ブロック(2)を構成する電池(3)の状態を検出する検出回路(4)を備え、さらに、電源装置は電池ブロック(2)から供給される電力を検出回路(4)の電源ライン(5)に供給する電源回路(6)とを備えており、
    　各々の電源ユニット(1)は、各々の電池ブロック(2)を直列に接続しており、かつ前記電源回路(6)が検出回路(4)に動作電力を供給するようにしてなる電源装置であって、
    　各々の電源ユニット(1)を構成する電池ブロック(2)の残容量を検出して、残容量の大きい電池ブロック(2)から、残容量の小さい電池ブロック(2)を備える電源ユニット(1)の検出回路(4)に動作電力を供給するように電源回路(6)を制御する電源制御回路(7)を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 　前記電源制御回路(7)が、電池ブロック(2)の電圧と、充放電の電流の積算値のいずれか又は両方で残容量を検出する請求項１に記載される電源装置。
  3. 　前記電源回路(6)が、他の電源ユニット(1)の電源ライン(5)にアースライン(8)を絶縁して供給する絶縁回路(9)を有する請求項１又は２のいずれかに記載される電源装置。
  4. 　前記電源回路(6)が、各々の電源ユニット(1)に設けられて電池ブロック(2)の直流を検出回路(4)の動作電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ(11)と、このＤＣ／ＤＣコンバータ(11)から出力される直流を絶縁して他の電源ユニット(1)の検出回路(4)に供給する絶縁回路(9)のサブＤＣ／ＤＣコンバータ(15)とを有する請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
  5. 　前記電源回路(6)が、各々の電源ユニット(1)に設けられて電池ブロック(2)の直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ(12)と、このＤＣ／ＡＣインバータ(12)から出力される交流を絶縁して伝送するトランス(20)と、このトランス(20)の出力を整流して検出回路(4)の動作電力とする整流回路(17)とを備える請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
  6. 　前記電源回路(6)が、各々の電源ユニット(1)に設けられて電池ブロック(2)の直流を検出回路(4)の動作電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ(11)と、このＤＣ／ＤＣコンバータ(11)から出力される直流を、アースライン(8)を絶縁して他の電源ユニット(1)の検出回路(4)に供給する絶縁回路(9)とを有し、この絶縁回路(9)が、ＤＣ／ＤＣコンバータ(11)の正負の出力ラインに接続されて同時にオンオフに切り換えられる一対のチャージスイッチ(23)と、このチャージスイッチ(23)の出力側に接続されてチャージスイッチ(23)のオン状態でＤＣ／ＤＣコンバータ(11)の出力で充電されるチャージコンデンサ(21)と、このチャージコンデンサ(21)の正負に接続されて同時にオンオフに切り変えられる一対の充電スイッチ(24)と、この充電スイッチ(24)のオン状態でチャージコンデンサ(21)に充電される電源コンデンサ(22)とを備え、前記チャージスイッチ(23)と前記充電スイッチ(24)とが同時にオン状態に切り換えられることなく交互にオンオフに切り換えられてＤＣ／ＤＣコンバータ(11)の直流がアースライン(8)を絶縁して各々の検出回路(4)に供給されるようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
  7. 　前記電源装置が車両用の電源装置である請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置。
  8. 　前記電源装置が蓄電用の電源装置である請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置。
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