JP2002186191A - バッテリセル用セルシャント回路 - Google Patents
バッテリセル用セルシャント回路Info
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- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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- Secondary Cells (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数直列接続されたリチウムイオンバッテリ
セルに対して一括定電流充電を行うリチウムイオンバッ
テリの、個々のセルの過充電保護対策として設けられた
セルシャント回路部において、充電電流をセルシャント
に分流することによって生じる熱の発生を押さえること
を目的とする。 【解決手段】 バッテリセル用セルシャント回路におい
て、バッテリセルへの充電電流をバイパスさせて当該バ
ッテリセルの後段に設けられたバッテリセルに入力させ
るようになすとともに、このバイパスさせた充電電流か
ら得た余剰エネルギを保存しておき、余剰エネルギを一
括充電ラインに回生し得るエネルギ保持手段と、エネル
ギ保持手段によるバイパス経路を開閉する様に挿入した
スイッチング素子とを備え、エネルギ保持手段は、スイ
ッチング素子がバイパス経路を開いた際に余剰エネルギ
を一括充電ラインに回生するようにした。
セルに対して一括定電流充電を行うリチウムイオンバッ
テリの、個々のセルの過充電保護対策として設けられた
セルシャント回路部において、充電電流をセルシャント
に分流することによって生じる熱の発生を押さえること
を目的とする。 【解決手段】 バッテリセル用セルシャント回路におい
て、バッテリセルへの充電電流をバイパスさせて当該バ
ッテリセルの後段に設けられたバッテリセルに入力させ
るようになすとともに、このバイパスさせた充電電流か
ら得た余剰エネルギを保存しておき、余剰エネルギを一
括充電ラインに回生し得るエネルギ保持手段と、エネル
ギ保持手段によるバイパス経路を開閉する様に挿入した
スイッチング素子とを備え、エネルギ保持手段は、スイ
ッチング素子がバイパス経路を開いた際に余剰エネルギ
を一括充電ラインに回生するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は人工衛星や宇宙機
に搭載される、例えばリチウムイオンバッテリを構成す
る複数直列に接続されたリチウムイオンバッテリセルの
個々の過充電保護対策として設けられるセルシャント
（充電電流分流路）回路に関するものである。
に搭載される、例えばリチウムイオンバッテリを構成す
る複数直列に接続されたリチウムイオンバッテリセルの
個々の過充電保護対策として設けられるセルシャント
（充電電流分流路）回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のリチウムイオンバッテリセ
ル用セルシャントを示すもので、８はバッテリ充電器、
Ｃ1〜Ｃnはリチウムイオンバッテリセル、４はシャント
トランジスタ、５は基準電圧発生部、６は差動増幅器を
示し、シャントトランジスタ４、基準電圧発生部５及び
差動増幅器６によりセルシャント回路部Ｓｈ1〜Ｓｈnを
構成する。また、Ｉchgはバッテリ充電電流、Ｉpはシャ
ント電流、Ｖcはセル電圧、Ｖsは基準電圧発生部５が生
じる基準電圧である。
ル用セルシャントを示すもので、８はバッテリ充電器、
Ｃ1〜Ｃnはリチウムイオンバッテリセル、４はシャント
トランジスタ、５は基準電圧発生部、６は差動増幅器を
示し、シャントトランジスタ４、基準電圧発生部５及び
差動増幅器６によりセルシャント回路部Ｓｈ1〜Ｓｈnを
構成する。また、Ｉchgはバッテリ充電電流、Ｉpはシャ
ント電流、Ｖcはセル電圧、Ｖsは基準電圧発生部５が生
じる基準電圧である。
【０００３】従来より、衛星及び宇宙機搭載用バッテリ
として用いられるニッケルカドミウムバッテリ及びニッ
ケル水素バッテリにおいては、複数直列接続されたバッ
テリセルに対して、一括定電流充電を行うことで、バッ
テリ充電器のリソース削減、信頼性向上を図ってきた。
一方、エネルギ密度が高く衛星及び宇宙機搭載用として
優れた諸特性を有するリチウムイオンバッテリセルが将
来の衛星及び宇宙機搭載用バッテリの主流となりつつあ
る。
として用いられるニッケルカドミウムバッテリ及びニッ
ケル水素バッテリにおいては、複数直列接続されたバッ
テリセルに対して、一括定電流充電を行うことで、バッ
テリ充電器のリソース削減、信頼性向上を図ってきた。
一方、エネルギ密度が高く衛星及び宇宙機搭載用として
優れた諸特性を有するリチウムイオンバッテリセルが将
来の衛星及び宇宙機搭載用バッテリの主流となりつつあ
る。
【０００４】ところが、このような一括定電流充電方式
においては、個々のセル容量のばらつきに起因してセル
毎に充電量のばらつきが生じ、過充電されてしまうバッ
テリセルが生じる。
においては、個々のセル容量のばらつきに起因してセル
毎に充電量のばらつきが生じ、過充電されてしまうバッ
テリセルが生じる。
【０００５】特に、リチウムイオンバッテリセルは過充
電に対して寿命特性が著しく低下する特性を有してお
り、これは長寿命化が要求される衛星及び宇宙機搭載用
バッテリとしてのウィークポイントとなっている。そこ
で、その対策として上記の様なリチウムイオンバッテリ
セル用セルシャントが必要となる。
電に対して寿命特性が著しく低下する特性を有してお
り、これは長寿命化が要求される衛星及び宇宙機搭載用
バッテリとしてのウィークポイントとなっている。そこ
で、その対策として上記の様なリチウムイオンバッテリ
セル用セルシャントが必要となる。
【０００６】従来のリチウムイオンバッテリセル用セル
シャントは、図４のように構成されており、バッテリ充
電器８からバッテリ充電電流Ｉchgが直列に接続された
リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに供給され、当該
リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnを一括充電する。
この充電により各リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃn
にはバッテリ充電電流Ｉchgの充電電流時間積に比例し
て一様に充電エネルギが貯えられる。その過程におい
て、個々のリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnは個々
に貯えられる充電エネルギ限界即ちセル容量のばらつき
に応じてセル電圧Ｖcが上昇し、最もセル容量の小さい
ものが最初に充電完了電圧に達するが、充電は全てのリ
チウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnが充電完了電圧に達
するまで継続して行なわれる。
シャントは、図４のように構成されており、バッテリ充
電器８からバッテリ充電電流Ｉchgが直列に接続された
リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに供給され、当該
リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnを一括充電する。
この充電により各リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃn
にはバッテリ充電電流Ｉchgの充電電流時間積に比例し
て一様に充電エネルギが貯えられる。その過程におい
て、個々のリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnは個々
に貯えられる充電エネルギ限界即ちセル容量のばらつき
に応じてセル電圧Ｖcが上昇し、最もセル容量の小さい
ものが最初に充電完了電圧に達するが、充電は全てのリ
チウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnが充電完了電圧に達
するまで継続して行なわれる。
【０００７】この充電動作において、例えばリチウムイ
オンバッテリセルＣ1が最初に充電完了電圧に達した場
合、セルシャント回路部Ｓｈ1の差動増幅器６はセル電
圧ＶCの値が予め充電完了電圧に等しい値に設定されて
いる基準電圧Ｖsに到達した事を検出してシャントトラ
ンジスタ４を駆動し、バッテリ充電電流Ｉchgから余剰
となる電流（以下、この電流をシャント電流Ｉpと呼
ぶ）を分流させることにより、リチウムイオンバッテリ
セルＣ1にバッテリ充電電流Ｉchgが供給されない様に動
作する。以上の動作がセルシャント回路部Ｓｈ1〜Ｓｈn
において同様に行われ、継続する充電動作において各リ
チウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnが過充電になる事を
防止する。
オンバッテリセルＣ1が最初に充電完了電圧に達した場
合、セルシャント回路部Ｓｈ1の差動増幅器６はセル電
圧ＶCの値が予め充電完了電圧に等しい値に設定されて
いる基準電圧Ｖsに到達した事を検出してシャントトラ
ンジスタ４を駆動し、バッテリ充電電流Ｉchgから余剰
となる電流（以下、この電流をシャント電流Ｉpと呼
ぶ）を分流させることにより、リチウムイオンバッテリ
セルＣ1にバッテリ充電電流Ｉchgが供給されない様に動
作する。以上の動作がセルシャント回路部Ｓｈ1〜Ｓｈn
において同様に行われ、継続する充電動作において各リ
チウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnが過充電になる事を
防止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の様なリチウムイ
オンバッテリセル用セルシャントでは、バッテリ充電電
流Ｉchgからシャント電流Ｉpをシャントトランジスタ４
により分流させることにより、リチウムイオンバッテリ
セルＣ1〜Ｃnが過充電になる事を防止する様になしてい
る。しかしながらシャントトランジスタ４には、シャン
ト電流Ｉpが流れるため、式（１）に示されるように発
熱Ｐが生じる。
オンバッテリセル用セルシャントでは、バッテリ充電電
流Ｉchgからシャント電流Ｉpをシャントトランジスタ４
により分流させることにより、リチウムイオンバッテリ
セルＣ1〜Ｃnが過充電になる事を防止する様になしてい
る。しかしながらシャントトランジスタ４には、シャン
ト電流Ｉpが流れるため、式（１）に示されるように発
熱Ｐが生じる。
【０００９】
【数１】
【００１０】この発熱Ｐが衛星及び宇宙機搭載用バッテ
リシステムの熱設計を困難なものにしており、また充電
器のリソース削減、信頼性向上を妨げる要因となってい
た。
リシステムの熱設計を困難なものにしており、また充電
器のリソース削減、信頼性向上を妨げる要因となってい
た。
【００１１】この発明は、以上の欠点を解決するために
なされたもので、バッテリセル用セルシャント回路に生
じる熱の発生を押さえることを目的とする。
なされたもので、バッテリセル用セルシャント回路に生
じる熱の発生を押さえることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係るバッテリ
セル用セルシャント回路は、充電器により一括充電され
る複数個直列接続された個々のバッテリセルに対してそ
れぞれ並列に設けられており、上記バッテリセルへの充
電電流をバイパスさせて当該バッテリセルの後段に設け
られたバッテリセルに入力させるようになすとともに、
このバイパスさせた充電電流から得た余剰エネルギを保
存しておき、当該余剰エネルギを一括充電ラインに回生
し得るエネルギ保持手段と、上記エネルギ保持手段によ
るバイパス経路を開閉する様に挿入したスイッチング素
子と、上記バッテリセルの充電電圧と基準電圧とを比較
して、当該充電電圧が当該基準電圧よりも大きいとき
に、上記スイッチング素子の駆動信号を出力するコンパ
レータとを備え、上記エネルギ保持手段は、上記スイッ
チング素子が上記バイパス経路を開いた際に上記余剰エ
ネルギを一括充電ラインに回生することを特徴とするも
のである。
セル用セルシャント回路は、充電器により一括充電され
る複数個直列接続された個々のバッテリセルに対してそ
れぞれ並列に設けられており、上記バッテリセルへの充
電電流をバイパスさせて当該バッテリセルの後段に設け
られたバッテリセルに入力させるようになすとともに、
このバイパスさせた充電電流から得た余剰エネルギを保
存しておき、当該余剰エネルギを一括充電ラインに回生
し得るエネルギ保持手段と、上記エネルギ保持手段によ
るバイパス経路を開閉する様に挿入したスイッチング素
子と、上記バッテリセルの充電電圧と基準電圧とを比較
して、当該充電電圧が当該基準電圧よりも大きいとき
に、上記スイッチング素子の駆動信号を出力するコンパ
レータとを備え、上記エネルギ保持手段は、上記スイッ
チング素子が上記バイパス経路を開いた際に上記余剰エ
ネルギを一括充電ラインに回生することを特徴とするも
のである。
【００１３】また、上記バッテリセルの充電電圧検出応
答時間を遅らせて検出し、その検出出力を上記コンパレ
ータに出力するロウパスフィルタを備えることを特徴と
するものである。
答時間を遅らせて検出し、その検出出力を上記コンパレ
ータに出力するロウパスフィルタを備えることを特徴と
するものである。
【００１４】また、上記充電器は、外部から入力された
交流電流を直流電流に変換する電力変換部と、当該電力
変換部からの出力に基づいて一定な直流電流をバッテリ
セルに出力する電流制御部とからなり、上記電流制御部
には、上記電力変換部からの出力と同一方向に上記エネ
ルギ保持手段から上記余剰エネルギが回生されることを
特徴とするものである。
交流電流を直流電流に変換する電力変換部と、当該電力
変換部からの出力に基づいて一定な直流電流をバッテリ
セルに出力する電流制御部とからなり、上記電流制御部
には、上記電力変換部からの出力と同一方向に上記エネ
ルギ保持手段から上記余剰エネルギが回生されることを
特徴とするものである。
【００１５】また、上記エネルギ保持手段は、フライバ
ックトランスから成り、当該フライバックトランスの一
次巻線に上記バッテリセルの充電電流をバイパスさせる
ように成すとともに、二次巻線の出力を一括充電ライン
に回生するように接続され、当該二次巻線にはその出力
を一括充電ライン方向に出力するようにダイオードが接
続されていることを特徴とするものである。
ックトランスから成り、当該フライバックトランスの一
次巻線に上記バッテリセルの充電電流をバイパスさせる
ように成すとともに、二次巻線の出力を一括充電ライン
に回生するように接続され、当該二次巻線にはその出力
を一括充電ライン方向に出力するようにダイオードが接
続されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す回路図であり、８及びＣ1〜Ｃnは従
来装置と全く同一のものである。Ｓｈ1〜Ｓｈnはセルシ
ャント回路部、１はフライバックトランス、１aはフラ
イバックトランス１の一次巻線、１bはフライバックト
ランス１の二次巻線、２はスイッチング素子、３はフラ
イバックトランス１の二次巻線１ｂの出力をバッテリ充
電電流Ｉchgに回生させる様に接続されたダイオード、
５は基準電圧発生部、７はヒステリシス特性を有するコ
ンパレータ、９はロウパスフィルタ、Ｒ1〜Ｒnはリチウ
ムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnのセル内部抵抗、Ｉchg
はバッテリ充電電流、Ｉpはシャント電流、Ｉcelは実際
にリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに流れるセル充
電電流、Ｉbckはフライバックトランス１の二次巻線１
ｂからバッテリ充電電流Ｉchgに回生させる帰還電流、
Ｖcはセル電圧、Ｖsは基準電圧発生部が生じる基準電圧
である。
実施の形態１を示す回路図であり、８及びＣ1〜Ｃnは従
来装置と全く同一のものである。Ｓｈ1〜Ｓｈnはセルシ
ャント回路部、１はフライバックトランス、１aはフラ
イバックトランス１の一次巻線、１bはフライバックト
ランス１の二次巻線、２はスイッチング素子、３はフラ
イバックトランス１の二次巻線１ｂの出力をバッテリ充
電電流Ｉchgに回生させる様に接続されたダイオード、
５は基準電圧発生部、７はヒステリシス特性を有するコ
ンパレータ、９はロウパスフィルタ、Ｒ1〜Ｒnはリチウ
ムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnのセル内部抵抗、Ｉchg
はバッテリ充電電流、Ｉpはシャント電流、Ｉcelは実際
にリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに流れるセル充
電電流、Ｉbckはフライバックトランス１の二次巻線１
ｂからバッテリ充電電流Ｉchgに回生させる帰還電流、
Ｖcはセル電圧、Ｖsは基準電圧発生部が生じる基準電圧
である。
【００１７】前記の様に構成されたリチウムイオンバッ
テリセル用セルシャントにおいて、例えばリチウムイオ
ンバッテリセルＣ1のセル電圧Ｖcが最初に充電完了電圧
に達する場合について以下説明する。
テリセル用セルシャントにおいて、例えばリチウムイオ
ンバッテリセルＣ1のセル電圧Ｖcが最初に充電完了電圧
に達する場合について以下説明する。
【００１８】セルシャント回路部Ｓｈ1のコンパレータ
７は、リチウムイオンバッテリセルＣ1のセル電圧Ｖ
cと、予めリチウムイオンバッテリセルＣ1の充電完了電
圧に相当する値に設定されている基準電圧Ｖsの第１の
ヒステリシスレベルＶspとを比較し、当該セル電圧Ｖc
が当該ヒステリシスレベルＶspよりも大きいことを検出
するときにスイッチング素子２を駆動する駆動信号を出
力する。そして、スイッチング素子２は、かかる駆動信
号に基づいてオン駆動する。
７は、リチウムイオンバッテリセルＣ1のセル電圧Ｖ
cと、予めリチウムイオンバッテリセルＣ1の充電完了電
圧に相当する値に設定されている基準電圧Ｖsの第１の
ヒステリシスレベルＶspとを比較し、当該セル電圧Ｖc
が当該ヒステリシスレベルＶspよりも大きいことを検出
するときにスイッチング素子２を駆動する駆動信号を出
力する。そして、スイッチング素子２は、かかる駆動信
号に基づいてオン駆動する。
【００１９】その結果、今までスイッチング素子２によ
って開かれていたリチウムイオンバッテリセルＣ1に対
するバイパス経路が閉じて、フライバックトランス１の
一次巻線１aにバッテリ充電電流Ｉchgからシャント電流
Ｉpが分流されて流れる。
って開かれていたリチウムイオンバッテリセルＣ1に対
するバイパス経路が閉じて、フライバックトランス１の
一次巻線１aにバッテリ充電電流Ｉchgからシャント電流
Ｉpが分流されて流れる。
【００２０】ここで、エネルギ保持手段としてのフライ
バックトランス１において、シャント電流Ｉpは、一次
巻線１ａを流れることによりリチウムイオンバッテリセ
ルＣ1へのバッテリ充電電流Ｉchgの流入が抑えられる。
このとき、このフライバックトランス１には、シャント
電流Ｉpから得た電気的エネルギ（以下、これを余剰エ
ネルギと呼ぶ）が保持される。
バックトランス１において、シャント電流Ｉpは、一次
巻線１ａを流れることによりリチウムイオンバッテリセ
ルＣ1へのバッテリ充電電流Ｉchgの流入が抑えられる。
このとき、このフライバックトランス１には、シャント
電流Ｉpから得た電気的エネルギ（以下、これを余剰エ
ネルギと呼ぶ）が保持される。
【００２１】また、このようにスイッチング素子２がオ
ン状態のとき、フライバックトランス１の二次巻線１b
の出力はダイオード３によりカットオフ状態になる様に
接続されている。
ン状態のとき、フライバックトランス１の二次巻線１b
の出力はダイオード３によりカットオフ状態になる様に
接続されている。
【００２２】そして、かかるシャント電流Ｉpは、フラ
イバックトランス１の一次巻線１aのインダクタンスを
Ｌp、時間をｔとおくと、式（２）で表される。
イバックトランス１の一次巻線１aのインダクタンスを
Ｌp、時間をｔとおくと、式（２）で表される。
【００２３】
【数２】
【００２４】続いて、シャント電流Ｉpは、式（２）に
示される通りスイッチング素子２がオン駆動されている
間上昇を続けるため、リチウムイオンバッテリセルＣ1
に流れるセル充電電流Ｉcelはバッテリ充電電流Ｉchgか
らシャント電流Ｉpを減じた結果となり下降を続ける。
その結果、セル充電電流Ｉcelとの積によって生じるセ
ル内部抵抗Ｒ1の電圧降下が低下することによりセル電
圧Ｖcが低下して、セルシャント回路部Ｓｈ1のコンパレ
ータ７は、セル電圧Ｖcが基準電圧Ｖsの第２のヒステリ
シスレベルＶssを下回ることを検出して、スイッチング
素子２への駆動信号の出力を中止する。これよりスイッ
チング素子２は、オフ駆動する。
示される通りスイッチング素子２がオン駆動されている
間上昇を続けるため、リチウムイオンバッテリセルＣ1
に流れるセル充電電流Ｉcelはバッテリ充電電流Ｉchgか
らシャント電流Ｉpを減じた結果となり下降を続ける。
その結果、セル充電電流Ｉcelとの積によって生じるセ
ル内部抵抗Ｒ1の電圧降下が低下することによりセル電
圧Ｖcが低下して、セルシャント回路部Ｓｈ1のコンパレ
ータ７は、セル電圧Ｖcが基準電圧Ｖsの第２のヒステリ
シスレベルＶssを下回ることを検出して、スイッチング
素子２への駆動信号の出力を中止する。これよりスイッ
チング素子２は、オフ駆動する。
【００２５】この基準電圧Ｖsの第２のヒステリシスレ
ベルＶssは第１のヒステリシスレベルＶspよりも低く設
定されており、これらヒステリシスレベル間に差を設け
ることによって、セル電圧Ｖcの微動な変動によりスイ
ッチング素子２のオン／オフ動作が不安定になって発振
することを防止している。
ベルＶssは第１のヒステリシスレベルＶspよりも低く設
定されており、これらヒステリシスレベル間に差を設け
ることによって、セル電圧Ｖcの微動な変動によりスイ
ッチング素子２のオン／オフ動作が不安定になって発振
することを防止している。
【００２６】次いで、スイッチング素子２が閉状態から
開状態に切替わる場合について説明する。まず、スイッ
チング素子２が閉状態にある間は、フライバックトラン
ス１の二次巻線１ｂにダイオード３がカットオフ状態に
なる様に接続されている。またダイオード３は、二次巻
線１ｂの出力を一括充電ラインに回生させる様に接続さ
れている。
開状態に切替わる場合について説明する。まず、スイッ
チング素子２が閉状態にある間は、フライバックトラン
ス１の二次巻線１ｂにダイオード３がカットオフ状態に
なる様に接続されている。またダイオード３は、二次巻
線１ｂの出力を一括充電ラインに回生させる様に接続さ
れている。
【００２７】ここで、フライバックトランス１は、スイ
ッチング素子２が閉状態から開状態に切替わると、当該
切替わった瞬間に、上述のように保持していた余剰エネ
ルギを帰還電流Ｉbckとして一括充電ラインに回生す
る。
ッチング素子２が閉状態から開状態に切替わると、当該
切替わった瞬間に、上述のように保持していた余剰エネ
ルギを帰還電流Ｉbckとして一括充電ラインに回生す
る。
【００２８】因みに、かかる帰還電流Ｉbckが流れる継
続時間ｔoffは、リチウムイオンバッテリセルＣ1のセル
電圧をＶc、スイッチング素子２の閉時間をｔon、フラ
イバックトランス１の二次巻線１ｂのインダクタンスを
Ｌs、フライバックトランス１の一次巻線１ａの巻数を
Ｎp、フライバックトランス１の二次巻線１ｂの巻数を
Ｎs、リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnのセル電圧
合計値をＶbatとおくと、式（３）で表される。
続時間ｔoffは、リチウムイオンバッテリセルＣ1のセル
電圧をＶc、スイッチング素子２の閉時間をｔon、フラ
イバックトランス１の二次巻線１ｂのインダクタンスを
Ｌs、フライバックトランス１の一次巻線１ａの巻数を
Ｎp、フライバックトランス１の二次巻線１ｂの巻数を
Ｎs、リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnのセル電圧
合計値をＶbatとおくと、式（３）で表される。
【００２９】
【数３】
【００３０】以上のように、スイッチング素子２のオン
／オフ動作が繰返される状態において、リチウムイオン
バッテリセルＣ1に充電される充電電流時間積Itは、ス
イッチング周期をｔcとおけば、式（４）で表される。
／オフ動作が繰返される状態において、リチウムイオン
バッテリセルＣ1に充電される充電電流時間積Itは、ス
イッチング周期をｔcとおけば、式（４）で表される。
【００３１】
【数４】
【００３２】図２は、以上の式（２）、式（３）及び式
（４）で用いられたシャント電流Ｉ p（図２(ａ)）、帰
還電流Ｉbck（図２(ｂ)）、セル充電電流Ｉcel(図２
(Ｃ)）、セル充電電流Ｖc（図２(ｄ)）、及びスイッチ
ング素子開閉動作タイミング(図２(ｅ)）の動作を時間
の経過に対応して示す。
（４）で用いられたシャント電流Ｉ p（図２(ａ)）、帰
還電流Ｉbck（図２(ｂ)）、セル充電電流Ｉcel(図２
(Ｃ)）、セル充電電流Ｖc（図２(ｄ)）、及びスイッチ
ング素子開閉動作タイミング(図２(ｅ)）の動作を時間
の経過に対応して示す。
【００３３】以上のように、スイッチング素子２がオン
／オフ動作した結果、式（４）で示される充電電流時間
積Itがゼロになる動作を行うことにより、リチウムイオ
ンバッテリセルＣ1の過充電を防止することができる。
／オフ動作した結果、式（４）で示される充電電流時間
積Itがゼロになる動作を行うことにより、リチウムイオ
ンバッテリセルＣ1の過充電を防止することができる。
【００３４】さらに、フライバックトランス１は、バッ
テリ充電器８から供給される余剰エネルギを一括充電ラ
インに回生することにより、セルシャント回路部Ｓｈ1
における発熱を押さえることができる。
テリ充電器８から供給される余剰エネルギを一括充電ラ
インに回生することにより、セルシャント回路部Ｓｈ1
における発熱を押さえることができる。
【００３５】なお、図２において、帰還電流Ｉbckが流
れる継続時間ｔoffの間、帰還電流Ｉ bckがセル充電電流
Ｉcelに重畳することにより、当該重畳されたセル充電
電流Ｉ celとの積によって生じるセル内部抵抗Ｒ1の電圧
降下が上昇し、これによってコンパレータ７が、帰還電
流Ｉbckが流れている途中でスイッチング素子２をオン
駆動してしまう恐れがある。
れる継続時間ｔoffの間、帰還電流Ｉ bckがセル充電電流
Ｉcelに重畳することにより、当該重畳されたセル充電
電流Ｉ celとの積によって生じるセル内部抵抗Ｒ1の電圧
降下が上昇し、これによってコンパレータ７が、帰還電
流Ｉbckが流れている途中でスイッチング素子２をオン
駆動してしまう恐れがある。
【００３６】そこで、このセルシャント回路部Ｓｈ1で
は、セル電圧Ｖcを検出するコンパレータ７の入力端に
ロウパスフィルタ９を設け、当該ロウパスフィルタ９が
セル電圧Ｖcの検出応答時間を遅らせて検出し、その検
出結果をコンパレータ７に出力する。これにより、上述
のように帰還電流Ｉbckが流れている途中でコンパレー
タ７がスイッチング素子２をオン駆動してしまうことを
防止し得るようになされている。
は、セル電圧Ｖcを検出するコンパレータ７の入力端に
ロウパスフィルタ９を設け、当該ロウパスフィルタ９が
セル電圧Ｖcの検出応答時間を遅らせて検出し、その検
出結果をコンパレータ７に出力する。これにより、上述
のように帰還電流Ｉbckが流れている途中でコンパレー
タ７がスイッチング素子２をオン駆動してしまうことを
防止し得るようになされている。
【００３７】以上の動作が他のリチウムイオンバッテリ
セルＣ1〜Ｃnに対しても同様に行われ、継続する充電動
作において各リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnの過
充電を防止することができる。
セルＣ1〜Ｃnに対しても同様に行われ、継続する充電動
作において各リチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnの過
充電を防止することができる。
【００３８】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す回路図であり１、１ａ、１ｂ、２、３、５、
７、８、Ｃ1〜Ｃn、Ｓｈ1〜Ｓｈn、Ｒ1〜Ｒn、Ｉchg、
Ｉp、Ｉcel、Ｉbck、Ｖc、Ｖｓは従来装置と全く同一の
ものである。８ａはバッテリ充電器８の電流制御部、８
ｂはバッテリ充電器８の電力変換部である。
態２を示す回路図であり１、１ａ、１ｂ、２、３、５、
７、８、Ｃ1〜Ｃn、Ｓｈ1〜Ｓｈn、Ｒ1〜Ｒn、Ｉchg、
Ｉp、Ｉcel、Ｉbck、Ｖc、Ｖｓは従来装置と全く同一の
ものである。８ａはバッテリ充電器８の電流制御部、８
ｂはバッテリ充電器８の電力変換部である。
【００３９】そして電力変換部８ｂは、外部から入力さ
れた交流電流を直流電流に変換して出力し、電流制御部
８ａは、電力変換部８ｂからの出力に基づいて一定な直
流電流を出力するようになされている。
れた交流電流を直流電流に変換して出力し、電流制御部
８ａは、電力変換部８ｂからの出力に基づいて一定な直
流電流を出力するようになされている。
【００４０】また、前記の様に構成されたリチウムイオ
ンバッテリセル用セルシャントにおいて、フライバック
トランス１の二次巻線１ｂからの出力が、電流制御部８
ａと電力変換部８ｂとの間に回生させる様に接続されて
いる。
ンバッテリセル用セルシャントにおいて、フライバック
トランス１の二次巻線１ｂからの出力が、電流制御部８
ａと電力変換部８ｂとの間に回生させる様に接続されて
いる。
【００４１】そして、電流制御部８ａは、常に一定の電
流を出力するように制御されているため、フライバック
トランス１の二次巻線１ｂから帰還電流Ｉbckが供給さ
れたか否かに関わらず常に一定なバッテリ充電電流Ｉ
chgをリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに出力し得
るようになされている。
流を出力するように制御されているため、フライバック
トランス１の二次巻線１ｂから帰還電流Ｉbckが供給さ
れたか否かに関わらず常に一定なバッテリ充電電流Ｉ
chgをリチウムイオンバッテリセルＣ1〜Ｃnに出力し得
るようになされている。
【００４２】すなわち、リチウムイオンバッテリセル用
セルシャントでは、第１の実施の形態で示したようなバ
ッテリ充電電流Ｉchgに帰還電流Ｉbckが重畳されること
がなく、その結果、セル充電電流Ｉcelに帰還電流Ｉbck
が重畳することがなくなり、従って、第１の実施の形態
において当該重畳を時間的な変化を遅らせることで取り
除くようにしたロウパスフィルタ９を不要にした。
セルシャントでは、第１の実施の形態で示したようなバ
ッテリ充電電流Ｉchgに帰還電流Ｉbckが重畳されること
がなく、その結果、セル充電電流Ｉcelに帰還電流Ｉbck
が重畳することがなくなり、従って、第１の実施の形態
において当該重畳を時間的な変化を遅らせることで取り
除くようにしたロウパスフィルタ９を不要にした。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、個々
のバッテリセルの過充電保護対策として設けられたセル
シャント回路部において、熱の発生源となるセル電圧と
シャント電流の積によって生じる余剰エネルギを、フラ
イバックトランスを経由して帰還電流としてバッテリ充
電電流に回生させることにより、かかる余剰エネルギが
熱として消費され発熱することを防止できる。
のバッテリセルの過充電保護対策として設けられたセル
シャント回路部において、熱の発生源となるセル電圧と
シャント電流の積によって生じる余剰エネルギを、フラ
イバックトランスを経由して帰還電流としてバッテリ充
電電流に回生させることにより、かかる余剰エネルギが
熱として消費され発熱することを防止できる。
【００４４】また、コンパレータの検出電圧応答時間を
ロウパスフィルタによって遅らせることにより、スイッ
チング素子が不要に駆動してしまうことを防止できる。
ロウパスフィルタによって遅らせることにより、スイッ
チング素子が不要に駆動してしまうことを防止できる。
【００４５】また、二次巻線から回生される余剰エネル
ギが電流制御部に与えられることにより、常に一定な充
電電流をバッテリセルに入力することができる。
ギが電流制御部に与えられることにより、常に一定な充
電電流をバッテリセルに入力することができる。
【図１】 この発明によるリチウムイオンバッテリセル
用セルシャントの実施の形態１を示す構成図である。
用セルシャントの実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明によるリチウムイオンバッテリセル
用セルシャントの実施の形態１における各部の動作状態
を示すタイムチャートである。
用セルシャントの実施の形態１における各部の動作状態
を示すタイムチャートである。
【図３】 この発明によるリチウムイオンバッテリセル
用セルシャントの実施の形態２を示す構成図である。
用セルシャントの実施の形態２を示す構成図である。
【図４】 従来のリチウムイオンバッテリセル用セルシ
ャントを示す構成図である。
ャントを示す構成図である。
１ フライバックトランス、２ スイッチング素子、３
ダイオード、４ シャントトランジスタ、５ 基準電
圧発生部、６ 差動増幅器、７ コンパレータ、８ バ
ッテリ充電器、８ａ 電流制御部、８ｂ 電力変換部、
９ ロウパスフィルタ、Ｃ1〜Ｃn リチウムイオンバッ
テリセル、Ｒ1〜Ｒn セル内部抵抗、Ｓｈ1〜Ｓｈn セ
ルシャント回路部、Ｉchg バッテリ充電電流、Ｉbck
帰還電流、Ｉcel セル充電電流、Ｉp シャント電流、
Ｖc セル電圧、Ｖs 基準電圧、Ｖsp 第１のヒステリ
シスレベル、Ｖss 第２のヒステリシスレベル。
ダイオード、４ シャントトランジスタ、５ 基準電
圧発生部、６ 差動増幅器、７ コンパレータ、８ バ
ッテリ充電器、８ａ 電流制御部、８ｂ 電力変換部、
９ ロウパスフィルタ、Ｃ1〜Ｃn リチウムイオンバッ
テリセル、Ｒ1〜Ｒn セル内部抵抗、Ｓｈ1〜Ｓｈn セ
ルシャント回路部、Ｉchg バッテリ充電電流、Ｉbck
帰還電流、Ｉcel セル充電電流、Ｉp シャント電流、
Ｖc セル電圧、Ｖs 基準電圧、Ｖsp 第１のヒステリ
シスレベル、Ｖss 第２のヒステリシスレベル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｗ Ｆターム(参考） 2G035 AA16 AB03 AC18 AD02 AD05 AD19 AD23 AD45 AD47 5G003 AA01 BA03 CA02 CA14 CC04 GB04 5H030 AA03 AA10 AS11 BB01 FF43 FF52 5H730 AA20 AS17 BB43 BB82 CC11 DD02 EE07 FD11 XX19 XX22
Claims (4)
- 【請求項１】 充電器により一括充電される複数個直列
接続された個々のバッテリセルに対してそれぞれ並列に
設けられたバッテリセル用セルシャント回路において、 上記バッテリセルへの充電電流をバイパスさせて当該バ
ッテリセルの後段に設けられたバッテリセルに入力させ
るようになすとともに、このバイパスさせた充電電流か
ら得た余剰エネルギを保持しておき、当該余剰エネルギ
を一括充電ラインに回生し得るエネルギ保持手段と、 上記エネルギ保持手段によるバイパス経路を開閉する様
に挿入したスイッチング素子と、 上記バッテリセルの充電電圧と基準電圧とを比較して、
当該充電電圧が当該基準電圧よりも大きいときに、上記
スイッチング素子の駆動信号を出力するコンパレータと
を備え、 上記エネルギ保持手段は、上記スイッチング素子が上記
バイパス経路を開いた際に上記余剰エネルギを一括充電
ラインに回生することを特徴とするバッテリセル用セル
シャント回路。 - 【請求項２】 請求項１に記載のバッテリセル用セルシ
ャント回路において、 上記バッテリセルの充電電圧検出応答時間を遅らせて検
出し、その検出出力を上記コンパレータに出力するロウ
パスフィルタを備えることを特徴とするバッテリセル用
セルシャント回路。 - 【請求項３】 請求項１に記載のバッテリセル用セルシ
ャント回路において、 上記充電器は、外部から入力された交流電流を直流電流
に変換する電力変換部と、当該電力変換部からの出力に
基づいて一定な直流電流をバッテリセルに出力する電流
制御部とからなり、上記電流制御部には、上記電力変換
部からの出力と同一方向に上記エネルギ保持手段から上
記余剰エネルギが回生されることを特徴とするバッテリ
セル用セルシャント回路。 - 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載のバッテリ
セル用セルシャント回路において、 上記エネルギ保持手段は、フライバックトランスから成
り、当該フライバックトランスの一次巻線に上記バッテ
リセルの充電電流をバイパスさせるように成すととも
に、二次巻線の出力を一括充電ラインに回生するように
接続され、当該二次巻線にはその出力を一括充電ライン
方向に出力するようにダイオードが接続されていること
を特徴とするバッテリセル用セルシャント回路。
Priority Applications (3)
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| JP2000380504A JP3828354B2 (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | バッテリセル用セルシャント回路 |
| US09/901,675 US6388424B1 (en) | 2000-12-14 | 2001-07-11 | Cell shunt circuit for battery cells |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000380504A JP3828354B2 (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | バッテリセル用セルシャント回路 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002186191A true JP2002186191A (ja) | 2002-06-28 |
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|---|---|
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| FR (1) | FR2818456B1 (ja) |
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| JP2013527741A (ja) * | 2010-05-21 | 2013-06-27 | ザ・ボーイング・カンパニー | バッテリーセルの充電均等化 |
| JP2014226031A (ja) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | エルジー シーエヌエス カンパニーリミテッド | 直列接続された複数の２次電池の充放電のための能動バランス回路とアルゴリズムを備える２次電池充放電制御装置及び方法 |
| JPWO2020104891A1 (ja) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 |
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| FR2973964B1 (fr) * | 2011-04-11 | 2013-05-10 | Renault Sa | Dispositif et procede d'equilibrage de cellules d'une batterie |
| US9209630B2 (en) * | 2011-05-20 | 2015-12-08 | Ford Global Technologies, Llc | Active battery cell balancing methods with variable duration discharge |
| US20140167683A1 (en) | 2012-12-13 | 2014-06-19 | John Manford Wade | Multiple cell battery management |
| CN103795124A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-14 | 中达电通股份有限公司 | 一种实现多组锂电池并联循环充电的控制系统及其方法 |
| US10128486B2 (en) | 2015-03-13 | 2018-11-13 | Purdue Research Foundation | Current interrupt devices, methods thereof, and battery assemblies manufactured therewith |
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| US4713597A (en) * | 1985-12-04 | 1987-12-15 | Powerplex Technologies, Inc. | Silicon diode looping element for protecting a battery cell |
| DE3940928C1 (ja) * | 1989-12-12 | 1991-07-11 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
| JPH0787673A (ja) | 1993-09-13 | 1995-03-31 | Toshiba Corp | 充電制御方式 |
| DE4422409C2 (de) * | 1994-06-29 | 1996-07-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zum Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Energiespeichern oder -wandlern |
| FR2725849B1 (fr) * | 1994-10-18 | 1996-12-20 | Accumulateurs Fixes | Procede de regulation de la charge d'un ensemble accumulateur electrique et agencement mettant en oeuvre ce procede |
| KR20010006576A (ko) * | 1999-01-18 | 2001-01-26 | 가나이 쓰도무 | 전력축적수단의 충방전장치 및 그것을 사용한전력축적수단의 제조방법 |
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2000
- 2000-12-14 JP JP2000380504A patent/JP3828354B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-07-11 US US09/901,675 patent/US6388424B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-09-03 FR FR0111386A patent/FR2818456B1/fr not_active Expired - Fee Related
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