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JPH0833219A - 直列電池の充電装置 - Google Patents

直列電池の充電装置

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Publication number
JPH0833219A
JPH0833219A JP6187851A JP18785194A JPH0833219A JP H0833219 A JPH0833219 A JP H0833219A JP 6187851 A JP6187851 A JP 6187851A JP 18785194 A JP18785194 A JP 18785194A JP H0833219 A JPH0833219 A JP H0833219A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
series
charger
charging
output terminal
Prior art date
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Pending
Application number
JP6187851A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadashi Kaneko
正 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTEGURAN KK
Integran Inc
Original Assignee
INTEGURAN KK
Integran Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INTEGURAN KK, Integran Inc filed Critical INTEGURAN KK
Priority to JP6187851A priority Critical patent/JPH0833219A/ja
Priority to US08/502,085 priority patent/US5617004A/en
Publication of JPH0833219A publication Critical patent/JPH0833219A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池特性に応じた電圧で個別に充電できると
共に、性能にバラツキのある電池同士を同時に充電して
も互いに影響されず、性能の劣化した電池だけを交換で
き、しかも出力ケーブルの本数を低減させて取付け配線
を容易にでき、容量の低下した電池の検出も容易な直列
電池の充電装置を提供するものである。 【構成】 直列に接続した複数個の電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ
3 と、これと同数の充電器Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を直列に接
続し、この直列接続した充電器列６の両シングル端子
７、８を、前記直列接続した電池列１の始端２と終端３
に接続して、電池列１と充電器列６を直列に接続し、且
つ各充電器Ｃ1 のマイナス側出力端子とこれに隣接する
充電器Ｃ2 のプラス側出力端子との接続線11ａを、対応
する電池Ｂ1のマイナス側出力端子とこれに隣接する電
池Ｂ2 のプラス側出力端子との接続線12ａに夫々接続し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に搭載する
電池の充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、無公害のクリーンな動力として電
池（バッテリー）を用いてモーターを駆動させる電気自
動車が普及してきている。この電気自動車に搭載する電
池としては、事故による内部物質が外部に流出せず、耐
振動性や耐衝撃性にも優れ、充放電サイクルを繰り返し
ても長寿命であることなどが条件とされている。このた
め種々の改良がなされて、現在では特性の優れた鉛シー
ル電池が開発されている。また電気自動車には電池に充
電する充電装置が一体に搭載され、電池が消耗した時
に、何処ででも商用交流電源から充電できるようになっ
ている。
【０００３】従来の車搭載用の充電装置としては、例え
ば図６に示すように、直列に接続された３個の電池Ｂ
1 、Ｂ2 、Ｂ3 の電池列１の始端２と終端３に充電器Ｃ
を直列に接続した構造のものが用いられている。この直
列充電装置で、１２Ｖー２５Ａｈの１２個直列電池を１
００サイクル充放電した後に、走行不能となった電気自
動車の電池の中から、電流残量が上位の電池Ｂ1 （放電
量の少ない性能の悪い電池）と中位の電池Ｂ2 および下
位の電池Ｂ3 （放電量の多い性能の良い電池）を選び、
これを直列に接続して充電を行なった。
【０００４】この直列充電装置の交流入力端子４、５を
１００Ｖの交流電源に接続して２０℃で直列充電を行な
ったところ、その電流と電圧の状態は図７に示すように
なった。ここで充電回路に流れる電流をＩ0 、上位の電
池Ｂ1 にかかる電圧をＥ1 、中位の電池Ｂ2 にかかる電
圧をＥ2 、 および下位の電池Ｂ3 にかかる電圧をＥ3と
すると、最初の充電電流はＩ0 ＝９．７５Ａで１時間充
電された後、充電電流Ｉ0 が次第に低下し、１時間１０
分後のＸ点で最初のガッシングが現れ、更に１時間３０
分後から３時間までのＹ点で連続ガッシングが現れ、３
時間２０分から４０分の間のＺ点で電池Ｂ1 の水素ガス
放出が見られた。
【０００５】また電池Ｂ1 の充電電圧Ｅ1 の変化は次第
に増加して最適電圧の１４．５Ｖを越えて約１時間後に
は１７Ｖにまで達し、その後この電圧状態のまま次第に
低下し、水素ガス放出が終了したＺ点から再び電圧が上
昇した。また中位の電池Ｂ2の電圧Ｅ2 は約３時間２０
分後に最適充電電圧に達してから急激に上昇し、その後
一定電圧となったが、この電圧Ｅ1 、Ｅ2 の電圧交差を
繰り返す。また下位の電池Ｂ3 の電圧Ｅ3 は約１３Ｖの
ままで充電不足となった、
【０００６】従って従来の直列充電では、電流残量が上
位の性能の悪い電池Ｂ1 がガッシングを起こして内圧が
上昇し、更に水素ガス放出を行なって電池が損傷し、一
方、性能の良い下位の電池Ｂ3 は充電不足になる結果と
なった。つまり従来の充電装置では、性能の悪い電池に
影響されて、良い電池まで悪くなる問題があることが確
認された。
【０００７】また電池は製造時に、１ケース（６セル）
内はほぼ均等に製作されるが、完成時にはケース毎に多
少特性にバラツキがあり、また充電時の電池配列によっ
て放熱条件が異なるため、その最適充電電圧も個々の電
池において相違するにもかかわらず同一電圧で充電して
いる。このため電池の内部抵抗の比較的小さな差で直列
充電を繰り返す度に、電池特性のバラツキが次第に拡大
していく。従って、電池の温度に応じた充電電圧の制御
を行なわないと電池寿命が半減し、特に５〜１０時間で
急速充電を行なうと、熱暴走が発生し高価な電池を短時
間で破損する恐れがあった。
【０００８】このように製造時のバラツキや充電条件な
どにより各電池の内部抵抗や特性が次第に変化していく
が、従来の直列充電では、１個でも性能の悪い電池があ
ると、良品の電池まで充電不足となり、性能の悪い電池
を交換しても同様の問題が拡大していくだけであり、現
状では余力のある電池を含めて直列配列した全部の電池
を交換せざるをえなかた。
【０００９】このため、図８に示すように直列に接続し
た複数の電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 と、これと同数の充電器
Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を並列に接続して、夫々の電池Ｂ1 、
Ｂ2、Ｂ3 に個別に充電する構造も従来提案されてい
る。しかしながら個別に充電する方法では、太い出力ケ
ーブル10が電池の個数ｎｘ２本の２ｎ本必要となり、自
動車に電池を搭載する時に狭い車体内に多数の太い出力
ケーブルを配線しなければならず作業が面倒である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を除
去し、夫々の電池特性に応じた電圧で個別に充電できる
と共に、性能にバラツキのある電池同士を同時に充電し
ても、互いに影響されず、性能の劣化した電池だけを交
換でき、しかも出力ケーブルの本数を低減させると共に
使用するケーブルも細くして取付け配線を容易にできる
直列電池の充電装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
直列電池の充電装置は、直列に接続した複数個の電池
と、これと同数の充電器を直列に接続し、この直列接続
した充電器列の両シングル端子を、前記直列接続した電
池列の始端と終端に接続して、電池と充電器を直列に接
続し、且つ各充電器のマイナス側出力端子とこれに隣接
する充電器のプラス側出力端子との接続部を、各充電器
に対応する電池のマイナス側出力端子とこれに隣接する
電池のプラス側出力端子との接続部に夫々接続したこと
を特徴とするものである。
【００１２】本発明の請求項２記載の直列電池の充電装
置は、前記充電器が、交流電圧を直流電圧に変換する整
流器と、この整流器に接続された充電電圧供給装置と、
充電する電池の周囲温度または電池外側面温度を検出す
る温度検出器と、この温度検出器の検出温度に対応する
前記電池の温度特性に応じた制御信号を前記充電電圧供
給装置に出力する制御部とからなることを特徴とするも
のである。更に請求項３記載の直列電池の充電装置は、
各充電器とこれと対応する電池との間に、夫々電圧計を
並列に設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】本発明の直列電池の充電装置では、電池列と充
電器列が直列に接続されていると共に、並列にも接続さ
せているので、充電器から直列に接続された各電池に電
流が流れて同時に充電される。先ず残量が多い電池の充
電が完了する時点で、今度は次の残量の電池が、これに
対応する充電器から充電され、以下残量の順に順次充電
が完了していく。また電池の内部抵抗が大きくなるにつ
れて電池が発熱するため、この電池の温度上昇は電池の
周囲または外側面に設けられた温度検出器によって検出
され、この検出信号が対応する充電器の制御部に出力さ
れ、ここから充電電圧供給装置に制御信号が出力されて
温度特性に応じた最適電圧で各電池が充電されるように
なっている。また各電池に夫々電圧計を設けたものは、
各電池に加わる電圧を夫々個別に測定でき、性能の判定
を容易に行なうことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図１ないし図４を参照して詳
細に説明する。複数の電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 が直列に接
続されて電池列１が形成されている。これら電池Ｂ1 、
Ｂ2 、Ｂ3 と同数の充電器Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 が直列に接
続されて充電器列６が形成されている。この充電器列６
の一方のシングル端子７は前記電池列１の始端２に太い
出力ケーブル10ａで接続されていると共に、他方のシン
グル端子８は終端３に出力ケーブル10ａで接続され、全
体として電池列１と充電器列６が直列に接続されてい
る。
【００１５】また充電器Ｃ1 のマイナス側出力端子と、
これに隣接する充電器Ｃ2 のプラス側出力端子とを接続
する接続線11ａは、電池Ｂ1 のマイナス側出力端子とこ
れに隣接する電池Ｂ2 のプラス側出力端子との接続線12
ａに細い出力ケーブル10ｂで接続されている。同様に充
電器Ｃ2 のマイナス側出力端子と、これに隣接する充電
器Ｃ3 のプラス側出力端子とを接続する接続線11ｂは、
電池Ｂ2 のマイナス側出力端子とこれに隣接する電池Ｂ
3 のプラス側出力端子との接続線12ｂに細い出力ケーブ
ル10ｂで接続されている。
【００１６】また前記充電器Ｃ1 の概略構成は図３に示
すように、交流電源を整流して出力する整流器15と、直
流入力をリップル除去及び低インピーダンスにするフィ
ルタ16と、ここからの直流入力を異なった直流出力に変
換する充電電圧供給装置17と、この充電電圧を制御する
制御部18と、この制御部18に出力側が接続され、電池Ｂ
1 の周囲または外側面の温度を検出する温度検出器とな
る温度サーミスタ19と、前記充電電圧供給装置17の出力
側のプラス端子に接続された逆流防止手段となるダイオ
ード19とから構成されている。なを電池Ｂ2 、Ｂ3 に接
続されている充電器Ｃ2 、Ｃ3 の構成も同様である。
【００１７】上記構造の直列電池の充電装置により直列
接続した電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 に充電する場合について
説明する。この場合、電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 は１２Ｖー
２５Ａｈの１２個直列電池を１００サイクル充放電した
後に、走行不能となった電気自動車の電池の中から、電
流残量が上位の電池Ｂ1 （放電量の少ない性能の悪い電
池）と中位の電池Ｂ2 および下位の電池Ｂ3 （放電量の
多い性能の良い電池）を選び、これを直列に接続した。
【００１８】この充電回路では、図２に示すように先ず
充電器Ｃ1 から太い出力ケーブル10ａを通して、直列に
接続された電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 に電流Ｉ1 が流れて同
時に充電される。先ず残量が上位の電池Ｂ1 の充電が完
了する時点で、電圧Ｅ1 が最適電圧まで上昇すると共に
電流Ｉ1 が低下して来る。
【００１９】この後、充電器Ｃ2 から電池Ｂ2 、Ｂ3 に
細い出力ケーブル10ｂを通して電流Ｉ2 が流れ出して次
第に増加し、電池Ｂ2 の充電が完了する時点で、電圧Ｅ
2 が最適電圧まで上昇し、更にピークを越えて電流Ｉ2
が低下して来る。つまり電池Ｂ2 は電流Ｉ1 とＩ2 の合
計の電流によって充電されことになる。次に充電器Ｃ3
から細い出力ケーブル10ｂを通して電池Ｂ3 に電流Ｉ3
が流れ出して次第に増加し、電池Ｂ3 の充電が完了する
時点で、電圧Ｅ3 が最適電圧まで上昇し、更にピークを
越えて電流Ｉ3 が低下して充電を完了する。つまり残量
が下位の性能の良い電池Ｂ3 は電流Ｉ1 とＩ2 およびＩ
3 の合計の電流によって充電されることになる。
【００２０】また鉛系電池における単セル当たりの最適
充電電圧は、図４に示すように温度により変化する。つ
まり電池が充電されていくにつれて、セパレータ内の希
硫酸の濃度が増大することにより電池自体の内部抵抗が
大きくなり、電池に流れる電流が小さくなる。また電池
の内部抵抗が大きくなるにつれて電池が発熱するため、
この電池の温度上昇は電池Ｂ1 の周囲または外側面に設
けられた温度サーミスタ19によって常時検出され、この
検出信号が制御部18に出力され、ここから充電電圧供給
装置17に制御信号が出力されて最適電圧が維持される。
【００２１】従って上記直列電池の充電装置では個々の
電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 の特性や温度に合わせて最適条件
で充電することができ、図６に示す従来の直列電池回路
のように、１個でも性能の悪い電池があると、互いに悪
影響を及ぼして良品の電池まで充電不足となることを防
止できる。しかも図８に示す従来の並列充電回路に比べ
て、出力ケーブル10の数は２本少なく、電池の数がｎ個
の場合、２ｎ本必要であったものが、本発明ではｎ＋１
本で済み、狭い車体内で出力ケーブル10の配線スペース
が少なく接続作業も容易となる。
【００２２】図５は本発明の他の実施例を示すもので、
充電器Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 とこれに対応する電池Ｂ1 、Ｂ
2 、Ｂ3 とを並列に接続する出力ケーブル10、10の間に
電圧計Ｖ1 、Ｖ2 、Ｖ3 を並列に接続したものである。
この構造では充電時の電池Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 に加わる電
圧Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 を夫々別個に測定できるので、充電
の初期状態において各電圧計Ｖ1 、Ｖ2 、Ｖ3 のメータ
ーを見れば、図２に示すように性能の良い電池Ｂ3 の電
圧Ｅ3 が最も低く、性能の悪い電池Ｂ1 の電圧Ｅ1 が最
も高いのでこの電池だけを交換すれば良く、従来の直列
充電装置のように全部を交換する必要がなく極めて経済
的である。また並列に接続した出力ケーブル10ｂはメイ
ンの出力ケーブル10ａに比べて流れる電流が１／１０程
度と少ないので、線径を細くすることができる。
【００２３】なお上記実施例では電池を３個直列に接続
した場合について説明したがｎ個の場合も同様である。
また本発明は、車搭載用に限らずロボット、運搬車およ
び非常用電源などの固定した電池の充電にも広く適用す
ることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る直列電池
の充電装置によれば、夫々の性能に応じて個別に充電さ
れるので、性能の悪い電池があっても互いに悪影響を及
ぼさず、夫々の電池が最大限まで充電して電池の長寿命
化を図ることができる。また容量の低下した不良電池の
みを交換するだけで良いため、直列接続した全ての電池
を交換する必要がなく経済的である。しかも並列充電回
路に比べて、出力ケーブルの数は電池の個数＋１本で済
み、また並列に接続される出力ケーブルを細くできるの
で、配線スペースが少なく接続作業も容易となる。
【００２５】また、充電する電池の周囲温度または電池
外側面温度を検出して充電電圧供給装置を制御する充電
器を設けたものは、個々の電池の温度に合わせた最適条
件で充電することができるので、更に長寿命化を図るこ
とができる。また各電池の充電回路に電圧計を夫々取り
付けた構造のものは、充電時の電圧を夫々個別に測定で
きるので、電池性能の判定が容易で、交換作業も容易に
行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による直列電池の充電装置を
示す回路図である。
【図２】図１に示す充電装置における充電時の電圧と電
流の変化を示すグラフである。
【図３】図１に示す充電器の概略構成を示す回路図であ
る。
【図４】電池の温度変化による最適充電電圧を示すグラ
フである。
【図５】本発明の他の実施例による直列電池の充電装置
を示す回路図である。
【図６】従来の直列充電装置を示す回路図である。
【図７】図６に示す従来の直列充電装置による充電時の
電圧と電流の変化を示すグラフである。
【図８】従来の並列充電装置を示す回路図である。
【符合の説明】
１ 電池列 ２ 始端 ３ 終端 ４ 交流入力端子 ５ 交流入力端子 ６ 充電器列 ７ シングル端子 ８ シングル端子 10ａ 出力ケーブル 10ｂ 出力ケーブル 11ａ 接続線 12ａ 続続線 15 整流器 16 フィルタ 17 充電電圧供給装置 18 制御部 19 温度サーミスタ Ｂ1 電池 Ｃ1 充電器 Ｖ1 電圧計

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直列に接続した複数個の電池と、これと
    同数の充電器を直列に接続し、この直列接続した充電器
    列の両シングル端子を、前記直列接続した電池列の始端
    と終端に接続して、電池と充電器を直列に接続し、且つ
    各充電器のマイナス側出力端子とこれに隣接する充電器
    のプラス側出力端子との接続部を、各充電器に対応する
    電池のマイナス側出力端子とこれに隣接する電池のプラ
    ス側出力端子との接続部に夫々接続したことを特徴とす
    る直列電池の充電装置。
  2. 【請求項２】 充電器が、交流電圧を直流電圧に変換す
    る整流器と、この整流器に接続された充電電圧供給装置
    と、充電する電池の周囲温度または電池外側面温度を検
    出する温度検出器と、この温度検出器の検出温度に対応
    する前記電池の温度特性に応じた制御信号を前記充電電
    圧供給装置に出力する制御部とからなることを特徴とす
    る請求項１記載の直列電池の充電装置。
  3. 【請求項３】 充電器とこれと対応する電池との間に、
    夫々電圧計を並列に設けたことを特徴とする請求項１ま
    たは２記載の直列電池の充電装置。
JP6187851A 1994-07-18 1994-07-18 直列電池の充電装置 Pending JPH0833219A (ja)

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