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JP3986211B2 - バッテリ充電装置 - Google Patents

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battery
battery cell
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正美 河辺
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリセル（又はコンデンサ）を直列に複数接続され、一括でバッテリセルに充電する場合に各セルの充電バランス不良に対し、共通トランスを介して、規定電圧より高いバッテリセルの余剰エネルギーを規定電圧より低いバッテリセルへ移行させる充電装置に関するもので特に過電圧防止に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来の過電圧防止装置は、図２に示すようにバッテリセルを直列に複数接続された各バッテリセルに対し、バッテリ電圧を検出する過電圧検出回路有し規定電圧値より高い場合、スイッチング素子を動作し、抵抗で余剰電力を消費して電圧上昇を防止し、各バッテリセル電圧を一定にしていた。このため、全てのバッテリセルが規定電圧値にそろうまでの消費時間及び、無効バッテリ充電エネルギーを要する欠点が有った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
直列に接続されたバッテリセル（又はコンデンサ）を高率良く、高い電圧バッテリセル（又はコンデンサ）から低い電圧バッテリセル（又はコンデンサ）へエネルギー変換をし、短時間で各バッテリセル（又はコンデンサ）にバランス良く充電する装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明は複数個のバッテリ（セル）を直列に接続し、該直列接続体を一括充電するバッテリ充電装置において、該各バッテリ間には、共通トランスの１次側コイルとスイッチング素子の直列回路と、該スイッチング素子の駆動回路と過電圧検出回路とを設け、且つ該各１次側コイルを同相巻とすると共に該各スイッチング素子と逆極性の方向に並列にダイオードを設け、前記１次側コイルの少なくとも１つの巻数を他の１次コイルに比し差を設けたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１に示す。１は直列に接続された複数のバッテリセルを一括で充電するバッテリ充電器（定電圧直流電源等）、２は直列に接続された複数のバッテリセル（直列接続体）、３は各バッテリセルの電圧を独自に規定値以上の電圧になったことを検出する過電圧検出回路、４はトランスＴ１を介してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をスイッチングするための発振周波数をきめる発振器回路、５は過電圧検出回路の出力と発振器回路の出力を論理積を構成しているＮＡＮＤ回路、６はバッテリセルが規定値以上の電圧時にトランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するための検出制御回路、７は検出制御回路６の出力に応じてバッテリセル余剰エネルギー変換するための転送回路、トランスＴ１は１次側コイルＬ１，２，３，４は同相巻き、２次側コイルＬ５は逆相巻きで構成されている。また、実施例では、トランスＴ１の２次側コイルを省略し、各スイッチング素 子Ｑ１〜Ｑ４に夫々並列にダイオードＤ１〜Ｄ４を夫々逆極性に接続している。
【０００６】
次に、これを動作するためにはまず、バッテリ充電器１より、直列に接続された複数のバッテリセルを一括で充電する。バッテリセルの充放電ばらつきにより各バッテリセルＳ１〜Ｓ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４は異なる。仮にバッテリセルＳ１の充電電圧Ｖ１が最も高く、過電圧検出回路３により規定値電圧ＶＳＴを超えたことを検出した場合（Ｖ１＞ＶＳＴ）は過電圧検出回路３の出力ａ端子は”Ｈｉ”となり発振器回路４の出力ｂ端子とＮＡＮＤ回路５で論理積をとり、スイッチング素子Ｑ１を制御し、トランスＴ１の一次コイルＬ１をバッテリセルＳ１から電流ｉ１が流れる。
【０００７】
この時、電流ｉ１が流れたことにより、トランスＴ１を介して他のコイルＬ２，Ｌ３，Ｌ４はそれぞれ電流ｉ２，ｉ３，ｉ４、がバッテリセルＳ２，Ｓ３，Ｓ４に充電する方向にダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４を通って電流が流れる。これのより、バッテリ充電器からのバッテリセル一括充電電流ｉ０と合わせてそれぞれのバッテリセルに充電される。つまり、バッテリセルＳ１の余剰エネルギーが電流ｉ２，ｉ３，Ｉ４として規定値電圧に達しないバッテリセルに転送されたことになる。同様にバッテリセルＳ２も規定値電圧なった場合もバッテリセルＳ１の余剰エネルギーをスイッチング素子Ｑ１でバッテリセルＳ２の余剰エネルギーをスイッチング素子Ｑ２で同相で制御できるために、両者の余剰エネルギーの総和を他のバッテリセルＳ３，Ｓ４に転送可能になる。このことにより、規定値電圧に達しないバッテリセルはより多くの転送エネルギーが増えるので規定値電圧に達する時間が早まる。
【０００８】
以上の動作により、余剰エネルギーを不足しているバッテリセルに振るわけられ、効率的に各バッテリセルをバランスよく充電が可能になる。ここで全てのバッテリセルが過電圧検出回路が働いたときは満充電として１の一括バッテリ充電器を停止させる。なお、複数のバッテリセルの内、最下位のバッテリセルＳ４を最もバッテリセル負荷が大きい場合、バッテリセルＳ４が充電不足なる。トランスのコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の巻き数をＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３，とし、コイルＬ４のみを多くすることでバッテリセルＳ４以外が余剰エネルギーを生じた場合、優先的バッテリセルＳ４に巻き数に比例した高い電圧が印可されより充電量が増す。
【０００９】
また、本実施例において各１次側コイル間又は２次側コイル間に巻数に差を設け所要バッテリに優先的に余剰エネルギーを供給しその充電量を増すことが可能である。また、本実施例においてバッテリセルの代りにコンデンサをした場合も同様の構成で行なえ、同様な効果が得られる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の構成をすることにより、余剰エネルギーを不足しているバッテリセルに振るわけられ、効率的に各バッテリセルをバランスよく充電が可能になる。また、バッテリセル内に負荷容量の大きいバッテリセルがある場合はトランスの巻き数をかえることにより、変換エネルギーの振り分けが変えられ、負荷容量の大きいバッテリセルの充電不足を解消できる。また、複数のバッテリセルを充電する高電圧バッテリ充電装置のバッテリセル電圧をバランスさせる装置、例えば、高電圧でモータを駆動するためのバッテリ電源充電装置に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例図
【図２】従来例
【符号の説明】
１．バッテリ充電器
２．バッテリセル（直列接続体）
３．過電圧検出回路
４．発振器回路
５．ＮＡＮＤ回路
６．制御（駆動）回路
７．転送回路
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４．スイッチング素子
Ｄ１、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４．ダイオード
Ｔ１．トランス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４．１次側コイル

Claims (2)

  1. 複数個のバッテリ（セル）を直列に接続し、該直列接続体を一括充電するバッテリ充電装置において、該各バッテリ間には、共通トランスの１次側コイルとスイッチング素子の直列回路と、該スイッチング素子の駆動回路と過電圧検出回路とを設け、且つ該各１次側コイルを同相巻とすると共に該各スイッチング素子と逆極性の方向に並列にダイオードを設け、前記１次側コイルの少なくとも１つの巻数を他の１次コイルに比し差を設けたことを特徴とするバッテリ充電装置。
  2. バッテリに代えてコンデンサを直列に接続したことを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電装置。
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