專利名稱：電源裝置及充電電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備對可充放電的二次電池進行充電的充電電路的電源裝置及充電電路。
背景技術：
例如，在使用電動馬達來行駛的電動汽車、同時采用發(fā)動機和電動馬達來行駛的混合動力電動汽車中，將鎳-氫電池、鋰離子電池、鉛蓄電池這種二次電池作為單位單元電池，并將串聯(lián)多個該單位單元電池而成的組電池用作為電動馬達的電源。在這種組電池中，在反復進行充放電之后，各單位單元電池的基于充電狀態(tài)(State of Charge :SOC ;也稱為剩余容量等。)的端子電壓之間產生偏差，若放任該偏差不管而進行充電，則有時一部分單 位單元電池會成為過充電狀態(tài)。此外，當單位單元電池的劣化加速進展而劣化時，即使僅是 一部分的單位單元電池劣化，組電池整體也會變得不能夠使用。對于這種問題，作為調整充電結束的構成組電池的多個單位單元電池之間的充電狀態(tài)的偏差的方法，提出有如專利文獻I所示那樣的組電池的充電狀態(tài)調整裝置。如圖26所示那樣，該充電狀態(tài)調整裝置90調整通過串聯(lián)連接多個由二次電池構成的單位單元電池91而構成的、并在兩端連接有負載或充電器的閉路狀態(tài)下進行充放電的組電池的充電狀態(tài)。此外，該充電狀態(tài)調整裝置90具備平均充電用電容器92，與負載、充電器絕緣地設置；以及循環(huán)連接單元93，在組電池的開路狀態(tài)下，將各單位單元電池91與平均充電用電容器92循環(huán)連接。由此，即使在多個串聯(lián)而構成組電池的單位單元電池91的相互之間產生充電狀態(tài)的偏差，也能夠通過使電荷從單元電池電壓較高的單位單元電池91經由平均充電用電容器92移動到單元電池電壓較低的單位單元電池91，由此能夠減少電壓差。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2002-17048號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題然而，圖26的充電狀態(tài)調整裝置90僅是對充電結束的單位單元電池91的偏差進行調整，是在先對單位單元電池91進行了充電之后再使用充電狀態(tài)調整裝置90來抑制偏差的結構，因此充電工序和調整工序需要單獨地進行，花費時間，而且也分別需要進行這些充電和調整的電路，因此還存在電路結構復雜化的問題。此外，在該充電狀態(tài)調整裝置90中，僅能夠一邊循環(huán)地依次切換單位單元電池91一邊調整充電狀態(tài)，因此還存在到組電池整體的充電結束為止花費時間而效率變差的缺點。特別是近年的組電池隨著大容量化的要求而使用大量單位單元電池91的情況也變多，在這種循環(huán)式的切換充電中，充電時間與使用的二次電池數成正比例地變長，而且單位單元電池91的切換動作也變得繁瑣，是不實用的。并且，在圖26的電路例中開關元件使用光電MOS晶體管，因此還存在驅動電路復雜化而電路成本變高這種問題。特別是，在為了對各單位單元電池91進行平均充電控制而需要構成能夠獨立地對單位單元電池91進行充電的充電路徑時，若在這種電路的構建中使用晶體管，就會產生電路結構復雜化這種問題。此外，在該電路中采用了先經由平均充電用電容器92積蓄電荷再使積蓄電荷移動到端子電壓較低的單位單元電池91的方式，因此必須構成為大容量的平均充電用電容器92，而且該平均充電用電容器92為了在充電開始前的時刻成為與各單位單元電池91的充滿電狀態(tài)的開路端子電壓極其接近、且不會超過其的端子電壓，需要預先通過交流發(fā)電機等充電，必須進行這樣的充電前準備，還存在結構進一步復雜化這種問題。本發(fā)明是鑒于以往這種問題點而進行的。本發(fā)明的主要目的在于，提供更低價、能夠防止二次電池的過充電而進行最佳充電的電源裝置及充電電路。用于解決課題的手段及發(fā)明的效果
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為了實現上述目的，根據本發(fā)明第一方案的電源裝置，其特征在于，具備多個二次電池體10，相互串聯(lián)連接，分別具備正極和負極；恒流源產生電路20，具備供給用于對上述二次電池體10進行充電的電力的供給輸出端子OT和供給輸入端子IT ;以及選擇開關切換電路30，使得能夠通過上述恒流源產生電路20對各二次電池體10獨立地供給不同的充電電流；上述選擇開關切換電路30具有選擇開關31，與各二次電池體10分別連接，能夠獨立地構成對該二次電池體10進行充電的充電路徑；以及控制電路40，對多個上述選擇開關31的導通/截止進行控制；上述控制電路40通過對上述選擇開關31的導通/截止進行控制，來構成相對于任意的二次電池體10的充電路徑并且解除相對于其他二次電池的充電路徑；上述恒流源產生電路20具備斬波電路，該斬波電路包括電抗器L，連接在上述供給輸出端子OT和供給輸入端子IT之間；以及充電用開關22，與上述電抗器L串聯(lián)連接，由上述控制電路40控制導通/截止；將上述斬波電路與外部電源EP連接，對上述二次電池體10進行充電。由此，能夠得到如下優(yōu)點能夠利用一個恒流源產生電路對任意的二次電池體進行充電，并能夠獨立地進行與該二次電池體的電氣特性相對應的適當的充電。此夕卜，通過斬波電路，例如作為升壓斬波動作，能夠使用較低電壓的外部電源將二次電池體充電為較高電壓。此外，根據第二方案的電源裝置，能夠具備多個二次電池體10，相互串聯(lián)連接，分別具備正極和負極；恒流源產生電路20，具備供給用于對上述二次電池體10進行充電的電力的供給輸出端子OT和供給輸入端子IT ;多個正極側充電路徑PC和多個負極側充電路徑NC，為了通過上述恒流源產生電路20對各二次電池體10進行充電，該多個正極側充電路徑PC將各二次電池體10的正極與上述供給輸出端子OT分別連接，該多個負極側充電路徑NC將各二次電池體10的負極與上述供給輸入端子IT分別連接；多個選擇開關31，分別設置在上述正極側充電路徑PC及負極側充電路徑NC中；以及控制電路40，對上述多個選擇開關31的導通/截止進行控制。由此，能夠利用一個恒流源產生電路對任意的二次電池體進行充電，并且能夠根據二次電池體的剩余容量來調整充電量，因此與以串聯(lián)連接的二次電池體整體進行充電的方式相比能夠得到如下優(yōu)點能夠減少二次電池體之間的充電量的偏差，能夠避免過充電而長期安全性較高地利用二次電池體。并且，根據第三方案的電源裝置，能夠構成為，還具備電壓檢測單元26，檢測上述電抗器L的兩端電壓；上述控制電路40針對任意的二次電池體10，將配置在對該二次電池體10和上述電抗器L進行連接的正極側充電路徑PC及負極側充電路徑NC中的各選擇開關31分別切換為導通，并且將其他選擇開關31切換為截止，從而僅使該二次電池體10與上述電抗器L連接，由此，能夠通過上述電壓檢測單元26檢測該二次電池體10的電池電壓。由此，能夠通過一個電壓檢測單元檢測任意的二次電池體的電池電壓。即，能夠僅通過一個電壓檢測單元來檢測各二次電池體的電池電壓，因此不需要對每個二次電池體單獨設置電壓傳感器，能夠得到使電路大幅度簡化的優(yōu)點。此外，根據第四方案的電源裝置，上述控制電路40能夠以時分割對各二次電池體10的電池電壓進行測定。由此，能夠通過一個電壓檢測單元依次檢測全部二次電池體的電池電壓。此外，根據第五方案的電源裝置，能夠構成為，上述控制電路40能夠對上述選擇開關31進行導通/截止控制，使得同時對任意的多個二次電池體10進行充電。由此，能夠同時對多個二次電池體進行充電控制，能夠高效地進行充電。并且此外，根據第六方案的電源裝置，上述選擇開關31是沒有自滅弧能力的元件。由此，能夠利用斬波電路的截止期間實現選擇開關的滅弧，而不需要用于滅弧的特別的·附加電路等。此外，根據第七方案的電源裝置，能夠通過晶閘管32來構成上述選擇開關31。由此，使用可靠性、特別是反向耐壓特性優(yōu)良的晶閘管，能夠得到不用對每個二次電池體設置充電電路就能夠獨立地對串聯(lián)的二次電池體進行充電的優(yōu)點。此外，根據第八方案的電源裝置，上述二次電池體10是通過將多個電池單元串聯(lián)連接或并聯(lián)連接而構成的。由此，能夠實現由多個電池單元構成的二次電池體串聯(lián)連接的平均充電。此外，根據第九方案的充電電路，能夠對相互串聯(lián)連接且分別具備正極和負極的多個二次電池體10進行充電，其中，具備恒流源產生電路20，具備供給用于對二次電池體10進行充電的電力的供給輸出端子OT和供給輸入端子IT ;多個正極側充電路徑PC和多個負極側充電路徑Ne，為了通過上述恒流源產生電路20對各二次電池體10進行充電，該多個正極側充電路徑PC能夠將各二次電池體10的正極與上述供給輸出端子OT分別連接，該多個負極側充電路徑NC能夠將各二次電池體10的負極與上述供給輸入端子IT分別連接；多個晶閘管32，分別設置在上述正極側充電路徑PC及負極側充電路徑NC中；以及控制電路40，能夠獨立地進行上述多個晶閘管32的導通控制，上述恒流源產生電路20具備斬波電路，該斬波電路包括電抗器L，連接在上述供給輸出端子OT和供給輸入端子IT之間；以及充電用開關22，與上述電抗器L串聯(lián)連接，由上述控制電路40控制導通/截止；將上述斬波電路與外部電源EP連接，對上述二次電池體10進行充電。由此，能夠利用一個恒流源產生電路對任意的二次電池體進行充電，能夠根據二次電池體的剩余容量調整充電量，因此與以串聯(lián)的二次電池體整體進行充電的方式相比，能夠得到的優(yōu)點為能夠減少二次電池體之間的充電量的偏差，能夠避免過充電，能夠長期利用安全性較高的二次電池體。


圖I是表示本發(fā)明的實施方式的電源裝置的框圖。圖2是表示圖I的電源裝置的電路圖。
圖3是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體IOA進行充電的形態(tài)的電路圖。圖4是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體IOB進行充電的形態(tài)的電路圖。圖5是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體IOC進行充電的形態(tài)的電路圖。圖6是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體IOD進行充電的形態(tài)的電路圖。圖7是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體10AU0B進行充電的形態(tài)的電路圖。圖8是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體10AU0C進行充電的形態(tài)的電路
圖。
圖9是表示通過圖2的電源裝置對二次電池體IOA IOD進行充電的形態(tài)的電路圖。圖10是表示實施例I的電源裝置的電路圖。圖11是表示圖10的電源裝置的電路例的電路圖。圖12是表示實施例2的電源裝置的電路圖。圖13是表示圖12的電源裝置的電路例的電路圖。圖14是表示實施例3的電源裝置的電路圖。圖15是表示圖14的電源裝置的電路例的電路圖。圖16是表示實施例4的電源裝置的電路圖。圖17是表示圖16的電源裝置的電路例的電路圖。圖18是表示實施例5的電源裝置的電路圖。圖19是表示圖18的電源裝置的電路例的電路圖。圖20是表示實施例6的電源裝置的電路圖。圖21是表示圖20的電源裝置的電路例的電路圖。圖22是表示實施例7的電源裝置的電路圖。圖23是表示圖22的電源裝置的電路例的電路圖。圖24 Ca)是表示對一個二次電池體進行充電的形態(tài)的時序圖，圖24 (b)是表示充電用開關導通時的電流路徑的電路圖，圖24 (c)是表示充電用開關22截止時的電流路徑的電路圖。圖25 Ca)是對多個二次電池體依次進行充電的時序圖，圖25 (b)是表示充電用開關導通時的電流路徑的電路圖，圖25 (c)是表示第一二次電池體被選擇時的電流路徑的電路圖，圖25 (d)是表示第二二次電池體IOB被選擇時的電流路徑的電路圖，圖25 (e)是表示第N 二次電池體被選擇時的電流路徑的電路圖。圖26是表示以往的組電池的充電狀態(tài)調整裝置的電路圖。
具體實施例方式以下，根據附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。但是，以下所示的實施方式示例了用于將本發(fā)明的技術思想具體化的電源裝置及充電電路，本發(fā)明不將電源裝置及充電電路限定于以下的情況。此外，不將權利要求書所示的部件限定于實施方式的部件。特別是，關于實施方式所記載的構成部件的尺寸、材質、形狀、其相對的配置等，只要沒有特別限定的記載，則不將本發(fā)明的范圍僅限定于此，而僅是說明例。此外，各附圖所示的部件的大小、位置關系等有時為使說明明確而進行了夸張。并且，在以下的說明中，相同名稱、附圖標記表示相同或相同性質的部件，適當地省略詳細說明。并且，構成本發(fā)明的各要素，也可以成為由相同部件構成多個要素而以一個部件兼作多個要素的方式，相反也能夠通過多個部件來分擔實現一個部件的功能。此外，在一部分實施方式、實施例中說明的內容有的也可以利用于其他實施例、實施方式等。圖I 圖10表示一個實施方式的電源裝置100。在這些圖中，圖I是電源裝置100的框圖，圖2是表示圖I的電源裝置100的一個例子的電路圖，圖3是表示通過圖2的電源裝置100對二次電池體IOA進行充電的形態(tài)的電路圖，圖4是表示對二次電池體IOB進行充電的形態(tài)的電路圖，圖5是表示對二次電池體IOC進行充電的形態(tài)的電路圖，圖6是表示對二次電池體IOD進行充電的形態(tài)的電路圖，圖7是表示對二次電池體10AU0B進行充電的形態(tài)的電路圖，圖8是表示對二次電池體10AU0C進行充電的形態(tài)的電路圖，圖9是表示對二次電池體IOA IOD進行充電的形態(tài)的電路圖，圖10是表示實施例I的電源裝置100的電路圖，圖11是表示圖10的電源裝置100的電路例的電路圖。如圖I所示那樣，電源裝置100具備IOA ION的多個二次電池體10 ;恒流源產生電路20，與外部電源EP連接，供給用于對二次電池體10進行充電的電力；以及選擇開關切換電路30，連接在恒流源產生電 路20和二次電池體10之間，能夠對各二次電池體10獨立地供給不同的充電電流。該電源裝置與負載LD連接而驅動該負載。此外，外部電源EP是供給用于對電源裝置進行充電的電力的電力源，例如在將本發(fā)明應用于混合動力車的快速充電站的情況下，相當于快速充電站所具備的用于對混合動力車驅動用電池進行充電的充電用電池。此外，也能夠將對商用電源進行整流后的電源或商用電源本身用作為外部電源EP。在以下的例子中，將直流電壓源用作為外部電源EP。(二次電池體10)各二次電池體10具備正極和負極，將多個二次電池體10串聯(lián)連接。各二次電池體10除了由一個電池單元構成之外，還能夠將多個電池單元串聯(lián)連接或者并聯(lián)連接而構成。電池單元能夠利用鋰離子二次電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛蓄電池等能夠充電的二次電池。特別是鋰離子二次電池，與鎳氫電池相比每單位體積的電容量較大、小型化及高輸出化方面優(yōu)良，因此較優(yōu)選。另外，在圖2 圖11的例子中，為了容易進行說明，將二次電池體10表示為連接有IOA IOD的四個的結構，但是當然二次電池體的連接數量并不局限于此，也能夠為5個以上或3個以下等。(恒流源產生電路20)圖I的恒流源產生電路20具備供給輸出端子OT和供給輸入端子IT，通過選擇開關切換電路30對各二次電池體10進行充電。因此，恒流源產生電路20具備將外部電源EP的電壓變換為適合于二次電池體10的充電的電流或者電壓的變換電路。在此，產生恒電流。例如，在對鋰離子二次電池進行充電的情況下，在二次電池體10的電壓比第一電壓低的狀態(tài)下進行恒流充電，當超過第一電壓時，切換為恒壓充電，在達到比第一電壓高的第二電壓之前進行恒壓充電，當達到第二電壓時，判斷為充滿電而結束充電。另外，充電控制方法為一個例子，能夠根據使用的二次電池體的種類等適當地利用其他已知的充電方法。此夕卜，通過對后述的充電用開關22進行導通/截止控制，來進行這種充電控制。(選擇開關切換電路30)
選擇開關切換電路30具有選擇開關31，與各二次電池體10分別連接，能夠獨立地構成對該二次電池體10進行充電的充電路徑；以及控制電路40，對多個選擇開關31的導通/截止進行控制。具體地說，如圖2的電路例所示那樣，通過多個選擇開關31的導通/截止來構成將恒流源產生電路20和各二次電池體10獨立地連接的充電路徑。更具體地說，選擇開關切換電路30包括多個正極側充電路徑PC，將各二次電池體10的正極與供給輸出端子OT分別連接；多個負極側充電路徑NC，將各二次電池體10的負極與供給輸入端子IT分別連接；多個選擇開關31，分別設置在正極側充電路徑PC及負極側充電路徑NC中；以及控制電路40，對多個選擇開關31的導通/截止進行控制。如此，能夠利用一個恒流源產生電路20，并且通過選擇開關31將多個二次電池體10獨立地連接而進行充電。特別是通過將各二次電池獨立地與恒流源產生電路20連接，由此能夠根據該二次電池體10的剩余容量來調整充電量，因此與以串聯(lián)的二次電池體整體進行充電的方式相比，能夠得到的優(yōu)點為能夠減少二次電池體之間的充電量的偏差，避免過充電而能夠長期安全性較高地利用二次電池體。此外，不限定于一個一個地對二次電池體進行充電的結構，當然還能夠對多個二次電池同時進行充電。(選擇開關31)·
選擇開關31能夠利用半導體開關元件，例如能夠列舉晶閘管、GTO晶閘管、IGBT、雙極晶體管及FET等。優(yōu)選利用晶閘管。但是，還能夠利用具有自滅弧功能的自滅弧元件、例如GTO晶閘管、IGBT等。其原因為，通過自滅弧功能能夠容易地進行選擇開關31的導通/截止控制。另外，在圖2 圖10的例子中，示意性地表示選擇開關31，例如在選擇開關能夠雙向通電的情況下，當然能夠在充電路徑中適當地附加阻止向相反方向通電的二極管等整流元件。整流元件相對于充電路徑串聯(lián)地插入，并且只要在充電路徑中即可，能夠設置在任意的位置上。此外，在作為選擇開關利用晶閘管那樣的具有整流特性的半導體元件的情況下，能夠不需要這種整流元件。(晶閘管32)在此，圖11示出了在圖10的電源裝置100中，選擇開關31使用了晶閘管32的電路例。在圖11中，晶閘管32A 32H分別對應于選擇開關31A 31H。為了使各晶閘管32導通，而從控制電路40向晶閘管32的柵極端子輸入導通信號。另一方面，為了使晶閘管32截止，而使后述的充電用開關22截止而使斬波電路的輸出停止，使向晶閘管32通電的電流量為零。通過這種滅弧動作使晶閘管32截止，能夠使向二次電池體10的充電停止。此外，晶閘管32的反向耐壓特性優(yōu)良，導通驅動也容易，還能夠得到能夠使驅動電路簡化的優(yōu)點。此外，在選擇開關31使用了 IGBT的情況下，能夠通過來自控制電路40的信號利用自滅弧功能容易地進行導通/截止的切換控制。即，能夠不需要如上述的晶閘管那樣的、暫時使電流停止的滅弧動作。相反，IGBT與晶閘管等相比反向耐壓特性較差，因此優(yōu)選與保護用的逆止二極管串聯(lián)連接。(控制電路40)如圖2所示那樣，控制電路40對各選擇開關31的導通/截止進行控制。該控制電路由ASIC等構成。在該例中，通過選擇開關31的切換，在構成相對于任意的二次電池體10的充電路徑的同時解除相對于其他二次電池的充電路徑。例如在圖3的例子中，通過僅使選擇開關31A、31C導通、使其他選擇開關31截止，由此僅將二次電池體IOA與恒流源產生電路20連接，將其他二次電池體10從恒流源產生電路20斷離，由此能夠進行與二次電池體IOA的特性相對應的充電。而且，當二次電池體IOA的充電結束時，接著如圖4所示那樣，通過使選擇開關31A、31C截止、將選擇開關31B及31E切換為導通，由此僅將二次電池體IOB與恒流源產生電路20連接，將其他二次電池體10從恒流源產生電路20斷離，由此能夠進行與二次電池體IOB的特性相對應的充電。同樣，當二次電池體IOB的充電結束時，如圖5所示那樣，將選擇開關31B及31E切換為截止，并且將選擇開關31D及31G切換為導通，而開始二次電池體IOC的充電。并且，當二次電池體IOC的充電結束時，如圖6所示那樣，將選擇開關31D及31G切換為截止，并且將選擇開關31F及31H切換為導通，而開始二次電池體IOD的充電。如此，通過依次切換選擇開關31的導通/截止，能夠對全部二次電池體10進行充電。如此，能夠利用一個恒流源產生電路20，通過選擇開關切換電路30對任意的二次電池體進行適當的充電。并且，在該方法中，僅所充電的二次電池體與恒流源產生裝置連接，因此與將充電對象的二次電池體并聯(lián)的情況相比較，能夠得到能夠獨立地進行與充電對象的各二次電池體的電氣特性等相對應的適當的充電的優(yōu)點。特別是，在各二次電池的 剩余容量不同的情況下，若同時以相同的電流進行充電，則剩余容量較多的特定的二次電池體被快速充電，結果，若到全部二次電池體的充電結束之前持續(xù)充電，則先成為充滿電的二次電池體被過充電，劣化可能進展。相反，若與剩余容量較少的二次電池體相對應地使充電結束，則產生如下問題會產生未充滿電的二次電池體，從而可利用的電氣容量減少。如果由于這樣就對每個二次電池體分別獨立地設置專用的充電電路，那么電路結構就會變得復雜，成本也提高。因此，在本發(fā)明中，能夠使用一個恒流源產生電路，并且通過選擇開關切換電路實現與各二次電池體之間的獨立連接，由此不設置獨立的充電電路，通過共用的恒流源產生電路就能夠進行獨立充電。此外，根據該方法，特別適合于具有負性特性的鎳氫電池、鎳鎘電池的充電。SP，鎳氫電池等具有若充滿電則電壓降低的特性，因此若要將鎳氫電池等以并聯(lián)的狀態(tài)進行充電，則各鎳氫電池等的電壓逐漸上升，并且由于先到達充滿電的鎳氫電池等的電壓會降低因而會對該電池供給較多電流，存在反而會導致電壓的降低、難以進行適當的充電電力的供給的問題。與此相對，根據上述本實施方式的方法，能夠進行每個二次電池體的獨立的充電，因此能夠得到能夠消除這種一律充電的問題的良好優(yōu)點。此外，該充電裝置除了將二次電池體獨立地與外部電源連接而進行充電以外，還能夠將多個二次電池體同時與外部電源連接而進行充電。例如在圖7所示的例子中，為了對二次電池體10AU0B同時進行充電，而使選擇開關31A、E導通、使其他選擇開關31截止。由此，能夠對相鄰接的二次電池體10同時進行充電。此外，不限于相鄰接的二次電池體彼此，還能夠對遠離的二次電池體同時進行充電。例如在圖8所示的例子中，通過使選擇開關31A、31C、31D、31G導通、使其他選擇開關31截止，能夠對二次電池體10AU0C同時進行充電。并且，如圖9所示那樣，通過使選擇開關31A、31H導通、使其他選擇開關31截止，還能夠對二次電池體10A、10B、10CU0D的全部同時進行充電。如此，通過對多個二次電池體同時進行充電，能夠高效地進行二次電池體的充電。另外，在該電路例中，由于從外部電源側供給的電力為恒定，因此從理論上來講與充電所需要的時間的縮短化無關。
(平均化再生動作)在以上的充電動作中，對獨立的二次電池體分別以適當的條件進行充電，由此能夠實現使結果所得到的二次電池體之間的電氣容量的偏差減少的平均化充電。另一方面，在對多個二次電池體同時進行充電時，還能夠更直接地抑制二次電池體之間的電氣容量的偏差。即，在將電氣容量不同的多個二次電池體與恒流源產生電路連接的狀態(tài)下，向電池電壓較高的二次電池體流入的電流量減少，向電池電壓較低的二次電池體流入的電流量相應地增加，因此結果電池電壓較低的二次電池體被較多地充電，而電氣容量之差向變小的方向變化。此外，在供給充電用的電力的電源側能夠進行再生動作的情況下，使電氣容量較大的二次電池體放電，向恒流源產生電路側進行再生，結果還能夠將該放電能量分配到其他二次電池體的充電中，由此能夠進一步減少電氣容量之差。在本說明書中,將這種再生動作也稱為平均化再生。例如，在使用混合動力車、插電混合動力車那樣的進行再生動作的電源的情況下，通過這種再生動作能夠實現二次電池體之間的平均化，因此特別有利。另外，在將二次電池體單獨與恒流源產生電路連接的情況、以及將多個二次電池體與恒流源產生 電路連接的情況的哪一種情況下，當然都能夠實現再生動作。如此，通過在充電階段對二次電池體之間的電氣容量的偏差進行抑制，由此能夠將全部二次電池體適當地充電到盡可能的電氣容量，并且能夠避免一部分二次電池體被過充電的事態(tài)，能夠保護二次電池體而穩(wěn)定、長期地以較高可靠性進行利用。此外，根據該結構，能夠通過相同的電路來實現充電和容量偏差調整，因此能夠實現電路結構的簡化及處理的簡化。(斬波電路)并且，作為實施例I在圖10中表示充電電路的詳細的電路例。該圖所示的恒流源產生電路20具備斬波電路，該斬波電路由電抗器L及與該電抗器L串聯(lián)連接的充電用開關22構成。充電用開關22相對于外部電源EP和電抗器L串聯(lián)連接，通過充電用開關22的導通，構成將外部電源EP、電抗器L、充電用開關22連接了的閉路。此外，充電用開關22使用了半導體開關元件。在后述的圖11所示的具體例中，作為半導體開關元件使用了 IGBT。IGBT能夠控制電抗器L的電流，使得電抗器L向能夠對二次電池體10供給電力的朝向(在圖10向右)蓄積電能。此外，電抗器L連接在供給輸出端子OT及供給輸入端子IT之間，通過串聯(lián)連接的充電用開關22的導通/截止，實現從外部電源EP供給的電力的斬波動作。即，當使充電用開關22導通時，來自外部電源EP的電力僅向電抗器L供給，當在該狀態(tài)下使充電用開關22從導通切換為截止時，電抗器L所蓄積的電能被放出，經由充電路徑向二次電池體10側流入，進行充電。通過反復進行這種充電用開關22的導通/截止動作，由此向二次電池體10供給斷續(xù)的充電電流，實現脈沖充電。通過控制電路40來進行充電用開關22的導通/截止。在該例子中，恒流源產生電路20由升壓斬波電路構成。升壓斬波電路通過升壓斬波動作，能夠使用較低電壓的外部電源EP將二次電池體10充電為較高電壓。但是，不限于該結構，例如也能夠利用升降壓斬波電路。在使恒流源產生電路20作為升壓斬波器起作用的情況下，作為條件要求負載即被選擇為充電對象的二次電池體10的電池電壓(例如24V)比外部電源EP (例如20V)高。在圖10的例中，恒流源產生電路20作為升降壓斬波器起作用，因此沒有這種電壓值的限制、能夠更靈活地利用。此外，圖11示出了在圖10的電路例中選擇開關31使用了晶閘管32的電路例。根據該結構，利用被用作恒流源產生電路20的升壓斬波器的截止期間，能夠使被用作選擇開關31的晶閘管截止，因此能夠在沒有特別的整流電路(Commutation Circuit)的情況下實現沒有自滅弧能力的晶閘管的滅弧，能夠實現極其良好地利用了晶閘管的充電控制。另外，在圖2、圖10等的例子中，通過一個控制電路40進行恒流源產生電路20的控制和選擇開關切換電路30的控制。但是，不限于該結構，例如當然還能夠分別獨立地設置進行恒流源產生電路20的控制的恒流源產生電路用控制電路和進行選擇開關切換電路30的控制的選擇開關電路用控制電路。(實施例2平均化充電及平均化再生) 此外，在圖10等中主要示出了進行平均化充電的電路例，但如上述那樣通過再生動作還能夠實現進一步平均化的平均化再生。作為實施例2在圖12的電路圖中表示能夠實現這種平均化充電及平均化再生的電源裝置的電路例。另外，在以下的例子中，為了使說明簡化也僅圖示3個(10A 10C)二次電池體10，而省略其他二次電池體的圖示，但如上所述那樣，二次電池體的連接數量能夠任意地設定。此外，該圖所示的電源裝置200，作為外部電源EP連接有能夠進行再生動作的電源(例如快速充電站所設置的鋰離子電池)。(再生用開關24)圖12的恒流源產生電路20除了圖10的充電用開關22之外，還將再生用開關24與電抗器L連接。再生用開關24與充電用開關22同樣，也能夠利用IGBT等半導體開關元件。再生用開關24與充電用開關22相反朝向地規(guī)定再生用開關24的通電方向，使得電流在從二次電池體10側放電的方向上(在圖12中向左)流過電抗器L。因此，使再生用開關
24具有整流功能，或者與再生用開關24串聯(lián)地在再生用的放電路徑中連接二極管等整流元件。圖13示出了在圖12的電路例中作為選擇開關31而使用了晶閘管32，作為充電用開關22及再生用開關24而使用了 IGBT的電路例。如此，充電用開關22及再生用開關24使用了整流元件的情況下，能夠不再需要整流元件。此外，在各IGBT的發(fā)射極-集電極之間，分別反向并聯(lián)地連接有二極管。這些二極管作為用于將電抗器L積蓄的能量向二次電池體10充電或者向外部電源EP再生的路徑，起到對反向耐壓特性不良的IGBT進行保護的作用。在該圖所示的電源裝置200的充電動作中，外部電源EP的外部電源電壓Eep與二次電池體10的電池電壓Eltl之間的關系為，在二次電池體10和恒流源產生電路20獨立連接的情況下，Eep < E100另一方面，在再生動作中，若設二次電池體10的串聯(lián)數量為η個、并忽略各二次電池體的電壓偏差，則Eep > E10 * η。如此，在充電動作時，能夠以比各電池電壓低的外部電源電壓進行充電，并且在通過再生動作向外部取出電力時，外部電源電壓也需要高到所串聯(lián)連接的電池電壓體的總電壓以上，相反地說即使較低的電池電壓也能夠進行再生動作，因此，實現使用了二次電池體的有效的充放電。(實施例3)此外，再生用開關24不限于如圖12的連接例所示那樣與電抗器L的兩端分別連接的結構，例如當然能夠如實施例3的圖14所示那樣，以在電抗器L的一端分支的方式進行連接。此外，圖15示出了在圖14的電源裝置300的電路例中選擇開關31使用了晶閘管32，充電用開關22及再生用開關24使用了 IGBT的電路例。此外，雖然未圖示，但這些圖所示的再生用開關24也與控制電路40連接，由控制電路40來控制再生用開關24導通/截止。在圖12、圖14所示的電源裝置200、300中，在經由充電用開關22對二次電池體10進行充電時，由控制電路40將再生用開關24設定為截止。另一方面，在將二次電池體10的多余電力向外部電源EP側進行放電的再生動作時，通過控制電路40進行切換，相反地放電用開關被切換為截止、再生用開關24成為導通。由此，能夠使二次電池體放電而使電氣容量減少，并且能夠將放電能量向外部電源供給而進行再利用，獲得了能夠高效地利用能量的優(yōu)點。特別是在電動汽車、混合動力汽車那樣的要求較高能量效率的用途中是非常有效的。(實施例4)反之在不進行再生動作的情況下，作為實施例4能夠采用圖16所示那樣的電路結構。該例所示的電源裝置400，除了圖10的充電用開關22之外，還在電抗器L的一端(圖中右側)與供給輸出端子OT之間設置有充電用二極管23。充電用二極管23阻止從二次電池·體10側向外部電源EP側流入電流，因此在該電路中禁止再生動作，僅進行平均化充電。圖17示出了在圖16的電路例中選擇開關31使用了晶閘管32，充電用開關22使用了 IGBT的例子。(實施例5)此外，不限于圖16的電路例，作為實施例5例如還能夠采用圖18那樣的結構。在圖18所示的電源裝置500的例子中，與電抗器L的端部連接的充電用二極管23，不是與充電用開關22在相同一側連接，而是與電抗器L的另一端部連接。在該結構中，同樣充電用二極管23也能夠禁止從二次電池體10側向外部電源EP側流入電流。圖19示出了在圖18的電路例中選擇開關31使用了晶閘管32，充電用開關22使用了 IGBT的例子。(實施例6)并且，另一方面，作為實施例6在圖20中示出了用于僅進行平均化再生動作的電路例。在該電路例所示的電源裝置600中，不設置充電用開關，代之將再生用開關24和再生用二極管25與電抗器L的一端連接。圖21示出了在圖20的電路例中選擇開關31使用了晶閘管32,再生用開關24使用了 IGBT的電路例。(實施例7)此外，作為實施例7，在圖22中示出了其他電源裝置700的電路例。在實施例7中，如該圖22所示那樣，再生用開關24的連接位置，不是相對于電抗器L的端部位于與再生用二極管25相同的一側，而是與另一端部側連接。在該結構中，再生用開關24允許從二次電池體10側向外部電源EP側的再生動作，而且再生用二極管25禁止充電動作。此外，圖23示出了在圖22的電路例中，選擇開關31使用了晶閘管32，再生用開關24使用了 IGBT的電路例。(電壓檢測單元26)并且，在電抗器L的兩端具備用于檢測電抗器兩端電壓的電壓檢測單元26。該電壓檢測單元26例如能夠由差動放大器、電阻器等構成。電壓檢測單元26在通過選擇開關切換電路30將恒流源產生電路20與任意的二次電池體10進行了連接的狀態(tài)下，檢測電抗器兩端電壓，由此能夠檢測二次電池體10的電壓。例如，在圖10的電路例中，通過控制電路40的控制而僅使選擇開關31A及選擇開關31C導通，使其他選擇開關31截止。若在該狀態(tài)下對二次電池體IOA進行充電，則電抗器兩端電壓所出現的電壓與二次電池體10的電池電壓相等，因此能夠通過電壓檢測單元26檢測出二次電池體10的電池電壓。此外，如果通過控制電路40來切換充電路徑，則能夠依次檢測出各二次電池體10的電池電壓。如此，電壓檢測單元26能夠通過控制電路40對各二次電池體10進行掃描、即時分割地測定全部二次電池體10的電池電壓。即，通過一個電壓檢測單元26就能夠檢測多個二次電池體10的電池電壓，并且二次電池體10的切換能夠利用上述的充電用的選擇開關31來進行，因此幾乎不需要增加部件數量，就能得到能夠使用于檢測全部二次電池體10的電池電壓的電路結構極其簡化的優(yōu)點。另外，各二次電池體10的電池電壓的檢測，優(yōu)選在充電的開始前進行。特別是，由于能夠根據二次電池體10的電池電壓來運算S0C，因此能夠在預先掌握了各二次電池體10的剩余容量的基礎上調整成適當的充電電流。此外，在充電過程中，還能夠一邊在適當的定時、例如以一定周期通過電壓檢測單元26來檢測二次電池體10的電池電壓一邊監(jiān)視充電的形態(tài)。 如以上那樣，二次電池體10的電池電壓能夠在充電開始前進行檢測，或者在充電過程中以一定周期等的規(guī)定定時進行檢測。而且，在二次電池體10的電池電壓達到一定電壓時，控制電路40使選擇開關31截止，結束對該二次電池的充電。(時序圖)接下來，圖24 圖25示出了對實施例I的電源裝置的動作進行表示的時序圖。在此，示出了充電用開關22導通時和截止時的晶閘管32A 32N的各選擇電路和電流路徑。此外，電源裝置作為一個例子將電壓檢測單元26與取樣保持電路SH連接。在這些圖中，圖
24(a) 圖24 (c)示出了對二次電池體IOA進行充電的形態(tài)，圖24 (a)示出了對各部分的波形進行表不的時序圖，圖24 (b)不出了充電用開關22導通時的電流路徑，圖24 (c)/j\出了充電用開關22截止時的電流路徑。在圖24 (a)中，在電感L的電壓波形矩形波的欄中，如(b)所示那樣，在充電用開關22導通時，朝向電感L的電流k增加，晶閘管32A中不流動有電流I32a而成為截止。另一方面，在圖24 (aM^ex的欄中，如(C)所示那樣，在充電用開關22截止時，晶閘管32A通過柵極信號而導通，流動有電流I32a，朝向電感L的電流Il減少。另外，在圖24 (b) 圖24 (c)中，晶閘管32的導通狀態(tài)以涂黑表不,截止狀態(tài)以空心表示。每當充電用開關22導通時，晶閘管32A能夠截止。晶閘管32A的電流I324成為如圖24 (a)所示那樣的脈沖波形。此外，電感L的兩端的電壓ex，如圖24 (a)所示那樣，成為交替施加外部電源EP的電壓Ep和二次電池體IOA的電壓Eicia的矩形波狀。并且，通過對電壓檢測單元26的取樣保持動作，能夠檢測二次電池體IOA的電壓E1QA。此外，圖25 (a) 圖25 (e)示出了對二次電池體IOA ION進行充電的形態(tài)。在該圖中，圖25 (a)示出了對各部分的波形進行表示的時序圖，圖25 (b)示出了充電用開關22導通時的電流路徑，圖25 (c)示出了充電用開關22截止而選擇了二次電池體IOA時的電流路徑，圖25 (d)示出了充電用開關22截止而選擇了二次電池體IOB時的電流路徑，圖
25Ce)表示充電用開關22截止而選擇了二次電池體ION時的電流路徑。在圖25 (a)中，(b)/ (C)表示對二次電池體IOA進行充電的期間，進行上述的圖
24的動作。在該期間中，首先如圖25 (b)所示那樣，在充電用開關22導通時，朝向電感L的電流增加，32A 32N中不流動有電流而成為截止。此外，如圖25 (c)所示那樣，在充電用開關22截止且選擇了二次電池體IOA時，晶閘管32A通過柵極信號而導通，流動有電流I32a，朝向電感L的電流k減少。在該期間中，重復這些圖25 (b)和圖25 (c)的動作，因此電感L的兩端的電壓ex成為交替施加外部電源EP的電壓EP和二次電池體IOA的電
SEicia的矩形波。并且，在圖25 (a)中，(b)/ (d)表示對二次電池體IOB進行充電的的期間。在該(b)/ (d)期間中，與上述(b)/ (c)期間同樣，如圖25 (b)所示那樣，在充電用開關22導通時，朝向電感L的電流L增加，晶閘管32A 32N中不流動有電流而成為截止。而且，在圖25 (d)中，在充電用開關22截止且選擇了二次電池體IOB時，晶閘管32B通過柵極信號而導通，流動有電流I32b，朝向電感L的電流込減少。在該(b)/ (d)期間中，電感L的兩端的電壓ex成為交替施加外部電源EP的電壓EP和二次電池體IOB的電壓Eicib的矩形波。并且，在圖25 (a)中，(b)/ (e)表示對二次電池體ION進行充電的期間。在該(b)/ (e)期間中，也與上述的(b)/ (C)期間、(b)/ (d)期間同樣，如圖25 (b)所示那樣，在充電用開關22導通時，朝向電感L的電流L增加，晶閘管32A 32N中不流動有電流而·成為截止。而且，在圖25 (e)中，在充電用開關22截止且選擇了二次電池體ION時，晶閘管32N通過柵極信號而導通，流動有電流I32n，朝向電感L的電流L減少。該(b)/ (e)期間的電感L的兩端的電壓ex為交替施加的外部電源EP的電壓EP和電壓E1QN。此外，在圖25的例中，通過取樣保持電路SH的取樣保持動作，也能夠在取樣保持電路SH的輸出eB中檢測出所選擇的各二次電池體的電壓Eicia Eicin。另外，電壓檢測單元不限定于取樣保持電路，也能夠適當地利用其他結構。如以上說明的那樣，根據本發(fā)明，通過極其簡單的電路結構，能夠進行各二次電池體的平均化充電控制，因此在構成需要較高電壓的電動汽車、無停電電源等的直流電壓源的情況下，系統(tǒng)結構能夠極其簡化，并且不產生過充放電，因此能夠提高二次電池體的長壽命化和安全性,并且能夠實現低成本化。工業(yè)可利用性本發(fā)明的電源裝置及充電電路，能夠良好地利用于混合動力車、插電混合動力車、電動汽車等的驅動用電源。此外，并不限于車輛用電源，還能夠利用于在輔助自行車、電動工具、無停電電源(UPS)、工廠的驅動用電源等中利用的大容量的蓄電池單元等其他電源裝置。附圖標記說明100，200，300，400，500，600，700...電源裝置10，10A, 10B, 10C, 10D, ION…二次電池體20…恒流源產生電路22…充電用開關23…充電用二極管24…再生用開關25…再生用二極管26…電壓檢測單元30…選擇開關切換電路
31，31A 31H…選擇開關32，32A 32H…晶閘管40…控制電路90…充電狀態(tài)調整裝置91…單位單元電池92…平均充電用電容器93…循環(huán)連接單元EP…外部電源 OT…供給輸出端子IT…供給輸入端子LD…負載PC…正極側充電路徑NC…負極側充電路徑L···電抗器
權利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，具備 多個二次電池體(10)，相互串聯(lián)連接，分別具備正極和負極； 恒流源產生電路(20)，具備供給用于對上述二次電池體(10)進行充電的電力的供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT);以及 選擇開關切換電路(30)，使得能夠通過上述恒流源產生電路(20)對各二次電池體(10)獨立地供給不同的充電電流， 上述選擇開關切換電路(30)具有 選擇開關(31)，與各二次電池體(10)分別連接，能夠獨立地構成對該二次電池體(10)進行充電的充電路徑；以及 控制電路(40)，對多個上述選擇開關(31)的導通/截止進行控制； 上述控制電路(40 )通過對上述選擇開關(31)的導通/截止進行控制，來構成相對于任意的二次電池體(10)的充電路徑并且解除相對于其他二次電池的充電路徑； 上述恒流源產生電路(20)具備斬波電路，該斬波電路包括 電抗器(L)，連接在上述供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT)之間；以及 充電用開關(22)，與上述電抗器(L)串聯(lián)連接，由上述控制電路(40)控制導通/截止； 將上述斬波電路與外部電源(EP)連接，對上述二次電池體(10)進行充電。
2.一種電源裝置，其特征在于，具備 多個二次電池體(10)，相互串聯(lián)連接，分別具備正極和負極； 恒流源產生電路(20)，具備供給用于對上述二次電池體(10)進行充電的電力的供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT)； 多個正極側充電路徑(PC)和多個負極側充電路徑(NC)，為了通過上述恒流源產生電路(20 )對各二次電池體(10 )進行充電，該多個正極側充電路徑(PO將各二次電池體(10 )的正極與上述供給輸出端子(OT)分別連接，該多個負極側充電路徑(NC)將各二次電池體(10)的負極與上述供給輸入端子(IT)分別連接； 多個選擇開關(31)，分別設置在上述正極側充電路徑(PC)及負極側充電路徑(NC)中；以及 控制電路(40 )，對上述多個選擇開關(31)的導通/截止進行控制。
3.如權利要求I或2所述的電源裝置，其特征在于， 還具備 電壓檢測單元(26)，檢測上述電抗器(L)的兩端電壓； 上述控制電路(40)針對任意的二次電池體(10)，將配置在對該二次電池體(10)和上述電抗器(L)進行連接的正極側充電路徑(PC)及負極側充電路徑(NC)中的各選擇開關(31)分別切換為導通，并且將其他選擇開關(31)切換為截止，從而僅使該二次電池體(10)與上述電抗器(L)連接，由此，能夠通過上述電壓檢測單元(26)檢測該二次電池體(10)的電池電壓。
4.如權利要求I 3中任一項所述的電源裝置，其特征在于， 上述控制電路(40)以時分割對各二次電池體(10)的電池電壓進行測定。
5.如權利要求I 4中任一項所述的電源裝置，其特征在于， 上述控制電路(40 )能夠對上述選擇開關(31)進行導通/截止控制，使得同時對任意的多個二次電池體(10)進行充電。
6.如權利要求I 5中任一項所述的電源裝置，其特征在于， 上述選擇開關(31)是沒有自滅弧能力的元件。
7.如權利要求I 6中任一項所述的電源裝置，其特征在于， 上述選擇開關(31)為晶閘管(32)。
8.如權利要求I 7中任一項所述的電源裝置，其特征在于， 上述二次電池體(10 )是通過將多個電池單元串聯(lián)連接或并聯(lián)連接而構成的。
9.一種充電電路，能夠對相互串聯(lián)連接且分別具備正極和負極的多個二次電池體(10)進行充電，其特征在于，具備 恒流源產生電路(20)，具備供給用于對二次電池體(10)進行充電的電力的供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT)； 多個正極側充電路徑(PC)和多個負極側充電路徑(NC)，為了通過上述恒流源產生電路(20)對各二次電池體(10)進行充電，該多個正極側充電路徑(PC)能夠將各二次電池體(10)的正極與上述供給輸出端子(OT)分別連接，該多個負極側充電路徑(NC)能夠將各二次電池體(10)的負極與上述供給輸入端子(IT)分別連接； 多個晶閘管(32)，分別設置在上述正極側充電路徑(PC)及負極側充電路徑(NC)中；以及 控制電路(40)，能夠獨立地進行上述多個晶閘管(32)的導通控制， 上述恒流源產生電路(20)具備斬波電路，該斬波電路包括 電抗器(L)，連接在上述供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT)之間；以及 充電用開關(22)，與上述電抗器(L)串聯(lián)連接，由上述控制電路(40)控制導通/截止； 將上述斬波電路與外部電源(EP)連接，對上述二次電池體(10)進行充電。
全文摘要
防止二次電池過充電，根據各二次電池的電氣特性進行最佳充電。選擇開關切換電路(30)具有晶閘管(32)，與各二次電池體(10)分別連接，能獨立地構成對二次電池體(10)充電的充電路徑；控制電路(40)，控制多個晶閘管(32)的導通/截止；控制電路(40)控制晶閘管(32)的導通/截止來構成任意二次電池體(10)的充電路徑并解除其他二次電池的充電路徑；恒流源產生電路(20)具備斬波電路，斬波電路包括電抗器(L)，連接在供給輸出端子(OT)和供給輸入端子(IT)間；充電用開關(22)，與電抗器(L)串聯(lián)，由控制電路(40)控制導通/截止；將斬波電路與外部電源(EP)連接，對二次電池體(10)充電。
文檔編號H01M2/10GK102934317SQ20118002332
公開日2013年2月13日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權日2010年5月11日
發(fā)明者大西德生 申請人:國立大學法人德島大學