JP3458740B2 - 組電池の充電装置および放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は組電池の充電装置お
よび放電装置に関し、特に、組電池を構成する各単電池
の、容量のバラツキによる過充電や過放電を生じること
なく、組電池の充電および放電を効率的に行うことがで
きる充電装置および放電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車等の開発が精力的に行
われるようになり、これに使用される二次電池として、
小型で大容量のリチウムイオン電池等が注目されてい
る。このような二次電池を電気自動車等の電源として使
用する場合には通常、単電池を複数直列に接続して組電
池とすることにより所望の電圧値を得ている。しかし、
リチウムイオン電池等は製造時やその後の使用履歴等に
よって容量にバラツキを生じやすく、組電池を一体とし
て充電あるいは放電させると、容量の小さい単電池が過
充電あるいは過放電となって性能低下を招くという問題
があった。

【０００３】そこで、例えば特開平５−６４３７７号公
報では、各単電池の端子電圧よりその充電状態を検出
し、単電池のうち少なくとも一つが満充電になった場合
には組電池への充電を停止するようにした充電装置が提
案されている。しかし、この充電装置では、容量の小さ
い単電池によって組電池全体の充電が制限されるため
に、容量の大きい他の単電池が十分に充電されず、充電
能力が十分に生かされないという問題がある。

【０００４】そこで、例えば特開平８−２１３０５５号
公報に記載の充電装置では、各単電池に並列に分流回路
を設け、単電池の一つが満充電になると、これを迂回す
るように分流回路に充電電流を流して、他の単電池への
充電を続行できるようにしている。しかし、この充電装
置では、充電電流の一部を迂回させるための分流回路内
に設けた抵抗で充電エネルギーが無駄に消費されるとい
う問題がある。

【０００５】一方、特開平７−３３５２６６号公報に
は、各単電池にスイッチング回路を介してそれぞれ補充
電電池を接続し、単電池が過充電間近になった場合には
当該単電池に補充電電池を接続して過充電を防止するよ
うにした充電装置が提案されている。しかし、この充電
装置では、補充電電池が各単電池にそれぞれ設けられる
から、装置全体の大型化とコストアップが避けられない
という問題がある。

【０００６】なお、組電池の放電が進行すると、前述し
たように最も容量の小さい単電池が過放電を生じるおそ
れがあるが、上記各公報に記載の従来の充電装置には、
これの解決を示唆するところはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、以
上の問題点を解決しようとするもので、充電エネルギー
の無駄な消費を避けることができるとともに、小型かつ
低コストで、しかも単電池の過充電のみならず過放電を
も防止して、組電池の効率的な充電並びに放電を可能と
した組電池の充電装置および放電装置を提供することを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の充電装置は、直列に接続されて組電池（Ｃ
Ｂ）を構成する複数の単電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）と、
補助充放電器（２）と、各単電池の充電状態を検出する
充電状態検出手段（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、組電池（Ｃ
Ｂ）の充電中に過充電間近の単電池（１Ａ）が生じる
と、当該過充電間近の単電池（１Ａ）とこれに隣接する
１個以上の適当数の単電池（１Ｂ）を第１の直列電池群
として選択して、当該第１の直列電池群（１Ａ，１Ｂ）
を補助充放電器（２）に並列に接続した後、単電池のう
ちこの時点で充電レベルの最も低い単電池（１Ｃ）を選
択し、ないし当該充電レベルの最も低い単電池を含み第
１の直列電池群よりも少ない数の隣接する単電池を第２
の直列電池群として選択して、充電レベルの最も低い単
電池（１Ｃ）ないし第２の直列電池群を補助充放電器
（２）に並列に接続する切換動作を繰り返す充電時切換
接続手段（５）とを備えている。

【０００９】上記構成の充電装置において、組電池の充
電時には、容量にバラツキのある単電池のうち、最も容
量の小さい単電池が最初に過充電間近になる。そこで、
過充電間近になった単電池を含む第１の直列電池群が補
助充放電器に接続されると、第１の直列電池群から補助
充放電器へ電流が供給されて過充電間近になった単電池
の電圧が低下し、過充電間近の状態が解消される。その
後、この時点で充電レベルの最も低い単電池を含み上記
第１の直列電池群よりも少ない数の第２の直列電池群が
補助充放電器に接続されると、補助充放電器の電圧は第
２の直列電池群の電圧よりも高いから、補助充放電器の
電流が第２の直列電池群へ効率的に放電供給され、第２
の直列電池群が充電される。他の単電池が過充電間近に
なると、当該他の単電池を含む新たな第１の直列電池群
と補助充放電器との間で同様の動作が行われて次々に過
充電間近の状態が解消されるとともに、補助充放電器か
ら第２の直列電池群へ充電がなされて各単電池の充電状
態が均一化される。この状態で組電池への充電が進行
し、全ての単電池が満充電になると装置の充電作動が終
了する。

【００１０】このように本発明の充電装置によれば、過
充電間近になった単電池を含む第１の直列電池群から補
助充放電器へ電流を供給して過充電間近の状態を解消す
るとともに、補助充放電器から充電レベルの最も低い単
電池を含む第２の直列電池群へ電流を供給してこれを充
電しているから、過充電間近になった単電池を迂回する
ように充電電流を分流回路へ流す従来装置に比して、充
電エネルギーの無駄な消費を回避することができる。ま
た、過充電間近の単電池を含む第１の直列電池群に対し
て補助充放電器を切り換えて使用するようにしたから、
各単電池に補充電電池をそれぞれ設ける従来装置に比し
て、装置全体が小型になるとともにコスト低減も実現さ
れる。さらに、各単電池の容量一杯まで充電がなされる
から、容量の大きい単電池が未充電になることはなく、
電池容量に無駄を生じない。また、組電池への充電電流
を絞る必要がないから、組電池全体として充電時間を短
縮することができる。さらに、本発明によれば、補助充
放電器の電圧を、これにより充電される第２の直列電池
群よりも大幅に上げることが可能であるから、エネルギ
ー移動量が大きくなり、この分、装置の小型化、時間短
縮、エネルギー効率の向上等が可能となる。なお、ここ
で充電レベルとは、電池の残存容量（ＳＯＣ）あるいは
電池の定格容量に対する取り出せる放電量の割合をい
う。

【００１１】本発明の放電装置は、直列に接続されて組
電池（ＣＢ）を構成する複数の単電池（１Ａ，１Ｂ，１
Ｃ）と、補助充放電器（２）と、各単電池の放電状態を
検出する放電状態検出手段（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、組
電池の放電中に過放電間近の単電池（１Ａ）が生じる
と、単電池のうちこの時点で充電レベルの最も高い単電
池（１Ｂ）とこれに隣接する適当数の単電池（１Ｃ）を
第３の直列電池群として選択して、当該第３の直列電池
群（１Ｂ，１Ｃ）を補助充放電器（２）に並列に接続し
た後、単電池のうち過放電間近の単電池（１Ａ）を選択
し、ないし過放電間近の単電池を含み第３の直列電池群
よりも少ない数の隣接する適当数の単電池を第４の直列
電池群として選択して、過放電間近の単電池（１Ａ）な
いし第４の直列電池群を補助充放電器（２）に並列に接
続する切換動作を繰り返す放電時切換接続手段（５）と
を備えている。

【００１２】上記構成の放電装置において、組電池の放
電時には、容量にバラツキのある単電池のうち、最も容
量の小さい単電池が最初に過放電間近になる。そこで、
この時点で充電レベルが最も高くなっている単電池を含
む第３の直列電池群が補助充放電器に接続されると、第
３の直列電池群から補助充放電器へ電流が供給される。
その後、過放電間近の単電池を含む第４の直列電池群が
補助充放電器に接続されると、補助充放電器の電圧は第
４の直列電池群の電圧よりも高いから、補助充放電器の
電流が第４の直列電池群へ効率的に供給されて過放電間
近の単電池の状態が解消される。他の単電池が過放電間
近になると、当該他の単電池を含む新たな第４の直列電
池群と補助充放電器との間で同様の動作が行われて次々
に過放電間近の状態が解消されるとともに、第３の直列
電池群から補助充放電器へ放電がなされて各単電池の放
電状態が均一化される。この状態で組電池の放電が進行
し、全ての単電池が放電完了になると装置の放電作動が
終了する。

【００１３】このように本発明の放電装置によれば、過
放電間近の単電池を含む第４の直列電池群に対して補助
充放電器を切り換えて使用するようにしたから、装置全
体が小型になるとともにコスト低減も実現される。ま
た、各単電池の容量一杯まで放電がなされるから、容量
の大きい単電池が未放電になることはなく、電池容量に
無駄を生じない。さらに、本発明によれば、補助充放電
器の電圧を、これにより充電される第４の直列電池群よ
りも大幅に上げることが可能であるから、エネルギー移
動量が大きくなり、この分、装置の小型化、時間短縮、
エネルギー効率の向上等が可能となる。

【００１４】上記充電装置および放電装置を一体にし
て、以下の構成の充放電装置とすることができ、これに
よれば既に説明した充電装置と放電装置で得られる作
用、効果の両方を得ることができる。すなわち、充放電
装置は、直列に接続されて組電池（ＣＢ）を構成する複
数の単電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）と、補助充放電器
（２）と、各単電池の充放電状態を検出する充放電状態
検出手段（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、組電池（ＣＢ）の充
電中に過充電間近の単電池（１Ａ）が生じると、当該過
充電間近の単電池（１Ａ）とこれに隣接する１個以上の
適当数の単電池（１Ｂ）を第１の直列電池群として選択
して、当該第１の直列電池群（１Ａ，１Ｂ）を補助充放
電器（２）に並列に接続した後、単電池のうちこの時点
で充電レベルの最も低い単電池（１Ｃ）を選択し、ない
し当該充電レベルの最も低い単電池を含み第１の直列電
池群よりも少ない数の隣接する単電池を第２の直列電池
群として選択して、充電レベルの最も低い単電池（１
Ｃ）ないし第２の直列電池群を補助充放電器（２）に並
列に接続する切換動作を繰り返す充電時切換接続手段
（５）と、組電池の放電中に過放電間近の単電池（１
Ａ）が生じると、単電池のうちこの時点で充電レベルの
最も高い単電池（１Ｂ）とこれに隣接する適当数の単電
池（１Ｃ）を第３の直列電池群として選択して、当該第
３の直列電池群（１Ｂ，１Ｃ）を補助充放電器（２）に
並列に接続した後、単電池のうち過放電間近の単電池
（１Ａ）を選択し、ないし過放電間近の上記単電池を含
み第３の直列電池群よりも少ない数の隣接する適当数の
単電池を第４の直列電池群として選択して、過放電間近
の単電池（１Ａ）ないし第４の直列電池群を補助充放電
器（２）に並列に接続する切換動作を繰り返す放電時切
換接続手段（５）とを備える。

【００１５】補助充放電器としては、コンデンサや二次
電池を使用することができる。二次電池はコンデンサに
比して電気容量が格段に大きいから、この場合には組電
池の充放電装置は以下の構成とすることができる。すな
わち、直列接続されて組電池（ＣＢ）を構成する複数の
単電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）と、補助充放電器（７Ａな
いし７Ｂ）と、各単電池（１Ａ〜１Ｃ）の充放電状態を
検出する充放電状態検出手段（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、
組電池（ＣＢ）の充電中に過充電間近の単電池が生じる
と、当該過充電間近の単電池（１Ａ）とこれに隣接する
１個以上の適当数の単電池（１Ｂ）を第５の直列電池群
（１Ａ，１Ｂ）として選択して、当該第５の直列電池群
（１Ａ，１Ｂ）を補助充放電器（７Ａないし７Ｂ）に切
換接続する充電時切換接続手段（５）と、組電池（Ｃ
Ｂ）の放電中に過放電間近の単電池が生じると、当該過
放電間近の単電池（１Ａ）を選択し、ないし当該過放電
間近の単電池を含み上記第５の直列電池群よりも少ない
数の隣接する単電池を第６の直列電池群として選択し
て、過放電間近の上記単電池（１Ａ）ないし第６の直列
電池群を補助充放電器（７Ａないし７Ｂ）に切換接続す
る放電時切換接続手段（５）とを備える。この場合、補
助充放電器の定格電圧は第５の直列電池群の定格電圧よ
りは低く、かつ過放電間近の単電池ないし第６の直列電
池群の定格電圧よりは大きいものとする。

【００１６】このような構成の充放電装置において、組
電池の充電時には、容量にバラツキのある単電池のう
ち、最も容量の小さい単電池が最初に過充電間近にな
る。そこで、この過充電間近になった単電池を含む第５
の直列電池群が補助充放電器に接続されると、補助充放
電器へ電流が供給されて過充電間近になった単電池の電
圧が低下し、過充電間近の状態が解消される。続いて他
の単電池が過充電間近になると当該他の単電池を含む新
たな第５の直列電池群が補助充放電器に順次切換接続さ
れて次々に過充電間近の状態が解消される。この状態で
組電池への充電が進行し、全ての単電池が満充電になる
と充電が終了する。

【００１７】また、組電池の放電時には、容量にバラツ
キのある単電池のうち、最も容量の小さい単電池が最初
に過放電間近になる。そこで、この過放電間近になった
単電池を含む第６の直列電池群に補助充放電器を接続す
ると、補助充放電器から過放電間近になった単電池へ電
流が供給されて当該単電池の電圧が上昇し、過放電間近
の状態が解消される。続いて他の単電池が過放電間近に
なると当該単電池を含む新たな第６の直列電池群に補助
充放電器が順次切換接続されて次々に過放電間近の状態
が解消される。この状態で組電池の放電が進行し、全て
の単電池が放電完了になると放電が終了する。

【００１８】補助充放電器の二次電池としては車両の補
機用鉛電池等を使用することができる。この場合には、
二次電池を適当数の電池セル（７Ａ，７Ｂ）に区画し、
各電池セルの定格電圧が第５の直列電池群の定格電圧よ
りは低く、かつ単電池ないし第６の直列電池群の定格電
圧よりは大きくなるようにして、第５の直列電池群ない
し第６の直列電池群に各電池セルを適宜選択して接続す
る。

【００１９】さらに、組電池の放電時において、電池セ
ル（７Ａ，７Ｂ）を適当数直列に接続した状態で第６の
直列電池群を充電することもでき、この場合は、直列接
続された電池セル全体の定格電圧が単電池ないし第６の
直列電池群の定格電圧より大きくなるようにする。

【００２０】上記充電装置あるいは放電装置には、充電
時切換接続手段（５）ないし放電時切換接続手段（５）
の切り換え作動の際に前記各単電池（１Ａ〜１Ｄ）の正
極側と負極側を直接接続しないようにする短絡防止手段
（８）をさらに設けることができる。これにより、単電
池の短絡によって充電時切換接続手段ないし放電時切換
接続手段が損傷することを防止することができる。

【００２１】本発明にはまた、充電時切換接続手段
（５）ないし放電時切換接続手段（５）の切り換え作動
時に、所定数以下の単電池（１Ａ〜１Ｄ）のみが補助充
放電器（２）に接続されるように制限する接続制限手段
（８）を設けることができる。これにより、補助充放電
器に過電圧が印加されるのを防止することができる。

【００２２】さらに本発明において、充電作動時に過充
電間近の単電池とこの時点で充電レベルの最も低い単電
池との電圧差が十分有る場合には、充電時切換接続手段
は、過充電間近の単電池を補助充放電器に並列に接続し
た後、充電レベルの最も低い単電池を補助充放電器に並
列に接続するようなものであれば良い。また、本発明に
おいて、放電作動時に過放電間近の単電池とこの時点で
充電レベルの最も高い単電池との電圧差が十分有る場合
には、充電時切換接続手段は、上記充電レベルの最も高
い単電池を補助充放電器に並列に接続した後、上記過放
電間近の単電池を上記補助充放電器に並列に接続するよ
うなものであれば良い。

【００２３】また、上記充電装置ないし放電装置が行な
う単電池の充電状態ないし放電状態の均一化の動作は、
過充電間近ないし過放電間近の単電池が生じて初めて行
なう必要はなく、充電中ないし放電中の全過程で均一化
動作を行なうようなものであっても良い。この場合の充
電装置ないし放電装置の構成は以下のようなものであ
る。

【００２４】すなわち、組電池の充電装置は、直列に接
続されて組電池を構成する複数の単電池と、補助充放電
器と、各単電池の充電レベルを検出する充電レベル検出
手段と、組電池の充電中に、最も充電レベルの高い単電
池、ないし当該最も充電レベルの高い単電池を含みこれ
に隣接する１個以上の適当数の単電池を第１の直列電池
群として選択して、上記最も充電レベルの高い単電池な
いし上記第１の直列電池群を上記補助充放電器に並列に
接続した後、この時点で充電レベルの最も低い単電池を
選択し、ないし当該充電レベルの最も低い単電池を含み
上記第１の直列電池群よりも少ない数の隣接する単電池
を第２の直列電池群として選択して、上記充電レベルの
最も低い単電池ないし上記第２の直列電池群を上記補助
充放電器に並列に接続する切換動作を繰り返す充電時切
換接続手段とを具備している。

【００２５】また、組電池の放電装置は、直列に接続さ
れて組電池を構成する複数の単電池と、補助充放電器
と、各単電池の充電レベルを検出する充電レベル検出手
段と、組電池の放電中に、最も充電レベルの高い単電
池、ないし当該最も充電レベルの高い単電池を含みこれ
に隣接する１個以上の適当数の単電池を第３の直列電池
群として選択して、上記最も充電レベルの高い単電池な
いし上記第３の直列電池群を上記補助充放電器に並列に
接続した後、この時点で充電レベルの最も低い単電池を
選択し、ないし当該充電レベルの最も低い単電池を含み
上記第３の直列電池群よりも少ない数の隣接する単電池
を第４の直列電池群として選択して、上記充電レベルの
最も低い単電池ないし上記第４の直列電池群を上記補助
充放電器に並列に接続する切換動作を繰り返す放電時切
換接続手段とを具備している。

【００２６】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には充放電
装置の概略全体構成を示す。充放電装置はリチウムイオ
ン電池等の単電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，…，１Ｎを多数直
列接続した組電池ＣＢを有し、組電池ＣＢから延びる充
放電線Ｌにはメインスイッチ４１と電流センサ４２が設
けられている。組電池ＣＢを充電する場合には充電電源
８１から充放電線Ｌに電流が供給され、一方、組電池Ｃ
Ｂが放電する場合には、充放電線Ｌから負荷８２へ電流
が供給される。充電電源８１の作動はＣＰＵを内蔵した
制御回路４の信号により制御される。メインスイッチ４
１は制御回路４からの信号によって開閉作動させられ、
また、制御回路４は電流センサ４２の検出信号を取り込
んで、組電池ＣＢが放電中であるか否かを判定する。

【００２８】各単電池１Ａ〜１Ｎには電圧計３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，…，３Ｎが並列に接続され、各電圧計３Ａ〜
３Ｎからの電圧信号は制御回路４に入力している。リチ
ウムイオン電池等では充電レベルと電池電圧とがほぼ比
例関係にあるから、上記電圧信号によって制御回路４は
各単電池１Ａ〜１Ｎの充電状態あるいは放電状態を簡易
かつ正確に知ることができる。もちろん、電圧計以外に
よって充放電状態を知ることも可能である。補助充放電
器としてのコンデンサ２が設けられ、コンデンサ２と単
電池１Ａ〜１Ｎとの間には充電作動時と放電作動時の切
換接続手段たるスイッチング回路５が介設されている。
スイッチング回路５は制御回路４からの信号によって後
述のように切換作動させられて、単電池単体あるいは互
いに隣接する適当数の単電池よりなる直列電池群を選択
してコンデンサ２に切換え接続する。なお、コンデンサ
の容量は数千〜一万μＦ程度である。

【００２９】図２は、単電池１Ａ〜１Ｃの部分につい
て、スイッチング回路５をさらに詳細に示したものであ
る。スイッチング回路５は、各単電池１Ａ〜１Ｃの正極
とコンデンサ２の正極を結ぶ各一対のＦＥＴスイッチ５
１Ａ，５２Ａおよび５３Ａ，５４Ａおよび５５Ａ，５６
Ａと、各単電池１Ａ〜１Ｃの負極とコンデンサ２の負極
を結ぶ各一対のＦＥＴスイッチ５１Ｂ，５２Ｂおよび５
３Ｂ，５４Ｂおよび５５Ｂ，５６Ｂとで構成されてい
る。上記各一対のＦＥＴスイッチ５１Ａ〜５６Ｂは互い
に直列に接続されており、これらＦＥＴスイッチ５１Ａ
〜５６Ｂの内部にはその端子間を結ぶようにダイオード
素子５７，５８が形成されて、ダイオード素子５７，５
８は互いにアノード側で接続されている。なお、ＦＥＴ
スイッチ５１Ａ〜５６Ｂは制御回路４からの信号で導通
作動させられる。なお、電流センサ４２の信号は実際に
は図示するようにアンプ４３で増幅された後に制御回路
４へ入力している。

【００３０】このような構成の充放電装置の作動を、制
御回路４内のＣＰＵの処理手順を示す図３、図４のフロ
ーチャートを参照して以下に説明する。図３は充電作動
時のもので、ステップ１０１で、メインスイッチ４１を
閉じるとともに、充電電源８１に充電開始を指令して組
電池ＣＢを充電する。充電が進行すると、単電池１Ａ〜
１Ｎのうち容量の最も小さいものが過充電間近になる。
過充電間近か否かは電圧計３Ａ〜３Ｎからの電圧信号で
検出する。ステップ１０２で単電池１Ａ〜１Ｎのいずれ
かが過充電間近になったことを確認すると、ステップ１
０３では過充電間近になった単電池とこれに隣接する１
個以上の適当数（例えば１個）の単電池を第１の直列電
池群として選択して、この第１の直列電池群をスイッチ
ング回路５によってコンデンサ２に並列に接続する（ス
テップ１０４）。一定時間経過後に（ステップ１０
５）、ステップ１０６で単電池１Ａ〜１Ｎのうち充電レ
ベルが最も低い単電池、ないし当該充電レベルが最も低
い単電池を含み上記第１の直列電池群よりも少ない数の
隣接する単電池を第２の直列電池群として選択して、充
電レベルが最も低い単電池ないし第２の直列電池群をス
イッチング回路５によってコンデンサ２に一定時間並列
に接続する（ステップ１０７，１０８）。ステップ１０
９では全ての単電池が満充電か否かを確認する。

【００３１】例えば図２において、単電池１Ａが過充電
間近になっており、この時単電池１Ｃの充電レベルが最
も低く、単電池１Ｂの充電レベルは両者の中間であると
する。制御回路４は単電池１Ａとこれに隣接する単電池
１Ｂを第１の直列電池群として選択して、ＦＥＴスイッ
チ５１Ａ，５４Ｂを導通作動させる。これにより、第１
の直列電池群１Ａ，１ＢからＦＥＴスイッチ５２Ａのダ
イオード素子５８、コンデンサ２、ＦＥＴスイッチ５３
Ｂのダイオード素子５７へと電流が流れ、単電池１Ａの
電圧が下降するとともに、コンデンサ２が充電される。
一定時間ｔ1 経過後に、制御回路４は今度は充電レベル
の最も低い単電池１Ｃを選択し、ＦＥＴスイッチ５１
Ａ，５４Ｂに代えてＦＥＴスイッチ５６Ａ，５５Ｂを導
通作動させる。これにより、コンデンサ２からＦＥＴス
イッチ５５Ａのダイオード素子５７、単電池１Ｃ、ＦＥ
Ｔスイッチ５６Ｂのダイオード素子５８へと電流が流れ
て、単電池１Ｃが充電される。この時のコンデンサ２の
電圧は単電池１Ｃの電圧のほぼ２倍あるから、効率的か
つ確実な充電が速やかになされる。一定時間ｔ2 経過し
た後、ＦＥＴスイッチ５６Ａ，５５Ｂを非導通とする。
なお、上記一定時間ｔ1,ｔ2 は、第１の直列電池群１
Ａ，１Ｂとコンデンサ２、ないし単電池１Ｃとコンデン
サ２との間が平衡状態となって電流が流れなくなるのに
十分な時間とする。したがって、実際に電流が流れなく
なったことを検出して次の動作に移るようにしても良
い。

【００３２】以上の動作、すなわち図３のステップ１０
２〜ステップ１０９の動作は例えば５Ｈｚで繰り返さ
れ、他の単電池が過充電間近になると、当該他の単電池
とこれに隣接する単電池が新たな第１の直列電池群とし
て選択され、この新たな第１の直列電池群とこの時最も
充電レベルの低い単電池、ないしこれを含む第２の直列
電池群との間でコンデンサ２を介して同様の動作が繰り
返される。ステップ１０９で、全ての単電池１Ａ〜１Ｎ
が満充電になったことが確認されると、ステップ１１０
で充電電源８１の作動を停止させ、メインスイッチ４１
を開く。

【００３３】このような充電作動を図５で説明する。図
は単電池を１Ａ〜１Ｈの８個設けた例であり、単電池１
Ａ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈは平均充電レベルＡｖより下回
り、単電池１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇは平均充電レベルＡ
ｖより上回っている状態を示している。いま、単電池１
Ｅが過充電間近になっているとする。制御回路４は単電
池１Ｅとこれに隣接する単電池１Ｆを第１の直列電池群
として選択してコンデンサ２を介して最も充電レベルの
低い単電池１Ｄを充電する。単電池１Ｄはこれのほぼ２
倍の電圧Ｖｃで効率的にコンデンサ２を介して充電され
る。図中、Ｗは各単電池１Ｅ，１Ｆからの充電容量分に
ほぼ比例する電圧を示す。単電池１Ｅの過充電間近の状
態が解消され、次に単電池１Ｂが過充電間近になると、
制御回路４は今度は単電池１Ｂとこれに隣接する単電池
１Ｃを新たな第１の直列電池群として選択してこれをコ
ンデンサ２に接続し、単電池１Ｂの過充電間近の状態を
解消する。この時点で単電池１Ｆの充電レベルが最も低
くなっていると、制御回路４は今度はコンデンサ２を単
電池１Ｆに接続してこれを充電する。単電池１Ｆはこれ
のほぼ２倍の電圧Ｖｃで効率的に充電される。このよう
な動作が繰り返されて、全ての単電池１Ａ〜１Ｈが過充
電を生じることなくその充電レベルが均一化され、この
状態で各単電池１Ａ〜１Ｈは容量一杯まで充電されて満
充電の状態になる。

【００３４】一方、充放電装置による放電作動時には、
図４のステップ２０１でメインスイッチ４１を閉じ、組
電池ＣＢから負荷８２へ電流を供給する。放電が進行す
ると、最も容量の小さい単電池１Ａ〜１Ｎが下限電圧に
達して過放電間近になる。そこで、ステップ２０２，２
０３では、負荷８２への放電が休止していることを電流
センサ４２の検出信号で確認した後、単電池１Ａ〜１Ｎ
が過放電間近か否かを確認する。過放電間近か否かは電
圧計３Ａ〜３Ｎからの電圧信号で検出する。ステップ２
０３で単電池１Ａ〜１Ｎのいずれかが過放電間近になっ
たことを確認すると、ステップ２０４でこの時充電レベ
ルの最も高い単電池とこれに隣接する１個以上の適当数
（例えば１個）の単電池を第３の直列電池群として選択
して、この第３の直列電池群をスイッチング回路５によ
ってコンデンサ２に並列に接続する（ステップ２０
５）。そして、一定時間経過後に（ステップ２０６）、
ステップ２０７で単電池１Ａ〜１Ｎのうち過放電間近の
単電池、ないし当該過放電間近の単電池を含み上記第３
の直列電池群よりも少ない数の隣接する単電池を第４の
直列電池群として選択して、過放電間近の単電池ないし
第４の直列電池群をスイッチング回路５によってコンデ
ンサ２に一定時間並列に接続する（ステップ２０８，２
０９）。ステップ２１０では全ての単電池が放電完了か
否かを確認する。

【００３５】例えば図２において、単電池１Ａが過放電
間近になっており、この時単電池１Ｂの充電レベルが最
も高く、単電池１Ｃの充電レベルは両者の中間であると
する。制御回路４は単電池１Ｂとこれに隣接する単電池
１Ｃを第３の直列電池群として選択して、ＦＥＴスイッ
チ５３Ａ，５６Ｂを導通作動させる。これにより、第３
の直列電池群１Ｂ，１ＣからＦＥＴスイッチ５４Ａのダ
イオード素子５８、コンデンサ２、ＦＥＴスイッチ５５
Ｂのダイオード素子５７へと電流が流れ、コンデンサ２
が充電される。一定時間ｔ3 経過後に、制御回路４は今
度は過放電間近の１Ａを選択し、ＦＥＴスイッチ５３
Ａ，５６Ｂに代えてＦＥＴスイッチ５２Ａ，５１Ｂを導
通作動させる。これにより、コンデンサ２からＦＥＴス
イッチ５１Ａのダイオード素子５７、単電池１Ａ、ＦＥ
Ｔスイッチ５２Ｂのダイオード素子５８へと電流が流れ
て単電池１Ａが充電され、その電圧が上昇する。この時
のコンデンサ２の電圧は単電池１Ａの電圧のほぼ２倍あ
るから、効率的かつ確実な充電が速やかになされる。一
定時間ｔ4 経過した後、ＦＥＴスイッチ５２Ａ，５１Ｂ
を非導通とする。なお、上記一定時間ｔ3,ｔ4 は、第３
の直列電池群１Ｂ，１Ｃとコンデンサ２、ないし単電池
１Ａとコンデンサ２との間が平衡状態となって電流が流
れなくなるのに十分な時間とする。したがって、実際に
電流が流れなくなったことを検出して次の動作に移るよ
うにしても良い。

【００３６】以上の動作、すなわち図４のステップ２０
２〜ステップ２１０の動作は例えば５Ｈｚで繰り返さ
れ、他の単電池が過放電間近になると、当該他の単電池
ないしこれを含む第４の直列電池群と第３の直列電池群
との間でコンデンサ２を介して同様の動作が繰り返され
る。ステップ２１０で、全ての単電池１Ａ〜１Ｎが放電
完了になったことが確認されると、ステップ２１１でメ
インスイッチ４１を開き、放電作動を終了する。なお、
単電池１Ａ〜１Ｎの放電状態を確認するのは、本実施形
態におけるように、負荷８２への放電が休止している時
にのみ行う方が良い。その理由は、放電電流が流れてい
ると単電池１Ａ〜１Ｎの端子電圧が変動して、放電状態
を正確に判定できないことがあるからである。また、放
電が休止しているか否かは、電流センサ４２による以外
に、単電池１Ａ〜１Ｎの電圧変化パターンから検出する
こともできる。

【００３７】このような放電作動の結果、全ての単電池
１Ａ〜１Ｈが過放電を生じることなくその放電レベルが
均一化され、放電完了がほぼ同時となる。したがって、
単電池１Ａ〜１Ｈの過放電が避けられるとともに、放電
作動終了時に各単電池に残電荷を生じることがないか
ら、残電荷を生じたまま再充電を行うことによる電池劣
化も避けることができる。

【００３８】なお、図２に示す例で、充電時において単
電池１Ｂの充電レベルが最も低かった場合には、第１の
直列電池群として単電池１Ａ，１Ｂを選択するととも
に、この第１の直列電池群１Ａ，１Ｂをコンデンサ２に
接続して充電し、この後、コンデンサ２を単電池１Ｂに
接続してこれを充電するようにする。この場合、単電池
１Ｂの充電レベルはコンデンサ２への充電時に一時的に
は低下するが、この後のコンデンサ２からの充電によっ
て従前以上に充電レベルは回復する。また、放電時にお
いて単電池１Ｂが過放電間近である場合には、第３の直
列電池群として単電池１Ｂ，１Ｃを選択して、この第３
の直列電池群１Ｂ，１Ｃをコンデンサ２に接続して充電
し、この後、コンデンサ２を単電池１Ｂに接続してこれ
を充電するようにする。この場合も、単電池１Ｂの充電
レベルは一時的には低下するが、コンデンサ２からの充
電によって従前以上に充電レベルは回復する。

【００３９】（第２実施形態）補助充放電器として、上
記第１実施形態のコンデンサ２に代えて二次電池を使用
することができる。この二次電池としては単電池と同様
のリチウムイオン電池が使用できるが、過充電に強く、
短時間の電流入出力特性に優れる点で鉛電池やニッケル
カドミウム電池等を使用するのが良い。特に鉛電池は車
両等の補機電池として多用されているから、これを補助
充放電器として流用あるいは兼用することができる。こ
の場合の回路の一例を図６に示す。鉛電池はリチウムイ
オン電池とは電圧が異なるから、適当数（図では３個）
を直列接続して電池モジュール７Ａ，７Ｂとする。この
電池モジュール７Ａ，７Ｂの電圧は、第１実施形態で説
明した組電池充電時の第１の直列電池群１Ａ，１Ｂや組
電池放電時の第３の直列電池群１Ｂ，１Ｃの電圧（図２
で説明した例ではいずれも組電池２個を直列に接続した
電圧）よりも低く、第１実施形態で説明した組電池充電
時の第２の直列電池群や組電池放電時の第４の直列電池
群の電圧（図２で説明した例ではいずれも単体の単電池
１Ａあるいは１Ｃの電圧）よりも高い電圧とする。例え
ば定格電圧が約２Ｖの鉛電池を３個使用して電池モジュ
ール７Ａ，７Ｂとすれば、この電池モジュール７Ａ，７
Ｂの定格電圧は、３．６Ｖのリチウムイオン電池を使用
した１個の単電池よりは高く、２個の単電池よりなる直
列電池群よりは低くなる。

【００４０】本実施形態ではスイッチング回路５は第１
実施形態の構成に加えて、電池モジュール７Ａ，７Ｂの
正極とＦＥＴスイッチ５２Ａ，５４Ａ，５６Ａとの間
に、互いに直列に接続されたＦＥＴスイッチ５９Ａ，６
０Ａと６１Ａ，６２Ａが設けられ、また、電池モジュー
ル７Ａ，７Ｂの負極とＦＥＴスイッチ５２Ｂ，５４Ｂ，
５６Ｂとの間に、互いに直列に接続されたＦＥＴスイッ
チ５９Ｂ，６０Ｂと６１Ｂ，６２Ｂが設けられている。
ＦＥＴスイッチ５９Ａ〜６２Ｂの内部にはその端子間を
結ぶようにダイオード素子６３，６４が形成されて、ダ
イオード素子６３，６４は互いにアノード側で接続され
ている。なお、ＦＥＴスイッチ５９Ａ〜６２Ｂも制御回
路４からの信号で導通作動させられる。

【００４１】充放電装置の充電作動時において、単電池
１Ａが過充電間近になっており、この時単電池１Ｃの充
電レベルが最も低く、単電池１Ｂの充電レベルは両者の
中間であるとする。制御回路４は単電池１Ａとこれに隣
接する単電池１Ｂを第１の直列電池群として選択して、
ＦＥＴスイッチ５１Ａ，６０Ａ，５４Ｂ，５９Ｂを導通
作動させる。これにより、第１の直列電池群１Ａ，１Ｂ
からＦＥＴスイッチ５２Ａのダイオード素子５８、ＦＥ
Ｔスイッチ５９Ａのダイオード素子６３、電池モジュー
ル７Ａ、ＦＥＴスイッチ６０Ｂのダイオード素子６４，
ＦＥＴスイッチ５３Ｂのダイオード素子５７へと電流が
流れ、単電池１Ａの電圧が下降するとともに、電池モジ
ュール７Ａが充電される。この時の第１の直列電池群１
Ａ，１Ｂの電圧は電池モジュール７Ａの電圧よりも高い
から、効率的かつ確実な充電がなされる。一定時間ｔ5
経過後に、制御回路４は今度は充電レベルの最も低い単
電池１Ｃを選択し、ＦＥＴスイッチ５１Ａ，６０Ａ，５
４Ｂ，５９Ｂに代えてＦＥＴスイッチ５９Ａ，５６Ａ，
５５Ｂ，６０Ｂを導通作動させる。これにより、電池モ
ジュール７ＡからＦＥＴスイッチ６０Ａのダイオード素
子６４、ＦＥＴスイッチ５５Ａのダイオード素子５７、
単電池１Ｃ、ＦＥＴスイッチ５６Ｂのダイオード素子５
８、ＦＥＴスイッチ５９Ｂのダイオード素子６３へと電
流が流れて、単電池１Ｃが充電される。この時の電池モ
ジュール７Ａの電圧は単電池１Ｃの電圧よりも高いか
ら、効率的かつ確実な充電がなされる。一定時間ｔ6 経
過した後、ＦＥＴスイッチ５９Ａ，５６Ａ，５５Ｂ，６
０Ｂを非導通とする。

【００４２】以上の動作は一定周期で繰り返され、他の
単電池が過充電間近になると、当該他の単電池とこれに
隣接する単電池が新たな第１の直列電池群として選択さ
れ、この新たな第１の直列電池群とこの時最も充電レベ
ルの低い単電池との間で電池モジュール７Ａを介して同
様の動作が繰り返される。このような充電作動の結果、
充電時の各単電池１Ａ〜１Ｃの充電レベルが均一化さ
れ、全ての単電池１Ａ〜１Ｃで充電完了がほぼ同時とな
る。したがって、充電時に各単電池が過充電になること
はないから、電池劣化を避けることができる。

【００４３】充放電装置の放電作動時において、単電池
１Ａが過放電間近になっており、この時単電池１Ｂの充
電レベルが最も高く、単電池１Ｃの充電レベルは両者の
中間であるとする。制御回路４は単電池１Ｂとこれに隣
接する単電池１Ｃを第３の直列電池群として選択して、
ＦＥＴスイッチ５３Ａ，６０Ａ，５９Ｂ，５６Ｂを導通
作動させる。これにより、第３の直列電池群１Ｂ，１Ｃ
からＦＥＴスイッチ５４Ａのダイオード素子５８、ＦＥ
Ｔスイッチ５９Ａのダイオード素子６３、電池モジュー
ル７Ａ、ＦＥＴスイッチ６０Ｂのダイオード素子６４、
ＦＥＴスイッチ５５Ｂのダイオード素子５７へと電流が
流れ、電池モジュール７Ａが充電される。一定時間ｔ7
経過後に、制御回路４は今度は過放電間近の１Ａを選択
し、ＦＥＴスイッチ５３Ａ，６０Ａ，５９Ｂ，５６Ｂに
代えてＦＥＴスイッチ５９Ａ，５２Ａ，５１Ｂ，６０Ｂ
を導通作動させる。これにより、電池モジュール７Ａか
らＦＥＴスイッチ６０Ａのダイオード素子６４、ＦＥＴ
スイッチ５１Ａのダイオード素子５７、単電池１Ａ、Ｆ
ＥＴスイッチ５２Ｂのダイオード素子５８、ＦＥＴスイ
ッチ５９Ｂのダイオード素子６３へと電流が流れて、単
電池１Ａが充電される。この時の電池モジュール７Ａの
電圧は電池モジュール７Ａの電圧よりも高いから、効率
的かつ確実な充電がなされる。一定時間ｔ8 経過した
後、ＦＥＴスイッチ５２Ａ，５１Ｂを非導通とする。

【００４４】以上の動作は一定周期で繰り返され、他の
単電池が過放電間近になると、当該他の単電池と第３の
直列電池群との間で電池モジュール７Ａを介して同様の
動作が繰り返される。このような放電作動の結果、放電
時の各単電池１Ａ〜１Ｃの放電レベルが均一化され、全
ての単電池１Ａ〜１Ｃで放電完了がほぼ同時となる。し
たがって、各単電池１Ａ〜１Ｃの過放電が回避されると
ともに、放電作動終了時に各単電池に残電荷を生じるこ
とはないから、残電荷を生じたまま再充電を行うことに
よる電池劣化も避けることができる。

【００４５】なお、上記充電作動時あるいは放電作動時
において、ＦＥＴスイッチ５９Ａ〜６０Ｂに代えてＦＥ
Ｔスイッチ６１Ａ〜６２Ｂを選択導通させて、第１の直
列電池群群１Ａ，１Ｂと単電池１Ｃ、あるいは第３の直
列電池群１Ｂ，１Ｃと単電池１Ａをそれぞれ電池モジュ
ール７Ｂを介して充電あるいは放電させるようにしても
良く、電池モジュール７Ａと７Ｂを適宜選択して使用す
ることにより、これら電池モジュール７Ａ，７Ｂの充電
状態および放電状態を均一化することができる。

【００４６】また、組電池の充電時あるいは放電時にお
いて、電池モジュール７Ａないし７Ｂと単電池１Ａない
し１Ｃとの電圧差が小さくなった場合には、ＦＥＴスイ
ッチ５９Ａ，６０Ａ，６１Ｂ，６２Ｂのみを作動させて
直列状態とした電池モジュール７Ａ，７Ｂにより単電池
１Ａないし１Ｃを充電するようにしても良い。さらには
ＦＥＴスイッチ５１Ａ〜５６Ｂを適宜作動させて、直列
状態とした電池モジュール７Ａ，７Ｂによって、単電池
１Ａや１Ｃ、あるいは直列状態とした単電池１Ａ，１Ｂ
ないし１Ｂ，１Ｃを充電するようにもできる。

【００４７】さらに、本実施形態のように補助充放電器
として二次電池を使用した場合には、組電池充電時の上
記時間ｔ5 ，ｔ6 、あるいは組電池放電時の上記時間ｔ
7 ，ｔ8 による周期的な切換えは必ずしも必要ではな
い。例えば単電池１Ａ〜１Ｃが全て満充電状態でさらに
回生発電等による充電電源８１（図１）からの充電が行
われる場合には、この間、電池モジュール７Ａ，７Ｂの
充電のみを続行し、回生発電等による充電が終了した後
の組電池の放電時に、充電状態が悪化した単電池１Ａ〜
１Ｃに対して電池モジュール７Ａ，７Ｂからの放電のみ
を続行するようにもできる。なお、周期的な切換えを行
う場合でも二次電池はコンデンサに比べてはるかに大き
な電気容量を有しているから、上記時間ｔ5 〜ｔ8 は第
１実施形態における時間ｔ1 〜ｔ4 に比べて十分に長く
することによりスイッチング回数を少なくすることがで
き、スイッチング回路における損失を十分小さくするこ
とができる。

【００４８】（第３実施形態）上記各実施形態における
スイッチング回路５中のＦＥＴスイッチ５１Ａ，５２Ａ
の直列接続に代えて、図７に示すように、ＦＥＴスイッ
チ５１Ａ，５２Ａにそれぞれダイオード素子６５，６６
を新たに直列接続し、これらＦＥＴスイッチ５１Ａ、５
２Ａとダイオード素子６５，６６の各組を並列的に接続
する構成としても良い。ダイオード素子６５はＦＥＴス
イッチ５１Ａの内部ダイオード５７と互いにアノード側
が接続される。また、ダイオード素子６６はＦＥＴスイ
ッチ５２Ａの内部ダイオード５８と互いにアノード側が
接続される。このような構成によると、ダイオード素子
６５，６６としてショットキーダイオードなどのオン抵
抗の小さい素子を使用することができ、スイッチング回
路５における電流の損失をより小さくすることができ
る。この回路は他のＦＥＴスイッチ５３Ａ〜５６Ａ，５
１Ｂ〜５６Ｂ，５９Ａ〜６２Ａ，５９Ｂ〜６２Ｂにもそ
のまま適用できる。

【００４９】（第４実施形態）本発明の第４実施形態を
図８に示す。第１実施形態では各単電池１Ａ〜１Ｃの充
放電状態を知るためにそれぞれ電圧計３Ａ〜３Ｃを設け
ているが（図２参照）、これに対して本実施形態では図
８に示すように、コンデンサ２に並列に単一の電圧計３
のみを設けている。電圧計３には直列にスイッチ３１の
常開接点が接続され、一方、コンデンサ２にはスイッチ
３１の常閉接点が接続されている。他の構成は第１実施
形態と同様である。

【００５０】本実施形態において、例えば単電池１Ａの
電圧を測定する場合には、スイッチ３１を作動させて、
その常開接点を閉じるとともに、常閉接点を開く。そし
て、制御回路４はＦＥＴスイッチ５１Ａ，５２Ｂのみを
導通作動させる。これにより、単電池１Ａの正極側と電
圧計３の正極側、および単電池１Ａの負極側と電圧計３
の負極側が接続されて単電池１Ａの電圧が測定される。
単電池１Ｂ，１Ｃの電圧を測定する場合には、制御回路
４はＦＥＴスイッチ５３Ａ，５４ＢあるいはＦＥＴスイ
ッチ５５Ａ，５６Ｂを順次導通作動させる。なお、スイ
ッチ３１は必ずしも設けなくても良い。

【００５１】本実施形態によれば、電圧計を単電池それ
ぞれに個別に設ける必要がないから回路が簡素化され、
低コスト化が図られる。また、コンデンサ切換用のスイ
ッチング回路を利用するから新たに電圧測定用のスイッ
チ回路を設ける必要がない。

【００５２】（第５実施形態） 第１実施形態を説明
する図２において、スイッチング回路５中の各ＦＥＴス
イッチ５１Ａ〜５６Ｂが制御回路４によって切換作動さ
せられる際に、例えばＦＥＴスイッチ５１ＡとＦＥＴス
イッチ５４Ａが同時に作動すると単電池１Ａの正極と負
極が短絡してしまう。単電池を短絡させると過大な電流
が瞬時に流れ、単電池が異常発熱して発煙、発火に至る
危険性があり、避けねばならない。そこで、本実施形態
では、スイッチング回路５のＦＥＴスイッチが作動する
際に単電池を短絡させることがないような短絡防止回路
を設けた例について説明する。

【００５３】ここで、短絡防止はコンデンサの同じ極性
側に接続されるスイッチ群において、同時に二つ以上の
スイッチが閉鎖作動しないようにすることで行なう。一
つのスイッチの閉鎖作動信号が出たら、それより低電位
側にあるスイッチの閉鎖作動信号が出力されないように
ガードをかける。閉鎖作動信号の出ているスイッチのう
ち、最も高電位側にあるスイッチのみが有効になり、そ
れより低電位側の全てのスイッチの閉鎖動作が禁止され
ることで、二つ以上のスイッチが同時に閉鎖されること
がないようにする。

【００５４】図９には理解を容易にするために各単電池
１Ａ〜１Ｄの正極側と負極側に設けられるＦＥＴスイッ
チをそれぞれ単一のスイッチＳＷ１Ｐ〜ＳＷ４Ｐ、ＳＷ
１Ｎ〜ＳＷ４Ｎで代表させてある。例えば、単電池１Ａ
の正極側スイッチＳＷ１Ｐが閉じている場合には、単電
池１Ｂ〜１Ｄの正極側スイッチＳＷ２Ｐ〜ＳＷ４Ｐのど
れが閉じても単電池１Ａ〜１Ｃは短絡状態になる。同様
に、単電池１Ａの負極側スイッチＳＷ１Ｎが閉じている
場合には、単電池１Ｂ〜１Ｄの負極側スイッチＳＷ２Ｎ
〜ＳＷ４Ｎのどれが閉じても単電池１Ｂ〜１Ｄは短絡状
態になる。そこで、このような短絡を生じさせないよう
に、詳細を後述する短絡防止回路８が制御回路４とスイ
ッチング回路５との間に設けられている。また、コンデ
ンサ２には並列に電圧計９が設けられて、各単電池１Ａ
〜１Ｄの電圧を測定するようになっているが、この場合
にも後述のように短絡防止回路８によって不要なスイッ
チの閉鎖作動が阻止されて、単電池１Ａ〜１Ｄの短絡が
未然に防止されるようになっている。

【００５５】図１０に短絡防止回路８の回路例を示す。
図１０において、信号B1P〜B4Pは、制御回路４から出力
されたそれぞれスイッチＳＷ１Ｐ〜ＳＷ４Ｐの閉鎖作動
を指令する信号であり、信号B1N〜B4Nは、制御回路４か
ら出力されたそれぞれスイッチＳＷ１Ｎ〜ＳＷ４Ｎの閉
鎖作動を指令する信号である。また、信号SW1P〜SW4Pは
短絡防止回路８から出力されるそれぞれスイッチＳＷ１
Ｐ〜ＳＷ４Ｐを閉鎖作動させる信号であり、信号SW1N〜
SW4Nは短絡防止回路８から出力されるそれぞれスイッチ
ＳＷ１Ｎ〜ＳＷ４Ｎを閉鎖作動させる信号である。な
お、信号MESは単電池１Ａ〜１Ｄの電圧測定時に制御回
路４から出力される信号である。

【００５６】短絡防止回路８は、一入力が反転入力にな
っているＡＮＤゲート８１Ａ〜８１Ｃ、ＡＮＤゲート８
２Ａ〜８２Ｄ、ＯＲゲート８３Ａ〜８３Ｄ、一入力が反
転入力になっているＡＮＤゲート８４Ａ〜８４Ｄ、ＯＲ
ゲート８５Ａ〜８５Ｄ、一入力が反転入力になっている
ＡＮＤゲート８６Ａ〜８６Ｄ、および三入力ＡＮＤゲー
ト８７Ａ〜８７Ｄより構成されており、図中の矢印はハ
イレベルにプルアップされていることを示している。

【００５７】このような短絡防止回路８において、例え
ば信号B1Pが入力すると、ＡＮＤゲート８２Ａが開いて
信号SW1Pが出力され、スイッチＳＷ１Ｐが閉鎖作動させ
られる。同時にＡＮＤゲート８２Ｂ〜８２Ｄはいずれも
閉じられ、信号B2P〜B4Pが入力しても信号SW2P〜SW4Pは
出力されない。このようにして、信号SW1Pから信号SW4P
へこの優先順位で必ず一つの信号しか出力されず、スイ
ッチＳＷ１Ｐ〜ＳＷ４Ｐが同時に作動することによる単
電池１Ａ〜１Ｄの短絡が防止される。

【００５８】信号B1Nが入力している場合も同様で、こ
の場合にはＡＮＤゲート８７Ａが開いて信号SW1Nが出力
され、スイッチＳＷ１Ｎが閉鎖作動させられる一方、Ａ
ＮＤゲート８７Ｂ〜８７Ｄはいずれも閉じられるから、
信号B2N〜B4Nが入力しても信号SW2N〜SW4Nは出力されな
い。これにより、信号SW1Nから信号SW4Nへこの優先順位
で必ず一つの信号しか出力されず、スイッチＳＷ１Ｎ〜
ＳＷ４Ｎが同時に作動することによる単電池の短絡が防
止される。

【００５９】以上のように本実施形態においては、制御
回路４の誤動作や制御回路４中のプログラムミスによっ
て単電池１Ａ〜１Ｄを短絡するような信号が出力されて
も、単電池１Ａ〜１Ｄの短絡を未然に防ぐことができ、
安全性を保って、組電池の充電および放電を行なうこと
ができる。

【００６０】また、本実施形態では、一つの正極側スイ
ッチの閉鎖作動信号に対し、それと対をなす負極側スイ
ッチおよびこれより低電位側の所定数の範囲内の負極側
スイッチの閉鎖指令のみを有効とすることでコンデンサ
と接続される電池数を制限する。すなわち、一つの正極
側スイッチの閉鎖作動信号を、それより低電位側の有効
にしたい数の範囲の負極側スイッチの各閉鎖指令ゲート
回路を開くように入力する。それ以外の全ての負極側ス
イッチの閉鎖指令はガードされて出力されないようにす
る。電圧測定時は、一つの正極側閉鎖作動信号が、それ
と対をなす一つの負極側スイッチの閉鎖指令ゲート回路
のみに入力するようにする。

【００６１】すなわち、本実施形態の制御装置では、信
号SW1Pが出力されている場合にはＡＮＤゲート８７Ａ〜
８７Ｃが開いているから、信号B1N〜B3Nが入力するとこ
れらに応じて信号SW1N〜SW3Nが出力される。ところが、
ＡＮＤゲート８７Ｄは閉じているから信号B4Nが入力し
ても信号SW4Nは出力されない。また、信号SW2Pが出力さ
れている場合にはＡＮＤゲート８７Ｂ〜８７Ｄのみが開
かれ、信号B2N〜B4Nが入力するとこれらに応じて信号SW
2N〜SW4Nが出力されるが、それ以外のスイッチを作動さ
せる信号は出力されない。この結果、コンデンサ２には
常に３個以下の単電池１Ａ〜１Ｄの直列電圧のみが印加
され、これにより過電圧の印加が回避される。このよう
に、コンデンサに過大な電圧が加わることが防止され、
安全性を保って組電池の充電並びに放電ができる。

【００６２】各単電池１Ａ〜１Ｄの電圧を測定する場合
には制御回路４から信号MESが出力されてＡＮＤゲート
８４Ａ〜８４Ｄが閉じられる。この結果、信号SW1P〜SW
4Pが出力されているＡＮＤゲート８７Ａ〜８７Ｄのみが
開いて、信号B1N〜B4Nに対応して信号SW1N〜SW4Nが出力
される。すなわち、単電池１Ａ〜１Ｄの電圧測定の場合
には、閉鎖作動したスイッチSW1P〜SW4Pに対応したスイ
ッチSW1N〜SW4Nのみが閉鎖作動して、各単電池１Ａ〜１
Ｄ毎の電圧測定が保証されるとともに、これら単電池１
Ａ〜１Ｄの短絡が未然に防止される。このように、電圧
測定時には電圧計に一つの単電池のみが確実に接続され
るので安全にかつ正確な電圧測定を行なうことができ
る。

【００６３】（その他の実施形態）上記第１ないし第４
実施形態のＦＥＴスイッチに代えてリレー等を使用する
ようにしても良い。また、補助充放電器へ流入し、ある
いは補助充放電器から流出する電流値を制限する抵抗を
設けても良く、これによれば、ＦＥＴスイッチ等を小容
量のものとできる。

【００６４】上記第１および第２実施形態では、第１の
直列電池群および第３の直列電池群を２個の単電池で構
成したが、３個以上の単電池で構成することもできる。
また補助充放電器を介して上記第１の直列電池群および
第３の直列電池群から充電されるものをいずれも単体の
単電池としたが、２個以上の単電池で構成してそれぞれ
第１の直列電池群で充電される第２の直列電池群、およ
び第３の直列電池群で充電される第４の直列電池群とす
ることができる。ただし、各直列電池群を構成する単電
池の数を多くすると、各単電池の充電レベルあるいは放
電レベルの均一化は粗くなる。

【００６５】上記各実施形態では、ある単電池が過充電
間近ないし過放電間近になった時にのみ充電装置ないし
放電装置が作動を開始するものとしたが、これに代え
て、充電中ないし放電中の全過程で充電レベルの高い単
電池から充電レベルの低い単電池へ電荷を移動させてこ
れら単電池の充電状態ないし放電状態の均一化を常時行
なうようにしても良い。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明の単電池の充放電
装置によれば、充電エネルギーの無駄な消費を避けるこ
とができるとともに、小型かつ低コストで、しかも単電
池の過充電のみならず過放電をも防止して、組電池の効
率的な充電並びに放電を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す、充放電装置の概
略ブロック構成図である。

【図２】充放電装置の要部回路図である。

【図３】充電作動時の制御回路のフローチャートであ
る。

【図４】放電作動時の制御回路のフローチャートであ
る。

【図５】充放電装置の作動を説明する概念的グラフであ
る。

【図６】本発明の第２実施形態を示す、充放電装置の要
部回路図である。

【図７】本発明の第３実施形態を示す、充放電装置の要
部回路図である。

【図８】本発明の第４実施形態を示す、充放電装置の要
部回路図である。

【図９】本発明の第５実施形態を示す、充放電装置の要
部回路図である。

【図１０】短絡防止回路の回路図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｎ…単電池、２…コンデンサ、３
Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｎ…電圧計、４…制御回路、５…ス
イッチング回路、７Ａ，７Ｂ…電池モジュール、８…短
絡防止回路、ＣＢ…組電池。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−84627（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−98698（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−319287（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−71433（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−285028（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/36

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列に接続されて組電池を構成する複数
   の単電池と、補助充放電器と、前記各単電池の充電状態
   を検出する充電状態検出手段と、組電池の充電中に過充
   電間近の単電池が生じると、当該過充電間近の単電池と
   これに隣接する１個以上の適当数の単電池を第１の直列
   電池群として選択して、当該第１の直列電池群を前記補
   助充放電器に並列に接続した後、前記単電池のうちこの
   時点で充電レベルの最も低い単電池を選択し、ないし当
   該充電レベルの最も低い単電池を含み前記第１の直列電
   池群よりも少ない数の隣接する単電池を第２の直列電池
   群として選択して、前記充電レベルの最も低い単電池な
   いし前記第２の直列電池群を前記補助充放電器に並列に
   接続する切換動作を繰り返す充電時切換接続手段と、前
   記充電時切換接続手段の切り換え作動の際に所定数以下
   の前記単電池のみが前記補助充放電器に接続されるよう
   に制限する接続制限手段とを具備する組電池の充電装
   置。
2. 【請求項２】 前記充電時切換接続手段の切り換え作動
   の際に前記各単電池の正極側と負極側を直接接続しない
   ようにする短絡防止手段をさらに設けた請求項１に記載
   の組電池の充電装置。
3. 【請求項３】 直列に接続されて組電池を構成する複数
   の単電池と、補助充放電器と、前記各単電池の放電状態
   を検出する放電状態検出手段と、組電池の放電中に過放
   電間近の単電池が生じると、前記単電池のうちこの時点
   で充電レベルの最も高い単電池とこれに隣接する適当数
   の単電池を第３の直列電池群として選択して、当該第３
   の直列電池群を前記補助充放電器に並列に接続した後、
   前記単電池のうち過放電間近の単電池を選択し、ないし
   当該過放電間近の単電池を含み前記第３の直列電池群よ
   りも少ない数の隣接する適当数の単電池を第４の直列電
   池群として選択して、前記過放電間近の単電池ないし前
   記第４の直列電池群を前記補助充放電器に並列に接続す
   る切換動作を繰り返す放電時切換接続手段とを具備する
   組電池の放電装置。
4. 【請求項４】 前記放電時切換手段の切り換え作動の際
   に前記各単電池の正極側と負極側を直接接続しないよう
   にする短絡防止手段をさらに設けた請求項３に記載の組
   電池の放電装置。
5. 【請求項５】 前記放電時切換接続手段の切り換え作動
   の際に所定数以下の単電池のみが補助充放電器に接続さ
   れるように制限する接続制限手段をさらに設けた請求項
   ３又は４に記載の組電池の放電装置。
6. 【請求項６】 直列に接続されて組電池を構成する複数
   の単電池と、補助充放電器と、前記各単電池の充電レベ
   ルを検出する充電レベル検出手段と、組電池の放電中
   に、最も充電レベルの高い単電池、ないし当該最も充電
   レベルの高い単電池を含みこれに隣接する１個以上の適
   当数の単電池を第３の直列電池群として選択して、前記
   最も充電レベルの高い単電池ないし前記第３の直列電池
   群を前記補助充放電器に並列に接続した後、この時点で
   充電レベルの最も低い単電池を選択し、ないし当該充電
   レベルの最も低い単電池を含み前記第３の直列電池群よ
   りも少ない数の隣接する単電池を第４の直列電池群とし
   て選択して、前記充電レベルの最も低い単電池ないし前
   記第４の直列電池群を前記補助充放電器に並列に接続す
   る切換動作を繰り返す放電時切換接続手段とを具備する
   組電池の放電装置。