JPH0855643A

JPH0855643A - 蓄電池バッテリー用調整装置

Info

Publication number: JPH0855643A
Application number: JP7168671A
Authority: JP
Inventors: Jean Claude Mangez; ジヤン・クロード・マンジエ
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1996-02-27
Also published as: FR2722031A1; US5648713A; EP0691725A1; DE69512576T2; FR2722031B1; EP0691725B1; CA2153084A1; DE69512576D1

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄電池バッテリーのための、特に、電圧が充
電状態の関数であって、直列に接続されたｎ個の同一モ
ジュールから構成されるバッテリー（０）のための、調
整装置を提供する。【解決手段】この装置はｎ−１個の調整モジュール
（７、８）を含み、これらの各々は直列に接続されたバ
ッテリーの２つのモジュールにそれぞれ割り当てられ、
各調整モジュールは、２つの直列バッテリー・モジュー
ルの各々の端子に電圧を供給するための調整手段（１０
〜１９）を含み、これらのバッテリー・モジュールに、
各調整モジュールは電流を配分することによって等価に
連結され、この電流は、１モジュールの端子から取ら
れ、このモジュールは、より高い電圧がより低い電圧の
モジュールの端子の両端に存在する電圧と同じ値に低下
するまで、より高い電圧を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池バッテリー
用の調整装置に関し、さらに詳しくは、特にリチウム・
イオン結合型バッテリーのような電圧が充電状態の関数
である、バッテリーのための調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある種のバッテリー、特に上記の形式の
バッテリーが過度の放電や過充電に耐えるのが困難であ
ることは周知であり、したがって、特にバッテリーが直
列に接続された単電池から成る場合に、使用中にこのよ
うな事象を回避するために特別の注意を払う必要があ
る。

【０００３】実際には、いろいろな周知の理由で、所定
のバッテリーを構成する個別の単電池は、すべてが正確
に同じ条件で作動するものではなく、またすべてが等し
く老化するものでもない。従って、バッテリーの機能動
作を、その端子のレベルで使用中に実施した電気測定値
に基づいてのみ検査することは、たいていの場合十分で
ない。

【０００４】実際には、特に、直列に接続された単電池
を含むバッテリーの場合には、最初に単電池間に存在す
る最小の相違が、使用するにつれて、低性能の単電池の
損害へと増大する傾向にあり、こうして低性能の単電池
の性能損失は、多少とも急速に他の単電池の性能損失を
引き起こす。

【０００５】従って、個別にとられた単電池それぞれの
挙動と、これらの単電池によって構成される集合物の挙
動に応じて、充電中にも放電中にも、利用中のバッテリ
ーに働きかけるために、単電池ごとに実施された測定を
バッテリーの端子のレベルですでに実施された測定と結
びつけることは、周知である。また、多数の単電池を含
むバッテリーの場合に、同様に同じ数の単電池から成る
モジュールのレベルで同じ操作を行うことも、周知であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、蓄電
池バッテリーのための、特に、電圧が充電状態の関数で
あって、直列に接続されたｎ個の同一モジュールから構
成されるバッテリーのための、調整装置を提唱する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一特徴によれ
ば、この装置はｎ−１個の調整モジュールを含み、これ
らの各々は直列に接続されたバッテリーの２つのモジュ
ールにそれぞれ割り当てられ、各調整モジュールは、よ
り高い電圧を与える１モジュールの端子から取られた電
流を、より高い電圧がより低い電圧のモジュールの端子
の両端に存在する電圧と同じ値に低下するまで、分路す
ることによりそれが接続された２つの直列バッテリー・
モジュールの各々の端子間の電圧を同一の値にするため
の調整手段を含む。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明、その特徴、及びそ
の利点を、添付の図面を参照してより詳しく説明する。

【０００９】図１に示す蓄電池バッテリー（０）は、２
つの端子（１）、（２）の間に直列に接続された整数
（ｎ）個のモジュールを含むと仮定し、端子の１つは
正、他は負であり、これらの端子は負荷及び／又は充電
装置（図示せず）への接続に適している。単一モジュー
ル内で直列及び／又は並列の複数の単電池を一緒にまと
めることは可能であるが、それでも各モジュールは１つ
の単電池で構成されることが好ましい。バッテリー
（０）のｎ個のモジュールは（各モジュールはこの場合
は１つの単電池を有する）、この説明例では（３）、
（４）、（５）で参照される３つのモジュールを構成
し、これらは本発明の調整装置（６）に連結されてい
る。調整装置はモジュール構造であり、ｎ−１個の同一
の調整モジュールを含み、その各々は一対の相互に接続
されたバッテリー・モジュールに連結される。すなわち
本例では、調整装置は２つの同一調整モジュール
（７）、（８）を含み、これらの１つはモジュール
（３）と（４）に連結され、他の１つはモジュール
（４）と（５）に連結されている。

【００１０】ここに示した各調整モジュールは、２つの
バッテリー・モジュールの間で充電状態を平衡化させる
のに役立ち、各調整モジュールはこれらのバッテリー・
モジュールに、これらの電圧をそれぞれのレベルで継続
的に平衡化させることによって連結されている。この目
的のために、比較器回路が、各調整モジュールが連結さ
れている２つの直列接続バッテリー・モジュールの端子
の間に存在する電圧、例えば調整モジュール（７）のた
めの、モジュール（３）、（４）の端子の間の電圧を考
慮に入れている。この比較器回路は、例えば調整モジュ
ール（７）における参照番号（９）で示される演算増幅
器とモジュール（７）では参照番号（１０）、（１１）
で示される等抵抗抵抗器のディバイダー・ブリッジによ
って実現される。バッテリー・モジュール（３）、
（４）で構成された組立品の端子に存在する電圧は増幅
器（９）の非反転入力部に接続された中間点を有する等
抵抗抵抗器（１０）、（１１）のディバイダー・ブリッ
ジへ加えられる。増幅器も、上記の２つのバッテリー・
モジュール（３）、（４）への共通点に抵抗器（１２）
を介して接続された反転入力部を有する。

【００１１】増幅器（９）の出力部は、２つの抵抗器
（１３）、（１４）の間の共通点に接続され、抵抗器
（１３）はＮＰＮ型トランジスタ（１５）のベースに接
続され、抵抗器（１４）はＰＮＰ型トランジスタ（１
６）のベースに接続されている。これら２つのトランジ
スタは、それぞれのエミッタ・コレクタ接続部を介し
て、２つの直列接続バッテリー・モジュール（３）、
（４）で構成された組立品の端子に直列に接続されてお
り、そして、それぞれが抵抗器（１７）又は（１８）を
介してバッテリーの正端子（１）及びエンド・モジュー
ル（３）（トランジスタ（１５）の場合）と、モジュー
ル（４）（トランジスタ（１６）の場合）の負端子とに
接続されたコレクタを有する。

【００１２】さらに、トランジスタ（１５）と（１６）
のエミッタに共通の点は、モジュール（３）と（４）の
共通点に接続され、このため、これら２つの点は同じ電
位にある。

【００１３】従って、モジュール（３）と（４）の間の
いかなる電圧不均衡も、より高い電圧を供給する端子を
有するモジュールの１つからの放電を生じさせる。例え
ば、モジュール（４）の端子間の電圧が、増幅器（９）
を中心として構成された比較器回路によって、モジュー
ル（３）の端子間に存在する電圧より高いことがわかっ
た、と仮定した場合、抵抗器（１８）とトランジスタ
（１６）を介してモジュール（４）が放電する。

【００１４】例えば比較器回路におけるオフセット電圧
が原因で、及び／又はディバイダーの抵抗器（１０）、
（１１）の抵抗の不正確が原因で起こる、モジュール間
の電圧差に関する測定誤差の結果としてのモジュール
（３）、（４）の１つまたは他の１つのあらゆる寄生放
電を避けるために、比較器のために電圧スレッショルド
を準備し、従って比較器は増幅器として構成される。従
って、抵抗器（１２）及び増幅器（９）の出力部とその
反転入力部との間に接続された負のフィードバック抵抗
器（１９）によって、増幅器（９）のレベルに利得が設
定される。トランジスタ（１５）と（１６）のうちのい
ずれも、モジュール（３）と（４）の間に、トランジス
タのスイッチ・オンされる方のエミッタ・ベース電圧を
増幅器（９）の利得で割った値より大きな電圧差が存在
しないかぎり、導通することはできない。

【００１５】従って、ここでは調整モジュール（７）と
同一の調整モジュール（８）は、モジュール（４）と
（５）に対して作用し、調整モジュール（７）によって
モジュール（３）と（４）に対して実施される機能と同
じ機能を発揮する。従って、モジュール（３）、
（４）、（５）のすべてにおける電圧と充電は、最低電
圧と従って最低充電状態を示すモジュールの基準によっ
て設定された基準に基づいて、一様になる傾向がある。
これが望まれる場合には、調整装置（６）を充電中でも
放電中でも継続的に動作状態に維持することができ、こ
こでは示されていないが、従来の適当なスイッチ手段を
加えることによって単に暫定的ベース動作状態にできる
ことが理解される。

【００１６】３つの直列モジュールを有するバッテリー
のための前記の調整装置（６）を、追加の調整モジュー
ルを単に加えることにより多数の直列モジュールを有す
るバッテリーを調整するように適合することができ、追
加の直列モジュールを置くには、ｎ個のバッテリー・モ
ジュールのためにｎ−１個の調整モジュールを含む装置
に、１つの追加調整モジュールを加えることが必要にな
る。

【００１７】しかしながら上に述べたような調整装置
は、単電池に供給される充電電流が、連結された抵抗器
（１７）、（１８）を介してトランジスタ（１５）又は
（１６）の１つによって平衡化の目的のために分路でき
る電流を超過する場合には、十分でないことがわかるか
もしれない。実際に、特別の注意が払われなければ、バ
ッテリー単電池に連結された調整モジュールは、このバ
ッテリー単電池がいったん完全に充電されてしまうと、
このバッテリー単電池の過充電を防止することはできな
い。モジュールに供給された充電電流の一部分しか分路
することができず、こうして、この電流はモジュールを
通じて流れ続け、無駄にモジュールを過充電させる。こ
の問題の１つの解決法を、図２を参照してこれから説明
する。

【００１８】上記の回路の一部分を図２に示すが、ここ
では２つの端末（１’）、（２’）の間に直列に接続さ
れたｎ個のモジュールを有するバッテリーが再度見ら
れ、前記の端末の１つは正、他は負であり、これらの端
末は負荷に接続するために設計され、そして各モジュー
ルは上記のように、単一のバッテリー単電池に該当する
ことが好ましい。

【００１９】前と同様に、図２に示すバッテリー・モジ
ュールの個数ｎは、それぞれ（３’）、（４’）、
（５’）で参照される３つの直列モジュールに限られ、
これらのモジュールは調整装置（６’）に連結されてい
る。したがって、この装置はｎ−１個の同一の調整モジ
ュールを含み、ここでは２つの調整モジュール
（７’）、（８’）で表されている。この装置はまたモ
ジュールのすべてに共通の追加の回路を含み、これはバ
ッテリーの負端子（２’）と負端子（２”）の間を接続
するために設けられ、この負端子（２”）は、正端子
（１’）にも接続されている充電装置への接続のために
準備されている。

【００２０】調整モジュール（７’）は上記の調整モジ
ュール（７）または（８）に該当し、それに加えられた
追加構成要素を有し、特にこれは、演算増幅器
（９’）、抵抗器（１０’）〜（１４’）、（１
７’）、（１８’）、（１９’）、２つのトランジスタ
（１５’）、（１６’）を含み、これらは調整モジュー
ル（６）の該当する構成部分（９）〜（１９）と同じ方
法で組織され、同じ機能を実施する。

【００２１】バッテリーが端子（１’）、（２”）を介
して充電装置（図示せず）によって充電されている間、
また平衡抵抗器（１７’）、（１８’）のいずれか１つ
によって分岐可能な最大電流（Ｉｍ）が達成されると、
増幅器（９’）の出力部における電圧は、どのバッテリ
ー・モジュールが平衡目的のために分路される充電電流
を有しているかに応じて、大きく正になるかまたは大き
く負になる。

【００２２】本発明によれば、充電電流制限トランジス
タ（２０’）が準備され（この場合は、Ｐチャネル・デ
ィプリーションＭＯＳトランジスタ）、これは、そのド
レインを介してバッテリーの負端子（２’）に、そのソ
ースを介して充電装置への接続のための負端子（２”）
に、そしてそのゲートとバイアス抵抗器（３０’）を介
してバッテリーの正端子（１’）に接続されている。ト
ランジスタ（２０’）は、バッテリー充電電流を、遮断
してしまうまでずっと累進的に低下させることを可能に
し、これは、最大電流値Ｉｍが調整モジュール（７’）
の平衡抵抗器（１７’）または（１８’）の１つで、ま
たは装置（６’）の他の調整モジュールの１つにおける
該当する抵抗器（図示せず）の１つに達せられると、必
ず行われる。この目的のために、充電電流制限トランジ
スタ（２０’）のゲートはトランジスタ（２１’）のド
レインに接続され、このトランジスタ（２１’）は、こ
の場合は、増幅器構成の中でそれと結合されている同じ
形式のトランジスタによって構成されており、この増幅
器構成の中で両トランジスタは端子（２”）に接続され
たソースを有し、またトランジスタ（２１’）のゲート
は、下記のように、装置（６’）の調整モジュールの各
々によって制御されることが可能である。

【００２３】各調整モジュール、特にモジュール
（７’）では、トランジスタ（２１’）のゲートは、こ
の場合は２つのＰチャネルＭＯＳ型調整トランジスタ
（２２’）、（２３’）のそれぞれのドレインに接続さ
れている。これらのトランジスタの各々は、バッテリー
・モジュールの各々のためにそれぞれアクティブな状態
にある。これらの各ソースはバッテリーの正端子
（１’）に接続され、これらの各ゲートは前記の正端子
（１’）に対して抵抗器（２４’）、（２５’）を介し
てバイアスされる。２つの相補型トランジスタ（２
６’）、（２７’）（この場合は、両方ともＭＯＳ型ト
ランジスタであり、第１はＮチャネルを有し、第２はＰ
チャネルを有する）は、相補型調整トランジスタ（２
２’）、（２３’）のそれぞれを制御するのに役立つ。
これらのトランジスタ（２６’）、（２７’）は、モジ
ュール（３’）が接続されている正端子（１’）とモジ
ュール（４’）の負端子との間に直列に接続されてい
る。この目的のために、トランジスタ（２６’）のドレ
インは抵抗器（２４’）を介して端子（１’）に接続さ
れ、このトランジスタのソースは、トランジスタ（２
７’）のソースと、トランジスタ（１５’）、（１
６’）のエミッタの間の共通点に接続されている。トラ
ンジスタ（２７’）のドレインは、抵抗器（２８’）を
介してモジュール（４’）の負端子に接続されている。
増幅器（９）の出力は、トランジスタ（２６’）、（２
７’）のそれぞれのゲートに同時に作用し、この増幅器
（９）の出力部に存在する信号の極性の関数として前記
のゲートのいずれかを制御し、こうして充電電流の低下
を必要とするモジュール（３’）、（４’）の１つを制
御する。

【００２４】トランジスタ（２６’）は、調整トランジ
スタ（２２’）のゲートに接続されたドレインを有し、
これによって、トランジスタ（２６’）自体がオンにな
ると、このゲートをオンにする。

【００２５】いわゆる中間トランジスタ（２７’）は、
上記のように、トランジスタ（２６’）と同形式の調整
トランジスタ（２９’）のゲートと抵抗器（２８’）に
接続されたドレインを有する。トランジスタ（２９’）
のソースはモジュール（４’）に接続された負端子に接
続され、そのドレインはトランジスタ（２３’）のゲー
トに接続され、トランジスタ（２３’）はそれ自体がオ
ンになると、すなわちトランジスタ（２７’）が増幅器
（９）からの出力信号によってオンになると、このゲー
トをオンにする。

【００２６】トランジスタ（１５’）、（１６’）のい
ずれかによって分路される電流が平衡抵抗器（１
７’）、（１８’）によって設定された最高値に達し、
従って増幅器（９）からの出力信号が大きく正であるか
大きく負であると、トランジスタ（２６’）、（２
７’）のいずれかがオンになる。トランジスタ（２
６’）がオンになると、トランジスタ（２２’）をオン
にし、トランジスタ（２７’）がオンになると、トラン
ジスタ（２９’）をオンにし、その結果トランジスタ
（２３’）もオンにする。これらのトランジスタ（２
２’）、（２３’）が導通されると、その各々はトラン
ジスタ（２１’）の伝導を制御し、従って、必要な場合
には、充電電流がオフになるまで電流制限トランジスタ
（２０’）の動作を制御するのに役立つ。

【００２７】電流制限トランジスタ（２０’）がトラン
ジスタ（２１’）によってオフになる場合には、この放
電が端子（２”）を介して行われ、そしてトランジスタ
（２０’）に連結され点線接続によって表されている内
部ダイオード（３１’）を介して起こることが可能であ
る限り、これはバッテリー放電過程に影響はない。

【００２８】前記のように、（６’）などの調整装置に
結合されているバッテリーのｎ個のモジュールの各々に
おける電圧と、これに伴う充電は、上記の条件下では均
一になる傾向があり、これは望むならば充電中でも放電
中でも適用される。

【００２９】調整装置（６）、（６’）は、充電中と放
電中の両方または停止中に、確実にバッテリーの各モジ
ュールの間を継続的に平衡化し、そして使用不使用切替
のための適当なスイッチ手段を単に加えることによっ
て、暫定ベースで使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による調整装置を取り付けたバッテリー
の回路図である。

【図２】本発明による調整装置の一変形を取り付けたバ
ッテリーの回路図である。

【符号の説明】

０、０’ 蓄電池バッテリー１、２、１’、２’ 端子３、４、５、３’、４’、５’バッテリー・モジュール６、６’ 調整装置７、８、、７’、８’ 調整モジュール９、９’ 演算増幅器１０、１１、１２、１３、１４、１７、１８、１０’、
１１’、１２’、１３’、１４’、１７’、１８’、２
４’、２５’、２８’ 抵抗器１５、１５’ ＮＰＮ型トランジスタ１６、１６’ ＰＮＰ型トランジスタ１９、１９’ フィードバック抵抗器２０’ 充電電流制限トランジスタ２１’ トランジスタ２２’、２３’ ＰチャネルＭＯＳ型調整トランジスタ２６’、２７’ 相補型トランジスタ２９’ 調整トランジスタ３０’ バイアス抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄電池バッテリーのための、特に、電圧
が充電状態の関数であって、端子（１、２）に直列に接
続されたｎ個の同一モジュールから構成されるバッテリ
ー（０）のための、調整装置であって、ｎ−１個の調整
モジュール（７、８）を含み、これらの各々は直列に接
続されたバッテリーの２つのモジュールにそれぞれ割り
当てられ、各調整モジュールは、より高い電圧を与える
１モジュールの端子から取られた電流を、より高い電圧
がより低い電圧のモジュールの端子の両端に存在する電
圧と同じ値に低下するまで、分路することにより、それ
が接続された２つの直列バッテリー・モジュールの各々
の端子間の電圧を同一の値にするための調整手段（１０
〜１９）を含むことを特徴とする調整装置。
【請求項２】バッテリー（０’）に供給される充電電
流を制限するための充電電流制限手段（２０’、２
１’）をさらに含み、この手段は、調整モジュール
（７’又は８’）が連結されている２つの直列バッテリ
ー・モジュールのいずれか１つから調整モジュールによ
って分岐される電流のための所定の最高限界値以上で作
動し、各調整モジュールは、この限界値が超過されたと
きを判定するための手段（９’、２６’、２７’）を有
し、またこれに応じて充電電流制限手段（２０’、２
１’）を制御するための手段（２２’及び２３’、２
９’）を有することを特徴とする請求項１に記載の調整
装置。
【請求項３】各調整モジュールに組み込まれた調整手
段を含み、この調整手段は、調整モジュールが連結され
た２つの直列バッテリー・モジュールの端子の両端に存
在する電圧を比較するための、演算増幅器（９）と抵抗
器（１０、１１）とを中心として構成された回路を含
み、さらに比較器回路の出力部にある電圧の極性に応じ
て互いに相互制御されるスイッチ手段（１５、１６）を
含み、こうして平衡抵抗器（１７又は１８）を、端子に
より高い電圧を有する２つの直列バッテリー・モジュー
ルの１つの端子に接続することを特徴とする請求項１に
記載の調整装置。
【請求項４】少なくとも１つの電流制限トランジスタ
（２０’）を含む回路によって構成された充電電流制限
手段を含み、このトランジスタは、負荷への接続のため
に準備されたバッテリーの２つの端子の１つ（２’）
と、充電器への接続の目的で準備された２つの端子の１
つ（２”）との間に挿入され、前記の充電器はバッテリ
ー端子と同じ極性であり、また比較器回路の演算増幅器
（９’）の出力部にある電圧の極性に応じて、またその
ときに電流を通している平衡抵抗器の１つ（１７’また
は１８’）によって分路された電流のための最高限界値
を超過したときに、互いに切り替えられ制御される、２
つの中間トランジスタ（２６’、２７’）によって制御
され、そして中間トランジスタの各々は少なくとも１つ
の追加トランジスタ（２２’または２３’及び２９’）
に連結され、このトランジスタは中間トランジスタが個
別に電流制限トランジスタ（２０’）に作用できるよう
にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項
に記載の調整装置。
【請求項５】充電、放電、及び／又は停止中に、バッ
テリー・モジュール間の連続的な平衡化を確実にするこ
とを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の
調整装置。