專利名稱:電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及包括將多個二次電池串聯(lián)連接的組合電池和對該組合電池充電的充電電路的電源裝置。
背景技術(shù):
圖1示出了內(nèi)置串聯(lián)連接著的多個電池23的組合電池21的電路圖。該組合電池21內(nèi)置防止各電池23過放電的過放電保護(hù)電路26。過放電保護(hù)電路26檢測各電池23的電壓,如果任何一個電池的電壓比最低電壓還低,則將放電電流切斷FET24切換為截止。由于切換為截止的放電電流切斷FET24切斷放電電流,故停止放電。該組合電池21連接到充電器22進(jìn)行充電。充電電流通過放電電流切斷FET24的寄生二極管25流到電池23。因為放電電流切斷FET24在逆方向為并聯(lián)連接寄生二極管25的等效電路,故即使可以切斷順向的電流,也不能切斷逆向的電流。因此,放電電流切斷FET24即使處于在截止?fàn)顟B(tài)下禁止放電的狀態(tài),也成為可以通過充電電流的狀態(tài),成為可以給組合電池21充電的狀態(tài)。
但是,寄生二極管的缺點是與電流沿順向流過導(dǎo)通狀態(tài)的FET的狀態(tài)相比,電力損耗相當(dāng)大。寄生二極管在沿順向流過電流的狀態(tài)下產(chǎn)生比較大的電壓降。雖然寄生二極管的電力損耗與電壓降和電流之積成比例增大,但寄生二極管的電壓降比導(dǎo)通狀態(tài)的放電電流切斷FET大,寄生二極管的電力損耗變大。因此,如果在截止?fàn)顟B(tài)的FET中介由寄生二極管流過充電電流,以給組合電池充電,則FET的發(fā)熱量顯著變大。因此,會產(chǎn)生由給組合電池充電時的充電電流造成放電電流切斷FET被熱破壞或劣化等損害。
然而,作為充電器,正在開發(fā)在充電前檢測組合電池的輸出電壓,以輸出電壓的高低來控制充電電流的充電器。該充電器對于輸出電壓比設(shè)定電壓還低的組合電池,不進(jìn)行快速充電,而以小電流進(jìn)行預(yù)充電,如果預(yù)充電后輸出電壓變得比設(shè)定電壓還高,則切換到快速充電,以大電流進(jìn)行充電。該充電器的特征是由于不以大電流對因輸出電壓低而有可能故障了的組合電池進(jìn)行快速充電,故可安全地給組合電池充電。
但是,如圖1所示,即使為該充電器,若以各電池電壓給將放電電流切斷FET24切換為導(dǎo)通/截止的組合電池充電,則有時放電電流切斷FET24在截止?fàn)顟B(tài)下開始快速充電。通常設(shè)定電壓,以使FET充分導(dǎo)通之后才可以移動到快速充電。但是,會帶來電池平衡崩潰的問題。例如,雖然任一個電池電壓比最低電壓還低,放電電流切斷FET處于截止?fàn)顟B(tài),但輸出電壓比開始快速充電的設(shè)定電壓還高的組合電池從最初就被快速充電。任一個電池電壓比最低電壓還低的組合電池,輸出電壓比設(shè)定電壓還低的可能性升高。但是,組合電池隨著串聯(lián)連接的二次電池的個數(shù)增多,一個電池的電壓對輸出電壓的影響減小。因此,即使任一個電池電壓比最低電壓還低,組合電池整體的輸出電壓有時也比開始快速充電的設(shè)定電壓還高。如果處于該狀態(tài)的組合電池被快速充電,則處于截止?fàn)顟B(tài)的放電電流切斷FET使充電電流流過寄生二極管。若寄生二極管中流過快速充電的大電流,則如前所述,放電電流切斷FET的發(fā)熱變大,成為熱失控故障的原因。
為了消除在放電電流切斷FET的寄生二極管中因流過大電流而發(fā)熱的弊端,正在開發(fā)將截止?fàn)顟B(tài)的放電電流切斷FET切換到導(dǎo)通并進(jìn)行快速充電的裝置(參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開2001-57743號公報該公報中記載的裝置,在對使放電電流切斷FET為截止?fàn)顟B(tài)的組合電池進(jìn)行充電時,將放電電流切斷FET從截止切換到導(dǎo)通并快速充電。由于在該狀態(tài)下被快速充電的組合電池沒有寄生二極管,而是介由導(dǎo)通狀態(tài)的放電電流切斷FET通電,故可以消除由寄生二極管造成的發(fā)熱。由于與寄生二極管并聯(lián)連接的導(dǎo)通狀態(tài)的放電電流切斷FET與寄生二極管相比,電壓降很小,故電力消耗減少。
但是,由于該裝置是將截止?fàn)顟B(tài)的放電電流切斷FET強(qiáng)制切換為導(dǎo)通狀態(tài)并以大電流快速充電,故即使可以防止FET的發(fā)熱,也不能安全地給所有的組合電池充電。這是因為對任何一個電池電壓比最低電壓還低的組合電池都以大電流進(jìn)行快速充電的緣故。電池電壓比最低電壓還低的電池是異常電池或是深度放電過的電池中的一種。不是異常電池而僅僅是深度放電過的電池,若以小電流進(jìn)行預(yù)充電,則使電池電壓變得比最低電壓還高。電池本身存在異常的電池,即使預(yù)充電,電池電壓也不會變得比最低電壓還高。因此,任何一個電池電壓比最低電壓還低的電池最初均以小電流預(yù)充電,確認(rèn)了所有的電池電壓均比最低電壓還高后,也就是說在確認(rèn)不是異常電池后可快速充電。但是,在充電時將放電電流切斷FET強(qiáng)制從截止切換到導(dǎo)通并快速充電的裝置,具有因?qū)Π惓k姵氐慕M合電池快速充電而造成的不能安全充電的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以進(jìn)一步解決該缺點為目的而進(jìn)行開發(fā)的。本發(fā)明的重要目的是提供一種由組合電池和充電電路組成的電源裝置,該裝置對包含異常電池或與其他電池相比電池電壓低的電池的組合電池進(jìn)行安全充電的同時,可有效防止由寄生二極管的發(fā)熱造成的FET故障。
本發(fā)明的電源裝置具備內(nèi)置串聯(lián)連接了多個二次電池3的組合電池1、和為該組合電池充電的充電電路9。組合電池1具備與二次電池3串聯(lián)連接并切斷放電電流的放電電流切斷FET4;和將各電池電壓與最低電壓比較,若任何一個電池電壓比最低電壓還低,則將放電電流切斷FET4從導(dǎo)通切換到截止,以切斷放電電流的最低電壓檢測部6。充電電路9具備充電電流切換部10,該充電電流切換部檢測組合電池1的輸出電壓,切換充電電流,以便在輸出電壓比設(shè)定電壓還高時進(jìn)行主充電,在比設(shè)定電壓還低時以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。再者,組合電池1和充電電路9由將表示放電電流切斷FET4的截止?fàn)顟B(tài)的截止信號傳送到充電電流切換部10的信號線11連接,同時,充電電流切換部10在從信號線11輸入截止信號的狀態(tài)中,即使在組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)下也要進(jìn)行預(yù)充電。
充電電流切換部10在組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)中,而且從信號線11沒有輸入截止信號的狀態(tài)下,可使組合電池1的充電狀態(tài)成為主充電狀態(tài)。
充電電路2可將主充電中的充電電流設(shè)為0.5~4C,將預(yù)充電的充電電流設(shè)為主充電的充電電流未滿值。
組合電池1可具備相互串聯(lián)連接而成的鋰電池。而且,組合電池1可用作自行車的電動機(jī)驅(qū)動用或電動工具用。
本發(fā)明的電源裝置的特長是在對包含異常電池或與其他電池相比電池電壓低的電池的組合電池進(jìn)行安全充電的同時,可有效防止由寄生二極管的發(fā)熱造成的FET故障。這是因為本發(fā)明的電源裝置檢測組合電池1的輸出電壓,由充電電路的充電電流切換部切換充電電流,以便在輸出電壓比設(shè)定電壓還高時進(jìn)行主充電,在比設(shè)定電壓還低時以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電,該充電電流切換部在組合電池的任何一個電池電壓比最低電壓還低的狀態(tài)下,即使在組合電池的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)下也可進(jìn)行預(yù)充電。該結(jié)構(gòu)的電源裝置即使在組合電池的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)下,任何一個電池電壓比最低電壓還低的狀態(tài)、即放電電流切斷FET為截止的狀態(tài)下不進(jìn)行主充電,而是以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。因此,可防止在截止?fàn)顟B(tài)的放電電流切斷FET中流過大的充電電流,可有效防止主充電中的放電電流切斷FET的熱破壞。
再者,本發(fā)明的電源裝置在放電電流切斷FET截止的狀態(tài)下,不像現(xiàn)有的組合電池那樣將放電電流切斷FET從截止切換到導(dǎo)通并以大充電電流進(jìn)行主充電,而是以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。因此,對任何一個電池電壓比最低電壓還低的電池最初均以小電流預(yù)充電,在確認(rèn)了所有的電池電壓均比最低電壓還高后,也就是說在確認(rèn)了不是異常電池后可充電。因此,本發(fā)明的電源裝置的特長是對于包含異常電池的組合電池從最初開始就不以大充電電流進(jìn)行充電,可安全充電。
圖1是現(xiàn)有的內(nèi)置多個電池的組合電池的電路圖。
圖2是本發(fā)明的一實施例的電源裝置的電路圖。
圖3是本發(fā)明的一實施例的電源裝置為組合電池充電的流程圖。
圖中1-組合電池,2-充電器,3-二次電池,4-放電電流切斷FET,5-寄生二極管,6-最低電壓檢測部,7-比較器,8-AND電路,9-充電電路,10-充電電流切換部,11-信號線,21-組合電池,22-充電器,23-電池,24-放電電流切斷FET,25-寄生二極管,26-過電流保護(hù)電路。
具體實施例方式
以下根據(jù)
本發(fā)明的實施例。其中,以下所示的實施例示出了將用來本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的電源裝置,本發(fā)明并不將電源裝置特定為以下情況。
而且,本說明書為了便于理解技術(shù)方案范圍,將對應(yīng)于實施例所示的部件的標(biāo)號標(biāo)記在“技術(shù)方案的范圍”及“用于解決課題的方法欄”的部件上。但決非將技術(shù)方案的范圍所示的部件特定為實施例的部件。
圖2所示的電源裝置具備組合電池1和為該組合電池1充電的充電器2。組合電池1備有與二次電池3串聯(lián)連接并切斷放電電流的放電電流切斷FET4;和將各電池電壓與最低電壓比較,若任何一個電池電壓比最低電壓還低,則將放電電流切斷FET4從導(dǎo)通切換到截止,以切斷放電電流的作為過放電檢測部的最低電壓檢測部6。組合電池1可以從充電器2取下,可作為另外準(zhǔn)備的電氣設(shè)備(沒有圖示)的電源使用。
二次電池3是相互串聯(lián)連接著的鋰電池。圖中的組合電池1串聯(lián)連接有4個鋰電池。組合電池1,若串聯(lián)連接的二次電池3的個數(shù)增多則輸出電壓變高。因此,相對于輸出電壓的一個電池電壓變小。例如將串聯(lián)連接2個電池的組合電池,一個電池電壓收納為輸出電壓的50%,但串聯(lián)連接有4個電池的組合電池,一個電池電壓成為輸出電壓的25%。因此,無論任何一個電池電壓比最低電壓還低,組合電池的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的概率隨電池的串聯(lián)連接個數(shù)增多而變大。由于本發(fā)明在該狀態(tài)下可防止寄生二極管5的異常發(fā)熱,故對于電池的串聯(lián)連接個數(shù)多的組合電池特別有效。因此,本發(fā)明將例如3個以上、希望4個以上、最好5個以上的電池串聯(lián)連接。
使電池為鋰電池的組合電池內(nèi)置有檢測各電池電壓并控制過充放電的保護(hù)電路。因此,本發(fā)明對使電池為鋰電池的組合電池特別有效。當(dāng)然也可使電池為鎳氫電池和鎳鎘電池。
放電電流切斷FET4是在截止?fàn)顟B(tài)切斷放電電流,在導(dǎo)通狀態(tài)保持能放電的狀態(tài)的FET。放電電流切斷FET4可切斷放電電流,但不能切斷充電電流。這是因為成為在逆向上并聯(lián)連接寄生二極管5的等效電路的緣故。放電電流切斷FET4是在逆向上并聯(lián)連接有寄生二極管的FET、例如MOSFET。圖中的組合電池1只將切斷放電電流的放電電流切斷FET4與二次電池3串聯(lián)連接,但也可以將切斷充電電流的充電電流切斷FET與二次電池串聯(lián)連接。若任何一個電池上升到充電禁止電壓,或組合電池的輸出電壓上升到充電禁止電壓,則充電電流切斷FET便切換到截止?fàn)顟B(tài)并切斷組合電池的充電電流。充電電流切斷FET也是并聯(lián)連接寄生二極管而成的MOSFET。因此,在充電電流切斷FET呈截止?fàn)顟B(tài),充電電流被切斷的狀態(tài)下,介由寄生二極管達(dá)到可放電的狀態(tài)。
最低電壓檢測部6具備檢測各電池電壓并與最低電壓進(jìn)行比較的比較器7;和若從任何一個比較器7輸出截止信號,則輸出截止信號的AND電路8。
比較器7是比較器,在負(fù)輸入端子輸入與最低電壓相等的電壓值的基準(zhǔn)電壓,在正輸入端子輸入電池電壓。各二次電池3將負(fù)側(cè)連接于基準(zhǔn)電壓的負(fù)側(cè),將正側(cè)連接于比較器7的輸入端子。該比較器7在電池電壓比基準(zhǔn)電壓還高時,作為導(dǎo)通信號輸出“High”,當(dāng)電池電壓比基準(zhǔn)電壓還低時,作為截止信號輸出“Low”。
如果從任何一個比較器7輸出作為截止信號的“Low”,則AND電路8在輸出端子輸出將放電電流切斷FET4置于截止的截止信號。因此,如果任何一個電池電壓比最低電壓還低,比較器7輸出截止信號,則AND電路8輸出截止信號,以將放電電流切斷FET4切換為截止。在該狀態(tài)下,放電電流切斷FET4將放電電流切斷,使組合電池不能放電。AND電路8只在所有輸入端子輸入作為導(dǎo)通信號的“High”時,才輸出將放電電流切斷FET4置于導(dǎo)通的導(dǎo)通信號。因此,在所有的電池電壓均比最低電壓還高、所有比較器7均輸出導(dǎo)通信號的狀態(tài)下,AND電路8輸出導(dǎo)通信號,將放電電流切斷FET4置于導(dǎo)通狀態(tài),成為可以使組合電池1放電的狀態(tài)。
充電電路9具備以組合電池1的輸出電壓來控制充電電流的充電電流切換部10。在將組合電池1安裝于充電器2上時,充電電流切換部10檢測組合電池1的輸出電壓,切換充電電流,以便在輸出電壓比設(shè)定電壓還高時以大電流進(jìn)行主充電并快速充電,在比設(shè)定電壓還低時,以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。充電器2以主充電為組合電池1快速充電。因此,主充電中的組合電池1的充電電流例如為0.5C~4C,最好是0.5C~2C。主充電的充電電流從給完全放電過的電池充滿電所要的時間開始進(jìn)行特定。如果將主充電電流設(shè)為1C,則從完全放電到充滿電的時間為1小時。因此,設(shè)主充電的電流為上述范圍,用2小時~15分鐘或30分鐘,可將完全放電過的組合電池1充滿電??紤]到為異常電池充電,將預(yù)充電的充電電流設(shè)為不滿主充電的充電電流,例如為0.1~0.5C。
組合電池1和充電電路9由將表示放電電流切斷FET4的截止?fàn)顟B(tài)的截止信號從組合電池1傳送到充電器2的信號線11連接。信號線11將截止信號從組合電池1的最低電壓檢測部6傳送到充電器2的充電電流切換部10。由于信號線11將表示放電電流切斷FET4處于截止?fàn)顟B(tài)的截止信號傳送到組合電池1的充電電流切換部10,故也可以是可將放電電流切斷FET4的截止信號傳送到充電電流切換部10的所有連接狀態(tài),例如放電電流切斷FET的輸入側(cè)的截止信號被輸入到充電器的充電電流切換部的連接狀態(tài)。由于圖2的電源裝置將最低電壓檢測部6連接到放電電流切斷FET4的輸入側(cè),故將最低電壓檢測部6和放電電流切斷FET4二者連接到充電器2的充電電流切換部10。
信號線11如圖2所示,由導(dǎo)線將最低電壓檢測部6的輸出側(cè)連接到充電電流切換部10,將截止信號傳送到充電電流切換部10,或者雖然圖中未示出,但在導(dǎo)線的中間設(shè)置光耦合器等,介由光可將截止信號傳送到充電電流切換部。通過信號線11,若將組合電池1的放電電流切斷FET4處于截止?fàn)顟B(tài)的情況傳送到充電器2的充電電流切換部10,則充電器2的充電電流切換部10,即使在組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài),也不進(jìn)行主充電,而是進(jìn)行預(yù)充電。即,充電電流切換部10只在滿足以下兩個條件(1)和(2)時,對組合電池1進(jìn)行主充電。
(1)組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高。
(2)放電電流切斷FET4不是截止?fàn)顟B(tài),也就是說放電電流切斷FET4為導(dǎo)通狀態(tài)。
即使組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高,充電器2的充電電流切換部10在介由信號線11輸入放電電流切斷FET4的截止信號時,也不進(jìn)行主充電,而是進(jìn)行預(yù)充電。如果組合電池1被預(yù)充電且所有的電池電壓比最低電壓檢測部6還高,則放電電流切斷FET4從截止切換到導(dǎo)通。因此,信號線11不將截止信號從組合電池1傳送到充電器2。如果成為該狀態(tài),則充電電流切換部10確認(rèn)組合電池1的輸出電壓比設(shè)定電壓還高,且放電電流切斷FET4不是截止?fàn)顟B(tài)而是導(dǎo)通狀態(tài),將預(yù)充電切換成主充電,以大電流給組合電池1快速充電。
在該狀態(tài)下,以主充電進(jìn)行快速充電的組合電池1使放電電流切斷FET4的發(fā)熱變小。這是因為處于導(dǎo)通狀態(tài)的放電電流切斷FET4的實際內(nèi)部電阻與寄生二極管5的內(nèi)部電阻相比相當(dāng)小的緣故。因此,給組合電池1快速充電的大電流大部分通過低電阻的放電電流切斷FET4,放電電流切斷FET4的發(fā)熱量變小。放電電流切斷FET4的發(fā)熱量與放電電流切斷FET4的兩端產(chǎn)生的電壓降和電流之積成正比。電壓降與內(nèi)部電阻和電流之積成正比。內(nèi)部電阻小的放電電流切斷FET4電壓降小。因此,該狀態(tài)的放電電流切斷FET4的發(fā)熱減少,可有效防止大充電電流的主充電中的熱破壞。
再者,雖然沒有圖示,但充電器2內(nèi)置有控制組合電池的充電的控制電路。控制電路以圖3所示的以下步驟給組合電池充電。
〔n=1的步驟〕充電器2的控制電路判斷是否連接了組合電池1,如果連接組合電池1,則進(jìn)入下一步驟,如果沒有連接組合電池1,則將充電置于截止?fàn)顟B(tài),循環(huán)n=1和2的步驟。
〔n=3~5的步驟〕如果連接組合電池1,則根據(jù)是否從信號線11輸入截止?fàn)顟B(tài),來判斷放電電流切斷FET4是處于截止?fàn)顟B(tài)還是處于導(dǎo)通狀態(tài)。如果放電電流切斷FET4處于截止?fàn)顟B(tài),則在n=4步驟中進(jìn)行預(yù)充電。如果放電電流切斷FET4處于導(dǎo)通狀態(tài),則在下面的n=5步驟中,判斷組合電池1的輸出電壓是否比設(shè)定電壓還高,如果輸出電壓比設(shè)定電壓還高,則進(jìn)行主充電并快速充電,如果輸出電壓比設(shè)定電壓還低則進(jìn)行預(yù)充電。之后,循環(huán)n=1~6的步驟,以給組合電池充滿電。而且,在本實施例中,組合電池是裝卸式,也可以將組合電池和充電器一體化。這種情況下,在放電時,將組合電池和充電器進(jìn)行電分離,并取出放電輸出。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置,其中具備內(nèi)置串聯(lián)連接了多個二次電池(3)的組合電池(1)、和為該組合電池充電的充電電路(9),其特征在于,組合電池(1)具備與二次電池(3)串聯(lián)連接并切斷放電電流的放電電流切斷FET(4);和將各電池電壓與最低電壓進(jìn)行比較,若任一個電池電壓比最低電壓還低則將放電電流切斷FET(4)從導(dǎo)通切換到截止,以切斷放電電流的最低電壓檢測部(6);充電電路(9)具備充電電流切換部(10),其檢測組合電池(1)的輸出電壓,切換充電電流,以便在輸出電壓比設(shè)定電壓還高時進(jìn)行主充電,在比設(shè)定電壓還低時以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。另外,組合電池(1)和充電電路(9)由將表示放電電流切斷FET(4)的截止?fàn)顟B(tài)的截止信號傳送到充電電流切換部(10)的信號線(11)連接,同時,充電電流切換部(10)在從信號線(11)輸入截止信號的狀態(tài)中,即使在組合電池(1)的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)下也進(jìn)行預(yù)充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置,其中,充電電流切換部(10)在組合電池(1)的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài),而且從信號線(11)沒有輸入截止信號的狀態(tài)下,使組合電池(1)的充電狀態(tài)成為主充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置,其中,主充電的充電電流為0.5C~4C,預(yù)充電的充電電流不滿主充電的充電電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置,其中,組合電池(1)具備相互串聯(lián)連接而成的鋰電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置,其中,組合電池(1)可作為自行車的電動機(jī)驅(qū)動用或電動工具用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源裝置。電源裝置具備內(nèi)置串聯(lián)連接了多個二次電池(3)的組合電池(1)和為該組合電池(1)充電的充電電路(9)。組合電池(1)具備切斷放電電流的放電電流切斷FET(4)和若任一電池電壓比最低電壓還低,則將放電電流切斷FET(4)從導(dǎo)通切換到截止的最低電壓檢測部(6)。充電電路(9)具備充電電流切換部(10),其檢測組合電池(1)的輸出電壓,切換充電電流,以便在輸出電壓比設(shè)定電壓還高時進(jìn)行主充電,在比設(shè)定電壓還低時以比主充電還小的電流進(jìn)行預(yù)充電。充電電流切換部(10)在輸入表示放電電流切斷FET(4)的截止?fàn)顟B(tài)的截止信號的狀態(tài)下,即使在組合電池(1)的輸出電壓比設(shè)定電壓還高的狀態(tài)也進(jìn)行預(yù)充電。
文檔編號H02J7/04GK1638184SQ200410081720
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者玉井干隆, 山本洋由, 山口昌男 申請人:三洋電機(jī)株式會社