专利名称：串联充放电系统及串联充放电系统中的单元电池的切断方法
技术领域：
本发明涉及向单元电池进行充放电的串联充放电系统及该串联充放电系统中的单元电池的切断方法。
背景技术：
在电池的制造工序中，根据电池的种类的不同而设有在其最终工序中对单体电池进行充放电的工序。该充放电工序是为了对单元电池反复进行充电和放电来检测电池内的短路等不良情况而设置的。在此，作为单元电池的充放电方式，具有对一个单元电池连接一个充放电用的电源的方式(1对1方式)，或对多个单元电池连接一个充放电用的电源的方式(串联方式)。 不论哪个方式都存在优点和缺点，但尤其在串联方式中，由于将多个单元电池串联连接，所以需要设置对单元电池的电压进行测量而使到达设定电压的单元电池从充电线路切断的电路，即所谓的旁路电路(bypasscircuit)。在日本国公开专利特开2000-312442号公报 (专利文件1)中公开有如下的技术，即，利用与单元电池串联连接的开关和与该开关并联的旁路电路的开关这两个开关，进行单元电池的切断动作。但是，如果采用上述的专利文件1中记载的结构及方法，则在将旁路电路的开关接通起至与要切断的单元电池串联连接的开关断开为止的期间，形成所谓的闭合回路，而使充电过程中的单元电池(要切断的单元电池)瞬间成为放电状态。此外，由于采用动作速度缓慢的机械开关作为这些开关，所以放电状态长时间持续。如果为了防止产生该放电状态而将二极管等整流元件与充电线路连接，则产生由该二极管引起的电力损失，从而使向单元电池的充电效率恶化。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种串联充放电系统及串联充放电系统中的单元电池的切断方法，其能够在进行将单元电池从充电线路切断的动作时，防止与旁路电路之间产生放电状态，并且还能够尽可能减少电力损失。实施方式的串联充放电系统具有单元电池，与充放电用的电源串联连接；二极管，设置在单元电池的上游；第一开关，与二极管并联连接；第二开关，串联连接在二极管与单元电池之间；旁路电路，用于使二极管的上游与单元电池的下游通过旁路连通；第三开关，与旁路电路连接；以及控制器，控制第一开关、第二开关、第三开关的接通或断开。根据这样的结构，提供一种串联充放电系统及串联充放电系统中的单元电池的切断方法，其能够在进行将单元电池从充电线路切断的动作时，防止与旁路电路之间产生放电状态，并且能够尽可能减少电力损失。
图1是表示实施方式的串联充放电系统的整体结构的示意图。图2是表示实施方式的串联充放电系统中的单元电池的切断方法的顺序的电路图。图3是表示实施方式的串联充放电系统中的各开关的动作的时序图。图4是表示实施方式的串联充放电系统中的单元电池的切断方法的顺序的电路图。图5是表示实施方式的串联充放电系统中的单元电池的切断方法的顺序的电路图。图6是表示实施方式的串联充放电系统中的单元电池的切断方法的顺序的电路图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明实施方式。如图1所示，实施方式的串联充放电系统S在电源1上串联连接有多个单元电池 2。在图1中连接有3个单元电池2A、2B、2C，但是能够自由设定串联连接的单元电池2的个数。另外，以下将多个单元电池2A、2B、2C —起适当地表示为“单元电池2”。单元电池2通过与电源1连接而被充电。而且，充电至规定的电压的单元电池2 为了避免过量充电，需要从串联充放电系统S(充电线路)切断。因此，在各单元电池2上设置旁路电路和用于从充电线路切断的机构。在图1中，将单元电池2与这些旁路电路及机构一起表示为单元电池单元CU(单元电池单元CUA、CUB、CUC)。其中，以下，将这些单元电池单元CUA、CUB、CUC —起适当地表示为“单元电池单元CU”。图2是表示实施方式的串联充放电系统S中的单元电池的切断方法的顺序的电路图(后述单元电池的切断方法)。而且，图2还是表示实施方式的串联充放电系统S中的单元电池单元CU的结构的电路图。在此，以该1个单元电池单元CU为例说明其结构。在单元电池单元⑶中，单元电池2与电源1串联连接。来自电源1的电流沿着图 2所示的实线的箭头的朝向流动，来对单元电池2充电。为了方便，将对单元电池2进行充电的线路表示为“充电线路CL”。在与充电线路CL连接的单元电池2的上游连接有二极管3。伴随后述的各开关的接通、断开，产生在充电线路CL与旁路电路B之间形成闭合回路的情况。在成为这样的状态的情况下，为了防止向单元电池2充的电被放电，在充电线路CL上的单元电池2的上游
连接二极管3。在充电线路CL上，与二极管3并联连接有第一开关4。第一开关4用于避免在向单元电池2的充电过程中由于充电线路CL上的二极管3而产生损失。此外，在实施方式中， 第一开关4采用机械开关。在此，所谓机械开关不是FET等半导体开关元件(以下仅称为 “开关元件”)，而是所谓物理地接通或断开接点的开关。第一开关4不采用开关元件而采用机械开关是由于开关元件从结构上来讲包括二极管。包括在开关元件中的二极管被连接成，若在充电线路CL上适当连接开关元件则流动与充电的朝向相反的朝向的电流。因此，若第一开关4采用开关元件，则与后述的旁路电路B之间形成闭合回路，从而助长了好不容易被充电的单元电池2的放电。因此，第一开关4不采用开关元件而采用机械开关。在充电线路CL上的二极管3与单元电池2之间连接有第二开关5。第二开关5被进行控制，使得在对单元电池2充电时一直接通，但在单元电池2的充电结束后断开，从而不对单元电池2过量充电。在二极管3的上游和单元电池2的下游之间设置有旁路电路B。如上所述，实施方式的单元电池2与电源1串联连接。因此，在将充电结束的单元电池2从充电线路CL切断时重要的是不使与电源1连接的其它单元电池2的充电中断。因此，在将单元电池从充电线路切断的情况下，为了确保与该单元电池的下游或上游连接的单元电池的充电线路 CL，使用旁路电路B。此外，旁路电路B发挥将二极管3的上游与单元电池2的下游连接的功能(参照图2)。而且，旁路电路B在中间连接有第三开关6，该第三开关6用于对旁路电路B通电。对第一开关4施加来自控制器8的控制信号，来控制第一开关4的接通或断开(接通、断开)。此外，在图2(及图4至图6)中，省略了与控制器8连接的连接线。此外，第二开关5和第三开关6的接通、断开也同样由控制器8控制。控制器8例如基于设置在单元电池单元⑶中的电压计(未图示)的值判断单元电池是否到达了设定电压，控制各开关的接通或断开，以使得对判断为到达了设定电压的单元电池进行切断动作。关于由控制器8进行的具体的对各开关的控制，说明以下的实施方式的串联充放电系统S中的单元电池的切断方法。对第二开关5及第三开关6的控制信号如图2 (及图4至图6)所示，与第一开关 4相同，经由来自控制器8的信号线被施加。图3是表示实施方式的各开关的动作的时序图。在纵轴上从上依次示出第一开关 4(图3中表示为“SW1”)、第二开关5(图3中表示为“SW2”)，第三开关6(图3中表示为 “SW3”)的接通及断开。此外，横轴为时间轴，在图3中为了方便，将各时间带分为A至D这 4个时间带。另外，各时间带的A至D的各宽度不是准确地表示实际的控制所花费的时间，而只是大致地进行表示。其中，时间带B与时间带C都非常短，时间带A和时间带D是比时间带 B和时间带C长的时间带。接着，利用图2及图4至图6说明实施方式的串联充放电系统S中的单元电池的切断方法的顺序。图2的电路图是表示时间带A时的电路动作的附图。此外，图4的电路图表示时间带B的情况，图5的电路图表示时间带C的情况，图6的电路图表示时间带D的情况。在图2、图4至图6中，以粗线表示来自用于对单元电池2进行充电的电源1的电流进行流动的线路，而且利用实线的箭头表示其流动的方向。如上所述，图2是表示时间带A时的电路动作的附图。在该情况下，示出了正在对单元电池2充电的状态。因此，按照来自控制器8的指示，将第一开关4及第二开关5接通， 将第三开关6断开。将第一开关4接通是因为，如果进行将该第一开关4断开的控制，则在与充电线路CL串联连接的二极管3中流动有电流，从而因二极管3而产生损失。因此，通过将与二极管3并联连接的第一开关4接通，能够不妨碍对与电源1串联连接的各单元电池2充电的充电动作，避免二极管3产生的损失。接通第二开关5是因为，要对单元电池2进行充电就必须对充电线路CL通电。另一方面，由于处于在充电线路CL中流动来自电源1的电流而对单元电池2充电的状态，所以不利用旁路电路B。因此，将第三开关6断开。图3所示的时间带B是经过充电动作后使单元电池2的电压与设定电压大致相等时的时间带，图4表示该情况下的各开关的状态。时间带B是进行将充电至大致设定电压的单元电池2切断的动作中的前阶段的时间带。在时间带B中，为了切断向单元电池2供给的来自电源1的电流，将第一开关4从接通变为断开。这样在时间带B中将第一开关4断开是为了防止如下情况，即，在接下来的时间带 C中接通第三开关6时，如果第一开关4维持接通不变则由充电线路CL及旁路电路B形成闭合回路，充电至设定电压的单元电池2被放电。因此，在接通旁路电路B的第三开关6之前就将第一开关4断开，使得即使在第三开关6接通的情况下，也不会通过二极管3流动与充电电流的流动相反方向的电流而放电。此外，在该状态下，第二开关5维持接通不变。这是因为，在该状态下，第三开关6 还处于断开的状态，所以如果在该时间带B中将第二开关5也断开，则不能够对与预定切断的单元电池2的下游或上游连接的其它单元电池2进行充电动作。因此，为了使对预定切断之外的单元电池2继续进行充电动作，必须确保来自电源1的电流的流路，为此将第二开关5维持接通不变。时间带C是进行将充电至大致设定电压的单元电池2切断的动作中的后阶段的时间带。如图3所示的时序图及图5所示的电路图所示，在将第一开关4断开、将第二开关5 接通的状态原样不变的情况下，将第三开关6接通。通过该开关动作，来自电源1的电流向连接第二开关5的充电线路CL和连接第三开关6的旁路电路B双方流动。如上所述，如果仅考虑预定切断的单元电池2，那么通过将第二开关5断开就能将该单元电池2从充电线路CL切断。但是，为了确保对与预定切断的单元电池的下游或上游连接的还未到达设定电压的单元电池供给电流，要将充电线路CL接通(将第二开关5接通)不变，使旁路电路B也成为可通电的状态。因此，从控制器8发送控制信号使与旁路电路B连接的第三开关6接通。此外，时间带B及时间带C是非常短的时间带。例如，如果第二开关5及第三开关 6采用机械开关则其动作速度缓慢。如果用于进行该切断动作的准备花费时间，则因与第一开关4之间的关系而有可能在充电线路CL与旁路电路B之间形成闭合回路。因此，在实施方式中，第一开关4采用机械开关，第二开关5及第三开关6采用动作速度快的开关元件， 来防止产生因形成闭合回路引起的从单元电池2放电的放电状态。图6所示的时间带D是经过充电动作后的单元电池2的切断动作完全结束、来自电源1的电流在旁路电路B中流动的时间带。图6表示该情况下的各开关的状态。如图3 及图6所示，成为第一开关4和第二开关5都断开而仅第三开关6接通的状态。通过控制器8进行这样的控制，以使来自电源1的电流在旁路电路B中流动，使该单元电池单元CU 的单元电池2从电源1切断。此外，关于对与切断的单元电池2的下游连接的单元电池的充电动作，由于该下游的单元电池经由旁路电路B被供给来自电源1的电流，所以与之前一样继续进行充电动作。以上说明了本发明的实施方式，但是本实施方式为示例，不限定发明的范围。其新的实施例能够以其他各种形式实施，在不脱离发明的宗旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施例或其变形包括在发明的范围和宗旨内，并且包括在与权利要求书记载的发明等同的范围内。
权利要求
1.一种串联充放电系统，其中，具有 单元电池，与充放电用的电源串联连接； 二极管，设置在上述单元电池的上游； 第一开关，与上述二极管并联连接；第二开关，串联连接在上述二极管与上述单元电池之间；旁路电路，用于使上述二极管的上游与上述单元电池的下游通过旁路连通；第三开关，与上述旁路电路连接；以及控制器，控制上述第一开关、上述第二开关、上述第三开关的接通或断开。
2.根据权利要求1所述的串联充放电系统，其中，上述第一开关为机械开关，上述第二开关及上述第三开关为半导体开关元件。
3.一种串联充放电系统中的单元电池的切断方法，其中，包括将第一开关和第二开关接通并将第三开关断开来对单元电池进行充电的工序； 将上述第一开关断开的工序； 将上述第三开关接通的工序；以及将上述第二开关断开而将上述单元电池从充电的工序切断的工序。
4.一种串联充放电系统，其中，具有 单元电池，与充放电用的电源串联连接； 二极管，设置在上述单元电池的上游； 第一开关，与上述二极管并联连接；第二开关，串联连接在上述二极管与上述单元电池之间；旁路电路，用于使上述二极管的上游与上述单元电池的下游通过旁路连通；第三开关，与上述旁路电路连接；以及控制器，控制上述第一开关、上述第二开关、上述第三开关的接通或断开； 上述控制器进行控制，以便在对上述单元电池充电时，将上述第一开关和上述第二开关设为接通的状态，并且将上述第三开关设为断开的状态；并且，上述控制器进行控制，以便在结束上述单元电池的充电时，将上述第一开关切换为断开，之后将上述第三开关切换为接通，之后将上述第二开关切换为断开。
全文摘要
串联充放电系统具有单元电池，与充放电用的电源串联连接；二极管，设置在单元电池的上游；第一开关，与二极管并联连接；第二开关，串联连接在二极管与单元电池之间；旁路电路，用于使二极管的上游与单元电池的下游通过旁路连通；第三开关，与旁路电路连接；以及控制器，控制第一开关、第二开关、第三开关的接通或断开。
文档编号H01M10/44GK102195315SQ20111005194
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者关谷百代, 泽田安彦, 深津健太, 长谷川幸久 申请人:株式会社东芝