JP2014050269A - Equal charging system for battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の二次電池を直列接続した組電池システムに関するものであり、詳しくは、組電池の充放電制御に関する。 The present invention relates to an assembled battery system in which a plurality of secondary batteries are connected in series, and more particularly to charge / discharge control of the assembled battery.
従来、モバイルPC、携帯情報端末、デジタルビデオカメラなど、さまざまな製品に電池が使われている。この種の電子機器は高機能化が進んでおり、比較的消費電力が大きい。そのため、このような電子機器に用いられる電池は、大きな電気容量を必要とするため、単電池を複数個接続した組電池がしばしば用いられる。組電池は、所定個数の単電池を電池ケースに収納して構成される。 Conventionally, batteries are used in various products such as mobile PCs, personal digital assistants, and digital video cameras. This type of electronic device has advanced functionality and consumes a relatively large amount of power. For this reason, a battery used in such an electronic device requires a large electric capacity, and thus an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected is often used. The assembled battery is configured by storing a predetermined number of single cells in a battery case.
また、近年ではハイブリッド自動車などの車両にも電池が搭載される。このような電池は、電子機器に用いられるものよりも、さらに大きな電気容量が要求される。例えば、ハイブリッド自動車に搭載される電池では201.6Vの電圧を要するものがあり、この電圧を得るために、例えば1.2Vの単電池を6セル直列接続した7.2Vの組電池を28ユニット直列接続して電池モジュールを構成して、合計168個の単電池を直列接続した電池スタックを用いている。
また地上の蓄電設備においては、より大きな電池容量を確保するために、直列接続された電池モジュールを並列接続して使用されることがある。
In recent years, batteries are also mounted on vehicles such as hybrid vehicles. Such a battery is required to have a larger electric capacity than that used in an electronic device. For example, some batteries installed in hybrid vehicles require a voltage of 201.6 V. To obtain this voltage, for example, 28 units of 7.2 V assembled batteries in which 6 cells of 1.2 V are connected in series are used. A battery module is formed by connecting in series, and a battery stack in which a total of 168 unit cells are connected in series is used.
Moreover, in the ground electrical storage equipment, in order to ensure a larger battery capacity, battery modules connected in series may be used in parallel connection.
このような組電池を構成する単電池の特性は均一でなく、充放電を繰り返すことにより、その充電状態(SOC;State of Charge)にバラツキが生じる。このため、いずれか1つの単電池が満充電状態になると、過充電を防止するために他の単電池は満充電でなくても充電を停止させる必要がある。また、充電深度が最も低い単電池が放電限界に達すると、過放電を防止するために、その他の単電池は残量があっても放電を停止させる必要がある。そうすると、組電池は十分な性能を発揮しない。 The characteristics of the unit cells constituting such an assembled battery are not uniform, and the charge state (SOC: State of Charge) varies due to repeated charge and discharge. For this reason, when any one unit cell is in a fully charged state, in order to prevent overcharging, it is necessary to stop charging even if the other unit cells are not fully charged. Further, when the unit cell with the lowest charging depth reaches the discharge limit, it is necessary to stop the discharge even if other unit cells have a remaining amount in order to prevent overdischarge. If it does so, an assembled battery will not exhibit sufficient performance.
このような問題に対処する手段として、特許文献1には、複数の二次電池と、複数のキャパシタを互いに直列に接続した蓄電部と、を備えた二次電池充放電装置において、蓄電部の放電により二次電池を充電するときは、複数のキャパシタから選択したキャパシタを、複数の二次電池から選択した二次電池と接続し、二次電池の放電により蓄電部を充電するときは、一の二次電池を複数のキャパシタに順次接続して充電する技術が開示されている。なお、以下の説明において、組電池と対比の上で一つの電池をいうときは単電池と称し、一般的にいうときは二次電池と称すことがある。
As means for coping with such a problem,
また特許文献2には、組電池を構成する二次電池に並列に接続したバイパス回路を備えることにより、過充電を防止し、単電池間のSOCばらつきを抑制する技術が開示されている。更には、光通信を用いて充電残量のバラツキを防止する技術(例えば、特許文献3)や、温度センサーを用いて均等放電を行う技術(例えば、特許文献4、5)が開示されている。
組電池を構成する各単電池の特性は必ずしも均一なものでないので、組電池全体として充放電を行ったとしても、各単電池の充電状態及び放電状態は同じではない。このように、組電池を構成する各単電池の充電状態あるいは放電状態が異なっていると、組電池全体として充電する場合に、過充電される単電池や、充電不足の単電池が生じ、組電池全体の性能が低下する。したがって、組電池を充電する場合、組電池を構成する各単電池の充電状態を均等化して充電する必要がある。 Since the characteristics of the individual cells constituting the assembled battery are not necessarily uniform, even if the entire assembled battery is charged and discharged, the charged state and the discharged state of each single battery are not the same. Thus, if the charging state or discharging state of each unit cell constituting the assembled battery is different, when charging the entire assembled battery, an overcharged unit cell or an insufficiently charged unit cell occurs, The overall performance of the battery is reduced. Therefore, when charging an assembled battery, it is necessary to equalize and charge the charging state of each unit cell constituting the assembled battery.
このように、単電池としての特性にバラツキがある多数の単電池を用いて組電池を構成する場合、いずれかの単電池がいわば全体の足を引っ張る形になって、組電池としての性能を十分に発揮できない。組電池を充電する場合、充電不足の単電池や、過充電の単電池が生じることとなる。充電状態のバラツキを解消させる方法として、全ての電池を個々に満充電するか、又は逆に空にすることにより、一時的に充電状態を揃えることは可能である。しかし、これには特殊な作業が必要となり(例えば、特許文献1)、手間がかかる。また、組電池を過充電もしくは過放電することにより、単電池の充電状態の均一化を図ることは可能であるが、充電深度の小さな単電池は過放電となり、充電深度の大きな単電池は過充電となり、電池寿命が短くなるという問題がある。 Thus, when an assembled battery is configured using a large number of unit cells that have variations in characteristics as a unit cell, any unit cell pulls the entire leg, so that the performance as an assembled cell is improved. Cannot fully demonstrate. When charging an assembled battery, an insufficiently charged unit cell or an overcharged unit cell is generated. As a method for eliminating the variation in the state of charge, it is possible to temporarily align the state of charge by fully charging all the batteries individually or conversely emptying them. However, this requires a special work (for example, Patent Document 1) and takes time. In addition, it is possible to equalize the charging state of the unit cell by overcharging or overdischarging the assembled battery, but the unit cell with a small charge depth is overdischarged, and the unit cell with a large charge depth is overdischarged. There is a problem that battery charging is shortened.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、組電池を構成する単電池の過充電を防止して、単電池間の充電状態(SOC)のバラツキを抑制することが可能な組電池の充電システムを提供するものである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and can prevent overcharging of the cells constituting the assembled battery and suppress variation in the state of charge (SOC) between the cells. A battery assembly charging system is provided.
前記した目的を達成するために、本発明に係る組電池の均等充電システムは、複数の二次電池を直列に接続した組電池において、前記二次電池と並列に接続される蓄電素子と、当該蓄電素子を前記二次電池に逐次接続を行う切替器と、当該切替器の切替動作を制御する制御装置とを備えている(請求項1)。
この構成によれば、蓄電素子は電気を蓄える機能を備えたものであればよい。二次電池やキャパシターであってもよい。単電池の電圧は低いので、直列に接続して組電池として高電圧電源とする。
In order to achieve the above-described object, an assembled battery equal charging system according to the present invention includes a storage battery connected in parallel to the secondary battery in an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series, A switch for sequentially connecting a storage element to the secondary battery, and a control device for controlling a switching operation of the switch (Claim 1).
According to this configuration, the power storage element only needs to have a function of storing electricity. A secondary battery or a capacitor may be used. Since the voltage of the unit cell is low, it is connected in series to form a high voltage power source as an assembled battery.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記切替器が、前記二次電池の正極端子と前記蓄電素子の一方の端子とを接続/遮断する正極側スイッチと、前記二次電池の負極端子と前記蓄電素子の他方の端子とを接続/遮断する負極側スイッチとを有しており、前記正極側スイッチの遮断後に隣接する二次電池の正極端子と前記蓄電素子の正極端子とを接続し、かつ、前記負極側スイッチの遮断後に隣接する二次電池の負極端子と前記蓄電素子の負極端子とを接続することが好ましい(請求項2)。
この構成によれば、切替スイッチは機械式の継電器(リレー)であってもよく、好ましくは半導体スイッチにより構成される。蓄電素子が極性を有している場合は、上記において一方の端子は正極側であり、他方は負極側の端子となる。
In the battery assembly equal charging system according to the present invention, the switch connects / disconnects the positive terminal of the secondary battery and one terminal of the storage element, and the negative terminal of the secondary battery. And a negative electrode side switch for connecting / disconnecting the other terminal of the electric storage element, and connecting the positive electrode terminal of the adjacent secondary battery and the positive electrode terminal of the electric storage element after the positive electrode side switch is interrupted. And it is preferable to connect the negative electrode terminal of the adjacent secondary battery and the negative electrode terminal of the electricity storage element after the negative electrode side switch is shut off (Claim 2).
According to this configuration, the changeover switch may be a mechanical relay (relay), and is preferably configured by a semiconductor switch. When the power storage element has polarity, in the above, one terminal is a positive electrode side and the other is a negative electrode side terminal.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記制御装置はタイマー回路を有していて、当該タイマー回路からの信号に同期して、前記正極側スイッチと前記負極側スイッチが、切替動作を行うことが好ましい(請求項3)。
この構成によれば、一定の時間間隔で二次電池が逐次蓄電素子に接続される。この時間間隔は、二次電池と蓄電素子の間の電荷の移動に要する時間で決められる。
In the battery pack equal charging system according to the present invention, the control device includes a timer circuit, and the positive electrode side switch and the negative electrode side switch perform a switching operation in synchronization with a signal from the timer circuit. (Claim 3).
According to this configuration, the secondary battery is sequentially connected to the storage element at regular time intervals. This time interval is determined by the time required for charge transfer between the secondary battery and the power storage element.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記制御装置はシーケンス切替回路を有していて、当該シーケンス切替回路からの指令に基づき、組電池を構成する前記二次電池が、前記蓄電素子に逐次接続されることが好ましい(請求項4)。
この構成によれば、切替器を構成する多数の正極側スイッチと負極側スイッチの接続/遮断の制御を、シーケンス切替回路からの指令で行う。
In the assembled battery equal charging system according to the present invention, the control device includes a sequence switching circuit, and the secondary battery constituting the assembled battery is connected to the storage element based on a command from the sequence switching circuit. It is preferable that they are sequentially connected (claim 4).
According to this configuration, connection / cutoff control of a number of positive side switches and negative side switches constituting the switch is performed by a command from the sequence switching circuit.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記制御装置に前記二次電池の充電状態のバラツキを調べる判定回路が内蔵されていて、当該判定回路からの信号により、前記シーケンス切替回路の動作の停止を行うことが好ましい(請求項5)。
この構成によれば、判定回路は二次電池が均等な充電状態に達したことを判定する回路である。均等な充電状態は、二次電池の充電状態のバラツキをもって判断される。バラツキが少なくなれば、シーケンス切替回路はその動作を停止する。
In the battery pack equal charging system according to the present invention, the control device includes a built-in determination circuit for checking a variation in a charged state of the secondary battery, and the operation of the sequence switching circuit is determined by a signal from the determination circuit. It is preferable to stop the operation (claim 5).
According to this configuration, the determination circuit is a circuit that determines that the secondary battery has reached an equal state of charge. An equal state of charge is determined by variations in the state of charge of the secondary battery. When the variation decreases, the sequence switching circuit stops its operation.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記二次電池には電圧計が取付けられており、前記制御装置は前記電圧計の信号を受けてSOCの計算を行うSOC計算回路を有しており、当該SOC計算回路の信号を受けて前記判定回路が動作することが好ましい(請求項6)。
この構成によれば、二次電池の充電状態は、二次電池の電圧から求めたSOCに基づいて、判断される。
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記蓄電素子が電気二重層キャパシターであることが好ましい(請求項7)。
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記蓄電素子が二次電池であってもよい(請求項8)。
In the battery assembly equal charge system according to the present invention, a voltmeter is attached to the secondary battery, and the control device includes an SOC calculation circuit that receives the signal from the voltmeter and calculates the SOC. It is preferable that the determination circuit operates in response to a signal from the SOC calculation circuit.
According to this configuration, the state of charge of the secondary battery is determined based on the SOC obtained from the voltage of the secondary battery.
In the battery assembly equal charging system according to the present invention, it is preferable that the power storage element is an electric double layer capacitor.
In the battery assembly equal charging system according to the present invention, the power storage element may be a secondary battery.
本発明に係る組電池の均等充電システムは、複数の単電池を直列に接続してなる組電池を充電する充電器と、マイクロコンピュータと、前記単電池の電圧を測定する電圧検出器と、前記組電池と前記充電器の間にあって、多数のスイッチで構成されたセル選択回路とを備えた充電システムであって、前記充電器の電源が前記組電池から供給され、前記セル選択回路は前記マイクロコンピュータの指令に基づき前記スイッチを接続/遮断することにより、前記単電池の1もしくは2以上を前記充電器に選択的に接続し、あるいは、前記単電池の1を前記電圧検出器に選択的に接続し、前記電圧検出器で検出された電圧が所定の値より低い単電池を、前記セル選択回路で選択して、前記充電器に接続して充電を行うことが好ましい(請求項9)。
本発明に係る組電池の均等充電システムは、前記セル選択回路で選択される単電池が、互いに直列に接続された複数の単電池であり、当該複数の単電池を同時に充電することが好ましい(請求項10)。この構成によれば、直列に接続された連続する単電池を同時に充電する。
本発明に係る組電池の均等充電方法は、組電池を構成する全ての単電池の端子電圧を測定して、測定された電圧値の平均値を計算して、計算した平均値より所定の電圧だけ低い単電池を選択して、選択した単電池を同時に定電流で充電する(請求項11)。
An equal charge system for an assembled battery according to the present invention includes a charger for charging an assembled battery formed by connecting a plurality of single cells in series, a microcomputer, a voltage detector for measuring the voltage of the single battery, A charging system provided with a cell selection circuit comprised of a number of switches between an assembled battery and the charger, wherein the power of the charger is supplied from the assembled battery, and the cell selection circuit By connecting / disconnecting the switch based on a computer command, one or more of the unit cells are selectively connected to the charger, or one of the unit cells is selectively connected to the voltage detector. It is preferable that a single cell connected and selected by the voltage detector is lower than a predetermined value is selected by the cell selection circuit and connected to the charger for charging.
In the battery assembly equal charge system according to the present invention, it is preferable that the single cells selected by the cell selection circuit are a plurality of single cells connected in series with each other, and the plurality of single cells are charged simultaneously ( Claim 10). According to this structure, the continuous cell connected in series is charged simultaneously.
The method for equally charging an assembled battery according to the present invention measures terminal voltages of all the cells constituting the assembled battery, calculates an average value of the measured voltage values, and calculates a predetermined voltage from the calculated average value. A unit cell that is as low as possible is selected, and the selected unit cell is simultaneously charged with a constant current.
本発明は、複数の二次電池を直列に接続してなる組電池において、その構成要素の単電池の過充電、過放電を防止して、単電池間の充電状態のバラツキを補正もしくは均等化することが可能な組電池システムを提供する。 The present invention corrects or equalizes the variation in the state of charge between single cells by preventing overcharge and overdischarge of the single cells of the components in a battery pack in which a plurality of secondary batteries are connected in series. Provided is an assembled battery system that can be used.
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
図1に組電池1、切替器3および蓄電素子4の接続状況を示す。組電池1は複数の単電池2が直列に接続されて構成されている。図1ではC1〜Cnまでのn個の単電池で組電池が構成されている。組電池1の電気は、両端に設けた出力端子から図示しないケーブルを介して外部に取り出すことができるようになっている。単電池2にはそれぞれ電圧計8が取付けられており、各単電池2の端子電圧が計測可能となっている。また、組電池1の内部には温度計9が取付けられており、およそ中央に位置する単電池2の温度が計測可能となっている。
FIG. 1 shows the connection status of the assembled
単電池2の両端は配線30を介して組電池1に設けた単電池端子21に接続されている。ここに単電池2の正極側の配線30および単電池端子21は、合い隣り合う単電池の負極側の配線30および単電池端子21と兼用されることとなる。
組電池1と蓄電素子4との間には、切替器3が配置されている。切替器3は多数の切替スイッチ18から構成されている。
蓄電素子4は電気二重層キャパシターから構成されていて、その両端は蓄電素子端子23を介して、切替器3に接続されている。
Both ends of the
A
The
図1に示すように、切替器3は、2n個の切替スイッチ18で構成されている。そして、切替器3は、n+1個の単電池端子21と、2つの蓄電素子端子23とを接続、あるいは遮断可能となっている。もう少し詳細に説明すると、負極側の切替スイッチ18bの両端の端子のうち一方の端子(図1で上側の端子)は単電池2の負極側に接続されている。そして、切替スイッチ18bの他方の端子(図1で下側の端子)は蓄電素子4の蓄電素子端子23bに接続されている。そして、正極側の切替スイッチ18aの一方の端子は単電池2の正極側に接続され、切替スイッチ18aの他方の端子は蓄電素子4の蓄電素子端子23aに接続されている。なお、図1において、切替スイッチ18はいずれも開路状態にあり、単電池2と蓄電素子4とは接続されていない状態を示す。
As shown in FIG. 1, the
次に図2を用いて、図1に示した切替器3の切替動作について説明する。図2(a)は、左端のスイッチと左から3番目のスイッチが閉路しており、左端の単電池C1の両端が切替器3を介して、蓄電素子4の両端に接続されている。単電池C1の電位(端子電圧)が高ければ、単電池C1が放電して、電荷が蓄電素子4に移動して蓄電素子4は充電される。逆に単電池C1の電位が低ければ、電荷は単電池C1に移動して単電池C1は充電される。電位差がなくなれば電荷の移動はなくなる。
Next, the switching operation of the
所定の時間経過後に、切替器3のスイッチの状態は図2(b)に示す状態に移行する。この状態では、スイッチ18はいずれも開路した遮断状態になっており、蓄電素子4は完全に単電池と切り離された状態になっている。この状態においては、蓄電素子4の両端の電圧と、単電池C1の両端の電圧はほぼ等しくなっている。図2(b)に示す接続状態は、図2(a)の接続状態から図2(c)の接続状態に移行する過渡状態であり、短い時間である。
After a predetermined time has elapsed, the switch state of the
次に図2(c)に示すように、左から2番目のスイッチと5番目のスイッチが閉路して、蓄電素子4は単電池C1の隣の単電池C2に接続される。このとき、蓄電素子4の端子電圧が単電池C2の端子電圧より高ければ、蓄電素子4の電荷は単電池C2に移動し、逆に蓄電素子4の電圧が単電池C2の電圧より低ければ、単電池C2の電荷は蓄電素子4に移動する。ここで重要なことは、スイッチ18が、図2(a)の接続状態から図2(c)の接続状態に移行するに当たり、図2(b)に示すように全てが開路状態を経由していることである。
Next, as shown in FIG. 2C, the second switch and the fifth switch from the left are closed, and the
上記のような切替動作が、順次、組電池1を構成する全ての単電池2について実施される。単電池2と蓄電素子4が接続している時間を所定の時間と説明したが、具体的には、この時間は単電池2と蓄電素子4の閉路状態における回路時定数(T)のおよそ4倍としている。なお、回路時定数(T)は、内部抵抗(R)と電気二重層キャパシターの静電容量(C)の積(T=RxC)として求められる。
The switching operation as described above is sequentially performed for all the
図1および図2において、蓄電素子4が電気二重層キャパシターで実現された場合について説明したが、蓄電素子4は単電池2と同じタイプの二次電池であってもよい。ただし、蓄電素子4が二次電池である場合は、蓄電素子4の極性は、蓄電素子4の正極と単電池2の正極とが接続され、蓄電素子4の負極と単電池2の負極とが接続されるようになっていなければならない。
1 and 2, the case where the
次に、本発明に係る別の実施例について説明する。図3は切替器3をロータリースイッチ25で構成した場合の接続状況を示す。図3に示したロータリー切替器16は、上下2段の2回路からなるロータリースイッチ25a,bで構成される。上下2段の回路は連動して作動する。ロータリー切替器16を回転させることにより、中心端子cが順次周辺端子(1,2,3,・・・)に接続される。なお、図3には蓄電素子として二次電池が用いられているが、電気二重層キャパシターであってもよい。
Next, another embodiment according to the present invention will be described. FIG. 3 shows a connection state when the
ロータリー切替器16の2つの回路の中心端子cには、それぞれ蓄電素子端子23を介して蓄電素子4が接続されている。そして、負極側のロータリースイッチ25aの周辺端子には、それぞれ単電池端子1〜nが接続されている。正極側のロータリースイッチ25bの周辺端子cには、それぞれ単電池端子2〜n+1が接続されている。切替の途中においては中心端子cはいずれの周辺端子とも接続されず開放状態となっている。ロータリー切替器16を回転させることにより、蓄電素子4は、順次、単電池C1〜Cnに接続される。なお、図3においては、単電池C2が蓄電素子4に接続されている。
The
なお、図1に示す切替器3は、機械式のリレー接点でスイッチを構成した場合について図示して説明したが、切替器3に用いるスイッチは半導体スイッチで構成するのが望ましい。半導体スイッチであれば、信頼性が高く、メンテナンスも不要となる。
The
次に、図4に示す組電池の均等充電システムの制御系統図を用いて、本発明の作用及び効果について説明する。組電池1に取付けた電圧計8および温度計9は、伝送器6を介して、制御装置5に接続されている。伝送器6は工業用計装設備によく用いられる計器であって、検出器(例えば、電圧計や温度計)からの信号を4−20mAの電流信号に変換して、制御装置等に伝送する。
Next, the operation and effect of the present invention will be described with reference to a control system diagram of the assembled battery equal charging system shown in FIG. The
制御装置5は、SOC計算回路14、判定回路13、シーケンス切替回路12およびタイマー回路11を有している。電圧計8および温度計9からの信号は、制御装置5内のSOC計算回路14に伝えられる。SOC計算回路14は、電圧計8からの電圧信号と、温度計からの温度信号に基づき、各単電池2の充電状態(SOC)を算出する。電池の充電状態は、図5に示すようなSOC特性図として表される。図5に示すSOC特性は基準温度に対するものであり、電池温度による補正を行なう必要がある。すなわち、電池のSOC特性を用いて、電池の電圧と温度から、SOCを計算する。
The
制御装置5のシーケンス切替回路12からの切替指令に基づき、切替器3を構成するスイッチ群の開/閉が制御される。具体的には、シーケンス切替回路12は、切替器3を構成するスイッチ群に開/閉指令信号を送る。これにより、切替器3は、単電池2の両端を蓄電素子4の両端に選択的に接続する。図2は、単電池C1から単電池C2への切替であり、(a)→(b)→(c)の手順に従ってスイッチ群が開/閉して、単電池C2の両端は蓄電素子4の両端に接続される。タイマー回路11は、所定の時間間隔でシーケンス切替回路12にタイムアップ信号を送る。このタイムアップ信号に同期して単電池2が切替えられる。タイマー回路は発信器とカウンタにより構成されているが、所定の時間を計測するものであれば他の形式であってもよい。ここに、所定の時間は予め定められた時間であって、少なくとも回路時定数の4倍以上の時間であって、スイッチの切替動作時間を考慮して定められる。試験に基づいて決めてもよい。
Based on a switching command from the sequence switching circuit 12 of the
以上のようにして、シーケンス切替回路12は、所定の時間間隔で、蓄電素子4に接続する単電池2を、逐次、切替えて行く。n個の単電池の最後の単電池Cnまで切替が進むと、最初の単電池C1に戻り、切替が行なわれる。判定回路13は、切替え動作を継続するか否かの判定を行い、シーケンス切替回路12に伝える。判定回路13から、「継続」信号がONであれば、タイマー回路11からのタイムアップ信号に応じて、シーケンス切替回路12は、切替器3のスイッチ群に開/閉信号を送り、蓄電素子4の接続状態を、単電池Ciから単電池Ci+1に切替える。判定回路13からの「継続」信号がOFFとなれば、シーケンス切替回路12は、切替器3のスイッチ群を全て「開」状態とし、切替動作を終了する。
As described above, the sequence switching circuit 12 sequentially switches the
判定回路13は、SOC計算回路14からの信号に基づき、各単電池2の充電状態が均一化したと判断すれば、「継続」信号の送出を停止し、各単電池2の充電状態が均一化していないと判断すれば、「継続」信号を送出する。判定方法としては、全ての単電池2のSOCが、平均値の上下5%以内にあるときをもって判定する。他の方法であってもよい。
If the determination circuit 13 determines that the charging state of each
図4に示した均等充電システムは電気二重層キャパシタもしくは単電池を用いて、組電池を構成する複数の単電池を均等に充電する方法である。この方法によれば、確実に均等充電は可能であるが、単電池を一つずつ切替えて充電するので充電に時間がかかる。そこで、複数の単電池を同時に充電する方法の開発に成功したので、これについて述べる。 The equal charge system shown in FIG. 4 is a method of charging a plurality of unit cells constituting an assembled battery equally using an electric double layer capacitor or a unit cell. According to this method, even charging can be ensured, but charging takes time because the single cells are switched and charged one by one. Therefore, we have succeeded in developing a method for charging a plurality of single cells simultaneously.
組電池を構成する単電池を均等に充電するバランサの制御系統図を図6に示す。単電池50を直列に接続した組電池51が配線73を介してバランサ60に接続されている。 バランサ60は、セル選択回路61、充電器63、マイクロコンピュータ66を主要な構成要素として備えている。充電器63にはパワースイッチ55を介して、組電池51から直流電力が供給可能となっている。複数の組電池を直列に接続して電池スタックを構成する場合は、電池スタックから充電器63に直流電力を供給してもよい。
FIG. 6 shows a control system diagram of a balancer that uniformly charges the cells constituting the assembled battery. An assembled
充電器63は配線72を介してセル選択回路61に接続されている。そして、セル選択回路61は、配線73を介して組電池51に接続されている。また、充電器63の出力には電圧検出器64が接続されていて、単電池(セル)50の電圧が測定可能になっている。電圧検出器64の出力は、12ビットのAD変換器65が接続されていて、マイクロコンピュータ66は、単電池の電圧が読み込み可能になっている。セル選択回路61は、配線71を介してマイクロコンピュータ66からの指令を受けて、組電池51を構成する単電池50と充電器63とを選択的に接続する。同様に、セル選択回路61は、マイクロコンピュータ66からの指令を受けて、単電池50と電圧検出器64とを選択的に接続する。マイクロコンピュータ66にはLED表示器67が接続されていて、バランサ60の作動状況を表示するようになっている。
The
次に、バランサ60の回路について説明する。図7は、バランサ60の回路構成を示す図面である。1台のバランサ60が受け持つ組電池の数には、耐電圧上の問題を除き、特に制限はない。図7には2台の組電池51からなる電池スタック52がバランサ60に接続されている。上側の組電池51aは、C1〜C20の20個の単電池50が直列に接続されて、構成されている。下側の組電池51bは、C21〜C40の20個の単電池50が直列に接続されて、構成されている。各単電池50の両端は、セル選択回路61を介して充電器63に接続可能となっている。セル選択回路61は、多数の半導体スイッチから構成されていて、マイクロコンピュータ66からの指令に基づきON/OFFする。
Next, the circuit of the
例えば、充電を行う場合、マイクロコンピュータ66が、C18とC19を選択したとすると、図中のスイッチ18pとスイッチ19nがONとなり、他のスイッチはOFFの状態を維持する。これにより、単電池C18のプラス極が、充電器63のプラス側に接続され、単電池C19のマイナス極が、充電器63のマイナス側に接続される。単電池C18とC19は充電可能な状態となる。充電器63はマイクロコンピュータ66からの指令を受けて、所定の電流(本実施例においては4A)を単電池C18、C19に供給する。すなわち、充電器63は、定電流源として動作し、単電池50を定電流で充電する。単電池50の充電状態にバラツキがなくなった後は、充電器63は充電を停止する。
For example, when charging is performed, if the
単電池50の電圧測定を行う場合、マイクロコンピュータ66がC18を選択したとすると、図中のスイッチ18pと18nがONとなり、他のスイッチはOFFの状態を維持する。これにより、単電池C18のプラス極が、電圧検出器64のプラス側に接続され、単電池C18のマイナス極が、電圧検出器64のマイナス側に接続される。これで、C18の電圧が電圧検出器64により検出される。AD変換器65でディジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ66に読み込み可能となる。なお、単電池50の電圧検出を行っているときは、充電器63は、マイクロコンピュータ66からの指令により、OFF状態となっている。このとき、充電器63の出力インピーダンスは非常に高く、電流は流出しないので、電圧検出に誤差は生じない。
When measuring the voltage of the
図8に示すフローチャートを用いて、バランサ60の動作について説明する。ステップ10(以下、ステップをSと略す)にて、組電池51を構成する全ての単電池50の電圧(セル電圧)が測定される。S20にて、組電池単位でセル電圧の低い順に並べられる。図7に示す実施例では組電池51a、51bのそれぞれに付いて、セル電圧の低い順に並べられる。S30にて、基準電圧よりも低い電圧のセル(単電池)の数を調べる。ここに、基準電圧とは、その組電池を構成するセルの電圧値の平均より、5%低い電圧を言う。
The operation of the
S40で基準電圧より低い連続したセルの数が4以上であれば、S100に進み、そうでなければS50に進む。S50で基準電圧より低いセルの数が、3であればS110に進み、そうでなければS60に進む。S60で基準電圧より低い連続したセルの数が、2であればS120に進み、そうでなければS70に進む。S70で基準電圧より低いセルの数が1であれば、S130に進み、そうでなければ開始に戻る。 If the number of consecutive cells lower than the reference voltage is 4 or more in S40, the process proceeds to S100, and otherwise, the process proceeds to S50. If the number of cells lower than the reference voltage is 3 in S50, the process proceeds to S110, and if not, the process proceeds to S60. If the number of consecutive cells lower than the reference voltage is 2 in S60, the process proceeds to S120, and if not, the process proceeds to S70. If the number of cells lower than the reference voltage is 1 in S70, the process proceeds to S130, otherwise returns to the start.
S100では、電圧の低い順に連続した4つのセル(単電池)を選定して、S140に進む。S110では、基準電圧より低い3つのセルを選定して、S140に進む。S120では、基準電圧より低い2つのセルを選定して、S140に進む。S130では、基準電圧より低い1つのセルを選定して、S140に進む。S140では、選定したセルを4Aで充電を開始する。S150で、1分経過するのを待ってS160に進む。S160では充電を停止して、開始に戻る。
以上に説明したように、本発明に係るバランサ60を用いることにより、一度に複数のセルの充電を行なうことができ、生産性の向上が期待できる。
In S100, four continuous cells (single cells) are selected in ascending order of voltage, and the process proceeds to S140. In S110, three cells lower than the reference voltage are selected, and the process proceeds to S140. In S120, two cells lower than the reference voltage are selected, and the process proceeds to S140. In S130, one cell lower than the reference voltage is selected, and the process proceeds to S140. In S140, charging of the selected cell is started at 4A. In S150, after one minute has passed, the process proceeds to S160. In S160, charging is stopped and the process returns to the start.
As described above, by using the
本発明に係る組電池の均等充電システムは、産業用のみならず民生用の組電池に対して適用可能である。 The assembled battery equal charging system according to the present invention is applicable not only to industrial use but also to consumer use assembled batteries.
1 組電池
2 単電池
3 切替器
4 蓄電素子
5 制御装置
6 伝送器
8 電圧計
9 温度計
11 タイマー回路
12 シーケンス切替回路
13 判定回路
14 SOC計算回路
16 ロータリー切替器
18 切替スイッチ(a;正極側、b;負極側)
21 単電池端子
23 蓄電素子端子
25 ロータリースイッチ
27 正極側スイッチ
28 負極側スイッチ
30 配線
50 単電池
51 組電池
52 電池スタック
55 パワースイッチ
60 バランサ
61 セル選択回路
63 充電器
64 電圧検出器
65 AD変換器
66 マイクロコンピュータ
67 LED表示器
71、72、73 配線
DESCRIPTION OF
21
Claims (11)
前記二次電池と並列に接続される蓄電素子と、
当該蓄電素子を前記二次電池に逐次接続を行う切替器と、
当該切替器の切替動作を制御する制御装置とを備えた組電池の均等充電システム In an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series,
A storage element connected in parallel with the secondary battery;
A switch for sequentially connecting the storage element to the secondary battery;
A battery pack equalizing system including a control device for controlling a switching operation of the switch
マイクロコンピュータと、
前記単電池の電圧を測定する電圧検出器と、
前記組電池と前記充電器の間にあって、多数のスイッチで構成されたセル選択回路とを備えた充電システムであって、
前記充電器の電源が前記組電池から供給され、
前記セル選択回路は前記マイクロコンピュータの指令に基づき前記スイッチを接続/遮断することにより、前記単電池の1もしくは2以上を前記充電器に選択的に接続し、あるいは、前記単電池の1を前記電圧検出器に選択的に接続し、
前記電圧検出器で検出された電圧が所定の値より低い単電池を、前記セル選択回路で選択して、前記充電器に接続して充電を行う組電池の均等充電システム。 A charger for charging an assembled battery formed by connecting a plurality of single cells in series;
A microcomputer,
A voltage detector for measuring the voltage of the unit cell;
A charging system provided with a cell selection circuit comprised of a number of switches between the assembled battery and the charger,
The charger is powered from the battery pack,
The cell selection circuit selectively connects one or two or more of the unit cells to the charger by connecting / disconnecting the switch based on a command from the microcomputer, or alternatively, connects the unit cell to one unit. Selectively connect to the voltage detector,
An equal charging system for an assembled battery in which a single cell whose voltage detected by the voltage detector is lower than a predetermined value is selected by the cell selection circuit and connected to the charger for charging.
測定された電圧値の平均値を計算して、
計算した平均値より所定の電圧だけ低い単電池を選択して、
選択した単電池を同時に定電流で充電する組電池の均等充電方法。
Measure the terminal voltage of all the cells that make up the battery pack,
Calculate the average value of the measured voltage value,
Select a single cell that is lower than the calculated average value by a predetermined voltage,
An equal charging method for an assembled battery in which selected cells are simultaneously charged with a constant current.
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