JP2016041000A - Storage battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池装置に関する。 The present invention relates to a storage battery device.
特許文献1には、二次電池のセル電圧バランス装置が記載されている。このセル電圧バランス装置は、複数の単電池と、電流路と、電流制御手段と、を備える。複数の単電池は、互いに直列に接続されている。電流路は、複数の単電池の各々と並列に接続されている。電流制御手段は、電流路に流す電流を制御する。電流制御手段は、単電池の電圧がバランス動作開始電圧以上に上昇したときに、単電池の電圧とバランス動作開始電圧との差が大きいほど、電流路に流す電流を大きくする。このようにして、セル電圧バランス装置は、各単電池の電圧を均等化する。 Patent Document 1 describes a cell voltage balance device for a secondary battery. The cell voltage balance device includes a plurality of single cells, a current path, and current control means. The plurality of single cells are connected in series with each other. The current path is connected in parallel with each of the plurality of single cells. The current control means controls the current flowing through the current path. The current control means increases the current flowing through the current path as the difference between the voltage of the unit cell and the balance operation start voltage increases when the voltage of the unit cell rises above the balance operation start voltage. In this way, the cell voltage balance device equalizes the voltage of each single cell.
上述したセル電圧バランス装置は、各単電池と並列に接続された電流路に流す電流を調節することにより、各単電池の特性のばらつきによる各単電池の電圧のばらつきを均等化する。このようなセル電圧バランス装置は、各単電池を定電流−定電圧方式により充電することを前提に設計されている。定電流−定電圧方式とは、各単電池に一定電流を供給して各単電池を所定電圧まで充電し、その後に各単電池に一定電圧を供給して各単電池を目標電圧まで充電する方式である。したがって、上述したセル電圧バランス装置は、例えば系統電源のように安定した電源からの電力により各単電池を充電する場合を想定して設計されているといえる。 The above-described cell voltage balance device adjusts the current flowing through the current path connected in parallel with each unit cell, thereby equalizing the voltage variation of each unit cell due to the variation in the characteristics of each unit cell. Such a cell voltage balance device is designed on the assumption that each cell is charged by a constant current-constant voltage method. In the constant current-constant voltage method, each cell is supplied with a constant current to charge each cell to a predetermined voltage, and then each cell is supplied with a constant voltage to charge each cell to a target voltage. It is a method. Therefore, it can be said that the above-described cell voltage balance device is designed assuming that each unit cell is charged with power from a stable power source such as a system power source.
しかしながら、電源の中には、発電電力が時間と共に変動する電源もある。例えば太陽電池により発電を行う太陽光発電システムは、日射量や気温、温度に応じて電流及び電圧が時々刻々と変化する。発電電力が時間と共に変動するこのような電源により各単電池を定電流−定電圧方式で充電することは難しい。したがって、太陽光発電システム等からの電力により各単電池を充電する場合においては、上述のセル電圧バランス装置には、各単電池の電圧を均等化するための時間が長くかかり、また、各単電池の電圧を十分に均等化させることが困難であるという問題がある。 However, some power supplies have a generated power that varies with time. For example, in a solar power generation system that generates power using solar cells, current and voltage change from moment to moment according to the amount of solar radiation, temperature, and temperature. It is difficult to charge each single cell by a constant current-constant voltage method using such a power source whose generated power fluctuates with time. Therefore, when each cell is charged with electric power from a solar power generation system or the like, the above-described cell voltage balance device takes a long time to equalize the voltage of each cell, and each cell. There is a problem that it is difficult to equalize the battery voltages sufficiently.
そこで、本発明は、発電電力が時間と共に変化する電源を用いる場合でも、各単電池を均等に充電することが可能な蓄電池装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a storage battery device that can charge each unit cell evenly even when a power source whose generated power changes with time is used.
本発明に係る蓄電池装置は、互いに直列接続された複数の単電池と、前記複数の単電池の各々に並列に接続され、抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続されたスイッチング素子と、を有するバイパス回路と、を備える。前記抵抗素子の抵抗値と前記スイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子を有するバイパス回路に並列に接続された単電池の満充電時における電圧値を、前記単電池を充電する充電電流の最大値で除した値である。 A storage battery device according to the present invention includes a plurality of single cells connected in series to each other, a parallel connection to each of the plurality of single cells, a resistance element, and a switching element connected in series to the resistance element. A bypass circuit. The total value of the resistance value of the resistance element and the resistance value in the conductive state of the switching element is the voltage value at the time of full charge of the single cell connected in parallel to the bypass circuit having the resistance element. It is a value divided by the maximum value of the charging current to be charged.
この場合、単電池が満充電状態になると、単電池と並列に接続されたバイパス回路の両端間の電圧は、単電池の満充電時における電圧となる。ここで、バイパス回路が有する抵抗素子の抵抗値とスイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、単電池の満充電時における電圧値を、充電電流の最大値で除した値である。したがって、バイパス回路に流れる電流値は、単電池を充電する充電電流の最大値となる。このため、単電池に流れる電流はゼロとなり、単電池への充電が停止される。一方、単電池が満充電状態になっていない場合には、バイパス回路の両端間の電圧値は、単電池が満充電状態の場合と比べて小さくなる。したがって、バイパス回路に流れる電流が、単電池を充電する充電電流の最大値よりも小さくなる。このため、単電池に流れる電流がゼロでない正の値となり、単電池への充電が継続される。したがって、この蓄電池装置によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。 In this case, when the unit cell is fully charged, the voltage between both ends of the bypass circuit connected in parallel with the unit cell becomes the voltage when the unit cell is fully charged. Here, the total value of the resistance value of the resistance element included in the bypass circuit and the resistance value in the conductive state of the switching element is a value obtained by dividing the voltage value when the cell is fully charged by the maximum value of the charging current. Therefore, the current value flowing through the bypass circuit is the maximum value of the charging current for charging the unit cell. For this reason, the electric current which flows into a cell becomes zero, and charge to a cell is stopped. On the other hand, when the unit cell is not fully charged, the voltage value across the bypass circuit is smaller than that when the unit cell is fully charged. Therefore, the current flowing through the bypass circuit is smaller than the maximum value of the charging current for charging the cell. For this reason, the electric current which flows into a cell becomes a positive value which is not zero, and charge to a cell is continued. Therefore, according to this storage battery device, even when a power source whose generated power changes with time is used, each unit cell can be charged evenly until it reaches a fully charged state.
前記複数の単電池が太陽光発電システムにより充電されてもよい。この場合、発電電力が時間とともに変化する太陽光発電システムによって単電池が充電される。このため、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池の各々を均等に充電することができるという本発明の効果が好適に発揮される。 The plurality of single cells may be charged by a solar power generation system. In this case, the unit cell is charged by the photovoltaic power generation system in which the generated power changes with time. For this reason, even if it is a case where the power supply to which generated electric power changes with time is used, the effect of the present invention that each cell can be charged equally is exhibited suitably.
本発明によれば、発電電力が時間と共に変化する電源を用いる場合でも、各単電池を均等に充電することが可能な蓄電池装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when using the power supply from which power generation changes with time, the storage battery apparatus which can charge each cell equally can be provided.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, if possible, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、実施形態に係る蓄電池装置1の構成を示す概略図である。蓄電池装置1は、正極端子11と負極端子12とを備える。蓄電池装置1を充電する際には、正極端子11と負極端子12との間に充電電源が接続される。本実施形態では、充電電源として、太陽光発電システムSが用いられる。蓄電池装置1を放電させる際には、正極端子11と負極端子12との間に負荷(不図示)が接続される。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a storage battery device 1 according to the embodiment. The storage battery device 1 includes a
蓄電池装置1は、複数の単電池2と、複数のバイパス回路3と、複数の電圧センサ6と、複数の制御部7と、を備える。複数の単電池2は、互いに直列接続されている。複数の単電池2の各々には1個のバイパス回路3と1個の電圧センサ6とが並列に接続されている。複数の単電池2の各々には1個の制御部7が設けられている。本実施形態では、一例として図1に示すように単電池2、バイパス回路3、電圧センサ6、及び制御部7の組合せが、直列に3組接続されている。なお、正極端子11と単電池2及びバイパス回路3との間に、単電池2から太陽光発電システムSへの電流の逆流を防止するためのダイオードを挿入してもよい。
The storage battery device 1 includes a plurality of
単電池2は、充電及び放電が可能な二次電池である。単電池2の例としては、リチウム電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。複数の単電池2のうち最も高電位側に接続された単電池2の正極には、蓄電池装置1の正極端子11が接続される。複数の単電池2のうち最も低電位側に接続された単電池2の負極には、蓄電池装置1の負極端子12が接続される。
The
バイパス回路3は、複数の単電池2の各々に並列に接続されている。バイパス回路3は、抵抗素子4と、FET5(スイッチング素子)と、を有する。抵抗素子4とFET5とは、直列に接続されている。FET5のゲート端子には、制御部7の出力端子が接続されている。
The
複数の制御部7のそれぞれは、複数の電圧センサ6のそれぞれと複数のFET5のそれぞれとに接続されている。電圧センサ6は、当該電圧センサ6に並列に接続された単電池2の電圧を検出し、この電圧の情報を制御部7へ出力する。それぞれの制御部7は、個々に、当該電圧の情報に基づいてバイパス回路3のFET5を導通状態又は遮断状態に制御する。
Each of the plurality of
なお、スイッチング素子としては、FET5に代えて、バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。スイッチング素子がバイポーラトランジスタである場合には、制御部7は、ベース電流を供給する。また、FET5を導通状態とした場合に、FET5のオン抵抗値(導通状態における抵抗値)は、抵抗素子4の抵抗値に比べて十分低くなるように設定される。
As the switching element, a bipolar transistor or the like may be used instead of the
ここで、抵抗素子4の抵抗値とFET5の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子4及び当該FET5を有するバイパス回路3に並列に接続された単電池2の満充電時における電圧値を、単電池2を充電する充電電流の最大値で除した値である。例えば、単電池2の満充電時における電圧値をVmとし、太陽光発電システムSの最大出力電流値をIkとする。このとき、抵抗素子4の抵抗値とFET5の導通状態における抵抗値との合計値をRvとすると、合計値Rvは、次式(1)で表される。
Rv=Vm/Ik ・・・(1)
Here, the total value of the resistance value of the resistance element 4 and the resistance value in the conductive state of the
Rv = Vm / Ik (1)
次に、上述した構成を有する蓄電池装置1における充電時の、単電池2及びバイパス回路3に流れる電流について説明する。今、太陽光発電システムSが最大出力で発電を行い、最大出力電流値Ikに等しい電流を出力していると仮定する。このとき、単電池2に流れる電流をI1とし、この単電池2に並列に接続されたバイパス回路3に流れる電流をI2とする。この場合、最大出力電流値Ikは、次式(2)で表される。
Ik=I1+I2 ・・・(2)
Next, the current flowing through the
Ik = I1 + I2 (2)
このとき、単電池2の電圧をVとすると、Vは、不等式(3)を満たす。
0≦V≦Vm ・・・(3)
At this time, if the voltage of the
0 ≦ V ≦ Vm (3)
また、バイパス回路3の抵抗素子4及びFET5におけるオームの法則から、次式(4)が成立する。
I2=V/Rv=(Ik/Vm)・V ・・・(4)
Further, the following equation (4) is established from Ohm's law in the resistance element 4 and the
I2 = V / Rv = (Ik / Vm) · V (4)
したがって、単電池2が満充電状態となると、V=Vmとなるから、式(4)より、I2=Ikとなる。したがって、式(2)より、単電池2に流れる電流、即ち単電池2を充電する電流の電流値I1は、ゼロとなる。即ち、単電池2への充電が停止される。
Therefore, when the
一方、単電池2が満充電状態になっていない場合には、V<Vmであるから、式(4)より、I2=(Ik/Vm)・V<(Ik/Vm)・Vm=Ikとなる。このため、式(4)より、I1=Ik−I2>Ik−Ik=0となり、単電池2に流れる電流の電流値I1がゼロでない正の値となる。即ち、単電池2への充電が継続される。
On the other hand, when the
したがって、蓄電池装置1によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、複数の単電池2の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。
Therefore, according to the storage battery device 1, even when a power source whose generated power changes with time is used, each of the plurality of
このように、蓄電池装置1によれば、単電池2が満充電状態になると、単電池2と並列に接続されたバイパス回路3の両端間の電圧は、単電池2の満充電時における電圧値Vmとなる。ここで、バイパス回路3が有する抵抗素子4の抵抗値とFET5の導通状態における抵抗値との合計値Rvは、単電池2の満充電時における電圧値Vmを、充電電流の最大値である最大出力電流値Ikで除した値である。したがって、バイパス回路3に流れる電流値I2は、単電池2を充電する最大出力電流値Ikとなる。このため、単電池2に流れる電流はゼロとなり、単電池2への充電が停止される。一方、単電池2が満充電状態になっていない場合には、バイパス回路3の両端間の電圧値Vは、単電池2が満充電状態の場合と比べて小さくなる。したがって、バイパス回路に流れる電流の電流値I2が、単電池2を充電する充電電流の最大値である最大出力電流値Ikよりも小さくなる。このため、単電池2に流れる電流の電流値I1がゼロでない正の値となり、単電池2への充電が継続される。したがって、この蓄電池装置1によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池2の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。
Thus, according to the storage battery device 1, when the
特に、本実施形態では、単電池2が太陽光発電システムSにより充電される。このため、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池2の各々を均等に充電することができるという本実施形態の効果が好適に発揮される。
In particular, in this embodiment, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、蓄電池装置1を充電するための電源として、太陽光発電システムSに代えて、各種の直流電源を用いてもよい。例えば風力発電等、太陽電池以外の他の発電システムにも、本実施形態に係る技術が利用できる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, instead of the photovoltaic power generation system S, various DC power sources may be used as a power source for charging the storage battery device 1. For example, the technology according to the present embodiment can also be used for power generation systems other than solar cells, such as wind power generation.
1…蓄電池装置、2…単電池、3…バイパス回路、4…抵抗素子、5…FET(スイッチング素子)、Ik…最大出力電流値(単電池を充電する充電電流の最大値)、Rv…抵抗素子4の抵抗値とFET5の導通状態における抵抗値との合計値、Vm…単電池2の満充電時における電圧値。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Storage battery apparatus, 2 ... Single cell, 3 ... Bypass circuit, 4 ... Resistance element, 5 ... FET (switching element), Ik ... Maximum output current value (maximum value of charging current which charges a single cell), Rv ... Resistance The total value of the resistance value of the element 4 and the resistance value of the
Claims (2)
前記複数の単電池の各々に並列に接続され、抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続されたスイッチング素子と、を有するバイパス回路と、
を備え、
前記抵抗素子の抵抗値と前記スイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子を有するバイパス回路に並列に接続された単電池の満充電時における電圧値を、前記単電池を充電する充電電流の最大値で除した値である、蓄電池装置。 A plurality of single cells connected in series with each other;
A bypass circuit connected in parallel to each of the plurality of unit cells, and having a resistance element and a switching element connected in series to the resistance element;
With
The total value of the resistance value of the resistance element and the resistance value in the conductive state of the switching element is the voltage value at the time of full charge of the single cell connected in parallel to the bypass circuit having the resistance element. A storage battery device that is a value divided by the maximum value of the charging current to be charged.
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|---|---|---|---|---|
| CN111293720A (en) * | 2020-03-12 | 2020-06-16 | 江苏固德威电源科技股份有限公司 | Parallel photovoltaic energy storage system and parallel operation control method adopted by same |
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| CN111293720B (en) * | 2020-03-12 | 2022-06-28 | 固德威技术股份有限公司 | Parallel photovoltaic energy storage system and parallel operation control method adopted by same |
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