JP2012222837A - Secondary battery charge control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過充電の防止しつつ、二次電池の充電を行う二次電池充電制御システムに係る発明に関する。 The present invention relates to an invention relating to a secondary battery charge control system that charges a secondary battery while preventing overcharge.
二次電池は、充電・放電を繰り返すことができる。一方、リチウムイオンなどの二次電池では、電池の安全性の観点から過充電を防止する必要がある。二次電池の過充電を防止する先行技術として、たとえば特許文献1が存在する。 The secondary battery can be repeatedly charged and discharged. On the other hand, in a secondary battery such as lithium ion, it is necessary to prevent overcharging from the viewpoint of battery safety. As a prior art for preventing overcharge of a secondary battery, for example, Patent Document 1 exists.
当該特許文献1に係る技術では、非水系二次電池を構成する各セルの端子電圧を検出し、いずれかのセルの端子電圧が予め設定した設定電圧を越えたときに、充電を停止させる。 In the technology according to Patent Document 1, the terminal voltage of each cell constituting the non-aqueous secondary battery is detected, and charging is stopped when the terminal voltage of any cell exceeds a preset voltage.
なお、二次電池の過充電・過放電を防止する他の先行文献として、たとえば特許文献2や特許文献3も存在する。
For example,
しかしながら、上記特許文献1に開示されている技術(つまり、過充電になったとする電圧値を設定し、その電圧値を一度でも検出されたならば、充電電流を即座に遮断して充電を完了させる制御方式)では、次の問題が生じる。 However, the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 (that is, if a voltage value that is overcharged is set and the voltage value is detected even once, the charging current is immediately cut off to complete the charging) In the control method, the following problems occur.
つまり、この制御方式では、単電池の充電特性上、満充電状態とはならない。また、直列に接続された二次電池では、一般的に各二次電池における電池容量のばらつきが存在する。したがって、前記制御方式を採用した場合には、まだ充電できる二次電池があるにもかかわらず、充電が停止されてしまう。つまり、複数の二次電池のうち何れかの二次電池において単電圧値が設定電圧値に達したときに直ぐに充電を終了させたなら、各二次電池の特性にはバラツキがあるので、充電終了時の各二次電池において電池電圧も偏差を持っている。したがって、1つの二次電池が設定電圧になった時でも他の二次電池の中には充電不足のものがある。つまり、直列に接続された二次電池において、満充電に近い状態の二次電池もあれば、充電不足の二次電池も存在する。このことは、全二次電池の充電量が目標より少ない量で終了してしまうことを意味する。 That is, in this control method, the fully charged state is not achieved due to the charging characteristics of the unit cell. Further, in the secondary batteries connected in series, there is generally variation in battery capacity among the secondary batteries. Therefore, when the control method is employed, charging is stopped even though there is a secondary battery that can still be charged. In other words, if the charging is terminated immediately when the single voltage value reaches the set voltage value in any of the secondary batteries, there is a variation in the characteristics of each secondary battery. The battery voltage also has a deviation in each secondary battery at the end. Therefore, even when one secondary battery reaches the set voltage, some other secondary batteries are insufficiently charged. That is, in the secondary batteries connected in series, there are secondary batteries that are almost fully charged, and there are secondary batteries that are insufficiently charged. This means that the charge amount of all the secondary batteries is terminated with an amount smaller than the target.
そこで、本発明は、直列に接続された容量ばらつきのある各二次電池に対しても、満充電状態に近い状態での充電を行うことができ(つまり、直列に接続された全二次電池の総充電量を増加させることができ)、また過充電を防止することができる二次電池充電制御システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can charge each secondary battery connected in series with a capacity variation in a state close to a fully charged state (that is, all secondary batteries connected in series). It is an object of the present invention to provide a secondary battery charge control system that can increase the total charge amount of the secondary battery and prevent overcharge.
上記の目的を達成するために、本発明に係る二次電池充電制御システムは、少なくとも2以上の二次電池が直列に接続された電池列と、前記電池列に流す電流を発生する電流発生器と、前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置には、制御電圧値が設定されており、前記制御装置は、前記電池列を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる。 In order to achieve the above object, a secondary battery charge control system according to the present invention includes a battery array in which at least two or more secondary batteries are connected in series, and a current generator that generates a current that flows through the battery array. And a control device for controlling the current generated by the current generator, the control device is set with a control voltage value, and the control device is one of the battery trains. Each time the single voltage value of the secondary battery reaches the control voltage value, the generated current of the current generator is lowered step by step.
また、本発明に係る二次電池充電制御システムは、少なくとも2以上の二次電池が直列に接続された電池列が、並列に接続された電池群と、前記電池群に流す電流を発生する電流発生器と、前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置には、制御電圧値が設定されており、前記制御装置は、前記電池群を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる。 Moreover, the secondary battery charge control system according to the present invention includes a battery group in which at least two or more secondary batteries are connected in series, a battery group connected in parallel, and a current that generates a current that flows through the battery group. A generator and a control device for controlling the current generated by the current generator, wherein the control device is set with a control voltage value, and the control device includes any one of the battery groups. Each time the single voltage value of the secondary battery reaches the control voltage value, the generated current of the current generator is reduced stepwise.
本発明に係る二次電池充電制御システムは、少なくとも2以上の二次電池が直列に接続された電池列と、前記電池列に流す電流を発生する電流発生器と、前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置には、制御電圧値が設定されており、前記制御装置は、前記電池列を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる。 A secondary battery charge control system according to the present invention includes a battery array in which at least two or more secondary batteries are connected in series, a current generator that generates a current to flow through the battery array, and a current generated by the current generator. A control voltage value is set in the control device, and the control device has a single voltage value of any one of the secondary batteries constituting the battery array. Each time the control voltage value is reached, the generated current of the current generator is decreased stepwise.
または、本発明に係る二次電池充電制御システムは、少なくとも2以上の二次電池が直列に接続された電池列が、並列に接続された電池群と、前記電池群に流す電流を発生する電流発生器と、前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置には、制御電圧値が設定されており、前記制御装置は、前記電池群を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる。 Alternatively, the secondary battery charging control system according to the present invention includes a battery group in which at least two or more secondary batteries are connected in series, a battery group connected in parallel, and a current that generates a current that flows through the battery group. A generator and a control device for controlling the current generated by the current generator, wherein the control device is set with a control voltage value, and the control device includes any one of the battery groups. Each time the single voltage value of the secondary battery reaches the control voltage value, the generated current of the current generator is reduced stepwise.
したがって、何れかの二次電池の単電圧値が制御電圧値に達したとしても、二次電池に流す充電電流を直ぐに止めることはない。つまり、電流値は下げるものの充電電流を各二次電池に流し続けることができ、当該充電電流の継続をしたとしても、二次電池の単電圧値が制御電圧値を超え、安全性を担保できない電圧や劣化が進む電圧値に達することが無い。 Therefore, even if the single voltage value of any secondary battery reaches the control voltage value, the charging current flowing through the secondary battery is not immediately stopped. In other words, although the current value is lowered, the charging current can continue to flow to each secondary battery, and even if the charging current is continued, the single voltage value of the secondary battery exceeds the control voltage value and safety cannot be ensured. It does not reach a voltage value that causes voltage or deterioration.
このように、何れかの二次電池の単電圧値が制御電圧値に達したとしても、各二次電池に流す充電電流(電流値は段階的に下げるけれども)を継続できる。したがって、容量ばらつきのある各二次電池に対しても、全ての二次電池を満充電状態に近い状態での充電を行うことができる(つまり、全二次電池の総充電量を増加させることができる)。 In this way, even if the single voltage value of any secondary battery reaches the control voltage value, the charging current (although the current value decreases stepwise) flowing through each secondary battery can be continued. Therefore, it is possible to charge all secondary batteries in a state close to a fully charged state even for each secondary battery having a capacity variation (that is, to increase the total charge amount of all the secondary batteries). Can do).
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1に係る二次電池充電制御システム100の構成を示す回路図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a secondary battery
図1に示すように、本実施の形態1に係る二次電池充電制御システム100は、複数(少なくとも2つ以上)の二次電池1a,1b,・・・,1nと、充電制御装置2と、電池監視装置3Aと、電流発生器4とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the secondary battery
二次電池1a,1b,・・・,1nは、たとえばリチウムイオン二次電池などであり、直列に接続されている。複数の二次電池が直列に接続された構成を「電池列」1Aと称する。
電池監視装置3Aは、ADコンバータが内蔵されており、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧を、夫々検出する。また、電池監視装置3Aは、電池列1Aに流れる列電流も検出する。
The
電流発生器4は、電池列1Aの一方端と他方端との間に配設されており、指定電流値の定電流を発生し、当該発生した定電流を電池列1Aに対して流すことができる。ここで、当該指定電流値は可変である。
The
充電制御装置2には、充電回路が内蔵されており、電池監視装置3Aで検出した各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値および電池列1Aに流れる列電流値が入力される。また、充電制御装置2は、電池監視装置3Aから送信される各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値に基づいて、電流発生器4の発生電流(つまり、指定電流値)の制御を行う。
The
図2は、リチウムイオンなどの一つの二次電池の充電特性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing charging characteristics of one secondary battery such as lithium ion.
図2には、二次電池に流す充電電流と、二次電池の電池電圧と、二次電池の充電容量との関係が示されている。 FIG. 2 shows the relationship between the charging current flowing through the secondary battery, the battery voltage of the secondary battery, and the charging capacity of the secondary battery.
図2の二次電池特性に示すように、二次電池の電池電圧が制御電圧値に達するまで、当該二次電池には定電流が流され、当該二次電池の充電容量は比例的に増加する。また、図2に示すように、二次電池に流す充電電流を下げると、当該二次電池の電池電圧は、低下する現象(特性)を有する。そこで、二次電池の電池電圧が所定電圧値(後述する制御電圧値)に達する度に、二次電池に流す充電電流を段階的に下げ、当該下げた状態での定電流を二次電池に流す。これにより、低定電流であったとしても二次電池に充電電流を継続的に流すことができ、二次電池の電池電圧が所定の電圧値を超えることなく、当該二次電池の充電容量を継続的に増加させることができる(図2参照)。 As shown in the secondary battery characteristics of FIG. 2, a constant current flows through the secondary battery until the battery voltage of the secondary battery reaches the control voltage value, and the charge capacity of the secondary battery increases proportionally. To do. In addition, as shown in FIG. 2, when the charging current flowing through the secondary battery is lowered, the battery voltage of the secondary battery has a phenomenon (characteristic) that decreases. Therefore, every time the battery voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage value (control voltage value to be described later), the charging current flowing to the secondary battery is reduced stepwise, and the constant current in the lowered state is supplied to the secondary battery. Shed. As a result, even if the current is low, the charging current can be continuously supplied to the secondary battery, and the charging capacity of the secondary battery can be increased without the battery voltage of the secondary battery exceeding the predetermined voltage value. It can be increased continuously (see FIG. 2).
上記図2で示した二次電池の当該現象(特性)を活用して、本実施の形態では、充電制御装置2は、次の制御を、電流発生器4に対して実施する。
In the present embodiment, the charging
つまり、充電制御装置2には、制御電圧値が予め設定されている。そして、当該充電制御装置2は、電池列1Aを構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が、制御電圧値に達する度に、段階的に、電流発生器4の発生電流(指定電流値)を下げる。つまり、充電制御装置2は、電池列1Aを構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、即、電流発生器4の発生電流(指定電流値)をゼロにするのではなく、当該発生電流の指定電流値を段階的に下げて、定電流制御を継続する。
That is, a control voltage value is set in advance in the charging
なお、充電制御装置2には、制御電圧値よりも高い保護電圧値も、予め設定されている。そして、充電制御装置2は、電池列1Aを構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nが、保護電圧値に達したとき、電池列1Aに流れる電流を止める(つまり、電流発生器4の発生電流(指定電流値)をゼロとする)。当該電池列1Aに流れる電流を止める制御は、上記段階的に発生電流を下げる制御前(つまり、後述する初期指定電流値での定電流を流している状態)であっても、段階的に発生電流を下げる制御中(つまり、初期指定電流値以外の各指定電流値での定電流を流している状態)であっても実施される。
In the charging
ここで、保護電圧値は、二次電池1a,1b,・・・,1nの安全性や二次電池1a,1b,・・・,1nの劣化防止の観点から設定される。つまり、二次電池1a,1b,・・・,1nの電池電圧が保護電圧値を超えると、当該二次電池1a,1b,・・・,1nの安全性が担保できず、また二次電池1a,1b,・・・,1nの劣化が防止できない。また、制御電圧値は、保護電圧値よりも若干低め(たとえば、0.数V程度低め)に設定される。
Here, the protection voltage value is set from the viewpoint of safety of the
次に、本実施の形態1に係る二次電池充電制御システム100の動作について説明する。
Next, the operation of the secondary battery
電池列1Aに対する充電を開始する。つまり、充電制御装置2からの指令に基づき、電流発生器4は、初期指定電流値I1の定電流を発生する。そして、電流発生器4は、当該発生した定電流を、電池列1Aに対して流す。
Charging the
電池監視装置3Aは、電池列1Aに流れる電流値を常時検出しており、当該検出結果は、充電制御装置2へ通知される。これにより、充電制御装置2は、電池列1Aに流れている定電流が、初期指定電流値I1であることを確認できる。
The
また、電池監視装置3Aは、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値も各々、常時検出している。そして、電池監視装置3Aは、当該検出結果も、充電制御装置2へと通知する。
Further, the
充電制御装置2では、電池監視装置3Aから通知された各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値と、当該充電制御装置2で予め設定されている制御電圧値との比較を行う。
In the charging
当該比較の結果、各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が、いずれも、制御電圧値に達していないなら、充電制御装置2は、電流発生器4には新たな指令を行わない。これにより、電流発生器4は、初期指定電流値I1の定電流を継続的に、電池列1Aに流す。
As a result of the comparison, if any single voltage value of each of the
これに対して、上記比較の結果、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれか一つでも、単電圧値が制御電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断したとする。この場合には、充電制御装置2は、電流発生器4に新たな指令を発する。これにより、電流発生器4は、発生電流を、初期指定電流値I1から指定電流値I2に下げ、当該指定電流値I2の定電流を継続的に、電池列1Aに流す。ここで、初期指定電流値I1>指定電流値I2>0、である。
On the other hand, as a result of the comparison, the
このように、電池列1Aに流す充電電流を、初期指定電流値I1から指定電流値I2に下げることにより、各二次電池1a,1b,・・・,1nの電池電圧は、少し下がる。したがって、電池列1Aに指定電流値I2の定電流を流し続けたとしても、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれかにおいて、単電圧値が直ぐに制御電圧値を超えることは無く、しばらくの間、電池列1Aに指定電流値I2の定電流を流すことができる。よって、各二次電池1a,1b,・・・,1nにおける充電容量も引き続き増加させることができる。
In this way, the battery voltage of each of the
さて、上述したように、電池監視装置3Aは、電池列1Aに流れる電流値を常時検出しており、当該検出結果は、充電制御装置2へ通知される。これにより、充電制御装置2は、電池列1Aに流れている定電流が、指定電流値I2に変化したことを確認することができる。
As described above, the
また、上述したように、電池監視装置3Aは、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値も各々、常時検出している。そして、電池監視装置3Aは、当該検出結果も、充電制御装置2へと通知する。
Further, as described above, the
充電制御装置2では、上述したように、電池監視装置3Aから通知された各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値と、当該充電制御装置2で予め設定されている制御電圧値との比較を行う。
In the charging
当該比較の結果、各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が、いずれも、制御電圧値に達していないなら、充電制御装置2は、電流発生器4には新たな指令を行わない。これにより、電流発生器4は、指定電流値I2の定電流を継続的に、電池列1Aに流す。
As a result of the comparison, if any single voltage value of each of the
これに対して、上記比較の結果、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれか一つでも、単電圧値が制御電圧値に達したことを、充電制御装置2が再び判断したとする。この場合には、充電制御装置2は、電流発生器4に新たな指令を発する。これにより、電流発生器4は、発生電流を、指定電流値I2から指定電流値I3に下げ、当該指定電流値I3の定電流を継続的に、電池列1Aに流す。ここで、指定電流値I2>指定電流値I3>0、である。
On the other hand, as a result of the comparison, the
このように、電池列1Aに流す充電電流を、指定電流値I2から指定電流値I3に下げることにより、各二次電池1a,1b,・・・,1nの電池電圧は、少し下がる。したがって、電池列1Aに指定電流値I3の定電流を流し続けたとしても、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれかにおいて、単電圧値が直ぐに制御電圧値を超えることは無く、しばらくの間、電池列1Aに指定電流値I3の定電流を流すことができる。したがって、各二次電池1a,1b,・・・,1nにおける充電容量も引き続き増加させることができる。
Thus, the battery voltage of each of the
このように、充電制御装置2は、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれかにおいて、単電圧値が制御電圧値に達する度に、電流発生器4が発生する定電流を段階的に下げる制御を繰り返し行う。
In this way, the charging
とろこで、電池列1Aに初期指定電流値I1を流している最中または、段階的に引下げられた指定電流値I2,I3等を電池列1Aに流している最中において、電池監視装置3Aからの通知により、充電制御装置2が、次の判断を行ったとする。つまり、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれか一つでも、単電圧値が、充電制御装置2に予め設定されている保護電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断したとする。
While the initial designated current value I1 is being passed through the
上記の通り、保護電圧値(>制御電圧値)は、二次電池1a,1b,・・・,1nの安全性担保または二次電池1a,1b,・・・,1nの劣化防止の観点から、二次電池1a,1b,・・・,1nの容量性能に従って選択される値である。したがって、二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧が保護電圧値に達したなら、二次電池1a,1b,・・・,1nの充電を停止する必要がある。
As described above, the protection voltage value (> control voltage value) is determined from the viewpoint of ensuring the safety of the
そこで、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれか一つでも、単電圧値が保護電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断した場合には、充電制御装置2は、電流発生器4に対して、充電電流の発生を停止する信号を送信する。これにより、電流発生器4は、直ぐに、電池列1Aへの充電電流を停止することができる(つまり、各二次電池1a,1b,・・・,1nの充電を停止できる)。
Therefore, when any one of the
ここで、図1の回路構成と異なり、電流発生器4と電池列1Aとの間にスイッチを配設する回路構成も採用しても良い。この場合には、二次電池1a,1b,・・・,1nのいずれか一つでも、単電圧値が保護電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断した場合には、充電制御装置4は、スイッチに対して「OFF」を指示する信号を送信する。これにより、スイッチはOFF状態となり、電流発生器4から電池列1Aに供給される電流は、直ぐに切断される(つまり、各二次電池1a,1b,・・・,1nの充電を停止できる)。
Here, unlike the circuit configuration of FIG. 1, a circuit configuration in which a switch is disposed between the
以上のように、本実施の形態1に係る二次電池充電制御システム100では、充電制御装置2は、電池列1Aを構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が制御電圧値に達する度に、段階的に、電流発生器4の発生電流を下げる制御を行っている。
As described above, in the secondary battery
したがって、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、電池列1Aに流す充電電流を直ぐに止めることはない。つまり、指定電流値は下げるものの充電電流を電池列1Aに流し続けることができ、当該充電電流の継続をしたとしても、図2に示した特性により、二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が制御電圧値を超え、安全性を担保できない電圧や劣化が進む電圧値に達することが無い。
Therefore, even if the single voltage value of any of the
このように、本実施の形態では、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、電池列1Aに流す充電電流(指定電流値は段階的に下げるけれども)を継続できる。したがって、直列に接続された容量ばらつきのある各二次電池1a,1b,・・・,1nに対しても、全ての二次電池1a,1b,・・・,1nを満充電状態に近い状態での充電を行うことができる(つまり、直列に接続された全二次電池1a,1b,・・・,1nの総充電量を増加させることができる)。
As described above, in the present embodiment, even when the single voltage value of any of the
また、本実施の形態に係る二次電池充電制御システム100では、充電制御装置2は、電池列1Aを構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nが、保護電圧値に達したとき、電池列1Aに流れる電流を止める制御を行う。ここで、保護電圧値は、二次電池1a,1b,・・・,1nの安全性担保および当該二次電池1a,1b,・・・,1nの劣化防止の観点から選択される値である(保護電圧値>制御電圧値)。
Moreover, in the secondary battery charging
したがって、電池列1Aに充電電流を流している最中において、何かしらの原因で、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧が保護電圧値に達したとしても、当該達した時点で直ぐに、全二次電池1a,1b,・・・,1nに対する充電を終了させることができる。よって、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの過充電を防止することができ、結果として、各二次電池1a,1b,・・・,1nの安全性を担保でき、各二次電池1a,1b,・・・,1nの劣化を防止できる。
Therefore, even if the single voltage of any of the
<実施の形態2>
本実施の形態2に係る二次電池充電制御システムは、少なくとも2以上の電池列が並列に接続されている構成を有する。図3は、本実施の形態に係る二次電池充電制御システム200の構成を示す回路図である。
<
The secondary battery charge control system according to the second embodiment has a configuration in which at least two battery rows are connected in parallel. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of secondary battery charging
図3に示すように、本実施の形態2に係る二次電池充電制御システム200は、複数の二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nと、充電制御装置2と、電池監視装置3A,3Bと、電流発生器4と、充電用半導体スイッチ5A,5Bと、放電用半導体スイッチ6A,6Bとから構成されている。
As shown in FIG. 3, the secondary battery charging
二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nは、たとえばリチウムイオン二次電池などである。二次電池1a,1b,・・・,1nは直列に接続されており、二次電池2a,2b,・・・,2nは直列に接続されている。二次電池1a,1b,・・・,1nが直列に接続された構成を「電池列」1Aと称し、二次電池2a,2b,・・・,2nが直列に接続された構成を「電池列」2Aと称する。また、電池列1Aと電池列1Bとは、並列に接続されている。ここで、全二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nから成る構成を、「電池群」と称する。
なお、図3に示す構成例では、二つの電池列1A,2Aのみが並列接続されているが、3以上の電池列の各々を並列に接続させた構成を、本実施の形態に適用することも可能である。ここで、各電池列は、少なくとも2以上の二次電池が直列に接続された構成を有する。
In the configuration example shown in FIG. 3, only two
電池監視装置3Aは、ADコンバータが内蔵されており、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧を、夫々検出する。また、電池監視装置3Aは、電池列1Aに流れる列電流も検出する。これに対して、電池監視装置3Bは、ADコンバータが内蔵されており、電池列2Aを構成する各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧を、夫々検出する。また、電池監視装置3Bは、電池列2Aに流れる列電流も検出する。
The
充電用半導体スイッチ5Aと放電用半導体スイッチ6Aとは並列に接続されている。ここで、充電用半導体スイッチ5Aの順方向(充電電流の方向)と放電用半導体スイッチ6Aの順方向(放電電流の方向)とは、逆方向となる。当該半導体スイッチ5A,6Aの並列構成(以下、第一のスイッチ並列構成と称する)は、電池列1Aの一方端側に直列に配設されている。
The charging
また、充電用半導体スイッチ5Bと放電用半導体スイッチ6Bとは並列に接続されている。ここで、充電用半導体スイッチ5Bの順方向(充電電流の方向)と放電用半導体スイッチ6Bの順方向(放電電流の方向)とは、逆方向となる。当該半導体スイッチ5B,6Bの並列構成(以下、第二のスイッチ並列構成と称する)は、電池列2Aの一方端側に直列に配設されている。
The charging
充電用半導体スイッチ5Aの切動作により、電池列1Aに流れる充電電流が遮断され、充電用半導体スイッチ5Bの切動作により、電池列2Aに流れる充電電流が遮断される。これに対して、放電用半導体スイッチ6Aの切動作により、電池列1Aからの放電電流が遮断され放電用半導体スイッチ6Bの切動作により、電池列2Aからの放電電流が遮断される。
The charging current flowing through the
電流発生器4は、電池列1Aと第一のスイッチ並列構成5A,6Aとの直列構成および電池列2Aと第一のスイッチ並列構成5B,6Bとの直列構成に対して、並列的に接続されている。当該電流発生器4は、指定電流値の定電流を発生し、当該発生した定電流を電池列1Aおよび電池列2Aに対して共通に流すことができる。ここで、当該指定電流値は可変である。
The
充電制御装置2には、充電回路が内蔵されており、電池監視装置3Aで検出した各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値および電池列1Aに流れる列電流値が入力され、電池監視装置3Bで検出した各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧値および電池列2Aに流れる列電流値が入力される。
The charging
また、充電制御装置2は、電池監視装置3Aから送信される各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値および電池監視装置3Bから送信される各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧値に基づいて、電流発生器4の発生電流(つまり、指定電流値)の制御を行う。さらに、充電制御装置2は、電池監視装置3Aから送信される各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値および電池監視装置3Bから送信される各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧値に基づいて、充電用半導体スイッチ5A,5Bの入切の制御も行う。なお、充電制御装置2は、放電用半導体スイッチ6A,6Bの入切の制御も行う。
In addition, the charging
本実施の形態においても、上記図2で示した二次電池の当該現象(特性)を活用して、充電制御装置2は、次の制御を、電流発生器4に対して実施する。
Also in the present embodiment, the charging
つまり、充電制御装置2には、制御電圧値が予め設定されている。そして、当該充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が、制御電圧値に達する度に、段階的に、電流発生器4の発生電流(指定電流値)を下げる。つまり、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、即、電流発生器4の発生電流(指定電流値)をゼロにするのではなく、当該発生電流の指定電流値を段階的に下げて、定電流制御を継続する。
That is, a control voltage value is set in advance in the charging
なお、充電制御装置2には、制御電圧値よりも高い保護電圧値も、予め設定されている。そして、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が、保護電圧値に達したときに、当該保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが属する電池列1A,2Aに流れる電流のみを止める(つまり、該当する電池列1A,2Aに流れる充電電流を遮断するため、充電制御装置2は、充電用半導体スイッチ5A,5Bの何れかを切にする制御を実施する)。当該電池列1A,2Aに流れる電流を止める制御は、上記段階的に発生電流を下げる制御前(つまり、後述する初期指定電流値での定電流を流している状態)であっても、段階的に発生電流を下げる制御中(つまり、初期指定電流値以外の各指定電流値での定電流を流している状態)であっても実施される。
In the charging
ここで、保護電圧値は、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの安全性や当該二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの劣化防止の観点から設定される。つまり、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの電池電圧が保護電圧値を超えると、当該二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの安全性が担保できず、また二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの劣化が防止できない。また、制御電圧値は、保護電圧値よりも若干低め(たとえば、0.数V程度低め)に設定される。
Here, the protection voltage values are the safety of the
次に、本実施の形態2に係る二次電池充電制御システム200の動作について説明する。
Next, the operation of the secondary battery
電池群(電池列1A,2A)に対する充電を開始する。つまり、充電制御装置2からの指令に基づき、電流発生器4は、初期指定電流値I1の定電流を発生する。そして、充電用半導体スイッチ5A,5Bは共に入状態であり、発生器4は、当該発生した定電流を、電池列1A,2Aに対して流す。
Charging the battery group (
電池監視装置3Aは、電池列1Aに流れる電流値を常時検出しており、当該検出結果は、充電制御装置2へ通知される。これにより、充電制御装置2は、電池列1Aに流れている定電流が、初期指定電流値I1であることを確認できる。同様に、電池監視装置3Bは、電池列2Aに流れる電流値を常時検出しており、当該検出結果は、充電制御装置2へ通知される。これにより、充電制御装置2は、電池列2Aに流れている定電流が、初期指定電流値I1であることを確認できる。
The
また、電池監視装置3Aは、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値も各々、常時検出している。そして、電池監視装置3Aは、当該検出結果も、充電制御装置2へと通知する。同様に、電池監視装置3Bは、電池列2Aを構成する各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧値も各々、常時検出している。そして、電池監視装置3Bは、当該検出結果も、充電制御装置2へと通知する。
Further, the
充電制御装置2では、電池監視装置3A,3Bから通知された各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値と、当該充電制御装置2で予め設定されている制御電圧値との比較を行う。
In the charging
当該比較の結果、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が、いずれも、制御電圧値に達していないなら、充電制御装置2は、電流発生器4には新たな指令を行わない。これにより、電流発生器4は、初期指定電流値I1の定電流を継続的に、電池列1A,2Aに流す。
As a result of the comparison, if any single voltage value of each of the
これに対して、上記比較の結果、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nのいずれか一つでも、単電圧値が制御電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断したとする。この場合には、充電制御装置2は、電流発生器4に新たな指令を発する。これにより、電流発生器4は、発生電流を、初期指定電流値I1から指定電流値I2に下げ、当該指定電流値I2の定電流を継続的に、電池列1A,2Aに流す。ここで、初期指定電流値I1>指定電流値I2>0、である。
On the other hand, as a result of the comparison, the single voltage value has reached the control voltage value in any one of the
このように、電池列1A,2Aに流す充電電流を、初期指定電流値I1から指定電流値I2に下げることにより、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの電池電圧は、少し下がる。したがって、電池列1A、2Aに指定電流値I2の定電流を流し続けたとしても、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nのいずれかにおいて、単電圧値が直ぐに制御電圧値を超えることは無く、しばらくの間、電池列1A,2Aに指定電流値I2の定電流を流すことができる。よって、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nにおける充電容量も引き続き増加させることができる。
In this way, the
さて、上述したように、電池監視装置3Aは電池列1Aに流れる電流値を常時検出しており、電池監視装置3Bは電池列2Aに流れる電流値を常時検出しており、当該各検出結果は、充電制御装置2へ通知される。これにより、充電制御装置2は、電池列1Aおよび電池列2Aに流れている各定電流が、指定電流値I2に変化したことを確認することができる。
As described above, the
また、上述したように、電池監視装置3Aは、電池列1Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1nの単電圧値も各々、常時検出している。電池監視装置3Bは、電池列2Aを構成する各二次電池2a,2b,・・・,2nの単電圧値も各々、常時検出している。そして、電池監視装置3Aおよび電池監視装置3Bは共に、単電圧値の検出結果も、充電制御装置2へと通知する。
Further, as described above, the
充電制御装置2では、上述したように、電池監視装置3A,3Bから通知された各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値と、当該充電制御装置2で予め設定されている制御電圧値との比較を行う。
In the charging
当該比較の結果、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が、いずれも、制御電圧値に達していないなら、充電制御装置2は、電流発生器4には新たな指令を行わない。これにより、電流発生器4は、指定電流値I2の定電流を継続的に、電池列1A,2Aに流す。
As a result of the comparison, if any single voltage value of each of the
これに対して、上記比較の結果、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nのいずれか一つでも、単電圧値が制御電圧値に達したことを、充電制御装置2が再び判断したとする。この場合には、充電制御装置2は、電流発生器4に新たな指令を発する。これにより、電流発生器4は、発生電流を、指定電流値I2から指定電流値I3に下げ、当該指定電流値I3の定電流を継続的に、電池列1A,2Aに流す。ここで、指定電流値I2>指定電流値I3>0、である。
On the other hand, as a result of the comparison, the single voltage value has reached the control voltage value in any one of the
このように、電池列1A,2Aに流す充電電流を、指定電流値I2から指定電流値I3に下げることにより、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの電池電圧は、少し下がる。したがって、電池列1A,2Aに指定電流値I3の定電流を流し続けたとしても、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nのいずれかにおいて、単電圧値が直ぐに制御電圧値を超えることは無く、しばらくの間、電池列1A,2Aに指定電流値I3の定電流を流すことができる。したがって、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nにおける充電容量も引き続き増加させることができる。
In this way, the
このように、充電制御装置2は、電池群を構成する二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nのいずれかにおいて、単電圧値が制御電圧値に達する度に、電流発生器4が発生する定電流を段階的に下げる制御を繰り返し行う。
As described above, the
とろこで、電池列1A,2Aに初期指定電流値I1を流している最中または、段階的に引下げられた指定電流値I2,I3等を電池列1A,2Aに流している最中において、電池監視装置3A,3Bからの通知により、充電制御装置2が、次の判断を行ったとする。つまり、電池群を構成する二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nにおいて、単電圧値が、充電制御装置2に予め設定されている保護電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断したとする。
In the middle of passing the initial designated current value I1 to the
上記の通り、保護電圧値(>制御電圧値)は、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの安全性担保または二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの劣化防止の観点から、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの容量性能に従って選択される値である。したがって、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧が保護電圧値に達したなら、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの充電を停止する必要がある。
As described above, the protection voltage value (> control voltage value) is set to ensure the safety of the
そこで、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nにおいて、単電圧値が保護電圧値に達したことを、充電制御装置2が判断した場合には、充電制御装置2は、当該保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが属する電池列1A,2Aに直列に接続されている充電用半導体スイッチ5A,5Bに対して、スイッチ状態を切状態にする信号を送信する。
Therefore, when the charging
たとえば、二次電池1bの単電圧値が保護電圧値に達したとする。この場合には、充電制御装置2は、充電用半導体スイッチ5Aを切状態にする指令を、当該充電用半導体スイッチ5Aに対して送信する。当該指令を受けた充電用半導体スイッチ5Aは切状態となり、保護電圧値に達した二次電池1bが属する電池列1Aに流れる充電電流は、直ぐに停止する(つまり、電池列1Aに属する全二次電池1a,1b,・・・,1nの充電を停止できる)。なお、電池列2Aに属する各二次電池2a,2b,・・・,2nにおいて、単電圧値は保護電圧値に達していないので、当該電池列2Aに対する充電電流は継続的に流される。
For example, it is assumed that the single voltage value of the
他方、二次電池2nの単電圧値が保護電圧値に達したとする。この場合には、充電制御装置2は、充電用半導体スイッチ5Bを切状態にする指令を、当該充電用半導体スイッチ5Bに対して送信する。当該指令を受けた充電用半導体スイッチ5Bは切状態となり、保護電圧値に達した二次電池2nが属する電池列2Aに流れる充電電流は、直ぐに停止する(つまり、電池列2Aに属する全二次電池2a,2b,・・・,2nの充電を停止できる)。なお、電池列1Aに属する各二次電池1a,1b,・・・,1nにおいて、単電圧値は保護電圧値に達していないので、当該電池列1Aに対する充電電流は継続的に流される。
On the other hand, it is assumed that the single voltage value of the
また、二次電池1aおよび二次電池2bの単電圧値が各々、保護電圧値に達したとする。この場合には、充電制御装置2は、充電用半導体スイッチ5Aおよび充電用半導体スイッチ5Bの各々を切状態にする指令を、各充電用半導体スイッチ5A,5Bに対して送信する。当該指令を受けた充電用半導体スイッチ5A,5Bは切状態となり、保護電圧値に達した二次電池1aが属する電池列1Aおよび二次電池2bが属する電池列2Aに流れる充電電流は、直ぐに停止する(つまり、電池列1A,2Aに属する全二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの充電を停止できる)。
Further, it is assumed that the single voltage values of the
以上のように、本実施の形態2に係る二次電池充電制御システム200では、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が制御電圧値に達する度に、段階的に、電流発生器4の発生電流を下げる制御を行っている。
As described above, in the secondary battery
したがって、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、電池群に流す充電電流を直ぐに止めることはない。つまり、指定電流値は下げるものの充電電流を各電池列1A,2Aに流し続けることができ、当該充電電流の継続をしたとしても、図2に示した特性により、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が制御電圧値を超え、安全性を担保できない電圧や劣化が進む電圧値に達することが無い。
Therefore, even if the single voltage value of any of the
このように、本実施の形態では、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧値が制御電圧値に達したとしても、電池群に流す充電電流(指定電流値は段階的に下げるけれども)を継続できる。したがって、電池群を構成する容量ばらつきのある各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nに対しても、全ての二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nを満充電状態に近い状態での充電を行うことができる(つまり、電池群を構成する全二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの総充電量を増加させることができる)。
Thus, in the present embodiment, even if the single voltage value of any of the
また、本実施の形態に係る二次電池充電制御システム200では、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが、保護電圧値に達したとき、当該保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが属する電池列1A,2Aに対してのみ充電電流を停止する制御を行う。ここで、保護電圧値は、二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの安全性担保および当該二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの劣化防止の観点から選択される値である(保護電圧値>制御電圧値)。
Moreover, in the secondary battery
したがって、電池群に充電電流を流している最中において、何かしらの原因で、何れかの二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの単電圧が保護電圧値に達したとしても、当該達した時点で直ぐに、保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが属する電池列1A,2Aに対する充電を終了させることができる。よって、保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが属する電池列1A,2Aを構成する各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの過充電を防止することができ、結果として、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの安全性を担保でき、各二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nの劣化を防止できる。なお、保護電圧値に達した二次電池1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2nが存在しない電池列1A,2Aにおいては、継続的に、充電電流を流し続けることができる。
Therefore, during the flow of charging current to the battery group, the single voltage of any of the
なお、上述したように、並列に接続される電池列の数は、3つ以上の複数であっても良い(電池群は、全電池列を構成する全二次電池から成る)。複数の電池列が並列に接続される構成では、各電池列ごとに、列電流および単電圧値を検出する電池監視装置が配設され、各電池列に対して直列にスイッチ並列構成(充電用半導体スイッチと放電用半導体スイッチとの並列構成)が接続される。そして、充電制御装置2は、各電池監視装置からの検出結果を受信し、各スイッチ並列構成および電流発生器4に対して制御信号を送信する。
As described above, the number of battery rows connected in parallel may be three or more (a battery group is composed of all secondary batteries constituting all battery rows). In a configuration in which a plurality of battery rows are connected in parallel, a battery monitoring device that detects a column current and a single voltage value is provided for each battery row, and a switch parallel configuration (for charging) is connected in series to each battery row. A parallel configuration of a semiconductor switch and a discharging semiconductor switch). Then, the charging
そして、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池の単電圧値が、予め設定されている制御電圧値に達する度に、段階的に、電流発生器4の発生電流を下げる制御を行う。さらに、充電制御装置2は、電池群を構成する何れかの二次電池の単電圧値が、保護電圧値に達したとき、当該保護電圧値に達した二次電池が属する電池列に流れる充電電流を止め、当該保護電圧値に達した二次電池が存在しない電池列に対しては充電電流を継続的に流す。
Then, the
1a,1b,・・・,1n,2a,2b,・・・,2n 二次電池
1A,2A 電池列
2 充電制御装置
3A,3B 電池監視装置
4 電流発生器
5A,5B 充電用半導体スイッチ
6A,6B 放電用半導体スイッチ
100,200 二次電池充電制御システム
1a, 1b,..., 1n, 2a, 2b,..., 2n
Claims (4)
前記電池列に流す電流を発生する電流発生器と、
前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、
前記制御装置には、
制御電圧値が設定されており、
前記制御装置は、
前記電池列を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる、
ことを特徴とする二次電池充電制御システム。 A battery row in which at least two or more secondary batteries are connected in series;
A current generator for generating a current to flow through the battery array;
A control device for controlling the current generated by the current generator,
In the control device,
Control voltage value is set,
The controller is
Each time the single voltage value of any of the secondary batteries constituting the battery array reaches the control voltage value, the generated current of the current generator is lowered step by step.
A rechargeable battery charge control system.
前記制御電圧値よりも高い、保護電圧値が設定されており、
前記制御装置は、
前記電池列を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記保護電圧値に達したとき、前記電池列に流れる電流を止める、
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池充電制御システム。 In the control device,
A protection voltage value higher than the control voltage value is set,
The controller is
When the single voltage value of any of the secondary batteries constituting the battery array reaches the protection voltage value, the current flowing through the battery array is stopped.
The secondary battery charge control system according to claim 1.
前記電池群に流す電流を発生する電流発生器と、
前記電流発生器の発生電流を制御する制御装置とを、備えており、
前記制御装置には、
制御電圧値が設定されており、
前記制御装置は、
前記電池群を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記制御電圧値に達する度に、段階的に、前記電流発生器の前記発生電流を下げる、
ことを特徴とする二次電池充電制御システム。 A battery group in which at least two or more secondary batteries are connected in series, a battery group connected in parallel;
A current generator for generating a current to flow through the battery group;
A control device for controlling the current generated by the current generator,
In the control device,
Control voltage value is set,
The controller is
Each time the single voltage value of any of the secondary batteries constituting the battery group reaches the control voltage value, the generated current of the current generator is reduced stepwise.
A rechargeable battery charge control system.
前記制御電圧値よりも高い、保護電圧値が設定されており、
前記制御装置は、
前記電池群を構成する何れかの前記二次電池の単電圧値が、前記保護電圧値に達したとき、当該保護電圧値に達した前記二次電池が属する前記電池列に流れる電流を止める、
ことを特徴とする請求項3に記載の二次電池充電制御システム。 In the control device,
A protection voltage value higher than the control voltage value is set,
The controller is
When the single voltage value of any of the secondary batteries constituting the battery group reaches the protection voltage value, the current flowing through the battery array to which the secondary battery that has reached the protection voltage value belongs is stopped.
The secondary battery charge control system according to claim 3.
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