JP2000209786A - Charging/discharging device for electric power storing means and manufacture of electric power storing means using the same - Google Patents

Charging/discharging device for electric power storing means and manufacture of electric power storing means using the same

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JP2000209786A
JP2000209786A JP11008824A JP882499A JP2000209786A JP 2000209786 A JP2000209786 A JP 2000209786A JP 11008824 A JP11008824 A JP 11008824A JP 882499 A JP882499 A JP 882499A JP 2000209786 A JP2000209786 A JP 2000209786A
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尚弘 野村
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紀一 徳永
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英樹 宮崎
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昭彦 江守
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To collectively charge a plurality of electric power storing means from an AC power source and collectively discharge the storing means to the power source by providing a plurality of power converters, one of the secondary windings of which are connected to the AC side of a transformer having secondary windings and the DC sides of which are respectively connected to a plurality of electric power storing means, to an AC power source. SOLUTION: A plurality of windings are connected in series on the primary side of a transformer 2 and AC power source 1 is connected to both ends of the connected windings. In addition, the secondary-side outputs of the transformer 2 are respectively outputted to a plurality of cells through (n) sets of AC-DC converters 3. The AC power source 1 converts a DC voltage which is obtained by rectifying the AC voltage of three-phase commercial power supply 101 by means of a rectifier diode converter 102 and smoothing the rectified voltage by means of a smoothing capacitor 103 into an AC voltage having a desired frequency by means of a full-bridge converter 104. Then the power source 1 converts the AC voltage into a DC voltage and supplies charging currents to secondary batteries 4-6. The secondary-side currents of the transformer 2 are collectively controlled by means of the converter 104 by making the primary-side current of the transformer 2 coincident with a command value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電力蓄積手段の充放
電装置及びそれを用いた電力蓄積手段の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging / discharging device for power storage means and a method for manufacturing power storage means using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムイオン二次電池やニッケル水素
二次電池などでは、組み立て後の二次電池の検査や化学
反応の活性化などの目的で、単電池の充電処理や、充電
および放電処理などが施される。従来、このような組み
立て後の電池の充放電では、不良電池が検出された場合
には、個別に電池を選別する必要があることから、各電
池毎に独立した充放電電源を設け充放電を実行してい
る。特に、リチウムイオン二次電池では、充電時に定電
流充電だけでなく定電圧充電も実行する必要があり、こ
のため各電池毎に充電電流や充電電圧を設定できる個別
充電電源方式が用いられている。一方、個々の二次電池
を、電気自動車や電力貯蔵の蓄電池として用いる場合
は、単電池を直列接続した組電池とし、直列接続された
状態で、両端子に電圧を印加することで組電池を充電
し、また、電力を取り出すため放電させる。また、電池
を直列接続された状態で充電、あるいは、放電する場合
には、各電池に同じ充電電流が流れるため、各電池の容
量にばらつきがあった場合には、個々の電池電圧のばら
つきが発生する。特に、リチウムイオン二次電池では、
個々の電池電圧を、所定の値以下に保って充電する必要
がある。このため、特開平8−88944 号公報に記載され
る技術のように、多直列状態での組電池により、充放電
する方式が知られている。直列接続状態の各電池のばら
つきを抑制するため、各電池に対して個別の電源を設け
て補正している。
2. Description of the Related Art In a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary battery, for example, a charging process of a unit cell, a charging and discharging process, etc. for the purpose of inspecting the assembled secondary battery or activating a chemical reaction. Is applied. Conventionally, in charging and discharging of batteries after such assembling, if a defective battery is detected, it is necessary to individually select the batteries.Therefore, an independent charging and discharging power supply is provided for each battery to perform charging and discharging. Running. In particular, in the case of a lithium ion secondary battery, it is necessary to perform not only constant current charging but also constant voltage charging at the time of charging, and therefore, an individual charging power supply system capable of setting a charging current and a charging voltage for each battery is used. . On the other hand, when each individual secondary battery is used as a storage battery for an electric vehicle or power storage, an assembled battery in which the cells are connected in series is connected. Charge and discharge to extract power. In addition, when charging or discharging batteries in a state of being connected in series, the same charging current flows through each battery. appear. In particular, in lithium ion secondary batteries,
It is necessary to charge each battery voltage while maintaining it below a predetermined value. For this reason, there is known a method of charging / discharging using assembled batteries in a multi-series state, as in the technique described in JP-A-8-88944. In order to suppress the variation of each battery in the series connection state, each battery is corrected by providing an individual power supply.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、個々の単電池
を個別の充放電電源で充電、あるいは放電する場合に
は、同時に充電、あるいは、放電する単電池数に比例し
た充放電電源が必要となる。特に、組み立て後の二次電
池の活性化処理や検査などを目的とした充放電装置で
は、一連の充放電処理に数時間以上かかるため、二次電
池の生産効率を向上するためには、多数の充放電電源を
用いて、多数の単電池を同時に充放電する必要がある。
このため、各単電池を同様な電流,電圧パターンで充放
電すればよいにも係わらず、個別の充放電電源が多数個
必要となるという問題点がある。
However, when individual cells are charged or discharged by individual charging / discharging power supplies, a charging / discharging power supply proportional to the number of cells to be charged or discharged simultaneously is required. Become. In particular, in a charging / discharging device for the purpose of activating or inspecting a secondary battery after assembly, a series of charging / discharging processes takes several hours or more. It is necessary to charge and discharge a large number of cells at the same time using the charge / discharge power supply.
For this reason, there is a problem that a large number of individual charge / discharge power supplies are required, though each unit cell may be charged / discharged with the same current and voltage pattern.

【0004】また、電気自動車や電力貯蔵用の蓄電池へ
の応用のように、複数の単電池を直列接続した組電池と
し、この状態で、一括の充電、あるいは、放電用の電源
で、充放電する方式では、充放電中に検出された不良電
池をバイパスさせるための回路が、個々の電池毎に必要
となる。また、個々の単電池の容量ばらつきによる電圧
ばらつきを補償して、各単電池の電圧が均一になるよう
に充電、あるいは、放電するためには、各電池毎に個別
の充放電電源が必要となる。また、特に、リチウムイオ
ン二次電池では、各電池電圧を精度よく計測しながら、
充電,放電を実行する必要がある。個々の単電池を直列
接続した状態では、各電池の電圧を、差動電位で検出す
る必要があり、電圧検出のための回路が複雑になるとい
う問題点もある。
Further, as in an application to an electric vehicle or a storage battery for storing electric power, a plurality of cells are connected in series to form an assembled battery. In this state, charging and discharging are performed by a power source for collective charging or discharging. In such a method, a circuit for bypassing a defective battery detected during charging / discharging is required for each individual battery. Also, in order to compensate for voltage variations due to variations in the capacity of individual cells and charge or discharge so that the voltage of each cell becomes uniform, a separate charge / discharge power source is required for each battery. Become. In particular, in the case of lithium ion secondary batteries, while accurately measuring each battery voltage,
It is necessary to execute charging and discharging. In a state where the individual cells are connected in series, the voltage of each cell must be detected by a differential potential, and there is also a problem that a circuit for voltage detection becomes complicated.

【0005】更に、複数の電池を並列接続して充放電す
る場合には、個々の電池の容量ばらつきにより、充電、
あるいは、放電電流が均一でなくなり、各電池を満充電
できず、また、不良電池の検出,切り離しのための付加
回路が必要となる。
[0005] Further, when a plurality of batteries are connected in parallel and charged and discharged, charging and discharging may occur due to variations in the capacity of each battery.
Alternatively, the discharge current is not uniform, each battery cannot be fully charged, and an additional circuit for detecting and disconnecting a defective battery is required.

【0006】本発明は上記の課題を考慮してなされたも
のである。
The present invention has been made in consideration of the above problems.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による電力蓄積手
段の充放電装置は、交流電源と、交流電源が接続される
一次巻線及び複数の二次巻線を有する変圧装置と、各々
の交流側が複数の二次巻線の内の一つに接続され、各々
の直流側が複数の電力蓄積手段の内の一つに接続される
複数の電力変換器と、を備える。
According to the present invention, there is provided a charge / discharge device for power storage means, comprising: an AC power source; a transformer having a primary winding and a plurality of secondary windings to which the AC power source is connected; And a plurality of power converters, each of which is connected to one of the plurality of secondary windings, and each DC side is connected to one of the plurality of power storage means.

【0008】本発明によれば、交流電源が接続される変
圧装置の複数の二次巻線のそれぞれに電力蓄積手段が接
続されるので、交流電源による複数の電力蓄積手段の一
括充電または電力蓄積手段から交流電源への一括放電が
可能になる。
According to the present invention, since the power storage means is connected to each of the plurality of secondary windings of the transformer connected to the AC power supply, the AC power supply collectively charges or stores the power in the plurality of power storage means. Batch discharge from the means to the AC power supply becomes possible.

【0009】なお、本発明による電力蓄積手段の充放電
装置には、充電機能を有する装置,放電機能を有する装
置および両機能を有する装置が含まれる。また、交流電
源としては、交流電力を出力する各種のものが適用でき
るが、変圧装置の一次巻線に接続される電力変換器部を
有するものであることが好ましい。この場合、一次巻線
に流れる電流が電流指令値になるように電力変換器部を
制御することにより、複数の電力蓄積手段の充電または
放電を一括して制御することができる。さらに、電力蓄
積手段としては、二次電池,複数の単位二次電池が直列
接続された組電池,電気二重層蓄電器,コンデンサ,燃
料電池などがある。
The charging / discharging device of the power storage means according to the present invention includes a device having a charging function, a device having a discharging function, and a device having both functions. As the AC power source, various types that output AC power can be used, but it is preferable that the AC power source has a power converter connected to the primary winding of the transformer. In this case, by controlling the power converter unit so that the current flowing through the primary winding becomes the current command value, charging or discharging of the plurality of power storage units can be controlled collectively. Further, examples of the power storage means include a secondary battery, an assembled battery in which a plurality of unit secondary batteries are connected in series, an electric double layer capacitor, a capacitor, and a fuel cell.

【0010】上記のような本発明による電力蓄積手段の
充放電装置において、交流電源を電力変換器部を備える
ものとし、さらに電動機と、電力変換器部から電力を供
給されかつ電動機を駆動するインバータと、を備えるこ
とにより、電動機駆動システムを構築できる。また、上
記のような本発明による電力蓄積手段の充放電装置にお
いて、交流電源を電力系統に接続すれば、電力貯蔵シス
テムを構築できる。
In the charging / discharging device for power storage means according to the present invention as described above, the AC power supply is provided with a power converter section, and further, an electric motor and an inverter supplied with power from the power converter section and driving the motor. , A motor drive system can be constructed. Further, in the charging / discharging device of the power storage means according to the present invention as described above, if an AC power supply is connected to a power system, a power storage system can be constructed.

【0011】次に、本発明による電力蓄積手段の製造方
法は、複数の電力蓄積手段の本体を組み立てる第1の工
程と、上記のような本発明による電力蓄積手段の充放電
装置における複数の電力変換器の各々の直流側に、組み
立てられた複数の電力蓄積手段の内の一つを接続する第
2の工程と、本発明による電力蓄積手段の充放電装置に
よって、複数の電力蓄積手段に初期充電または初期放電
あるいはエージング処理を施す第3の工程と、を含む。
本発明によれば、電力蓄積手段の製造工程において、交
流電源により複数の電力蓄積手段を一括して初期充電ま
たは初期放電あるいはエージング処理が可能になる。好
ましくは、交流電源を、変圧装置の一次巻線に接続され
る電力変換器部を有するものとする。この場合、一次巻
線に流れる電流が電流指令値になるように電力変換器部
を制御することにより、複数の電力蓄積手段の初期充電
または初期放電あるいはエージング処理を一括して制御
することができる。
Next, the method of manufacturing the power storage means according to the present invention comprises the first step of assembling the main bodies of the plurality of power storage means, and the plurality of power sources in the charging / discharging device of the power storage means as described above. A second step of connecting one of the assembled plurality of power storage means to each DC side of the converter, and initially charging the plurality of power storage means by the charging / discharging device of the power storage means according to the present invention. Charging, initial discharge, or aging.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a manufacturing process of a power storage means, it becomes possible to collectively perform initial charging or initial discharging or aging processing of a plurality of power storage means by an AC power supply. Preferably, the AC power supply has a power converter connected to the primary winding of the transformer. In this case, by controlling the power converter unit so that the current flowing through the primary winding becomes the current command value, it is possible to control the initial charging or initial discharging or the aging process of the plurality of power storage units collectively. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明による第1の実施例
として、n個(n:2以上)の二次電池を一括して充電
する場合について、図1により説明する。図1におい
て、交流電源1の出力が変圧器としてのトランス2の一
次側に接続されており、前記トランス2にはn個の二次
巻線、201,202,203が出力されている。ここ
で、トランス2は、複数のトランスの各一次巻線が直列
接続されており、その両端に交流電源1の出力が印加さ
れる。また、トランス2の各二次側出力は、n個の個別
の交流/直流変換器からなる交流/直流変換手段3を介
して、複数の単電池に出力されている。交流電源1は、
三相商用電源101の交流電圧を整流ダイオードコンバ
ータ102で整流し、その出力を平滑コンデンサ103
で平滑して得られる直流電圧を、フルブリッジコンバー
タ104で所望の周波数の交流電圧に変換することによ
り得られる。ここで、商用三相電源の電圧がAC200
Vのとき、直流電圧は280V程度となる。また、フル
ブリッジコンバータは半導体スイッチング素子であるI
GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)により構
成されており、交流出力電圧の周波数は20kHzとす
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a first embodiment according to the present invention, a case in which n (n: 2 or more) secondary batteries are collectively charged will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, an output of an AC power supply 1 is connected to a primary side of a transformer 2 as a transformer, and the transformer 2 outputs n secondary windings 201, 202, and 203. Here, the transformer 2 has primary windings of a plurality of transformers connected in series, and the output of the AC power supply 1 is applied to both ends of the primary winding. Each secondary output of the transformer 2 is output to a plurality of unit cells via an AC / DC converter 3 composed of n individual AC / DC converters. AC power supply 1
The AC voltage of the three-phase commercial power supply 101 is rectified by the rectifier diode converter 102 and the output is
Is obtained by converting a DC voltage obtained by smoothing the AC voltage into an AC voltage having a desired frequency by the full bridge converter 104. Here, the voltage of the commercial three-phase power supply is AC200
At V, the DC voltage is about 280V. The full-bridge converter is a semiconductor switching element I
It is constituted by a GBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and the frequency of the AC output voltage is 20 kHz.

【0013】トランス2の二次側回路は、各電池毎に設
けられた整流ダイオードブリッジ311,321,33
1、および各ダイオードブリッジの直流出力に接続され
るリアクトル312,322,332から構成されてお
り、トランス二次側の交流電圧を直流電圧に変換して、
各二次電池4,5,6に充電電流を供給する。ここで、
トランスの一次側と二次側とで個々に結合された巻線の
巻数比を1:aに設定したとき、直列接続された一次側
巻線の電流と、トランス二次側のそれぞれの出力の電流
との比はa:1となる。各電池電圧や内部抵抗などのば
らつきによらず、トランスの一次側電流と複数の二次側
電流とは、この関係を保って流れる。従って、トランス
の一次側電流を所望の指令値に一致するようにフルブリ
ッジコンバータ104を制御することにより、トランス
二次側の電流を一括して制御できる。また、各二次回路
には整流ダイオードブリッジ311,321,331の
出力を短絡するスイッチY11,Y21,Y31と、各
電池4,5,6との接続を切り離すためのスイッチY1
2,Y22,Y32とがそれぞれ設けられており、個別
制御装置304からの個別制御信号313,323、3
33に従って、これら各スイッチをオン/オフ制御す
る。
The secondary circuit of the transformer 2 includes rectifier diode bridges 311, 321, 33 provided for each battery.
1, and reactors 312, 322, and 332 connected to the DC output of each diode bridge. The AC voltage on the secondary side of the transformer is converted into a DC voltage.
A charging current is supplied to each of the secondary batteries 4, 5, and 6. here,
When the turns ratio of the windings individually coupled on the primary side and the secondary side of the transformer is set to 1: a, the current of the primary side winding connected in series and the output of each output of the transformer secondary side are set. The ratio with the current is a: 1. The primary current of the transformer and the plurality of secondary currents flow while maintaining this relationship regardless of variations in each battery voltage, internal resistance, and the like. Therefore, by controlling the full-bridge converter 104 so that the primary current of the transformer matches a desired command value, the current on the secondary side of the transformer can be controlled collectively. In each of the secondary circuits, switches Y11, Y21, and Y31 for short-circuiting the outputs of the rectifier diode bridges 311, 321, and 331 and switches Y1 for disconnecting the batteries 4, 5, and 6 from each other.
2, Y22, and Y32, respectively, and individual control signals 313, 323, and 3 from the individual control device 304 are provided.
According to 33, these switches are turned on / off.

【0014】次に、動作波形を図2に示す。フルブリッ
ジコンバータ104は、20kHzの高周波で交番する
交流電圧を出力する。図2(a)に示すように、フルブ
リッジコンバータ104の出力周波数と同じ周波数の三
角波状の搬送波信号と、正側電圧指令および負側電圧指
令を表す信号とを比較することにより、IGBTのゲー
ト駆動信号s1,s2,s3,s4を得る。ここで、s
1とs3,s2とs4とは、それぞれ相補にオン/オフ
させるため、数μs程度の非ラップ期間を設けている。
この信号でフルブリッジコンバータ104のIGBTを
駆動することにより、図2(c)に示す交流電圧が得ら
れる。この交流出力は、波高値がVdc,周期が50μ
sで、通流率が正側,負側の電圧指令の大きさに比例す
る矩形波電圧となる。通流率を変えたときの交流電圧波
形例を図3(a),(b)に示す。この交流電圧をトラン
ス2の一次側に印加することにより、各二次側出力に
は、一次側電圧を多直列数nで分圧した電圧が出力され
る。二次側出力の電圧分担は各電池電圧などに依存して
決定される。この二次側電圧を、整流ダイオードブリッ
ジ311,321,331で整流して直流電圧に変換
し、この電圧と電池電圧との差によりリアクトル31
2,322,332を介して充電電流を流す。フルブリ
ッジコンバータ104から見たとき、トランス2の二次
回路の各電池は交流を介して直列に接続されている。従
って、一次側に流れる電流と各二次回路に接続された電
池への充電電流とは巻数比の関係にあり、また、各電池
毎の充電電流は電池電圧や内部抵抗などが電池毎にばら
ついていても等しい。従って、フルブリッジコンバータ
104の電流を制御することにより、各電池への充電電
流を制御できる。このときの、トランス一次側の交流電
流と各電池への充電電流の波形を図4(d),(e)に示
す。これより、充電電流とトランス一次側の交流電流と
は、フルブリッジコンバータ104へのゲート信号のう
ち、s4およびs1がオン、あるいは、s2およびs3
がオンの期間で一致する。そこで、交流電流を、図4
(f)に示すように、ゲート信号生成用搬送波信号の最
少振幅時点(三角波状の搬送波信号の谷)に同期して電
流検出器105(本実施例ではCT)により検出し、そ
の検出値を次の検出時点まで保持することにより、トラ
ンス一次側の交流電流から、各電池への充電電流を検出
できる。このトランス一次側の電流検出値を用いて、フ
ルブリッジコンバータの通流率を電流検出値が充電電流
指令値になるように制御することにより、トランス二次
側に接続された二次電池の充電電流を、各電池の電圧や
内部抵抗などのばらつきがあっても、各電池間で同じ値
の充電電流に制御できる。ここで、トランスの二次側は
それぞれ絶縁されるため、それぞれの電池は、個別に端
子の片側を共通電位に接地できるため、電池電圧の検出
を、各電池とも共通電位に対して測定できる。
Next, operation waveforms are shown in FIG. The full bridge converter 104 outputs an alternating voltage having a high frequency of 20 kHz. As shown in FIG. 2A, by comparing a triangular carrier signal having the same frequency as the output frequency of the full-bridge converter 104 with a signal representing the positive voltage command and the negative voltage command, the gate of the IGBT is obtained. The drive signals s1, s2, s3, and s4 are obtained. Where s
1 and s3, s2 and s4 each have a non-lap period of about several μs in order to turn on / off complementarily.
By driving the IGBT of the full bridge converter 104 with this signal, an AC voltage shown in FIG. 2C is obtained. This AC output has a peak value of Vdc and a period of 50μ.
At s, the conduction ratio becomes a rectangular wave voltage proportional to the magnitude of the positive and negative voltage commands. FIGS. 3A and 3B show examples of AC voltage waveforms when the conduction ratio is changed. By applying this AC voltage to the primary side of the transformer 2, a voltage obtained by dividing the primary side voltage by the number n of multiple series is output to each secondary side output. The voltage sharing of the secondary side output is determined depending on each battery voltage and the like. This secondary voltage is rectified by the rectifier diode bridges 311, 321, and 331 and converted into a DC voltage.
2, 322, 332 to allow a charging current to flow. When viewed from the full bridge converter 104, the batteries of the secondary circuit of the transformer 2 are connected in series via an alternating current. Therefore, the current flowing to the primary side and the charging current to the batteries connected to each secondary circuit have a relationship of the turns ratio, and the charging current for each battery varies in battery voltage and internal resistance for each battery. Are equal. Therefore, by controlling the current of the full bridge converter 104, the charging current to each battery can be controlled. The waveforms of the AC current on the primary side of the transformer and the charging current to each battery at this time are shown in FIGS. Thus, the charging current and the AC current on the primary side of the transformer are obtained by turning on s4 and s1 or s2 and s3 in the gate signal to the full bridge converter 104.
Are matched during the period when they are on. Therefore, the alternating current is
As shown in (f), the current is detected by the current detector 105 (CT in this embodiment) in synchronization with the minimum amplitude point (valley of the triangular carrier signal) of the carrier signal for gate signal generation, and the detected value is obtained. By holding the current until the next detection point, the charging current to each battery can be detected from the AC current on the primary side of the transformer. By controlling the duty ratio of the full-bridge converter using the current detection value of the transformer primary side so that the current detection value becomes the charging current command value, the charging of the secondary battery connected to the transformer secondary side is performed. The current can be controlled to the same value of the charging current among the batteries even if there is a variation in the voltage and internal resistance of each battery. Here, since the secondary side of the transformer is insulated, each of the batteries can be individually grounded on one side of the terminal to a common potential, so that the battery voltage can be detected with respect to the common potential for each battery.

【0015】次に、本実施例では、電池をトランスを介
して直列接続した状態で充電するため、充電中に不良電
池が検出された場合には、該当する電池を二次回路から
切り離し、それ以外の電池の充電を継続する必要があ
る。また、充電中に電池電圧のばらつきが発生した場合
には、各電池の充電電流を個別にバイパスさせ、各電池
毎に充電電流を調整する必要がある。このときの動作波
形を図5に示す。いま、フルブリッジコンバータ104
の出力電流をIc、各電池への充電電流をI1,I2,
…,Inとする。ここで、各二次回路側のスイッチY1
1,Y21,Y31がオフで、スイッチY12,Y2
2,Y32がオンのとき、各電池は通常に充電される。
これに対して、第1番目の二次回路のスイッチY11を
オンすることにより、該当する二次回路を短絡でき、充
電電流はスイッチY11側に流れ、電池4をバイパスで
きる。パイパス後、スイッチY22をオフすることで、
電池を充電回路から切り離すことができる。ここで、ス
イッチY11として、パワーMOSFET(Metal Oxide Semic
onductor Field Effect Transistor)のような半導体ス
イッチング素子を用いれば、各電池電流のパイパスをき
め細かく制御でき、これにより各二次回路の電流を補償
できる。なお、スイッチY11,Y21,Y31を個別に
オン/オフさせることで、フルブリッジコンバータ10
4から見たときの負荷は変化するが、フルブリッジコン
バータ104の出力電流を制御することにより、フルブ
リッジコンバータ104の出力電流を所望の値に制御で
きる。
Next, in this embodiment, since the batteries are charged in a state of being connected in series via a transformer, if a defective battery is detected during charging, the battery is disconnected from the secondary circuit, and It is necessary to continue charging other batteries. In addition, when the battery voltage varies during charging, it is necessary to individually bypass the charging current of each battery and adjust the charging current for each battery. The operation waveform at this time is shown in FIG. Now, full bridge converter 104
Is the output current of Ic, and the charging current to each battery is I1, I2,
..., In. Here, the switch Y1 on each secondary circuit side
1, Y21 and Y31 are off and switches Y12 and Y2
2. When Y32 is on, each battery is charged normally.
On the other hand, by turning on the switch Y11 of the first secondary circuit, the corresponding secondary circuit can be short-circuited, the charging current flows to the switch Y11 side, and the battery 4 can be bypassed. After the bypass, by turning off the switch Y22,
The battery can be disconnected from the charging circuit. Here, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor) is used as the switch Y11.
By using a semiconductor switching element such as an onductor field effect transistor), the bypass of each battery current can be finely controlled, thereby compensating the current of each secondary circuit. By turning on / off the switches Y11, Y21, Y31 individually, the full-bridge converter 10
4, the load varies, but by controlling the output current of the full-bridge converter 104, the output current of the full-bridge converter 104 can be controlled to a desired value.

【0016】以上、詳述したように、本実施例によれ
ば、一次側を多直列接続したトランスにより、トランス
二次側の複数の電池を直列接続状態で一括して充電でき
るため、各電池毎の電源で個別に充電する場合に比べ
て、回路構成が簡単になるという利点がある。また、電
池電圧が直列に接続された状態で充電するため、電流を
増やすことなく複数個の電池を纏めて充電でき、効率よ
く一括充電できるという利点がある。また、トランスの
二次側に接続される電池は、各々絶縁されているため、
各電池の電圧を共通電位に対して計測することができ、
複数個の電池電圧の計測が容易という利点もある。ま
た、トランス一次側の電流をフルブリッジコンバータの
スイッチング動作に同期して検出し、その結果を用いて
フルブリッジコンバータの出力電流の大きさを所望の充
電電流指令値に一致するよう制御することにより、二次
側回路の個数によらず、一括して充電電流を制御できる
という利点がある。また、フルブリッジコンバータの通
流率制御による電流リプルのほぼ中点の値を電流検出値
として検出できるため、充電電流の電流リプルの影響を
除去した電流検出を実行できるという利点がある。ま
た、本実施例によれば、充電中であっても不良が検出さ
れた任意の電池を充電回路から切り離すことができるた
め、それ以外の電池の充電を継続しながら不良電池の切
り離しができる。また、充電電流をパイパスさせる機能
を用いて各電池の充電電流を個別に補償し、電池電圧の
ばらつきを補正できるという利点もある。
As described above in detail, according to the present embodiment, a plurality of batteries on the secondary side of the transformer can be collectively charged in a series connection state by the transformer having the primary side connected in multiple series. There is an advantage that the circuit configuration is simplified as compared with the case where charging is performed individually with each power supply. Further, since the battery is charged in a state where the battery voltages are connected in series, there is an advantage that a plurality of batteries can be collectively charged without increasing the current, and the batch charging can be efficiently performed. Also, since the batteries connected to the secondary side of the transformer are each insulated,
The voltage of each battery can be measured against a common potential,
There is also an advantage that measurement of a plurality of battery voltages is easy. Also, by detecting the current on the primary side of the transformer in synchronization with the switching operation of the full-bridge converter, and using the result to control the magnitude of the output current of the full-bridge converter to match the desired charging current command value. There is an advantage that the charging current can be controlled collectively regardless of the number of secondary circuits. Further, since the value of the substantially middle point of the current ripple due to the duty ratio control of the full bridge converter can be detected as the current detection value, there is an advantage that the current detection in which the influence of the current ripple of the charging current is removed can be executed. Further, according to the present embodiment, any battery in which a failure is detected can be disconnected from the charging circuit even during charging, so that the defective battery can be disconnected while charging other batteries is continued. In addition, there is an advantage that the charging current of each battery is individually compensated for by using a function of bypassing the charging current, so that variations in battery voltage can be corrected.

【0017】次に、本発明の第2の実施例を図6により
説明する。各電池、4,5,6の出力に対してリアクト
ル312,322,332がそれぞれ接続されており、
その出力をフルブリッジコンバータ315,325,3
35で交流電圧に変換し、それぞれをトランスの複数の
二次側巻線に供給する。ここでフルブリッジコンバータ
はパワーMOSFETにより構成されている。トランス2は、
一次側巻線が、対応する二次側巻線に対して、多直列に
接続されており、一次側の出力電圧をコンバータ10
7、その制御回路108で昇圧チョッパ動作させること
により、各電池に充電された電力を平滑コンデンサ10
3,回生コンバータ109,リアクトル110を介し
て、電源101に回生する。このときの各電池毎のフル
ブリッジコンバータ315,325,335のゲート信
号、および、コンバータ107側のゲート信号を、それ
ぞれ、図7に示す。図7(c),(d)に示すように、コ
ンバータ107は所定のチョッパ周期で負側アームのI
GBT素子のゲート信号s3,s4をオン/オフする。
ここで、s3,s4のオン期間は、トランス二次側の電
池がリアクトル312,322,332を介して、短絡
状態となる。一方、s3,s4のオフ期間は、各電池毎
のリアクトルに蓄積された電力が平滑コンデンサ103
側に放出される。ここで、各電池毎のフルブリッジコン
バータ315,325,335は、各電池の直流電圧
を、周波数、および、大きさが固定された交流電圧(こ
こで交流電圧の大きさは電池電圧に比例)に変換する。
このため、コンバータ107のゲート信号発生用搬送波
信号に同期して、図7(a),(b)に示すように、すべ
ての電池のフルブリッジコンバータに対して同じゲート
信号を与える。また、フルブリッジコンバータ315,
325,335のパワーMOSFETのオン/オフ切り換え時
に、上下アームを短絡させる短絡期間信号を与える。こ
れにより、各電池毎のリアクトルの電流を、交流電流の
正負の極性切り換え時でも連続に制御できる。また、こ
の短絡信号を、コンバータ107のチョッパ制御信号の
オン期間に同期するように設定することにより、昇圧チ
ョッパのオン期間にフルブリッジコンバータの極性切り
換え時の短絡期間を設けることができる。これにより、
昇圧チョッパ動作に影響を与えることなく、各電池毎に
電池電圧を交流変換し、各電池をトランス2で多直列に
結合した状態で、一括して放電を実行できる。また、放
電時においても、昇圧チョッパのオン期間に同期して、
トランス一次側の交流電流を検出することにより、各電
池の放電電流に対応した電流値を、トランス一次側での
電流検出により実行できる。これらの動作は、一括充電
時のトランス一次側からの充電電流検出と同様な関係と
なる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reactors 312, 322, and 332 are connected to the outputs of each battery, 4, 5, and 6, respectively.
The output is converted to full bridge converters 315, 325, 3
At 35, the voltage is converted to an AC voltage and supplied to a plurality of secondary windings of a transformer. Here, the full bridge converter is constituted by a power MOSFET. Transformer 2
Primary windings are connected in series with the corresponding secondary windings, and the primary output voltage is
7. The booster chopper operation of the control circuit 108 reduces the power charged in each battery to the smoothing capacitor 10
3. Regenerate to the power supply 101 via the regenerative converter 109 and the reactor 110. FIG. 7 shows the gate signals of the full-bridge converters 315, 325, and 335 and the gate signal of the converter 107 for each battery at this time. As shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d), converter 107 has a negative chopper cycle at a predetermined chopper cycle.
The gate signals s3 and s4 of the GBT element are turned on / off.
Here, during the ON period of s3 and s4, the battery on the secondary side of the transformer is in a short-circuit state via the reactors 312, 322 and 332. On the other hand, during the off periods of s3 and s4, the power accumulated in the reactor of each battery is reduced by the smoothing capacitor 103.
Released to the side. Here, the full bridge converters 315, 325, and 335 for each battery convert the DC voltage of each battery into an AC voltage having a fixed frequency and magnitude (the magnitude of the AC voltage is proportional to the battery voltage). Convert to
For this reason, as shown in FIGS. 7A and 7B, the same gate signal is given to the full-bridge converters of all the batteries in synchronization with the carrier signal for generating a gate signal of the converter 107. In addition, full bridge converter 315,
When the power MOSFETs 325 and 335 are turned on / off, a short-circuit period signal for short-circuiting the upper and lower arms is given. Thus, the current of the reactor of each battery can be controlled continuously even when the polarity of the AC current is switched between positive and negative. Further, by setting this short-circuit signal so as to synchronize with the on-period of the chopper control signal of converter 107, a short-circuit period for switching the polarity of the full-bridge converter can be provided in the on-period of the boost chopper. This allows
The battery voltage can be AC-converted for each battery without affecting the step-up chopper operation, and discharge can be performed collectively in a state where the batteries are connected in multiple series by the transformer 2. Also, at the time of discharging, in synchronization with the ON period of the boost chopper,
By detecting the AC current on the primary side of the transformer, a current value corresponding to the discharge current of each battery can be executed by detecting the current on the primary side of the transformer. These operations have the same relationship as the detection of the charging current from the primary side of the transformer during the batch charging.

【0018】以上、詳述したように、第2の実施例によ
れば、電池電圧を交流に変換して、その電圧をトランス
で直列に結合した状態で昇圧チョッパ制御を実行できる
ため、個々の電池に対して放電用電源を設けることな
く、一括放電を実行でき、簡単な制御で、一括放電を実
行できる。また、昇圧チョッパ制御のためのゲート信号
と、各電池を交流電圧に変換するためのフルブリッジコ
ンバータとのゲート信号を同期させることにより、各電
池電圧の交流変換にともなう短絡期間の影響を受けるこ
となく一括放電を実行できるという利点がある。
As described in detail above, according to the second embodiment, the step-up chopper control can be executed in a state where the battery voltage is converted into an alternating current and the voltage is connected in series with a transformer. Batch discharge can be performed without providing a discharge power source for the battery, and batch discharge can be performed with simple control. In addition, by synchronizing the gate signal for boost chopper control and the gate signal with the full-bridge converter for converting each battery to AC voltage, the short circuit period accompanying the AC conversion of each battery voltage is affected. There is an advantage that the collective discharge can be performed without any problem.

【0019】本発明の第3の実施例を図8により説明す
る。一括充放電用フルブリッジコンバータ104,各電
池毎のフルブリッジコンバータ315,325,335
が、第1,第2の実施例と異なる。このように、両者の
コンバータをフルブリッジコンバータとすることによ
り、それらに対するゲート信号を制御することで、一括
充電,一括充電、および不良電池の切り離し、一括充
電、および個別充電制御,一括放電,一括放電、および
個別放電制御を、それぞれ実行できる。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Full-bridge converter 104 for batch charging and discharging, full-bridge converters 315, 325, 335 for each battery
However, this is different from the first and second embodiments. In this way, by using both converters as full-bridge converters and controlling gate signals for them, collective charge, collective charge, and separation of defective batteries, collective charge, individual charge control, collective discharge, collective Discharge and individual discharge control can be respectively performed.

【0020】以上、述べたように、第3の実施例によれ
ば、同一の回路構成で各ゲート信号を制御することによ
り、各動作モードでの充放電制御を切り換えて実行でき
るという利点がある。
As described above, according to the third embodiment, there is an advantage that the charge / discharge control in each operation mode can be switched and executed by controlling each gate signal with the same circuit configuration. .

【0021】本発明の第4の実施例を図9により説明す
る。本実施例では、図1に示す第1の実施例に、各電池
毎の個別放電電源7が付け加わった構成となっている。
個別放電電源は、個別直流/交流変換器3の各出力(す
なわち、各電池の端子間)と、平滑コンデンサ103と
の間に接続されている。また、個別放電電源は、各々、
電流制御された絶縁形スイッチング電源により構成され
ている。本構成において、充電時には、フルブリッジコ
ンバータ104により各電池に対する一括充電電流Ic2
が供給される。一方、個別放電電源に対しては、個別電
流指令値が与えられ、これに従って、Id1,Id2,Id3
の電流を、各電池から平滑コンデンサ側に回生する。従
って、各電池への充電電流は、一括充電電流値Ic2か
ら、個別放電電源への電流Id1,Id2,Id3を引いた電
流となる。これより、一括充電時に、個別放電電源を動
作させることにより、各電池の充電電流を、各電池容量
ばらつきに応じて補正することができる。一方、各電池
の放電時には、個別放電電源7により各電池から放電電
流Id1,Id2,Id3を電源101側に回生することがで
きる。これにより、一括充電,個別充電制御,個別放電
を実行できる。このときの動作波形を図10に示す。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has a configuration in which an individual discharge power source 7 for each battery is added to the first embodiment shown in FIG.
The individual discharge power supply is connected between each output of the individual DC / AC converter 3 (that is, between terminals of each battery) and the smoothing capacitor 103. In addition, the individual discharge power supplies
It consists of a current-controlled insulated switching power supply. In the present configuration, at the time of charging, the batch charging current Ic2 for each battery is
Is supplied. On the other hand, an individual current command value is given to the individual discharge power supply, and Id1, Id2, Id3
Is regenerated from each battery to the smoothing capacitor side. Therefore, the charging current to each battery is a current obtained by subtracting the currents Id1, Id2, Id3 to the individual discharging power supplies from the collective charging current value Ic2. Thus, by operating the individual discharge power supply at the time of batch charging, the charging current of each battery can be corrected according to each battery capacity variation. On the other hand, when each battery is discharged, the discharge currents Id1, Id2, and Id3 can be regenerated from the batteries by the individual discharge power source 7 to the power source 101 side. Thereby, collective charging, individual charging control, and individual discharging can be performed. The operation waveform at this time is shown in FIG.

【0022】以上、詳述したように、第4の実施例によ
れば、一括充電時の個別充電制御も含めた補償を、放電
用の個別放電電源により実行できるので、簡単な回路構
成で充放電制御を達成できる。また、放電用に昇圧比の
大きな個別電源を用いるため、電池電圧が小さい状態も
含めて、広い電池電圧範囲で、各電池の放電制御を実行
できるという利点もある。
As described in detail above, according to the fourth embodiment, the compensation including the individual charging control at the time of the batch charging can be executed by the individual discharging power supply for discharging, so that the charging can be performed with a simple circuit configuration. Discharge control can be achieved. In addition, since an individual power supply having a large boost ratio is used for discharging, there is an advantage that discharge control of each battery can be performed in a wide battery voltage range including a state where the battery voltage is low.

【0023】次に、本発明による第5の実施例を図11
に示す。図9の第4の実施例と異なるところは、一括充
放電できる充放電装置に対して、各電池毎に放電が可能
な個別放電用の電源を付加したところにある。本実施例
によれば、一括充電,一括放電可能なフルブリッジコン
バータに対して個別放電用電源を付加するため、個別放
電用の電源容量を、電池の容量ばらつきを補正できる程
度の小さな容量に抑制できるという利点がある。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
Shown in The difference from the fourth embodiment of FIG. 9 lies in that a power supply for individual discharge capable of discharging for each battery is added to a charge / discharge device capable of collectively charging / discharging. According to the present embodiment, since the power supply for individual discharge is added to the full-bridge converter capable of batch charge and collective discharge, the power capacity for individual discharge is suppressed to a small capacity that can correct the variation in battery capacity. There is an advantage that you can.

【0024】以上、述べたように、第5の実施例によれ
ば、個別放電用電源を容量ばらつきの補正用程度の小さ
な容量に制限できるという利点がある。
As described above, according to the fifth embodiment, there is an advantage that the power supply for individual discharge can be limited to a small capacity for correcting a variation in capacity.

【0025】本発明による第6の実施例の構成を図12
に示す。図8に示す第3の実施例に対して、トランス8
の構成と、個別交流/直流変換手段3に、各変換器31
5,…と各電池4…との間に接続される双方向チョッパ
回路318,328,338を付加したところが異な
る。ここで、トランス8は一次巻線に対して複数の二次
巻線が並列に接続された構成であり、トランス2が多直
列接続であったのに対して、本実施例では多並列接続さ
れている。本実施例では、充電時はフルブリッジコンバ
ータ104の交流出力電圧が、複数の二次側巻線に対し
て並列に出力される。ここでフルブリッジコンバータ1
04には出力電圧設定値が指令され、この設定値に従っ
て交流出力電圧を出力する。個別交流/直流変換器3
は、トランス8の各出力電圧を入力として各電池を個別
に充放電制御することにより、各電池を充放電制御す
る。一方、放電時には、フルブリッジコンバータ104
は各IGBTに対するゲート信号がオフされ、整流ダイオー
ドブリッジとして動作する。各電池の放電電流は、個別
交流/直流変換器3により交流に変換され、トランス8
により並列に結合される。フルブリッジコンバータ10
4の整流ダイオード動作により各電池の放電電流が一括
されて平滑コンデンサ103側に回生され、電源回生コ
ンバータ109により商用電源101に電源回生する。
FIG. 12 shows the configuration of the sixth embodiment according to the present invention.
Shown in In contrast to the third embodiment shown in FIG.
Of each converter 31 and the individual AC / DC converter 3
And the bidirectional chopper circuits 318, 328, and 338 connected between the batteries 4. Here, the transformer 8 has a configuration in which a plurality of secondary windings are connected in parallel to a primary winding, and the transformer 2 is connected in multiple series in the present embodiment, whereas the transformer 2 is connected in multiple series. ing. In the present embodiment, during charging, the AC output voltage of the full bridge converter 104 is output in parallel to a plurality of secondary windings. Here full bridge converter 1
An output voltage set value is instructed at 04, and an AC output voltage is output according to the set value. Individual AC / DC converter 3
Controls the charging and discharging of each battery by individually controlling the charging and discharging of each battery using each output voltage of the transformer 8 as an input. On the other hand, during discharging, the full bridge converter 104
The gate signal for each IGBT is turned off and operates as a rectifier diode bridge. The discharge current of each battery is converted into AC by an individual AC / DC converter 3, and the
Are connected in parallel. Full bridge converter 10
The discharge current of each battery is collectively regenerated to the smoothing capacitor 103 side by the rectifying diode operation of 4, and the power is regenerated to the commercial power supply 101 by the power regeneration converter 109.

【0026】本実施例での充電時の動作波形を図13に
示す。図13(a)〜(c)の動作は、実施例1〜5での多
直列接続方式の場合と同様であるが、フルブリッジコン
バータ104に対する出力電圧指令値は、出力電圧設定
値として直接与えられる。ここで、出力電圧設定値は各
電池電圧の大きさに従って設定される。すなわち、充電
初期は電池電圧も小さいためフルブリッジコンバータ1
04に対する出力電圧設定値は小さく、満充電近傍では
出力電圧設定値は大きい値となる。一方、個別充放電制
御307では、各電池の電流検出手段319,329,
339により各電池の充放電電流を検出し、双方向チョ
ッパ回路318,328,339の正側アームのパワー
MOSFETのゲート信号m11,m21,…,mn1を制御
する。この動作波形を図13(d)に示す。すなわち、各
電池毎の個別充放電制御307の結果として個別制御量
が演算され、鉅歯状波とレベル比較することによりm1
1,m21,…,mn1信号を得る。これにより、m1
1,m21,…,mn1がオフの期間では、フルブリッ
ジコンバータ104により生成される交流電圧がオフさ
れるため、各電池毎に充電用の電圧を補正することがで
きる。そのときの交流出力波形を図13(g)に示す。
図13(c)に示すフルブリッジコンバータの出力電圧
に対して、図13(f)の個別補正量だけ交流電圧の通
流率が補正されている。この補正を各電池毎に実行する
ことにより、各電池電圧のばらつきやトランスの電圧分
担のばらつきなどを補正して、各電池への充電電流が所
望の値に保たれるように補償する。このときの個別充電
電流の波形を図13(f)に示す。これにより、本実施
例のようにトランスを介して多並列接続された複数の二
次側回路に流す電流を一定に制御できる。また、各電池
毎の充電電流を補正する場合でも、この双方向チョッパ
回路318,328,338の電圧調整機能を用いて、
各電池への充電電流を制御できる。
FIG. 13 shows operation waveforms at the time of charging in this embodiment. The operations in FIGS. 13A to 13C are the same as those in the multi-series connection system in the first to fifth embodiments, but the output voltage command value for the full bridge converter 104 is directly given as the output voltage set value. Can be Here, the output voltage set value is set according to the magnitude of each battery voltage. That is, since the battery voltage is low at the beginning of charging, the full-bridge converter 1
The output voltage set value for the battery 04 is small, and near the full charge, the output voltage set value is large. On the other hand, in the individual charge / discharge control 307, the current detecting means 319, 329,
339, the charge / discharge current of each battery is detected, and the power of the positive side arm of the bidirectional chopper circuits 318, 328, 339 is detected.
, Mn1 are controlled. This operation waveform is shown in FIG. That is, an individual control amount is calculated as a result of the individual charge / discharge control 307 for each battery, and m1 is obtained by comparing the level with the sawtooth wave.
, Mn1 signals are obtained. Thereby, m1
During the period in which 1, m21,..., Mn1 are off, the AC voltage generated by the full-bridge converter 104 is turned off, so that the charging voltage can be corrected for each battery. The AC output waveform at that time is shown in FIG.
With respect to the output voltage of the full-bridge converter shown in FIG. 13C, the conduction ratio of the AC voltage is corrected by the individual correction amount shown in FIG. By performing this correction for each battery, variations in battery voltages, variations in transformer voltage sharing, and the like are corrected, and compensation is performed so that the charging current to each battery is maintained at a desired value. The waveform of the individual charging current at this time is shown in FIG. As a result, it is possible to constantly control the current flowing through the plurality of secondary circuits connected in multi-parallel via the transformer as in the present embodiment. Even when the charge current of each battery is corrected, the voltage adjustment function of the bidirectional chopper circuits 318, 328, 338 is used.
The charging current to each battery can be controlled.

【0027】一方、放電時の動作波形を図14に示す。
図8に示す第3の実施例の場合と異なり、各フルブリッ
ジコンバータ104は、整流ダイオードブリッジとして
動作し、個別交流/直流変換器3で各電池毎の個別制御
により、各電池毎に放電電流を制御する。ここで、放電
時では、交流/直流変換手段3に設けられた双方向チョ
ッパ回路318,328,338の下側アームのゲート
信号m12,m22,…,mn2をオン/オフすること
により、電池電圧を降圧させる動作を実行する。これに
より、各電池毎に個別に放電電流を制御することができ
る。このときの動作波形を図14(c)に示す。ここで、
ゲート信号m12,m22,…,mn2の通流率を与え
る個別制御量は、個別充放電制御307での放電電流制
御の結果として演算される。この結果、フルブリッジコ
ンバータ104の整流ダイオード動作によりで一括放電
でき、双方向チョッパ回路318,328,338の下
側アームのゲート信号m12,m22,mn2により、
電池電圧がばらついた場合でも放電電流を所望の一定値
に制御できる。
On the other hand, FIG. 14 shows an operation waveform at the time of discharging.
Unlike the case of the third embodiment shown in FIG. 8, each full bridge converter 104 operates as a rectifier diode bridge, and the individual AC / DC converter 3 controls the discharge current for each battery by individual control for each battery. Control. Here, at the time of discharging, by turning on / off the gate signals m12, m22,..., Mn2 of the lower arms of the bidirectional chopper circuits 318, 328, 338 provided in the AC / DC converter 3, the battery voltage is reduced. The operation of lowering the voltage is performed. As a result, the discharge current can be individually controlled for each battery. The operation waveform at this time is shown in FIG. here,
The individual control amounts that give the duty ratios of the gate signals m12, m22,..., Mn2 are calculated as a result of the discharge current control in the individual charge / discharge control 307. As a result, collective discharge can be performed by the rectifying diode operation of the full bridge converter 104, and the gate signals m12, m22, and mn2 of the lower arms of the bidirectional chopper circuits 318, 328, and 338 are used.
Even if the battery voltage varies, the discharge current can be controlled to a desired constant value.

【0028】以上、詳述したように、第5の実施例によ
れば、トランス8を介して多並列接続された複数の電池
を一括して充放電できるため、充放電回路構成を簡単に
できるという利点がある。また、一次巻線に対して複数
の二次巻線が多並列に結合されたトランスを磁気コアを
一体で構成できるため、トランスを二次巻線の個数に比
例して設ける必要がないという利点もある。また、双方
向チョッパ回路を各二次側回路に設けることにより、各
電池の充電電流や放電電流を所望の指令値に従って制御
したり、個別に補償できるという利点もある。
As described above in detail, according to the fifth embodiment, a plurality of batteries connected in multi-parallel via the transformer 8 can be charged / discharged collectively, so that the charge / discharge circuit configuration can be simplified. There is an advantage. Also, since the magnetic core can be integrally configured with a transformer in which a plurality of secondary windings are coupled in parallel with the primary winding, there is no need to provide a transformer in proportion to the number of secondary windings. There is also. Providing a bidirectional chopper circuit in each secondary circuit also has the advantage that the charge current and discharge current of each battery can be controlled according to desired command values and can be individually compensated.

【0029】次に、本発明の実施例として、二次電池の
製造方法を説明する。二次電池の製造プロセスにおいて
は、組み立て後の電池に対して、初充電,放電,エージ
ングを実行する。
Next, a method for manufacturing a secondary battery will be described as an embodiment of the present invention. In the secondary battery manufacturing process, initial charge, discharge, and aging are performed on the assembled battery.

【0030】非水電解液二次電池の製造工程の概要を以
下に説明する。このような二次電池は正極活物質,負極
活物質を、それぞれ、所定の箔に塗り、セパレータを間
に入れて巻き取り、所定の缶に挿入し、電解液を充填し
封缶することにより組み立てが完了する。ここで、ま
ず、正極では、リチウム酸コバルト及び炭素材料系導電
剤などを有機溶剤に溶解させてペースト状とし、この合
剤をアルミ箔の両側に塗布する。これを乾燥後、ロール
プレスで圧縮する。
The outline of the manufacturing process of the non-aqueous electrolyte secondary battery will be described below. Such a secondary battery is obtained by coating a positive electrode active material and a negative electrode active material on a predetermined foil, respectively, winding up with a separator in between, inserting into a predetermined can, filling with an electrolytic solution and sealing the can. Assembly is completed. Here, for the positive electrode, first, cobalt lithium lithium and a carbon material-based conductive agent are dissolved in an organic solvent to form a paste, and this mixture is applied to both sides of the aluminum foil. After drying, it is compressed by a roll press.

【0031】一方、負極剤にはカーボン、またはグラフ
ァイトが用いられ、結着剤と混合したものを混練ペース
ト化し、銅箔に結着させ、同様に巻き取る。次に巻き取
り工程で、両電極をセパレータを介して巻き取り、切断
する。巻き取られた電極を電池缶に収納し、封口キャッ
プに溶接後、電解液を注入し、この後、密閉して電池本
体の組み立て工程を終了する。
On the other hand, carbon or graphite is used for the negative electrode agent, and a mixture obtained by mixing with a binder is kneaded and paste, bound to a copper foil, and wound up similarly. Next, in a winding step, both electrodes are wound through a separator and cut. The wound electrode is housed in a battery can, welded to a sealing cap, injected with an electrolytic solution, and then sealed to complete the assembly process of the battery body.

【0032】また、組み立て後の電池は、初期充放電、
および、充電状態で放置するエージング処理が実施され
る。すなわち、組み立て後の電池に対して、充電,放
電、などが行われる。所定の電圧まで初充電した後、所
定の電圧になるまで放電し、その後、放置する。これに
より、容量を確認し、エージング後の電池の充放電サイ
クルの劣化を抑制することが可能な、非水電解液二次電
池の製造方法を提供する。
The assembled battery is charged and discharged initially,
Further, an aging process in which the battery is left in a charged state is performed. That is, charging, discharging, and the like are performed on the assembled battery. After first charging to a predetermined voltage, discharging until reaching a predetermined voltage, and then leaving. This provides a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of confirming the capacity and suppressing deterioration of the charge / discharge cycle of the battery after aging.

【0033】本発明による初期充放電装置は、このよう
な、充放電制御を、一括で制御できるという利点があ
る。ここで、多数個電池の充電,放電特性は、以下に示
すように実行される。初期充電時、複数個の供試用電池
が充放電装置に装着される。充放電装置は所定の充電電
流指令値に従い、複数の電池に対して充電電流を供給す
る。充電中に、各電池電圧は充放電装置の電圧検出手段
により計測されており、個々の電池電圧が、所定の設定
電圧に到達した電池から、順次、充電電流のバイパス回
路を構成し、一括の充電電流に対して、電池電圧が各電
池に対する電流指令値を変更可能とする。ここで、充電
電流は、一括コンバータ側では一定値とし、所定の値ま
で、充電が完了した電池から、順次、充電回路から切り
離され、最後の一個の充電が完了した電池まで、充電を
完了させる。これにより、充電時において、また、放電
時においても、各電池電圧を一定に保った状態で一括し
た放電制御が可能となる。
The initial charge / discharge device according to the present invention has the advantage that such charge / discharge control can be performed collectively. Here, the charging / discharging characteristics of the multiple batteries are executed as described below. At the time of initial charging, a plurality of test batteries are mounted on the charging / discharging device. The charging / discharging device supplies a charging current to a plurality of batteries according to a predetermined charging current command value. During charging, each battery voltage is measured by the voltage detecting means of the charging / discharging device, and the individual battery voltages sequentially form a charging current bypass circuit from a battery that has reached a predetermined set voltage, and are collectively arranged. The battery voltage can change the current command value for each battery with respect to the charging current. Here, the charging current is set to a constant value on the batch converter side, and is sequentially disconnected from the charging circuit from the charged battery to the predetermined value, and the charging is completed to the last one charged battery. . As a result, at the time of charging and also at the time of discharging, collective discharge control can be performed in a state where each battery voltage is kept constant.

【0034】次に、複数個の電池電圧を所定の電圧値ま
で充電後、初期充電を完了し、次に、初期放電により、
各電池電圧が所定の電圧に減少するまで、放電を継続す
る。このときの、放電電流指令値は、各電池に共通した
放電電流となるよう、放電を継続する。ここで、電池容
量のばらつきなどにより、同じ放電電流で放電しても、
放電完了電圧に到達するまでの時間に差異が発生する。
この場合も、充電時での個別切り離しと同様に、放電に
より、所定の放電終了電圧まで放電が完了した電池か
ら、一括放電状態から切り離す。これは、個別コンバー
タ側のバイパス回路をオンすることにより、該当の電池
に対して放電電流をバイパスすることができ、これによ
り、各電池を放電終了電圧まで放電を完了できる。一括
での充電,放電,処理が終了したのち、充放電回路から
切り離し、エージング処理に入る。次に、エージング期
間中に低下した電圧を、再度、充電することで、充放電
処理を完了する。
Next, after charging a plurality of battery voltages to a predetermined voltage value, the initial charging is completed, and then the initial discharging is performed.
The discharging is continued until each battery voltage decreases to a predetermined voltage. At this time, the discharge is continued so that the discharge current command value becomes a discharge current common to each battery. Here, even if the battery is discharged with the same discharge current due to variations in battery capacity, etc.,
A difference occurs in the time required to reach the discharge completion voltage.
Also in this case, similarly to the individual disconnection at the time of charging, the battery that has been discharged to the predetermined discharge end voltage is disconnected from the collective discharge state by discharging. This is because, by turning on the bypass circuit on the individual converter side, the discharge current can be bypassed for the corresponding battery, whereby the discharge of each battery can be completed to the discharge end voltage. After the batch charge, discharge, and processing are completed, the battery is disconnected from the charge / discharge circuit and the aging process is started. Next, the voltage that has been reduced during the aging period is charged again to complete the charge / discharge process.

【0035】以上、詳述したように、本発明による充放
電装置または方法によれば、電池の製造工程において、
一括した初期充放電処理やエージング処理が可能とな
る。
As described in detail above, according to the charging / discharging apparatus or method according to the present invention, in the battery manufacturing process,
Batch initial charge / discharge processing and aging processing can be performed.

【0036】次に本発明の実施例として、多直列接続さ
れた組電池の充放電装置図15,図16,図17に示
す。充放電装置の構成は、いままで説明したいずれかの
実施例と同じであり、単電池に対して組電池を充放電す
るところが異なる。図15の実施例では組電池をトラン
ス2を介して多直列接続し、フルブリッジコンバータ1
04により一括充放電する。また、図16の実施例では
組電池をトランス8を介して多並列接続し、フルブリッ
ジコンバータ104により一括充放電する。また、図1
7の実施例では組電池をトランス13を介して多直列接
続されたものを多並列接続し、フルブリッジコンバータ
104により一括充放電する。このように、単電池が多
直列接続された組電池であっても、トランスを介して一
括充放電することにより、複数個の組電池を簡単な構成
で充放電できるという利点がある。
Next, as an embodiment of the present invention, a charging / discharging apparatus for assembled batteries connected in multiple series is shown in FIGS. The configuration of the charging / discharging device is the same as that of any of the embodiments described above, except that the battery pack is charged / discharged with respect to the unit cell. In the embodiment of FIG. 15, the assembled batteries are connected in multiple series via a transformer 2 and a full bridge converter 1 is connected.
04 collectively charges and discharges. In the embodiment of FIG. 16, the assembled batteries are connected in multi-parallel via the transformer 8, and are charged and discharged collectively by the full bridge converter 104. FIG.
In the seventh embodiment, the battery packs connected in multiple series via the transformer 13 are connected in multiple parallel, and the full-bridge converter 104 charges and discharges all at once. As described above, even when the cells are assembled batteries connected in multiple series, there is an advantage that a plurality of assembled batteries can be charged / discharged with a simple configuration by collectively charging / discharging via a transformer.

【0037】次に、本発明の他の実施例として、電気自
動車への応用例を図18,図19に示す。図18におい
て複数の組電池9,10,11がトランス2を介して多
直列に接続されている。この組電池のエネルギーを一括
コンバータ12により放電させることにより、電池の電
力を、コンバータ12及びインバータ13を介してコン
バータ12の直流側に接続されるインバータ13を介し
て誘導電動機に供給し電気自動車を駆動する。一方、充
電器15により一括コンバータ12に直流電圧を供給す
ることにより、一括コンバータ12では充電電流をトラ
ンス2を介して各電池に充電する。図19はトランス8
により多並列接続した場合を示す。本実施例によれば、
複数の組電池を絶縁した状態で結合して充放電できるの
で、組電池を分割して管理でき、個別に交換できるとい
う利点がある。更に、組電池を分割することにより、組
電池の電圧や総容量を制限できるという利点もある。
Next, as another embodiment of the present invention, an application example to an electric vehicle is shown in FIGS. In FIG. 18, a plurality of assembled batteries 9, 10, 11 are connected in multiple series via a transformer 2. By discharging the energy of the assembled battery by the collective converter 12, the electric power of the battery is supplied to the induction motor via the converter 12 and the inverter 13 connected to the DC side of the converter 12 via the inverter 13, so that the electric vehicle is driven. Drive. On the other hand, by supplying a DC voltage to the collective converter 12 by the charger 15, the collective converter 12 charges each battery with the charging current via the transformer 2. FIG.
Shows a case where multiple parallel connections are made. According to the present embodiment,
Since a plurality of assembled batteries can be combined and charged and discharged in an insulated state, there is an advantage that the assembled batteries can be divided and managed, and can be individually replaced. Further, there is an advantage that the voltage and the total capacity of the assembled battery can be limited by dividing the assembled battery.

【0038】なお図18,図19の実施例は、電気自動
車のみならず、各種の誘導電動機駆動システムに適用で
きる。また誘導電動機のみならず、ブラシレスモータ等
のインバータで駆動される電動機ならば、本実施例のシ
ステムを適用できる。
The embodiments shown in FIGS. 18 and 19 can be applied to not only electric vehicles but also various induction motor driving systems. The system according to the present embodiment can be applied to not only an induction motor but also a motor driven by an inverter such as a brushless motor.

【0039】次に、本発明の他の実施例として、電力貯
蔵システムへの応用例を図20,図21に示す。図20
において、電力貯蔵手段である組電池9,10,11は
トランス2で多直列接続され、一括コンバータ1を介し
て電力系統16に連係されている。また、図21はトラ
ンス8で多並列接続された場合を示す。本実施例によれ
ば、各組電池を分割して配置し、また、各組電池毎での
交換が容易という利点がある。
Next, as another embodiment of the present invention, an application example to an electric power storage system is shown in FIGS. FIG.
1, the battery packs 9, 10, and 11 serving as power storage means are connected in multiple series by a transformer 2 and linked to a power system 16 via a batch converter 1. FIG. 21 shows a case where the transformer 8 is connected in multiple parallel. According to the present embodiment, there is an advantage that each battery pack is divided and arranged, and replacement for each battery pack is easy.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、二個以上の複数の二次
電池や、その組電池を一括して充放電できるので、個々
の単電池、あるいは、組電池を個別の充放電電源によ
り、個別に充電、および、放電する場合に比べて、簡単
な構成で充放電装置を構成できる。また、一括充電にお
いて、電池を多直列、あるいは、多並列に結合した状態
で充電、あるいは、放電できるため、充放電用の変換器
の出力電圧が高い状態で、充電、あるいは、放電でき
る。このため、変換器を構成するパワー素子の電流容量
や、変換器に流れる電流による銅損を小さくでき、効率
のよい充放電電源を構成できるという効果がある。
According to the present invention, two or more secondary batteries and their assembled batteries can be charged / discharged collectively, so that individual cells or assembled batteries can be operated by individual charge / discharge power supplies. The charging / discharging device can be configured with a simpler configuration as compared with the case where charging and discharging are performed individually. Further, in the batch charging, since the batteries can be charged or discharged in a state of being connected in multiple series or multiple parallel, charging or discharging can be performed with the output voltage of the charging / discharging converter being high. For this reason, the current capacity of the power element constituting the converter and the copper loss due to the current flowing through the converter can be reduced, and an effective charge / discharge power supply can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施例による充電電源の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a charging power supply according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例による充電電源の動作波形。FIG. 2 is an operation waveform of a charging power supply according to the first embodiment.

【図3】第1の実施例による充電電源の動作波形。FIG. 3 is an operation waveform of a charging power supply according to the first embodiment.

【図4】第1の実施例による充電電源の動作波形。FIG. 4 is an operation waveform of a charging power supply according to the first embodiment.

【図5】第1の実施例による充電電源の動作波形。FIG. 5 is an operation waveform of a charging power supply according to the first embodiment.

【図6】第2の実施例による放電電源の構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a discharge power supply according to a second embodiment.

【図7】第2の実施例による放電電源の動作波形。FIG. 7 is an operation waveform of a discharge power supply according to the second embodiment.

【図8】第3の実施例による充放電電源の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a charge / discharge power supply according to a third embodiment.

【図9】第4の実施例による充放電電源の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a charge / discharge power supply according to a fourth embodiment.

【図10】第4の実施例による充放電電源の動作波形。FIG. 10 shows operation waveforms of the charge / discharge power supply according to the fourth embodiment.

【図11】第5の実施例による充放電電源の構成図。FIG. 11 is a configuration diagram of a charge / discharge power supply according to a fifth embodiment.

【図12】第6の実施例による充放電電源の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram of a charge / discharge power supply according to a sixth embodiment.

【図13】第6の実施例による充放電電源の動作波形。FIG. 13 shows operation waveforms of the charge / discharge power supply according to the sixth embodiment.

【図14】第6の実施例による充放電電源の動作波形。FIG. 14 is an operation waveform of the charge / discharge power supply according to the sixth embodiment.

【図15】本発明の実施例である組電池の充放電装置。FIG. 15 is a charging / discharging apparatus for a battery pack according to an embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例である組電池の充放電装置。FIG. 16 is a battery pack charging / discharging apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例である組電池の充放電装置。FIG. 17 shows a battery pack charging / discharging device according to an embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例である電気自動車への応用
例。
FIG. 18 is an example of application to an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例である電気自動車への応用
例。
FIG. 19 shows an application example to an electric vehicle which is an embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施例である電力貯蔵システムの応
用例。
FIG. 20 is an application example of a power storage system according to an embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施例である電力貯蔵システムの応
用例。
FIG. 21 is an application example of a power storage system according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…交流電源、2…多直列接続トランス、3…交流/直
流変換器。
1. AC power supply 2. Multi-series connected transformer 3. AC / DC converter

フロントページの続き (72)発明者 徳永 紀一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮崎 英樹 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 江守 昭彦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA02 BA03 CA01 CC08 DA07 DA15 DA18 EA09 FA06 GA01 GB06 5H030 AA10 AS03 AS08 BB01 BB21Continued on the front page (72) Inventor Kiichi Tokunaga 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hideki Miyazaki 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 7 Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Akihiko Emori 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory Hitachi, Ltd. EA09 FA06 GA01 GB06 5H030 AA10 AS03 AS08 BB01 BB21

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電源と、 前記交流電源が接続される一次巻線及び複数の二次巻線
を有する変圧装置と、 各々の交流側が前記複数の二次巻線の内の一つに接続さ
れ、各々の直流側が複数の電力蓄積手段の内の一つに接
続される複数の電力変換器とを備えることを特徴とする
電力蓄積手段の充放電装置。
An AC power supply; a transformer having a primary winding to which the AC power supply is connected and a plurality of secondary windings; each AC side being connected to one of the plurality of secondary windings. And a plurality of power converters each of which has a DC side connected to one of the plurality of power storage means.
【請求項2】請求項1において、前記交流電源は、前記
一次巻線に接続される電力変換器部を有し、前記電力変
換器部は、前記一次巻線に流れる電流が電流指令値にな
るように制御されることを特徴とする電力蓄積手段の充
放電装置。
2. The power supply according to claim 1, wherein the AC power supply has a power converter connected to the primary winding, and the power converter is configured to control a current flowing through the primary winding to a current command value. A charging / discharging device for power storage means, characterized in that the charging / discharging device is controlled as follows.
【請求項3】請求項1または請求項2において、前記変
圧装置は、複数の変圧器の一次側巻線が直列に接続され
たものであることを特徴とする電力蓄積手段の充放電装
置。
3. The charging / discharging device for power storage means according to claim 1, wherein said transformer has a plurality of transformer primary windings connected in series.
【請求項4】請求項1または請求項2において、前記複
数の電力変換器は、前記複数の二次巻線から出力される
交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力によって前
記複数の電力蓄積手段が充電されることを特徴とする電
力蓄積手段の充放電装置。
4. The power converter according to claim 1, wherein the plurality of power converters convert AC power output from the plurality of secondary windings into DC power, and the plurality of power converters are converted by the DC power. A charging / discharging device for a power storage means, wherein the storage means is charged.
【請求項5】請求項1または請求項2において、前記複
数の電力蓄積手段から放電される直流電力は、前記複数
の電力変換器によって交流電力に変換され、前記変圧装
置を介して前記交流電源へ回生されることを特徴とする
電力蓄積手段の充放電装置。
5. The AC power supply according to claim 1, wherein the DC power discharged from the plurality of power storage means is converted into AC power by the plurality of power converters, and the AC power is supplied through the transformer. A charge / discharge device for power storage means, wherein the charge / discharge device is regenerated.
【請求項6】請求項4または請求項5において、さら
に、前記複数の電力蓄積手段の内の一つに接続され、前
記複数の電力蓄積手段の前記一つから放電される電力を
前記交流電源へ回生するための複数の放電手段を備える
ことを特徴とする電力蓄積手段の充放電装置。
6. The AC power supply according to claim 4, further comprising: a power supply connected to one of the plurality of power storage means and discharging from the one of the plurality of power storage means. A charge / discharge device for power storage means, comprising: a plurality of discharge means for regenerating power.
【請求項7】請求項1において、前記複数の電力蓄積手
段の各々が、二次電池,複数の単位二次電池が直列接続
された組電池,電気二重層蓄電器,コンデンサ,燃料電
池の内のいずれかであることを特徴とする電力蓄積手段
の充放電装置。
7. The method according to claim 1, wherein each of the plurality of power storage means is a secondary battery, an assembled battery in which a plurality of unit secondary batteries are connected in series, an electric double layer capacitor, a capacitor, and a fuel cell. A charging / discharging device for power storage means, which is any one of the above.
【請求項8】電動機と、 前記電動機を駆動するインバータと、 前記インバータに電力を供給する電力変換器部を備える
交流電源と、 前記交流電源が接続される一次巻線及び複数の二次巻線
を有する変圧装置と、 各々の交流側が前記複数の二次巻線の内の一つに接続さ
れる複数の電力変換器と、 各々が、前記複数の電力変換器の内の一つの直流側に接
続される複数の電力蓄積手段とを備えることを特徴とす
る電動機駆動システム。
8. An electric motor, an inverter for driving the electric motor, an AC power supply including a power converter unit for supplying electric power to the inverter, a primary winding and a plurality of secondary windings to which the AC power supply is connected. And a plurality of power converters, each AC side of which is connected to one of the plurality of secondary windings, each of which is connected to one DC side of the plurality of power converters. An electric motor drive system, comprising: a plurality of connected power storage units.
【請求項9】交流電力系統に接続される交流電源と、 前記交流電源が接続される一次巻線及び複数の二次巻線
を有する変圧装置と、 各々の交流側が前記複数の二次巻線の内の一つに接続さ
れる複数の電力変換器と、 各々が、前記複数の電力変換器のうちの一つの直流側に
接続される複数の電力蓄積手段とを備えることを特徴と
する電力貯蔵システム。
9. An AC power supply connected to an AC power system, a transformer having a primary winding and a plurality of secondary windings to which the AC power supply is connected, and a plurality of secondary windings each having an AC side. A plurality of power converters connected to one of the plurality of power converters, and a plurality of power storage units each connected to a DC side of one of the plurality of power converters. Storage system.
【請求項10】複数の電力蓄積手段の本体を組み立てる
第1の工程と、 交流電源と、前記交流電源が接続される一次巻線及び複
数の二次巻線を有する変圧装置と、各々の交流側が前記
複数の二次巻線の内の一つに接続される複数の電力変換
器と、を備える充放電装置における、前記複数の電力変
換器の各々の直流側に、組み立てられた前記複数の電力
蓄積手段の内の一つを接続する第2の工程と、 前記充放電装置によって、前記複数の電力蓄積手段に初
期充電または初期放電あるいはエージング処理を施す第
3の工程とを含むことを特徴とする電力蓄積手段の製造
方法。
10. A first step of assembling a plurality of power storage units, an AC power supply, a transformer having a primary winding to which the AC power supply is connected, and a plurality of secondary windings; And a plurality of power converters, the sides of which are connected to one of the plurality of secondary windings, wherein the plurality of power converters are assembled on the DC side of each of the plurality of power converters. A second step of connecting one of the power storage units; and a third step of performing an initial charge, an initial discharge, or an aging process on the plurality of power storage units by the charging / discharging device. Manufacturing method of power storage means.
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