JP2008117573A - Storage cell module with series/parallel switch type equalization function - Google Patents

Storage cell module with series/parallel switch type equalization function Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To equalize voltage of each storage cell in a storage cell module structured of storage cells of two series/two parallel setup or more with the use of a switch. <P>SOLUTION: In the module connecting a plurality of cells B1A to B4A, B1B to B3B, and B0C to B3C in series and in parallel, semiconductor switches Sa1 to Sa8 and Sb1 to Sb8 are alternately put on with the use of a driver made of an oscillation circuit or the like, reciprocal charge and discharge are carried out between the cells connected in parallel to equalize voltage of each cell. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ及び二次電池に代表される電源用蓄電セルを用いて2直列/2並列以上にて構成される蓄電モジュールにおいて、各蓄電セルの電圧を均等化する方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a method for equalizing the voltage of each storage cell in a storage module constituted by two series / 2 parallels or more using a power storage cell represented by an electric double layer capacitor and a secondary battery, and its Relates to the device.

キャパシタモジュールや二次電池モジュール等の蓄電モジュールは用途に応じた所望の電圧及び容量を実現するために複数個のセルを直列及び並列に接続して構成されている。   A power storage module such as a capacitor module or a secondary battery module is configured by connecting a plurality of cells in series and in parallel in order to achieve a desired voltage and capacity according to the application.

上述した蓄電モジュールにおいては繰り返し充放電を行ううちに、各セルの容量、内部抵抗、環境温度、自己放電率等のばらつきに起因するセル電圧のばらつきが発生する。そして、ばらつきが発生すると電圧の高くなったセルの劣化は加速され、最終的にそのセルは過充電及び過放電状態に陥り蓄電モジュール全体の寿命を著しく短縮させてしまう。   In the above-described power storage module, variations in cell voltage due to variations in the capacity, internal resistance, environmental temperature, self-discharge rate, etc. of each cell occur during repeated charge / discharge. When the variation occurs, the deterioration of the cell having a high voltage is accelerated, and eventually the cell falls into an overcharge and overdischarge state, thereby significantly shortening the life of the entire power storage module.

上述したモジュール内の各セルの電圧を均等化し、モジュールとしての劣化を防ぐ手法が種々提案されている。均等化手法の代表的なものとして、バイパス回路方式、インダクタを用いた均等化方式、トランスを用いた均等化方式、コンデンサを用いた均等化方式等が考案されている。   Various methods have been proposed for equalizing the voltages of the cells in the module and preventing deterioration as a module. As a typical equalization method, a bypass circuit method, an equalization method using an inductor, an equalization method using a transformer, an equalization method using a capacitor, and the like have been devised.

特開2003−289629号 公報JP 2003-289629 A 特開平7−322516 公報JP-A-7-322516 特開2004−129455号 公報JP 2004-129455 A 特開2004−120871号 公報JP 2004120871 A

上述した種々の均等化手法はモジュール内の各セルの電圧を随時測定し、各セル間に電位差が生じた場合に均等化を行うというものである。これらの手法においては電圧検出のための分圧抵抗やオペアンプ、均等化を行うためのパワートランジスタ、トランス、インダクタ、コンデンサやその他多種多数の電子部品を用いて均等化を行うことになる。   The various equalization methods described above measure the voltage of each cell in the module as needed, and perform equalization when a potential difference occurs between the cells. In these methods, equalization is performed using voltage dividing resistors and operational amplifiers for voltage detection, power transistors for equalization, transformers, inductors, capacitors, and many other electronic components.

セルを複数個直列及び並列に接続して構成されたモジュールにおいてはセル数の増加に伴い、均等化回路の規模や部品点数は増加し、モジュールとしての故障率は増加してしまう。また、均等化回路が故障し均等化能力が低減または喪失した場合は、上述したような電圧ばらつきが発生しセルの劣化は加速されてしまい、モジュールとしての寿命は短くなってしまう。   In a module configured by connecting a plurality of cells in series and in parallel, as the number of cells increases, the scale of the equalization circuit and the number of parts increase, and the failure rate as a module increases. Further, when the equalization circuit breaks down and the equalization capability is reduced or lost, the above-described voltage variation occurs, cell deterioration is accelerated, and the lifetime of the module is shortened.

上述した種々の均等化手法においては均等化させる電圧の精度は使用する蓄電セル及び素子のパラメータに依存し、適当なパラメータが選択されていない場合はセル電圧は正常に均等化されず、最悪の場合にはモジュールの破損に至る可能性がある。以上の理由からモジュールを構成する際には使用する蓄電セルや素子のマッチングを行う、または可変抵抗などを用いてパラメータを微調整する必要がある。規模の大きなモジュールを構成する場合には所望の電圧・容量になるように複数の蓄電セルから成るユニットを複数組み合わせて用いるが、この場合においてもユニット間のマッチングが取れていなければ同様の問題を生じることになる。   In the various equalization methods described above, the accuracy of the voltage to be equalized depends on the parameters of the storage cell and the element to be used. If an appropriate parameter is not selected, the cell voltage is not normally equalized, and the worst case In some cases, the module may be damaged. For the above reasons, when configuring a module, it is necessary to perform matching of storage cells and elements to be used, or to finely adjust parameters using a variable resistor or the like. When configuring a large-scale module, use a combination of multiple units consisting of multiple storage cells to achieve the desired voltage / capacity. Will occur.

本発明に係る蓄電セルモジュールは、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態とを含む2以上の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記2以上の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
を含むことを特徴とする。
The storage cell module according to the present invention includes n series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series,
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A group of switches that switch between two or more parallel states, including a second parallel state in which one or a plurality of parallel connections formed of n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that a connection state changes between the two or more parallel states;
It is characterized by including.

前記第2の接続状態に含まれる複数の並列接続のうちの少なくとも一つに含まれるすべての蓄電セルの容量は、他の蓄電セルの容量よりも小さくなるよう各蓄電セルを配置したことを特徴とする。   Each power storage cell is arranged such that the capacity of all power storage cells included in at least one of the plurality of parallel connections included in the second connection state is smaller than the capacity of other power storage cells. And

前記蓄電セルはキャパシタ、二次電池、あるいはキャパシタと二次電池を混在させたハイブリッド型とすることができる。この場合、前記2以上の並列状態のそれぞれにおいて、キャパシタのセルと二次電池のセルの個数の比が一定であることが望ましい。   The storage cell may be a capacitor, a secondary battery, or a hybrid type in which a capacitor and a secondary battery are mixed. In this case, in each of the two or more parallel states, it is desirable that the ratio of the number of capacitors and the number of cells of the secondary battery is constant.

前記スイッチ群は、半導体スイッチから構成されものであるもの、あるいは機械式スイッチから構成されるものとすることができる。   The switch group can be composed of a semiconductor switch or a mechanical switch.

本発明に係る他の蓄電セルモジュールは、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態と、前記第1及び第2の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第3の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記第1の並列状態、第2の並列状態、第3の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
を含むことを特徴とする。
Another storage cell module according to the present invention includes n series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series,
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one and a combination different from the first and second parallel states are combined with each of the series circuits. A switch group for switching a third parallel state in which one or a plurality of parallel connections each including n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that the connection state changes between the first parallel state, the second parallel state, and the third parallel state;
It is characterized by including.

さらに、本発明に係る他の蓄電セルモジュールは、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態とを切り替えるスイッチ群と、
前記第1の並列状態と第2の並列状態との間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
各蓄電セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出回路からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ制御手段の動作を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする。
Furthermore, another storage cell module according to the present invention includes n series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A group of switches for switching between a second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n power storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that a connection state changes between the first parallel state and the second parallel state;
Voltage detection means for detecting the voltage of each storage cell;
Control means for controlling the operation of the switch control means based on the detection result of the voltage from the voltage detection circuit;
It is characterized by including.

さらに、本発明に係る他の蓄電セルモジュールは、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態と、前記第1及び第2の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第3の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記第1の並列状態、第2の並列状態、第3の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
各蓄電セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出回路からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ制御手段の動作を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする。
Furthermore, another storage cell module according to the present invention includes n series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one and a combination different from the first and second parallel states are combined with each of the series circuits. A switch group for switching a third parallel state in which one or a plurality of parallel connections each including n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that the connection state changes between the first parallel state, the second parallel state, and the third parallel state;
Voltage detection means for detecting the voltage of each storage cell;
Control means for controlling the operation of the switch control means based on the detection result of the voltage from the voltage detection circuit;
It is characterized by including.

本発明に係る蓄電セルモジュールの電圧均等化方法は、4個以上の任意の数の蓄電セルを含む蓄電セルモジュールの各蓄電セルの電圧を均等化する蓄電セルモジュールの電圧均等化方法であって、
前記任意の数の蓄電セルから、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続し、同様に直列接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)用意する工程と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態とを含む2以上の並列状態の間で切り替えることができるように、前記蓄電セルモジュールにスイッチ群を接続する工程と、
前記各蓄積蓄電セルの動作時に、スイッチ制御手段を用いて、前記各蓄積蓄電セルが前記2以上の並列状態の間で切り替わるよう前記スイッチ群を所定の周期で切り替える工程と、
を含むことを特徴とする。
A voltage equalization method for a storage cell module according to the present invention is a voltage equalization method for a storage cell module that equalizes voltages of each storage cell of a storage cell module including an arbitrary number of four or more storage cells. ,
Connecting at least two power storage cells in series from the arbitrary number of power storage cells, and preparing n series circuits (n is an integer of 2 or more) similarly connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. The storage cell module so that it can be switched between two or more parallel states including one or a plurality of second parallel states formed of n storage cells extracted one by one. Connecting a switch group to
A step of switching the switch group at a predetermined cycle so that each storage battery cell is switched between the two or more parallel states using a switch control means during operation of each storage battery cell;
It is characterized by including.

上述のように、本発明は、電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用蓄電セルを複数個直列及び並列に接続して構成された蓄電モジュール内の各セルを2系統のFET、サイリスタ、フォトMOSリレー等の半導体スイッチ(以下、「半導体スイッチ」という)のみを用いて均等化する方法であって、蓄電モジュール内において直列及び並列接続されるセルの組み合わせを半導体スイッチを用いて切り替えることにより蓄電モジュール内の各セル間で相互充放電を行い、各セル電圧を均等化する方法である。   As described above, the present invention provides two cells of FETs, thyristors, and photo MOS relays in a power storage module configured by connecting a plurality of power storage cells for power storage intended for electrical energy storage in series and in parallel. In the storage module by switching the combination of cells connected in series and in parallel in the storage module using the semiconductor switch. This is a method of equalizing each cell voltage by performing mutual charge / discharge between the cells.

この構成によれば、蓄電モジュール内における各セルの直列及び並列接続される組み合わせは2系統の半導体スイッチにより切り替えられ、各セルはいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続されることになる。並列接続されるセル間に電圧差が生じている場合、互いのセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは均等化される。   According to this configuration, combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module are switched by two systems of semiconductor switches, and each cell is indirectly connected in parallel to all cells via one of the cells. Will be. When a voltage difference is generated between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is equalized.

また、本発明は、2直列/2並列(直列回路にセルが2個、並列回路にセルが2個)以上の電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用セルにより構成される蓄電モジュール内の各セル電圧を2系統の半導体スイッチのみを用いて均等化する蓄電モジュールであって、蓄電モジュール内において直列及び並列接続されるセルの組み合わせを半導体スイッチを用いて切り替えることにより蓄電モジュール内の各セル間で相互充放電を行い、各セル電圧を均等化する蓄電モジュールである。   Further, the present invention provides each cell in a power storage module composed of power supply cells for the purpose of electrical energy storage of 2 series / 2 parallel (2 cells in series circuit and 2 cells in parallel circuit) or more. A power storage module that equalizes voltages using only two systems of semiconductor switches, and switches between combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module using semiconductor switches between each cell in the power storage module. It is a power storage module that performs mutual charge and discharge and equalizes each cell voltage.

この蓄電モジュールによれば、蓄電モジュール内における各セルの直列及び並列接続される組み合わせは2系統の半導体スイッチにより切り替えられ、各セルはいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続されることになる。並列接続されるセル間に電圧ばらつきが生じている場合、互いのセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは均等化される。   According to this power storage module, combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module are switched by two systems of semiconductor switches, and each cell is indirectly connected in parallel to all cells via one of the cells. Will be. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is equalized.

また、本発明は、直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールにおいて、蓄電モジュール内の各セルを半導体スイッチのみを用いて直列及び並列接続に切り替える機能を有する回路を備えることを特徴とする。この構成によれば2系統の半導体スイッチを切り替えることにより蓄電モジュール内の各セルをいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続することが可能となる。   In addition, the present invention is characterized in that in a power storage module with a series / parallel switching type equalization function, a circuit having a function of switching each cell in the power storage module to a series connection and a parallel connection using only a semiconductor switch is provided. According to this configuration, each cell in the power storage module can be indirectly connected in parallel to all the cells via any cell by switching the two systems of semiconductor switches.

また、本発明は、直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールにおいて、蓄電モジュールを構成する複数の直列段のうち電気的に最外縁部の最高電位側および最低電位側のスイッチを除くいずれかの1つの半導体スイッチがオープン故障しても均等化機能を維持することを特徴とする。前記蓄電モジュールにおいて蓄電モジュール内のある半導体スイッチがオープン故障した場合、その半導体スイッチを介して並列接続されるセル間では相互充放電による均等化は行えない。しかし別系統のスイッチ動作時には上記セルは別のセルに並列接続されるため相互充放電による均等化が可能となる。   Further, according to the present invention, in the power storage module with a series / parallel switching type equalization function, any one of a plurality of series stages constituting the power storage module, excluding the highest potential side and lowest potential side switches of the outermost edge part. It is characterized in that the equalizing function is maintained even if one of the semiconductor switches is open-failed. When a semiconductor switch in the power storage module in the power storage module has an open failure, equalization by mutual charge / discharge cannot be performed between cells connected in parallel via the semiconductor switch. However, since the above cells are connected in parallel to another cell during switching operation of another system, equalization by mutual charge / discharge is possible.

さらに、本発明は、2直列/3並列以上の構成における直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールにおいて、蓄電モジュール内のいずれか1つのセルがオープン故障しても均等化機能を維持することを特徴とする。前記蓄電モジュールにおいて蓄電モジュール内のあるセルがオープン故障した場合、そのセルを含む並列段においてセルの並列接続数は減少するが並列接続内における相互充放電は可能であり、また半導体スイッチにより直列/並列接続が切り替えられた後においても相互充放電による均等化は可能である。   Furthermore, the present invention is a power storage module with a serial / parallel switching type equalization function in a configuration of 2 series / 3 parallel or higher, and maintains the equalization function even if any one cell in the power storage module has an open failure. It is characterized by. When a certain cell in the power storage module has an open failure in the power storage module, the number of parallel connections of the cells in the parallel stage including the cell is reduced, but mutual charge / discharge in the parallel connection is possible. Even after the parallel connection is switched, equalization by mutual charge / discharge is possible.

さらに、本発明は、2直列/2並列以上の電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用セルにより構成される蓄電モジュール内の各セル電圧を2系統の半導体スイッチのみを用いて均等化する蓄電モジュールであって、蓄電モジュール内において直列及び並列接続されるセルの組み合わせを半導体スイッチを用いて切り替えることにより蓄電モジュール内の各セル間で相互充放電を行い、各セル電圧を均等化する蓄電モジュールであり、いずれかの接続状態においてモジュール内のある並列段の合成容量が他の並列段の合成容量よりも小さくなるようにセル配置を施した蓄電モジュールである。   Furthermore, the present invention is a power storage module that equalizes each cell voltage in a power storage module composed of power supply cells for the purpose of storing two series / two parallel or more electric energy using only two systems of semiconductor switches. A storage module that equalizes each cell voltage by performing mutual charge / discharge between cells in the storage module by switching a combination of cells connected in series and in parallel in the storage module using a semiconductor switch. This is a power storage module in which cells are arranged so that the combined capacity of a certain parallel stage in the module is smaller than the combined capacity of other parallel stages in any connected state.

この蓄電モジュールによれば、蓄電モジュール内における各セルの直列及び並列接続される組み合わせは2系統の半導体スイッチにより切り替えられ、各セルはいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続されることになる。並列接続されるセル間に電圧ばらつきが生じている場合、互いのセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは均等化される。いずれかの接続状態においてモジュール内のある並列段の合成容量は他の並列段の合成容量よりも小さくなるため、その段のセル電圧は他段のセル電圧よりも充電中においては高く、放電中においては低くなる。また、合成容量の小さい並列段を構成するセルの容量は他の並列段を構成するセルの容量よりも小さいため電圧応答の時定数が小さい。よって合成容量の小さい並列段においては他の並列段よりも電圧均等化が速く進むため、合成容量の小さな並列段のセル電圧と他の並列段のセル電圧との間に差が生じる。そして先ほどとは異なる接続状態に切り替えられると前記のセルは電圧の異なるセルと並列に接続されるため、それらのセル間において相互充放電が行われる。このように意図的にモジュール内のある並列段の合成容量を小さくすることによりセル間における相互充放電を活発化させ、大きな電圧ばらつきが発生した場合においては同じ容量のセルのみにより構成されたモジュールよりも素早く均等化を行うことが出来る。   According to this power storage module, combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module are switched by two systems of semiconductor switches, and each cell is indirectly connected in parallel to all cells via one of the cells. Will be. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is equalized. In any connected state, the combined capacity of one parallel stage in the module is smaller than the combined capacity of other parallel stages, so the cell voltage of that stage is higher during charging and discharging than that of other stages. Is low. In addition, since the capacity of the cells constituting the parallel stage having a small combined capacity is smaller than the capacity of the cells constituting the other parallel stages, the time constant of the voltage response is small. Therefore, in the parallel stage having a small combined capacity, voltage equalization proceeds faster than in other parallel stages, so that a difference occurs between the cell voltage of the parallel stage having a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage. When the cell is switched to a connection state different from the previous one, the cells are connected in parallel with cells having different voltages, so that mutual charge / discharge is performed between the cells. In this way, by intentionally reducing the combined capacity of a certain parallel stage in the module, the mutual charge / discharge between the cells is activated, and in the case where a large voltage variation occurs, the module is composed only of cells having the same capacity. Can perform equalization more quickly.

さらに、本発明は、2直列/2並列以上の電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用セルにより構成される蓄電モジュール内の各セル電圧を3系統の半導体スイッチのみを用いて均等化する蓄電モジュールであって、蓄電モジュール内において直列及び並列接続されるセルの組み合わせを半導体スイッチを用いて切り替えることにより蓄電モジュール内の各セル間で相互充放電を行い、各セル電圧を均等化する蓄電モジュールであり、3つの接続状態のうちいずれかの接続状態においてモジュール内のある並列段の合成容量が他の並列段の合成容量よりも小さくなるようにセル配置を施した蓄電モジュールである。   Furthermore, the present invention is a power storage module that equalizes each cell voltage in a power storage module composed of power supply cells for the purpose of storing two series / two parallel or more electric energy using only three semiconductor switches. A storage module that equalizes each cell voltage by performing mutual charge / discharge between cells in the storage module by switching a combination of cells connected in series and in parallel in the storage module using a semiconductor switch. The power storage module is arranged in such a manner that the combined capacity of a certain parallel stage in the module is smaller than the combined capacity of other parallel stages in any one of the three connected states.

この蓄電モジュールによれば、蓄電モジュール内における各セルの直列及び並列接続される組み合わせは3系統の半導体スイッチにより切り替えられ、各セルはいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続されることになる。並列接続されるセル間に電圧ばらつきが生じている場合、互いのセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは均等化される。また、3つの接続状態のうちいずれかの接続状態においてモジュール内のある並列段の合成容量は他の並列段の合成容量よりも小さくなるため、その段のセル電圧は他段のセル電圧よりも充電中においては高く、放電中においては低くなる。また、合成容量の小さい並列段を構成するセルの容量は他の並列段を構成するセルの容量よりも小さいため電圧応答の時定数が小さい。よって合成容量の小さい並列段においては他の並列段よりも電圧均等化が速く進むため、合成容量の小さな並列段のセル電圧と他の並列段のセル電圧との間に差が生じる。そして先ほどとは異なる接続状態に切り替えられると前記のセルは電圧の異なるセルと並列に接続されるため、それらのセル間において相互充放電が行われる。このように意図的にモジュール内のある並列段の合成容量を小さくすることによりセル間における相互充放電を活発化させ、大きな電圧ばらつきが発生した場合においては同じ容量のセルのみにより構成されたモジュールよりも素早く均等化を行うことが出来る。   According to this power storage module, combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module are switched by three systems of semiconductor switches, and each cell is indirectly connected to all cells indirectly through one of the cells. Will be. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is equalized. In addition, since the combined capacity of a certain parallel stage in the module is smaller than the combined capacity of other parallel stages in any one of the three connection states, the cell voltage at that stage is higher than the cell voltage at the other stage. High during charging and low during discharging. In addition, since the capacity of the cells constituting the parallel stage having a small combined capacity is smaller than the capacity of the cells constituting the other parallel stages, the time constant of the voltage response is small. Therefore, in the parallel stage having a small combined capacity, voltage equalization proceeds faster than in other parallel stages, so that a difference occurs between the cell voltage of the parallel stage having a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage. When the cell is switched to a connection state different from the previous one, the cells are connected in parallel with cells having different voltages, so that mutual charge / discharge is performed between the cells. In this way, by intentionally reducing the combined capacity of a certain parallel stage in the module, the mutual charge / discharge between the cells is activated, and in the case where a large voltage variation occurs, the module is composed only of cells having the same capacity. Can perform equalization more quickly.

さらに、本発明は、二次電池セルと電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用キャパシタセルから成る2直列/2並列以上の構成の蓄電モジュール内の各セル電圧を2系統の半導体スイッチのみを用いて均等化する蓄電モジュールであって、蓄電モジュール内において直列及び並列接続されるセルの組み合わせを半導体スイッチにより切り替えることにより蓄電モジュール内の各セル間で相互充放電を行い、各セル電圧を均等化する蓄電モジュールであり、2つの接続状態のうちいずれの接続状態においてもモジュール内の全ての並列段が二次電池セルとキャパシタセルの両方を含むよう二次電池セルとキャパシタセルの配置を施した蓄電モジュールである。なお、上記各並列段において、二次電池セルとキャパシタセルの個数の比を一定とする。   Furthermore, the present invention uses only two semiconductor switches for each cell voltage in a power storage module having a configuration of two series / two parallels or more including a secondary battery cell and a capacitor cell for power supply for electric energy storage. A power storage module to be equalized, wherein a combination of cells connected in series and in parallel in the power storage module is switched by a semiconductor switch to perform mutual charge / discharge between the cells in the power storage module, thereby equalizing each cell voltage An electricity storage module, in which an arrangement of secondary battery cells and capacitor cells is performed so that all parallel stages in the module include both secondary battery cells and capacitor cells in any of the two connection states. It is a module. In each of the parallel stages, the ratio of the number of secondary battery cells and capacitor cells is constant.

この蓄電モジュールによれば、蓄電モジュール内における各セルの直列及び並列接続される組み合わせは2系統の半導体スイッチにより切り替えられ、各セルはいずれかのセルを介して間接的に全てのセルに並列接続されることになる。並列接続されるセル間に電圧ばらつきが生じている場合、互いのセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは均等化される。また、2つの接続状態うちいずれの接続状態においてもモジュール内の全ての並列段が二次電池セルとキャパシタセルの両方を含むため、二次電池セルとキャパシタセルを並列に接続したハイブリッド蓄電モジュールを構成することが可能である。なお、上記各並列段において、二次電池セルとキャパシタセルの個数の比を一定とする。   According to this power storage module, combinations of cells connected in series and in parallel in the power storage module are switched by two systems of semiconductor switches, and each cell is indirectly connected in parallel to all cells via one of the cells. Will be. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is equalized. Moreover, since all the parallel stages in the module include both the secondary battery cell and the capacitor cell in any of the two connection states, the hybrid power storage module in which the secondary battery cell and the capacitor cell are connected in parallel is provided. It is possible to configure. In each of the parallel stages, the ratio of the number of secondary battery cells and capacitor cells is constant.

さらに、本発明は任意の数の半導体スイッチ及び蓄電セルを含む基本ユニットを複数個直列及び並列に接続することにより所望の電圧・容量を実現できる蓄電セルユニットモジュールである。   Furthermore, the present invention is a storage cell unit module capable of realizing a desired voltage and capacity by connecting a plurality of basic units including any number of semiconductor switches and storage cells in series and in parallel.

電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用セルを複数個直列及び並列に接続して構成された蓄電モジュール内の各セルを2系統の半導体スイッチのみを用いて均等化することが可能である。   It is possible to equalize each cell in a power storage module configured by connecting a plurality of power supply cells for electrical energy storage in series and in parallel using only two semiconductor switches.

長期使用や使用環境により半導体スイッチやセルが劣化し、半導体スイッチのオン抵抗やセルの直流内部抵抗やセルの容量などの各種パラメータが変化した場合においても均等化機能は失われることはなく、信頼性の高い均等化機能付き蓄電モジュールを提供できる。   Even if the semiconductor switch or cell deteriorates due to long-term use or usage environment and various parameters such as the on-resistance of the semiconductor switch, the DC internal resistance of the cell, and the capacity of the cell change, the equalization function is not lost. A highly efficient power storage module with an equalizing function can be provided.

均等化には半導体スイッチのみを用いるため蓄電モジュールとしての故障率を低くすることが可能である。また万が一、複数の直列段のうち電気的に最外縁部の最高電位側および最低電位側のスイッチを除くいずれかの1つの半導体スイッチがオープン故障した場合においても均等化機能は失われることはなく、信頼性の高い均等化機能付き蓄電モジュールを提供できる。   Since only semiconductor switches are used for equalization, it is possible to reduce the failure rate as a power storage module. In the unlikely event that any one semiconductor switch, except for the highest potential side and lowest potential side switches at the outermost edge of a plurality of series stages, is open-failed, the equalization function is not lost. A highly reliable power storage module with an equalizing function can be provided.

2直列/3並列以上の構成における均等化機能付き蓄電モジュールにおいて、蓄電モジュール内のいずれか1つのセルがオープン故障しても均等化機能を失われることはなく、信頼性の高い均等化機能付き蓄電モジュールを提供できる。   In a power storage module with an equalization function in a configuration of 2 series / 3 parallel or higher, even if any one cell in the power storage module is open failure, the equalization function is not lost, and a highly reliable equalization function is provided. A power storage module can be provided.

均等化機能付き蓄電モジュールにおいて幾つか存在する接続状態のうち、ある接続状態において、蓄電モジュール内のある並列段の合成容量が他の並列段の合成容量よりも小さくなるようなセル配置を施すことにより、電圧ばらつきが発生した場合においては同じ容量のセルのみにより構成されたモジュールよりも素早く均等化を行うことができる。   Among several connection states that exist in a storage module with an equalization function, a cell arrangement is applied so that in one connection state, the combined capacity of one parallel stage in the storage module is smaller than the combined capacity of other parallel stages. Therefore, when voltage variation occurs, equalization can be performed more quickly than a module configured by only cells having the same capacity.

均等化機能付き蓄電モジュールにおいて幾つか存在する接続状態のうち、いずれの接続状態において、蓄電モジュール内の全ての並列段が二次電池セルとキャパシタセルの両方を含むようなセルの配置を施すことにより、二次電池とキャパシタの並列構成から成る均等化機能付きハイブリッド蓄電モジュールを構成することができる。なお、上記各並列段において、二次電池セルとキャパシタセルの個数の比を一定とする。   Among several connection states that exist in the power storage module with an equalization function, in any connection state, the cells are arranged so that all parallel stages in the power storage module include both secondary battery cells and capacitor cells. Thus, a hybrid power storage module with an equalizing function, which is composed of a parallel configuration of a secondary battery and a capacitor, can be configured. In each of the parallel stages, the ratio of the number of secondary battery cells and capacitor cells is constant.

本発明における均等化手法においてはモジュールに使用する蓄電セル及び素子のパラメータが変化した場合においても均等化機能は失われることはないため、複数のユニットを組み合わせて規模の大きなモジュールを構成する場合においてもユニット間のマッチングを取る必要がなくなる。   In the equalization method of the present invention, the equalization function is not lost even when the parameters of the storage cells and elements used in the module are changed. Therefore, in the case of configuring a large-scale module by combining a plurality of units. Eliminates the need for matching between units.

図1に本発明の基本原理を説明する。セルa〜cがスイッチA〜Dを介して並列に接続されている。Ba〜Bcはセルの容量、ra〜rcはセルの内部抵抗、rA〜rDはスイッチのオン抵抗をそれぞれ示す。初期状態としてスイッチA〜Dがオフ、セルa〜cのセル電圧は異なる状態、つまりセルの電圧はばらついているものとする。ここでスイッチCとスイッチDはオフのままでスイッチAとスイッチBをオン状態にすると、セルaとセルbは並列に接続され、セルの内部抵抗rA、rBとスイッチのオン抵抗rA、rBで制限される電流が電圧の高いセルから電圧の低いセルへと流れる。つまりセルaとセルbが抵抗ra、rb、rA、rBを介して相互に充放電を行う。そして時間の経過と共にセルaとセルbの電圧は近づいてゆき、最終的には等しくなる。   FIG. 1 illustrates the basic principle of the present invention. Cells a to c are connected in parallel via switches A to D. Ba to Bc are cell capacities, ra to rc are internal resistances of the cell, and rA to rD are on-resistances of the switches. Assume that the switches A to D are off and the cell voltages of the cells a to c are different from each other, that is, the cell voltages vary. Here, when the switch A and the switch B are turned on while the switch C and the switch D remain off, the cell a and the cell b are connected in parallel, and the internal resistances rA and rB of the cell and the on-resistances rA and rB of the switch A limited current flows from the high voltage cell to the low voltage cell. That is, the cell a and the cell b charge and discharge each other via the resistors ra, rb, rA, and rB. Then, as time elapses, the voltages of the cells a and b approach each other and eventually become equal.

次にスイッチAとスイッチBをオフにすると同時にスイッチCとスイッチDをオン状態にすると、セルbとセルcは並列に接続され、セルの直流内部抵抗rb、rcとスイッチのオン抵抗rC、rDで制限される電流が電圧の高いセルから電圧の低いセルへと流れる。つまりセルbとセルcが抵抗rb、rc、rC、rDを介して相互に充放電を行う。そして時間の経過と共にセルbとセルcの電圧は近づいてゆき、最終的には等しくなる。   Next, when the switch A and the switch B are turned off and the switch C and the switch D are turned on at the same time, the cell b and the cell c are connected in parallel, and the direct current internal resistance rb, rc of the cell and the on resistance rC, rD of the switch. The current limited by flows from the high voltage cell to the low voltage cell. That is, the cell b and the cell c charge and discharge each other through the resistors rb, rc, rC, and rD. Then, the voltages of the cell b and the cell c approach each other as time passes and finally become equal.

上記の一連の動作において、セルaとセルcは直接的に並列接続されることはないが、セルbを介して間接的に並列接続されているのと同等であると見なせる。よってセルaとセルcはセルbを介して間接的に相互充放電を行うものと見なすことができ、これらの一連の動作によりセルa〜cの電圧を等しくすることが可能である。   In the above series of operations, the cell a and the cell c are not directly connected in parallel, but can be regarded as equivalent to being indirectly connected in parallel via the cell b. Therefore, it can be considered that the cell a and the cell c are indirectly charged and discharged via the cell b, and the voltage of the cells a to c can be equalized by a series of these operations.

図2は本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第1の実施形を示す回路図である。このモジュールの構成は3直列/3並列である。B1A〜B4A、B1B〜B3B、B0C〜B3Cはセル、Sa1〜Sa8、Sb1〜Sb8は半導体スイッチを示す。Sa系統とSb系統で示される2系統の半導体スイッチをドライバを用いて交互にオン/オフすることによりモジュール内において並列接続されるセルの組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはそれぞれの間において相互充放電を行いセル電圧を均等化することが可能である。なお、ドライバを用いたオン/オフ動作は、一定周期でオンとオフを切り替えるよう動作させることができる他、経時変化や負荷変動などに応じてこの周期を変えるようにしてもよい。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of a power storage module with a series / parallel switching type equalization function of the present invention. The configuration of this module is 3 series / 3 parallel. B1A to B4A, B1B to B3B, B0C to B3C are cells, and Sa1 to Sa8 and Sb1 to Sb8 are semiconductor switches. The combination of cells connected in parallel in the module is switched by alternately turning on / off the two systems of semiconductor switches shown by the Sa system and Sb system using a driver, and each cell in the module It is possible to equalize cell voltages by performing mutual charge and discharge. The on / off operation using the driver can be switched between on and off at a constant cycle, and the cycle may be changed according to a change with time, a load variation, or the like.

図3にSa系統のスイッチがオン、Sb系統のスイッチがオフの状態の回路図を示す。この状態においてはB1AとB1BとB1C、B2AとB2BとB2C、B3AとB3BとB3Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。なお、この状態においてはB4AとB0Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 3 shows a circuit diagram in which the Sa system switch is on and the Sb system switch is off. In this state, B1A and B1B and B1C, B2A and B2B and B2C, and B3A, B3B, and B3C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. In this state, B4A and B0C are electrically opened in the module.

図4にSa系統のスイッチがオフ、Sb系統のスイッチがオンの状態の回路図を示す。この状態においてはB2AとB1BとB0C、B3AとB2BとB1C、B4AとB3BとB2Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。なお、この状態においてはB1AとB3Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 4 shows a circuit diagram in a state where the Sa system switch is off and the Sb system switch is on. In this state, B2A and B1B and B0C, B3A and B2B and B1C, and B4A, B3B, and B2C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. In this state, B1A and B3C are electrically opened in the module.

上述のスイッチのオンオフ動作の繰り返しにより、常に3直列/3並列の構成を維持しつつ直列及び並列接続の組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはいずれかのセルを介して全てのセルに並列接続されることになり、並列接続されるセル間において相互充放電が行われ各セルの電圧は均等化される。   By repeating the on / off operation of the switches described above, the combination of series and parallel connection is always switched while maintaining a 3 series / 3 parallel configuration, and each cell in the module is parallel to all cells via any cell. As a result, the cells connected in parallel are mutually charged and discharged, and the voltages of the cells are equalized.

なお、上述の第1の実施形態において蓄電モジュールを構成するセルは必ずしも同容量のセルである必要はなく、異なる容量のセルを組み合わせて蓄電モジュールを構成した場合においてもセル電圧の均等化は可能である。   In the first embodiment described above, the cells constituting the power storage module do not necessarily have the same capacity, and even when the power storage modules are configured by combining cells having different capacities, the cell voltages can be equalized. It is.

図5は本発明の蓄電モジュールの第2の実施形態を示す回路図である。このモジュールの構成は3直列/3並列である。B1A、B’2A、B3A,B4A、B1B、B’2B、B3B、B0C、B1C、B’2C、B3Cはセル、Sa1〜Sa8、Sb1〜Sb8は半導体スイッチを示す。ここでB’2A、B’2B、B’2Cは他のセルよりも容量の小さいセルである。Sa系統とSb系統で示される2系統の半導体スイッチをドライバを用いて交互にオン/オフすることによりモジュール内において並列接続されるセルの組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはそれぞれの間において相互充放電を行いセル電圧均等化される。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the electricity storage module of the present invention. The configuration of this module is 3 series / 3 parallel. B1A, B'2A, B3A, B4A, B1B, B'2B, B3B, B0C, B1C, B'2C, and B3C are cells, and Sa1 to Sa8 and Sb1 to Sb8 are semiconductor switches. Here, B'2A, B'2B, and B'2C are cells having a smaller capacity than other cells. The combination of cells connected in parallel in the module is switched by alternately turning on / off the two systems of semiconductor switches shown by the Sa system and Sb system using a driver, and each cell in the module Mutual charge / discharge is performed to equalize the cell voltage.

図6にSa系統のスイッチがオフ、Sb系統のスイッチがオンの状態の回路図を示す。この状態においてはB’2AとB1BとB0C、B3AとB’2BとB1C、B4AとB3BとB’2Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態においては全ての並列段の合成容量は等しいため、各セルの初期電圧が等しい場合においては充放電中においても並列段を構成する全てのセルの電圧は等しくなる。なお、この状態においてはB1AとB3Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 6 shows a circuit diagram in a state where the Sa system switch is off and the Sb system switch is on. In this state, B'2A, B1B, and B0C, B3A, B'2B, and B1C, and B4A, B3B, and B'2C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. Since the combined capacities of all the parallel stages are equal in this connection state, when the initial voltages of the respective cells are equal, the voltages of all the cells constituting the parallel stage are equal even during charging / discharging. In this state, B1A and B3C are electrically opened in the module.

図7にSa系統のスイッチがオン、Sb系統のスイッチがオフの状態の回路図を示す。この状態においてはB1AとB1BとB1C、B’2AとB’2BとB’2C、B3AとB3BとB3Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態にてB’2A//B’2B//B’2Cの並列段は他段と比較して合成容量が小さいため、各セルの初期電圧が等しい状態から充放電を行った場合、充電中においてこの並列段のセル電圧は他の並列段のセル電圧よりも高く、放電中においては低くなる。また、合成容量の小さい並列段を構成するセルの容量は他の並列段を構成するセルの容量よりも小さいため電圧応答の時定数が小さい。よって合成容量の小さい並列段においては他の並列段よりも相互充放電が速く進みセル電圧の変動も大きくなるため、合成容量の小さな並列段のセル電圧と他の並列段のセル電圧との間に差が生じる。なお、この状態においてはB4AとB0Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 7 shows a circuit diagram in a state in which the Sa system switch is on and the Sb system switch is off. In this state, B1A, B1B, and B1C, B'2A, B'2B, and B'2C, and B3A, B3B, and B3C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. In this connection state, since the combined capacity of the parallel stage of B′2A // B′2B // B′2C is smaller than that of the other stages, when charging / discharging from the state where the initial voltage of each cell is equal, The cell voltage of this parallel stage is higher than that of other parallel stages during charging, and is lower during discharging. In addition, since the capacity of the cells constituting the parallel stage having a small combined capacity is smaller than the capacity of the cells constituting the other parallel stages, the time constant of the voltage response is small. Therefore, in the parallel stage with a small combined capacity, the mutual charge / discharge proceeds faster than other parallel stages, and the fluctuation of the cell voltage also increases. Therefore, between the cell voltage of the parallel stage with a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage There will be a difference. In this state, B4A and B0C are electrically opened in the module.

そして上記の図7において合成容量の小さい並列段のセル電圧とその他の並列段のセル電圧に差が生じている状態から図6の接続状態へと切り替えると、セル電圧に差が生じている容量の小さいセルとその他のセルが並列に接続されるため、セル電圧に差が生じているセル間において相互充放電が行われる。   In FIG. 7, when the cell voltage of the parallel stage having a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage are switched from the state in which the difference is generated to the connection state in FIG. Since the small cell and other cells are connected in parallel, mutual charging / discharging is performed between the cells in which the cell voltage is different.

上述のスイッチのオンオフ動作の繰り返しにより、常に3直列/3並列の構成を維持しつつ直列及び並列接続の組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはいずれかのセルを介して全てのセルに並列接続されることになり、並列接続されるセル間において相互充放電が行われ各セルの電圧は均等化される。また、ある接続状態において並列接続されるセルの合成容量が小さくなるように意図的にセル配置を施すことにより、セル間における相互充放電を活発化させ、大きな電圧ばらつきが発生した場合においては同じ容量のセルのみにより構成されたモジュールよりも素早く均等化を行うことが可能となる。ただし、この実施形態においては大きな電圧ばらつきが発生した場合において素早く均等化を行うために敢えて容量の小さなセルをモジュール内に配置しており、合成容量の小さい並列段が存在する接続状態においては多少の電圧ばらつきが常に発生することになる。   By repeating the on / off operation of the switches described above, the combination of series and parallel connection is always switched while maintaining a 3 series / 3 parallel configuration, and each cell in the module is parallel to all cells via any cell. As a result, the cells connected in parallel are mutually charged and discharged, and the voltages of the cells are equalized. In addition, by arranging the cells intentionally so that the combined capacity of the cells connected in parallel in a certain connection state is reduced, the mutual charge / discharge between the cells is activated, and the same occurs when a large voltage variation occurs. It is possible to perform equalization more quickly than a module configured only by capacity cells. However, in this embodiment, a cell having a small capacity is intentionally arranged in the module in order to quickly equalize when a large voltage variation occurs, and in a connection state where a parallel stage having a small composite capacity exists, it is somewhat The voltage variation always occurs.

図8は本発明の蓄電モジュールの第3の実施形態を示す回路図である。このモジュールの構成は3直列/3並列である。B’0A、B1A、B2A,B’3A、B4A、B1B、B’2B、B3B、B0C、B’1C、B2C、B3C、B’4Cはセル、Sa1〜Sa8、Sb1〜Sb8、Sc1〜Sc8は半導体スイッチを示す。ここでB’0A、B’3A、B’2B、B’1C、B’4Cは他のセルよりも容量の小さいセルである。Sa系統、Sb系統、Sc系統で示される3系統のうちいずれか2系統の半導体スイッチをドライバを用いて交互にオン/オフすることによりモジュール内において並列接続されるセルの組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはそれぞれの間において相互充放電を行いセル電圧を均等化することが可能である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a third embodiment of the power storage module of the present invention. The configuration of this module is 3 series / 3 parallel. B'0A, B1A, B2A, B'3A, B4A, B1B, B'2B, B3B, B0C, B'1C, B2C, B3C, B'4C are cells, Sa1-Sa8, Sb1-Sb8, Sc1-Sc8 are A semiconductor switch is shown. Here, B'0A, B'3A, B'2B, B'1C, and B'4C are cells having a smaller capacity than other cells. The combination of cells connected in parallel in the module is switched by alternately turning on / off any two semiconductor switches of the three systems indicated by the Sa system, Sb system, and Sc system using a driver. Each of the cells can be charged and discharged between each other to equalize the cell voltage.

図9にSa系統のスイッチがオン、Sb系統およびSc系統のスイッチがオフの状態の回路図を示す。この状態においてはB’0AとB1BとB2C、B1AとB’2BとB3C、B2AとB3BとB’4Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態においては全ての並列段の合成容量は等しいため、各セルの初期電圧が等しい場合においては充放電中においても並列段を構成する全てのセルの電圧は等しくなる。各セルに電圧ばらつきが発生している場合においては並列接続されているセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。なお、この状態においてはB’3A、B4A、B0C、B’1Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 9 shows a circuit diagram in a state where the Sa system switch is on and the Sb system and Sc system switches are off. In this state, B'0A, B1B, and B2C, B1A, B'2B, and B3C, and B2A, B3B, and B'4C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. Since the combined capacities of all the parallel stages are equal in this connection state, when the initial voltages of the respective cells are equal, the voltages of all the cells constituting the parallel stage are equal even during charging / discharging. When voltage variation occurs in each cell, mutual charging / discharging is performed between cells connected in parallel, and the voltage variation is resolved. In this state, B'3A, B4A, B0C, B'1C are electrically opened in the module.

図10にSa系統およびSc系統のスイッチがオフ、Sb系統のスイッチがオンの状態の回路図を示す。この状態においてはB1AとB1BとB’1C、B2AとB’2BとB2C、B’3AとB3BとC3Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態においても全ての並列段の合成容量は等しいため、各セルの初期電圧が等しい場合においては充放電中においても並列段を構成する全てのセルの電圧は等しくなる。各セルに電圧ばらつきが発生している場合においては並列接続されているセル間において相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。なお、この状態においてはB’0A、B4A、B0C、B’4Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 10 shows a circuit diagram in which the switches of the Sa system and the Sc system are off and the switch of the Sb system is on. In this state, B1A, B1B, and B'1C, B2A, B'2B, and B2C, and B'3A, B3B, and C3C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. Even in this connection state, the combined capacities of all the parallel stages are equal. Therefore, when the initial voltages of the respective cells are equal, the voltages of all the cells constituting the parallel stage are equal even during charge / discharge. When voltage variation occurs in each cell, mutual charging / discharging is performed between cells connected in parallel, and the voltage variation is resolved. In this state, B'0A, B4A, B0C and B'4C are electrically opened in the module.

図11にSa系統およびSb系統のスイッチがオフ、Sc系統のスイッチがオンの状態の回路図を示す。この状態においてはB2AとB1BとB0C、B’3AとB’2BとB’1C、B4AとB3BとB2Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態にてB’3A//B’2B//B’1Cの並列段は他段と比較して合成容量が小さいため、各セルの初期電圧が等しい状態から充放電を行うと、充電中においてはこれらのセル電圧は他の並列段のセル電圧よりも高く、放電中においては低くなる。また、合成容量の小さい並列段を構成するセルの容量は他の並列段を構成するセルの容量よりも小さいため電圧応答の時定数が小さい。よって合成容量の小さい並列段においては他の並列段よりも相互充放電が速く進みセル電圧の変動も大きくなるため、合成容量の小さな並列段のセル電圧と他の並列段のセル電圧との間に差が生じる。なお、この状態においてはB’0A、B1A、B3C、B’4Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。図11においてB’3AとB’2BとB’1Cのセル電圧が他のセル電圧と異なる状態から図9および図10の状態へと並列接続の組み合わせが切り替えられると電圧の異なるセルが並列に接続されることになり、電圧の異なるセル間において相互充放電が行われ電圧ばらつきは解消される方向に向かう。   FIG. 11 is a circuit diagram showing a state where the switches of the Sa system and the Sb system are off and the switch of the Sc system is on. In this state, B2A, B1B, and B0C, B'3A, B'2B, and B'1C, and B4A, B3B, and B2C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. In this connection state, since the combined capacity of the parallel stage of B′3A // B′2B // B′1C is smaller than that of the other stages, charging / discharging is performed when charging / discharging is performed from the state where the initial voltages of the cells are equal. In the middle, these cell voltages are higher than those in the other parallel stages, and lower during the discharge. In addition, since the capacity of the cells constituting the parallel stage having a small combined capacity is smaller than the capacity of the cells constituting the other parallel stages, the time constant of the voltage response is small. Therefore, in the parallel stage with a small combined capacity, the mutual charge / discharge proceeds faster than other parallel stages, and the fluctuation of the cell voltage also increases. Therefore, between the cell voltage of the parallel stage with a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage There will be a difference. In this state, B'0A, B1A, B3C, and B'4C are electrically opened in the module. In FIG. 11, when the combination of parallel connection is switched from the state where the cell voltages of B′3A, B′2B and B′1C are different from the other cell voltages to the states of FIGS. 9 and 10, cells having different voltages are connected in parallel. As a result, the cells are connected to each other, and mutual charging / discharging is performed between the cells having different voltages, and the voltage variation is eliminated.

そして上記の図11において合成容量の小さい並列段のセル電圧とその他の並列段のセル電圧に差が生じている状態から図9もしくは図10の接続状態へと切り替えると、セル電圧に差が生じている容量の小さいセルとその他のセルが並列に接続されるため、セル電圧に差が生じているセル間において相互充放電が行われる。   In FIG. 11, when the cell voltage of the parallel stage having a small combined capacity and the cell voltage of the other parallel stage are switched from the state in which the difference is generated to the connection state in FIG. 9 or FIG. Since the small capacity cell and the other cells are connected in parallel, mutual charging / discharging is performed between the cells having a difference in cell voltage.

上述のスイッチのオンオフ動作の繰り返しにより、常に3直列/3並列の構成を維持しつつ直列及び並列接続の組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはいずれかのセルを介して全てのセルに並列接続されることになり、並列接続されるセル間において相互充放電が行われ各セルの電圧は均等化される。また、ある接続状態において並列接続されるセルの合成容量が小さくなるように意図的にセル配置を施すことにより、セル間における相互充放電を活発化させ、大きな電圧ばらつきが発生した場合においては同じ容量のセルのみにより構成されたモジュールよりも素早く均等化を行うことが可能となる。第2の実施形態においては通常状態においても多少の電圧ばらつきが常に発生している状態であったが、第3の実施形態では通常状態においてはSc系統のスイッチはオフのままでSa系統とSb系統のスイッチをオン/オフさせることにより、いずれの並列段の合成容量も同じままセル電圧がばらつかないように維持することが可能である。そして大きな電圧ばらつきが発生した場合においてはSa系統のスイッチはオフのままでSb系統とSc系統のスイッチをオン/オフ、もしくはSb系統のスイッチはオフのままでSa系統とSc系統のスイッチをオン/オフすることにより素早い均等化を行う、というように2段階の均等化機能を備えたモジュールを構成することが可能となる。   By repeating the on / off operation of the switches described above, the combination of series and parallel connection is always switched while maintaining a 3 series / 3 parallel configuration, and each cell in the module is parallel to all cells via any cell. As a result, the cells connected in parallel are mutually charged and discharged, and the voltages of the cells are equalized. In addition, by arranging the cells intentionally so that the combined capacity of the cells connected in parallel in a certain connection state is reduced, the mutual charge / discharge between the cells is activated, and the same occurs when a large voltage variation occurs. It is possible to perform equalization more quickly than a module configured only by capacity cells. In the second embodiment, a slight voltage variation always occurs even in the normal state. In the third embodiment, the Sc system switch remains off and the Sa system and Sb remain in the normal state. By turning the system switch on / off, it is possible to maintain the combined capacity of any parallel stage so that the cell voltage does not vary. When a large voltage variation occurs, the Sa system switch remains off and the Sb system and Sc system switches on / off, or the Sb system switch remains off and the Sa system and Sc system switches on. It is possible to configure a module having a two-stage equalization function, such as performing quick equalization by turning off / off.

上述のような構成により、負荷が大きく蓄電モジュール内のセル電圧がばらつき易い場合には素早い均等化を行い、負荷が小さく蓄電モジュール内のセル電圧があまりばらつかない場合には通常の均等化を行うというように負荷の状況に応じて均等化の速度を切り替えることが可能となる。特に自動車用電源や携帯機器のように使用状況に応じて負荷が大きく変動するような用途において有効である。   With the above configuration, quick equalization is performed when the load is large and the cell voltage in the power storage module is likely to vary, and normal equalization is performed when the load is small and the cell voltage in the power storage module does not vary much. It is possible to switch the speed of equalization according to the load situation. This is particularly effective in applications where the load varies greatly depending on the usage conditions, such as automobile power supplies and portable devices.

図12は本発明の蓄電モジュールの第4の実施形態の一実施例を示す回路図である。このモジュールの構成は3直列/3並列である。B2A、B3A、B1B、B3B、B1C、B2Cは二次電池セル、C1A、C4A、C2B、C0C、C3Cはキャパシタセル、Sa1〜Sa8、Sb1〜Sb8、Sc1〜Sc8は半導体スイッチを示す。Sa系統、Sb系統で示される2系統の半導体スイッチをドライバを用いて交互にオン/オフすることによりモジュール内において並列接続されるセルの組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはそれぞれの間において相互充放電を行いセル電圧を均等化することが可能である。   FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of the fourth embodiment of the electricity storage module of the present invention. The configuration of this module is 3 series / 3 parallel. B2A, B3A, B1B, B3B, B1C and B2C are secondary battery cells, C1A, C4A, C2B, C0C and C3C are capacitor cells, and Sa1 to Sa8, Sb1 to Sb8 and Sc1 to Sc8 are semiconductor switches. The combination of cells connected in parallel in the module is switched by alternately turning on / off the two systems of semiconductor switches shown by the Sa system and Sb system using a driver, and each cell in the module It is possible to equalize cell voltages by performing mutual charge and discharge.

図13にSa系統のスイッチがオン、Sb系統のスイッチがオフの状態の回路図を示す。この状態においてはC1AとB1BとB1C、B2AとC2BとB2C、B3AとB3BとC3Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。この接続状態においてモジュール内のいずれの並列段も2つの二次電池セルと1つのキャパシタセルにより構成されており、モジュール全体としては2並列の二次電池と1並列のキャパシタにより構成されるハイブリッド蓄電モジュールとして機能する。なお、この状態においてはC4AとC0Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 13 shows a circuit diagram in which the Sa system switch is on and the Sb system switch is off. In this state, C1A, B1B, and B1C, B2A, C2B, and B2C, and B3A, B3B, and C3C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. In this connection state, any parallel stage in the module is composed of two secondary battery cells and one capacitor cell, and the module as a whole is a hybrid power storage composed of two parallel secondary batteries and one parallel capacitor. Functions as a module. In this state, C4A and C0C are electrically opened in the module.

図14にSa系統のスイッチがオフ、Sb系統のスイッチがオンの状態の回路図を示す。この状態においてはB2AとB1BとC0C、B3AとC2BとB1C、C4AとB3BとB2Cがそれぞれ並列に接続されており、3直列/3並列のモジュールを構成している。並列接続されているセル間において電圧ばらつきが発生している場合はセル間で相互充放電が行われ、電圧ばらつきは解消される方向に向かう。図13の場合と同様に、この接続状態においてもモジュール内のいずれの並列段も2つの二次電池セルと1つのキャパシタセルにより構成されており、モジュール全体としては2並列の二次電池と1並列のキャパシタにより構成されるハイブリッド蓄電モジュールとして機能する。なお、この状態においてはC1AとC3Cはモジュール内において電気的に開放状態となる。   FIG. 14 shows a circuit diagram in which the Sa system switch is off and the Sb system switch is on. In this state, B2A, B1B, and C0C, B3A, C2B, and B1C, and C4A, B3B, and B2C are connected in parallel to form a 3 series / 3 parallel module. When voltage variation occurs between cells connected in parallel, mutual charge / discharge is performed between the cells, and the voltage variation is resolved. As in the case of FIG. 13, even in this connected state, any parallel stage in the module is composed of two secondary battery cells and one capacitor cell, and the module as a whole has two parallel secondary batteries and 1 It functions as a hybrid power storage module composed of parallel capacitors. In this state, C1A and C3C are electrically opened in the module.

上述のスイッチのオンオフ動作の繰り返しにより、常に3直列/3並列の構成を維持しつつ直列及び並列接続の組み合わせは切り替えられ、モジュール内の各セルはいずれかのセルを介して全てのセルに並列接続されることになり、並列接続されるセル間において相互充放電が行われ各セルの電圧は均等化される。また、いずれの接続状態においてもモジュール内のいずれの並列段も2つの二次電池セルと1つのキャパシタセルの両方を含んでいるため、モジュールとしては二次電池×2並列+キャパシタ×1並列のハイブリッド構成を維持しつつモジュール内のセル電圧を均等化することが可能となる。   By repeating the on / off operation of the switches described above, the combination of series and parallel connection is always switched while maintaining a 3 series / 3 parallel configuration, and each cell in the module is parallel to all cells via any cell. As a result, the cells connected in parallel are mutually charged and discharged, and the voltages of the cells are equalized. In any connection state, any parallel stage in the module includes both two secondary battery cells and one capacitor cell. Therefore, the module has secondary battery × 2 parallel + capacitor × 1 parallel. It is possible to equalize the cell voltages in the module while maintaining the hybrid configuration.

なお、上述の第4の実施形態において蓄電モジュールを構成する二次電池セルおよびキャパシタセルは必ずしも同容量のセルである必要はなく、異なる容量のセルを組み合わせて蓄電モジュールを構成した場合においてもセル電圧の均等化は可能である。   In the fourth embodiment, the secondary battery cell and the capacitor cell that constitute the power storage module do not necessarily have the same capacity, and even when the power storage module is configured by combining cells with different capacities, the cell Voltage equalization is possible.

上述のような構成により、接続状態の切り替えによる均等化により蓄電モジュール内のセル電圧のばらつきを抑えつつ、且つ、二次電池とキャパシタのハイブリッド構成を維持することができるので、均等化を行いながらハイブリッドの特徴であるパルス負荷への対応も可能となる。特に自動車用電源、携帯機器、無停電電源のように通常負荷とパルス負荷が混在し、且つ、蓄電モジュールのセル電圧のばらつきを抑えたいというような用途において有効である。   With the above-described configuration, it is possible to maintain the hybrid configuration of the secondary battery and the capacitor while suppressing variation in the cell voltage in the power storage module by equalization by switching the connection state, and performing equalization It is also possible to cope with the pulse load that is a characteristic of the hybrid. In particular, it is effective in applications where normal loads and pulse loads are mixed, such as automobile power supplies, portable devices, and uninterruptible power supplies, and it is desired to suppress variations in cell voltages of power storage modules.

図15は蓄電セルユニットモジュールを構成する単位ユニットの一実施形態を示す図である。図16は蓄電セルユニットモジュールの一実施形態を示す図である。図15のモジュールは7直列/5並列のモジュールであり、蓄電セルと半導体スイッチにより構成されるユニットA〜Dをそれぞれ2組、蓄電セルのみで構成されるエンドユニットE〜Fをそれぞれ1組用いて構成されている。ユニットAとユニットB、及びユニットCとユニットDはそれぞれ交互に並列接続できる構成となっており並列構成の端部においてはユニットAに対してエンドユニットE、ユニットB〜Dに対してはエンドユニットFをそれぞれ並列接続する構成となっている。またユニットAとユニットC、及びユニットBとユニットDはそれぞれ直列接続できる構成となっており、ユニットC〜DとエンドユニットE〜Fはそれぞれ同種類のユニット同士が直列接続できる構成となっている。モジュールとしての最小構成単位はユニットA及びユニットBにエンドユニットE及びエンドユニットFを組み合わせたものであり、直列数を増やしたい場合はこれにユニットCおよびユニットDを組み合わせに応じて所望の数だけ直列に接続する。並列数を増やしたい場合はユニットAとユニットC、及びユニットBとユニットDをそれぞれ所望の数だけ交互に並列に接続し、並列接続の端部においてはエンドユニットEおよびエンドユニットFを接続する。以上のユニットの組み合わせを行うことにより電圧均等化機能を備えた任意の電圧・容量のモジュールを構成することが可能である。   FIG. 15 is a diagram showing an embodiment of a unit unit constituting the storage cell unit module. FIG. 16 is a diagram showing an embodiment of a storage cell unit module. The module of FIG. 15 is a 7-series / 5-parallel module, using two sets of units A to D each including a storage cell and a semiconductor switch, and one set of end units E to F each including only a storage cell. Configured. Unit A and unit B, and unit C and unit D can be alternately connected in parallel. At the end of the parallel configuration, unit A is end unit E, and units B to D are end units. Each of the Fs is connected in parallel. Unit A and unit C, unit B and unit D can be connected in series, and units C to D and end units E to F can be connected in series with the same type of units. . The minimum structural unit as a module is a combination of unit A and unit B with end unit E and end unit F, and if it is desired to increase the number in series, unit C and unit D are added to the desired number according to the combination. Connect in series. When it is desired to increase the number of parallel connections, a desired number of units A and C, and units B and D are alternately connected in parallel, and end units E and F are connected at the end of the parallel connection. By combining the above units, it is possible to configure a module of any voltage / capacity having a voltage equalizing function.

本発明の蓄電モジュールにおいて用いられるセルは全て電気エネルギー貯蔵を目的とした電源用蓄電セルであり、複数個の蓄電セルを用いて蓄電モジュールを構成する。よってモジュール内のあるセルがオープン故障した場合やモジュール内のある半導体スイッチが故障してあるセルが電気的に切り離された場合においても蓄電モジュールとしての機能は失われない。   All the cells used in the power storage module of the present invention are power storage cells for the purpose of storing electrical energy, and a plurality of power storage cells are used to form a power storage module. Therefore, even when a certain cell in the module has an open failure or when a certain semiconductor switch in the module fails and the cell is electrically disconnected, the function as the power storage module is not lost.

本発明の蓄電モジュールにおいて複数の直列段のうち電気的に最外縁部の最高電位側および最低電位側のスイッチを除くいずれかの1つの半導体スイッチがオープン故障した場合、その半導体スイッチを介して並列接続されるセル間では相互充放電による均等化は行えなくなる。しかし別系統のスイッチ動作時には上記セルは別のセルに並列接続されるため相互充放電による均等化が可能となる。ただし、複数の直列段のうち電気的に最外縁部の最高電位側および最低電位側のスイッチが故障した場合や、2つ以上のスイッチが故障した場合などはモジュールから電気的に切り離されるセルが発生するケースがある。   In the power storage module of the present invention, when any one of the semiconductor switches except for the highest potential side switch and the lowest potential side switch at the outermost edge among the plurality of series stages has an open failure, the semiconductor switch is connected in parallel via the semiconductor switch. Equalization by mutual charge / discharge cannot be performed between connected cells. However, since the above cells are connected in parallel to another cell during switching operation of another system, equalization by mutual charge / discharge is possible. However, if the switch on the highest potential side and the lowest potential side at the outermost edge of a plurality of series stages fails, or if two or more switches fail, there is a cell that is electrically disconnected from the module. There are cases that occur.

図17及び図18は、蓄電セルがオープン故障した場合について説明するための図であり、図17は2並列2直列の場合、図18は2直列3並列の場合である。図17に示すように、蓄電セルB1Bがオープン故障した場合には、蓄電セルB1Aについては均等化はされない。これに対して2直列3並列以上の場合には、図18に示すように、蓄電セルB1Bがオープン故障した場合であっても、並列状態を切り替えることによって、すべてのセルの均等化を行うことができる。   FIGS. 17 and 18 are diagrams for explaining a case where the storage cell has an open failure. FIG. 17 shows a case of 2 parallel 2 series, and FIG. 18 shows a case of 2 series 3 parallel. As shown in FIG. 17, when the storage cell B1B has an open failure, the storage cell B1A is not equalized. On the other hand, in the case of 2 series 3 parallel or more, as shown in FIG. 18, even if the storage cell B1B has an open failure, all cells are equalized by switching the parallel state. Can do.

本発明の蓄電モジュールにおいて2直列/3並列以上の構成における蓄電モジュール内のある1つのセルがオープン故障した場合、その故障したセルを含む並列段の合成容量は小さくなってしまう。しかし他のセルとの電気的な接続を阻害する故障ではないため、モジュール内の各セルは必ず1つ以上のその他のセルと並列接続されることになるので均等化機能は失われない。ただし2直列/2並列以下の構成における場合や2つ以上のセルが故障した場合などは並列に接続される相手のいないセルが発生、もしくは故障セルのみにより構成される並列段などが発生するケースがある。   In the power storage module of the present invention, when one cell in the power storage module having a configuration of 2 series / 3 parallel or more has an open failure, the combined capacity of the parallel stage including the failed cell becomes small. However, since this is not a failure that hinders electrical connection with other cells, each cell in the module is always connected in parallel with one or more other cells, so that the equalization function is not lost. However, in the case of a configuration of 2 series / 2 parallel or less, or when two or more cells fail, a case where a cell with no partner connected in parallel occurs or a parallel stage composed only of failed cells occurs. There is.

図19乃至図22は、半導体スイッチがオープン故障した場合について説明するための図であり、図19、図21は2直列2並列の場合、図20、図22は2直列3並列の場合である。まず図19(a)及び図20(a)は、最外縁部以外の半導体スイッチ(「×」印で示した)がオープン故障した状態を示している。この場合には、図19(b)及び図20(b)ように接続状態を切り替えることにより、すべての蓄電セルの均等化を行うことが可能である。一方、図21(a)及び図22(a)のように、最外縁部の半導体スイッチがオープン故障した場合には、これらの図のB1Aで示した蓄電セルは、均等化以前に回路から切り離されてしまう。このため、電圧の均等化は、この蓄電セルを除いて行われることになる。   19 to 22 are diagrams for explaining a case where the semiconductor switch has an open failure. FIGS. 19 and 21 are cases of 2 series and 2 parallel, and FIGS. 20 and 22 are cases of 2 series and 3 parallel. . First, FIG. 19A and FIG. 20A show a state in which an open failure has occurred in the semiconductor switches other than the outermost edge (indicated by “x” marks). In this case, it is possible to equalize all the storage cells by switching the connection state as shown in FIGS. 19 (b) and 20 (b). On the other hand, as shown in FIGS. 21 (a) and 22 (a), when the semiconductor switch at the outermost edge portion has an open failure, the storage cell indicated by B1A in these drawings is disconnected from the circuit before equalization. It will be. For this reason, voltage equalization is performed excluding this power storage cell.

これまでは、蓄電セルの均等化を行うに際して、特に各蓄電セルの電圧を計測することは行わなかった。これは、回路構成を簡略化してモジュール全体の軽量化及び簡素化を図るという点では好ましい。しかしながら、特に軽量化等の要請が強くない状況で使用する場合には、各蓄電セルの電圧を計測し、他の蓄電セルとの電圧差が大きくなった場合に均等化を行うようなきめ細かい制御が望ましい場合もある。図23乃至30は、蓄電セルモジュールに電圧検出回路を設けた場合のブロック図を示している。   So far, when equalizing the storage cells, the voltage of each storage cell has not been specifically measured. This is preferable in that the circuit configuration is simplified to reduce the weight and simplification of the entire module. However, when used in situations where there is no strong demand for weight reduction, etc., fine control that measures the voltage of each storage cell and performs equalization when the voltage difference from other storage cells becomes large May be desirable. 23 to 30 show block diagrams in the case where a voltage detection circuit is provided in the storage cell module.

図23は、図2に示した第1の実施形態の回路に、電圧検出回路2、平均回路3、減算回路4、比較回路5、基準電圧1発生回路6を付加した実施形態を示しており、均等化による損失およびドライバにおける損失を低減させる方法の一例である。   FIG. 23 shows an embodiment in which a voltage detection circuit 2, an averaging circuit 3, a subtraction circuit 4, a comparison circuit 5, and a reference voltage 1 generation circuit 6 are added to the circuit of the first embodiment shown in FIG. FIG. 2 is an example of a method for reducing loss due to equalization and loss in a driver.

図23の回路は、前述の3直列/3並列のモジュールであり、モジュール内の各セルは電圧検出回路2及び平均回路3に接続されており、電圧検出回路2は各セル電圧に応じた電圧信号を出力し、平均回路3は各セル電圧の平均電圧に応じた電圧信号を出力する。電圧検出回路2及び平均回路3からの出力信号は減算回路4に入力され、各セル電圧とセルの平均電圧との差、つまり電圧ばらつきに応じた電圧信号が減算回路より出力される。減算回路4からの出力信号は比較回路5に入力され、基準電圧1発生回路6から供給される基準電圧1と比較される。減算回路4からの入力信号が基準電圧1よりも大きい場合、つまり各セル電圧のばらつきが基準電圧1の値よりも大きい場合は、スイッチ切り替え制御を行うようドライバ1から信号が出力され、各セル電圧のばらつきが基準電圧1の値よりも小さい場合はスイッチ切り替え制御を停止し、いずれかの系統のスイッチのみがオンとなるようドライバから信号が出力される。以上の動作により、各セル間において電圧ばらつきが生じていない場合の均等化の損失及びスイッチドライバにおける損失を低減させることが出来る。   The circuit of FIG. 23 is the above-described 3 series / 3 parallel module, and each cell in the module is connected to the voltage detection circuit 2 and the average circuit 3, and the voltage detection circuit 2 is a voltage corresponding to each cell voltage. The average circuit 3 outputs a voltage signal corresponding to the average voltage of each cell voltage. Output signals from the voltage detection circuit 2 and the average circuit 3 are input to the subtraction circuit 4, and a difference between each cell voltage and the average voltage of the cells, that is, a voltage signal corresponding to voltage variation is output from the subtraction circuit. The output signal from the subtraction circuit 4 is input to the comparison circuit 5 and compared with the reference voltage 1 supplied from the reference voltage 1 generation circuit 6. When the input signal from the subtracting circuit 4 is larger than the reference voltage 1, that is, when the variation of each cell voltage is larger than the value of the reference voltage 1, a signal is output from the driver 1 to perform switch switching control, and each cell When the voltage variation is smaller than the value of the reference voltage 1, the switch switching control is stopped, and a signal is output from the driver so that only one of the switches of any system is turned on. With the above operation, it is possible to reduce equalization loss and loss in the switch driver when there is no voltage variation between the cells.

図24は、図8に示した第3の実施形態の回路に、電圧検出回路2、平均回路3、減算回路4、比較回路5、基準電圧1発生回路6、基準電圧2発生回路7を付加した実施形態を示しており、均等化による損失およびドライバにおける損失を低減させ、電圧ばらつきの度合いにより動作させるスイッチの組み合わせを切り替える方法の一例である。   24, the voltage detection circuit 2, the average circuit 3, the subtraction circuit 4, the comparison circuit 5, the reference voltage 1 generation circuit 6, and the reference voltage 2 generation circuit 7 are added to the circuit of the third embodiment shown in FIG. This embodiment is an example of a method of switching a combination of switches that are operated according to the degree of voltage variation by reducing loss due to equalization and loss in a driver.

図24の回路は、第3の実施形態の蓄電モジュールにおいて、均等化による損失およびスイッチドライバにおける損失を低減させる。モジュール内の各セルは電圧検出回路2及び平均回路3に接続されており、電圧検出回路2は各セル電圧に応じた電圧信号を出力し、平均回路3は各セル電圧の平均電圧に応じた電圧信号を出力する。電圧検出回路2及び平均回路3からの出力信号は減算回路4に入力され各セル電圧とセルの平均電圧との差、つまり電圧ばらつきに応じた電圧信号が減算回路より出力される。減算回路4からの出力信号は比較回路5に入力され、基準電圧1発生回路6から供給される基準電圧1及び基準電圧2発生回路7から供給される基準電圧2と比較される。減算回路4からの入力信号が基準電圧1よりも大きい場合、つまり各セル電圧のばらつきが基準電圧1の値よりも大きい場合はSc系統のスイッチをオフの状態で維持し、Sa系統とSb系統のスイッチ切り替え制御を行うようドライバから信号が出力され、各セル電圧のばらつきが基準電圧1の値よりも小さい場合はスイッチ切り替え制御を停止し、いずれかの系統のスイッチのみオンするようドライバから信号が出力される。以上の動作により、各セル間において電圧ばらつきが生じていない場合の均等化の損失及びスイッチドライバにおける損失を低減させることが出来る。また、更に電圧ばらつきが大きくなり、減算回路4からの入力信号が基準電圧2よりも大きい場合、つまり各セル電圧のばらつきが基準電圧2の値よりも大きい場合はSa系統およびSb系統のうちいずれかのスイッチをオフ状態で維持し、Sa系統およびSb系統のうちいずれかオフ状態でない系統のスイッチとSc系統のスイッチ切り替え制御を行うようドライバから信号が出力され、各セル電圧のばらつきが基準電圧2の値よりも小さい場合は前記と同様にSc系統のスイッチをオフの状態で維持し、Sa系統とSb系統のスイッチ切り替え制御を行うようドライバから信号が出力される。以上の動作により、各セル間において電圧ばらつきが生じていない場合の均等化の損失及びスイッチドライバにおける損失を低減させ、電圧ばらつきが規定値よりも大きくなった場合は通常の均等化よりも素早く各セル電圧を均等化することが出来る。   The circuit of FIG. 24 reduces loss due to equalization and loss in the switch driver in the power storage module of the third embodiment. Each cell in the module is connected to the voltage detection circuit 2 and the average circuit 3, the voltage detection circuit 2 outputs a voltage signal corresponding to each cell voltage, and the average circuit 3 corresponds to the average voltage of each cell voltage. Outputs a voltage signal. Output signals from the voltage detection circuit 2 and the average circuit 3 are input to the subtraction circuit 4, and a difference between each cell voltage and the average voltage of the cells, that is, a voltage signal corresponding to voltage variation is output from the subtraction circuit. The output signal from the subtraction circuit 4 is input to the comparison circuit 5 and compared with the reference voltage 1 supplied from the reference voltage 1 generation circuit 6 and the reference voltage 2 supplied from the reference voltage 2 generation circuit 7. When the input signal from the subtraction circuit 4 is larger than the reference voltage 1, that is, when the variation of each cell voltage is larger than the value of the reference voltage 1, the Sc system switch is maintained in the OFF state, and the Sa system and the Sb system A signal is output from the driver so as to perform the switch switching control, and when the variation in each cell voltage is smaller than the value of the reference voltage 1, the switch switching control is stopped, and the signal is sent from the driver to turn on only one of the systems. Is output. With the above operation, it is possible to reduce equalization loss and loss in the switch driver when there is no voltage variation between the cells. Further, when the voltage variation further increases and the input signal from the subtraction circuit 4 is larger than the reference voltage 2, that is, when the variation of each cell voltage is larger than the value of the reference voltage 2, either the Sa system or the Sb system A signal is output from the driver so as to perform switch switching control between the switch of the non-off state of the Sa system and the Sb system and the Sc system of the Sa system and the Sb system, and the variation in each cell voltage is the reference voltage. When the value is smaller than 2, a signal is output from the driver so that the switch of the Sc system is maintained in the OFF state and the switch switching control of the Sa system and the Sb system is performed as described above. The above operation reduces the loss of equalization when there is no voltage variation between cells and the loss in the switch driver, and when the voltage variation is larger than the specified value, it is faster than normal equalization. The cell voltage can be equalized.

なお、図23は、図2に示した回路に対して、また図24は図8に示した回路に対して、それぞれ電圧検出回路等を付加したものであるが、これら以外の回路に対しても電圧検出回路等を付加して、検出された電圧に基づいてスイッチの切り替えを行うようにすることもできる。また、電圧検出を回路を付加し、その検出電圧に基づいてスイッチの切り替えを行う方法に関しても、上記のように平均回路によって各蓄電セルの平均電圧を求め、それと基準電圧との差に基づいてスイッチの切り替えを行う場合以外にも、例えば各蓄電セルのうちいずれか一つが所定の電圧以下となった場合、又は所定の電圧以上になった場合にスイッチの切り替え動作を行う場合や、それ以外の種々の制御方法を採用することができる。   FIG. 23 shows the circuit shown in FIG. 2 and FIG. 24 shows the circuit shown in FIG. 8 with a voltage detection circuit added thereto. Alternatively, a voltage detection circuit or the like can be added to switch the switch based on the detected voltage. In addition, regarding the method of adding a circuit for voltage detection and switching the switch based on the detected voltage, the average voltage of each storage cell is obtained by the average circuit as described above, and based on the difference between the average voltage and the reference voltage. In addition to the case of switching the switch, for example, when any one of the storage cells becomes a predetermined voltage or less, or when the switch switching operation is performed when the voltage becomes the predetermined voltage or more, otherwise Various control methods can be adopted.

本発明の均等化方式は複数個のセルを半導体スイッチを用いて並列に接続させセル間での充放電により均等化を行うので、ある時間が経過した後においては並列に接続されるセルの電圧を確実に等しくすることが出来る。半導体スイッチのオン抵抗やセルの直流内部抵抗やセルの容量などの各種パラメータが変化した場合はセルの電圧応答の時定数が変化し均等化の速度も変化してしまうが、均等化機能は失われることはないため回路としての信頼性は高い。   In the equalization method of the present invention, a plurality of cells are connected in parallel using a semiconductor switch, and equalization is performed by charging and discharging between the cells. Therefore, after a certain period of time, the voltage of the cells connected in parallel Can be made equal. When various parameters such as the on-resistance of the semiconductor switch, the DC internal resistance of the cell, and the cell capacitance change, the time constant of the cell voltage response changes and the equalization speed also changes, but the equalization function is lost. Therefore, the reliability as a circuit is high.

モジュールに用いる半導体スイッチは、均等化速度の観点からなるべくオン抵抗の低いものが好ましい。半導体スイッチのオン抵抗が大きいものを用いると、オン抵抗とセルの直流内部抵抗と容量で決定される時定数が大きくなるために均等化速度は遅くなる。オン抵抗の大きな半導体スイッチを用いた場合は上述のように均等化の速度は落ちるが、均等化の機能自体は損なわれることはない。よって、長期使用や使用環境により半導体スイッチやセルが劣化し、オン抵抗や直流内部抵抗や容量などの各種パラメータが変化した場合においても均等化機能は失われることはない。   The semiconductor switch used in the module is preferably a switch having as low an on-resistance as possible from the viewpoint of equalization speed. When a semiconductor switch having a large on-resistance is used, the time constant determined by the on-resistance, the DC internal resistance of the cell, and the capacitance becomes large, so that the equalization speed becomes slow. When a semiconductor switch having a large on-resistance is used, the equalization speed decreases as described above, but the equalization function itself is not impaired. Therefore, even when the semiconductor switch or cell deteriorates due to long-term use or usage environment and various parameters such as on-resistance, DC internal resistance, and capacitance change, the equalizing function is not lost.

上記のように説明してきた均等化回路の具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、この発明の原理を逸脱しない範囲の設計も含まれる。上記の実施形態においては3直列/3並列の蓄電モジュールについて説明してきたが、2直列/2並列以上の構成であれば任意の直列数及び並列数の蓄電モジュールにおいても均等化を行うことが可能である。   The specific configuration of the equalization circuit described above is not limited to this embodiment, and includes a design that does not depart from the principle of the present invention. In the above embodiment, the 3 series / 3 parallel power storage modules have been described. However, if the configuration is 2 series / 2 parallel or more, equalization can be performed in any number of series and parallel power storage modules. It is.

また、上記においては半導体スイッチを用いることを前提として説明してきたが、スイッチの切り替え周期を十分遅くした場合などにおいてはパワーリレー等の応答速度の遅い機械式スイッチを用いて均等化を行うことも可能である。   Although the above description has been made on the assumption that a semiconductor switch is used, equalization may be performed using a mechanical switch with a slow response speed such as a power relay when the switch switching cycle is sufficiently slow. Is possible.

また、上記においてはセルという語句を用いて説明してきたが、単一のセルを意味する他に複数個のセルから構成されるセルモジュールであっても適用可能である。   Further, in the above description, the term “cell” has been used, but the present invention can also be applied to a cell module including a plurality of cells in addition to a single cell.

本発明の均等化回路の基本原理図である。It is a basic principle figure of the equalization circuit of the present invention. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第1の実施形態の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of 1st Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第1の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオン、Sb系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。It is one Example of 1st Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention, Comprising: It is a circuit diagram of the semiconductor switch of Sa system | strain being ON, and the semiconductor switch of Sb system | strain being an OFF state. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第1の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオフ、Sb系統の半導体スイッチがオン状態の回路図である。It is one Example of 1st Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention, Comprising: It is a circuit diagram of the semiconductor switch of Sa system | strain being OFF, and the semiconductor switch of Sb system | strain being an ON state. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第2の実施形態の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of 2nd Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第2の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオン、Sb系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。It is one Example of 2nd Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention, Comprising: It is a circuit diagram of the semiconductor switch of Sa system | strain being on, and the semiconductor switch of Sb system | strain being an OFF state. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第2の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオフ、Sb系統の半導体スイッチがオン状態の回路図である。It is one Example of 2nd Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention, Comprising: It is a circuit diagram of the semiconductor switch of Sa system | strain being OFF, and the semiconductor switch of Sb system | strain being an ON state. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第3の実施形態の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of 3rd Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第3の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオン、Sb系統およびSc系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a third embodiment of the power storage module with a series / parallel switching type equalization function according to the present invention, in which the Sa system semiconductor switch is on, and the Sb system and Sc system semiconductor switches are off. It is. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第3の実施形態の一実施例であって、Sb系統の半導体スイッチがオン、Sa系統およびSc系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a third embodiment of the power storage module with series / parallel switching equalization function according to the present invention, in which the Sb system semiconductor switch is on and the Sa system and Sc system semiconductor switches are off. It is. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第3の実施形態の一実施例であって、Sc系統の半導体スイッチがオン、Sa系統およびSb系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of a third embodiment of a power storage module with a series / parallel switching type equalization function according to the present invention, in which the Sc system semiconductor switch is on and the Sa system and Sb system semiconductor switches are off. It is. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第4の実施形態の一実施例を示す回路である。It is a circuit which shows one Example of 4th Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching type equalization function of this invention. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第4の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオン、Sb系統の半導体スイッチがオフ状態の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the power storage module with a series / parallel switching type equalization function of the present invention, in which a Sa-system semiconductor switch is on and an Sb-system semiconductor switch is off. 本発明の直列/並列切り替え式均等化機能付き蓄電モジュールの第4の実施形態の一実施例であって、Sa系統の半導体スイッチがオフ、Sb系統の半導体スイッチがオン状態の回路図である。It is one Example of the 4th Embodiment of the electrical storage module with a serial / parallel switching equalization function of this invention, Comprising: It is a circuit diagram of the semiconductor switch of Sa system | strain being OFF, and the semiconductor switch of Sb system | strain being an ON state. 本発明の蓄電セルユニットモジュールを構成する単位ユニットの一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the unit unit which comprises the electrical storage cell unit module of this invention. 本発明の蓄電セルユニットモジュール一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the electrical storage cell unit module of this invention. 蓄電セルがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where an electrical storage cell carries out an open failure. 蓄電セルがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where an electrical storage cell carries out an open failure. 半導体スイッチがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a semiconductor switch has an open failure. 半導体スイッチがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a semiconductor switch has an open failure. 半導体スイッチがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a semiconductor switch has an open failure. 半導体スイッチがオープン故障した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a semiconductor switch has an open failure. 図2に示した第1の実施形態の回路に、電圧検出回路2、平均回路3、減算回路4、比較回路5、基準電圧1発生回路6を付加した実施形態のブロック図である。3 is a block diagram of an embodiment in which a voltage detection circuit 2, an averaging circuit 3, a subtraction circuit 4, a comparison circuit 5, and a reference voltage 1 generation circuit 6 are added to the circuit of the first embodiment shown in FIG. 図8に示した第3の実施形態の回路に、電圧検出回路2、平均回路3、減算回路4、比較回路5、基準電圧1発生回路6、基準電圧2発生回路7を付加した実施形態のブロック図である。The voltage detection circuit 2, the average circuit 3, the subtraction circuit 4, the comparison circuit 5, the reference voltage 1 generation circuit 6, and the reference voltage 2 generation circuit 7 are added to the circuit of the third embodiment shown in FIG. It is a block diagram.

符号の説明Explanation of symbols

1 ドライバ
2 電圧検出回路
3 平均回路
4 減算回路
5 比較回路
6 基準電圧1発生回路
7 基準電圧2発生回路
Ba〜Bc 蓄電セルの容量
ra〜rc 蓄電セルの直流内部抵抗
rA〜rD 半導体スイッチのオン抵抗
B0A〜B4A 蓄電セル
B1B〜B3B 蓄電セル
B0C〜B4C 蓄電セル
C1A、C4A、C2B、C0C、C3C キャパシタセル
Sa1〜Sa8 Sa系統半導体スイッチ
Sb1〜Sb8 Sb系統半導体スイッチ
Sc1〜Sc8 Sc系統半導体スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Driver 2 Voltage detection circuit 3 Average circuit 4 Subtraction circuit 5 Comparison circuit 6 Reference voltage 1 generation circuit 7 Reference voltage 2 generation circuit Ba-Bc Capacity | capacitance ra-rc of an electrical storage cell DC internal resistance rA-rD of an electrical storage cell ON of a semiconductor switch Resistors B0A to B4A Power storage cells B1B to B3B Power storage cells B0C to B4C Power storage cells C1A, C4A, C2B, C0C, C3C Capacitor cells Sa1 to Sa8 Sa system semiconductor switches Sb1 to Sb8 Sb system semiconductor switches Sc1 to Sc8 Sc system semiconductor switches

Claims (19)

少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態とを含む2以上の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記2以上の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
を含むことを特徴とする蓄電セルモジュール。
N series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A group of switches that switch between two or more parallel states, including a second parallel state in which one or a plurality of parallel connections formed of n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that a connection state changes between the two or more parallel states;
A power storage cell module comprising:
前記第2の接続状態に含まれる複数の並列接続のうちの少なくとも一つに含まれるすべての蓄電セルの容量は、他の蓄電セルの容量よりも小さくなるよう各蓄電セルを配置したことを特徴とする請求項1に記載の蓄電セルモジュール。   Each power storage cell is arranged such that the capacity of all power storage cells included in at least one of the plurality of parallel connections included in the second connection state is smaller than the capacity of other power storage cells. The power storage cell module according to claim 1. 前記蓄電セルはキャパシタである、請求項1又は2に記載の蓄電セルモジュール。   The electrical storage cell module according to claim 1, wherein the electrical storage cell is a capacitor. 前記蓄電セルは二次電池である、請求項1又は2に記載の蓄電セルモジュール。   The electrical storage cell module according to claim 1, wherein the electrical storage cell is a secondary battery. 前記各蓄電セルは、キャパシタと二次電池が混在したハイブリッド型であることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電セルモジュール。   The storage cell module according to claim 1 or 2, wherein each of the storage cells is a hybrid type in which a capacitor and a secondary battery are mixed. 前記スイッチ群は、半導体スイッチから構成されものである、請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の蓄電セルモジュール。   The storage cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein the switch group includes semiconductor switches. 前記スイッチ群は、機械式スイッチから構成されものである、請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の蓄電セルモジュール。   The storage cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein the switch group includes a mechanical switch. 前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ群を所定の周期で切り替えるようにされている請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載の蓄電セルモジュール。   The storage cell module according to any one of claims 1 to 7, wherein the switch control means is configured to switch the switch group at a predetermined cycle. 少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態と、前記第1及び第2の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第3の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記第1の並列状態、第2の並列状態、第3の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
を含むことを特徴とする蓄電セルモジュール。
N series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one and a combination different from the first and second parallel states are combined with each of the series circuits. A switch group for switching a third parallel state in which one or a plurality of parallel connections each including n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that the connection state changes between the first parallel state, the second parallel state, and the third parallel state;
A power storage cell module comprising:
少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態と含む2以上の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記2以上の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
各蓄電セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出回路からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ制御手段の動作を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする蓄電セルモジュール。
N series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A group of switches that switch between two or more parallel states, including a second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n power storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that a connection state changes between the two or more parallel states;
Voltage detection means for detecting the voltage of each storage cell;
Control means for controlling the operation of the switch control means based on the detection result of the voltage from the voltage detection circuit;
A power storage cell module comprising:
前記各蓄電セルは、キャパシタと二次電池が混在したハイブリッド型であることを特徴とする請求項10に記載の蓄電セルモジュール。   11. The storage cell module according to claim 10, wherein each of the storage cells is a hybrid type in which a capacitor and a secondary battery are mixed. 前記2以上の並列状態のそれぞれにおいて、キャパシタのセルと二次電池のセルの個数の比が一定である請求項11に記載の蓄電セルモジュール。   The storage cell module according to claim 11, wherein in each of the two or more parallel states, the ratio of the number of capacitors and the number of cells of the secondary battery is constant. 少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)設けたn個の直列回路と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態と、前記第1及び第2の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第3の並列状態を切り替えるスイッチ群と、
前記第1の並列状態、第2の並列状態、第3の並列状態の間で接続状態が変化するよう、前記スイッチ群を切り替えるスイッチ制御手段と、
各蓄電セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出回路からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ制御手段の動作を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする蓄電セルモジュール。
N series circuits provided with n series circuits (n is an integer of 2 or more) in which at least two storage cells are connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. A second parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one and a combination different from the first and second parallel states are combined with each of the series circuits. A switch group for switching a third parallel state in which one or a plurality of parallel connections each including n storage cells extracted one by one are formed;
Switch control means for switching the switch group so that the connection state changes between the first parallel state, the second parallel state, and the third parallel state;
Voltage detection means for detecting the voltage of each storage cell;
Control means for controlling the operation of the switch control means based on the detection result of the voltage from the voltage detection circuit;
A power storage cell module comprising:
4個以上の任意の数の蓄電セルを含む蓄電セルモジュールの各蓄電セルの電圧を均等化する蓄電セルモジュールの電圧均等化方法であって、
前記任意の数の蓄電セルから、少なくとも2つの蓄電セルを直列に接続し、同様に直列接続した直列回路をn個(nは2以上の整数)用意する工程と、
各直列回路から一つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第1の並列状態と、前記第1の並列状態とは異なる組み合わせで前記各直列回路から1つずつ抽出したn個の蓄電セルより構成される並列接続を1つ又は複数形成した第2の並列状態とを含む2以上の並列状態の間で切り替えることができるように、前記蓄電セルモジュールにスイッチ群を接続する工程と、
前記各蓄積蓄電セルの動作時に、スイッチ制御手段を用いて、前記各蓄積蓄電セルが前記2以上の並列状態の間で切り替わるよう前記スイッチ群を所定の周期で切り替える工程と、
を含むことを特徴とする蓄電セルモジュールの電圧均等化方法。
A voltage equalization method for a storage cell module that equalizes voltages of each storage cell of a storage cell module including an arbitrary number of storage cells of four or more,
Connecting at least two power storage cells in series from the arbitrary number of power storage cells, and preparing n series circuits (n is an integer of 2 or more) similarly connected in series;
A first parallel state in which one or a plurality of parallel connections composed of n storage cells extracted one by one from each series circuit are formed and a combination different from the first parallel state from each series circuit. The storage cell module so that it can be switched between two or more parallel states including one or a plurality of second parallel states formed of n storage cells extracted one by one. Connecting a switch group to
A step of switching the switch group at a predetermined cycle so that each storage battery cell is switched between the two or more parallel states using a switch control means during operation of each storage battery cell;
A voltage equalizing method for a storage cell module, comprising:
前記蓄電セルはキャパシタである、請求項14に記載の蓄電セルモジュールの電圧均等化方法。   15. The voltage equalization method for a power storage cell module according to claim 14, wherein the power storage cell is a capacitor. 前記蓄電セルは二次電池である、請求項14に記載の蓄電セルモジュールの電圧均等化方法。   15. The voltage equalization method for a power storage cell module according to claim 14, wherein the power storage cell is a secondary battery. 前記スイッチ群は、半導体スイッチから構成されものである、請求項14乃至16のうちいずれか一項に記載の蓄電セルモジュール1の電圧均等化方法。   The voltage equalization method for the storage cell module 1 according to any one of claims 14 to 16, wherein the switch group includes semiconductor switches. 前記スイッチ群は、機械式スイッチから構成されものである、請求項14乃至16のうちいずれか一項に記載の蓄電セルモジュールの電圧均等化方法。   The voltage equalization method for a storage cell module according to any one of claims 14 to 16, wherein the switch group is composed of mechanical switches. 前記第2の接続状態に含まれる複数の並列接続のうちの一つに含まれるすべての蓄電セルの容量は、他の蓄電セルの容量よりも小さくなるよう各蓄電セルを配置したことを特徴とする請求項14に記載の蓄電セルモジュールの電圧均等化方法。   Each power storage cell is arranged such that the capacity of all power storage cells included in one of the plurality of parallel connections included in the second connection state is smaller than the capacity of other power storage cells. The voltage equalization method of the electrical storage cell module according to claim 14.
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