JP2010063197A - Power supply unit and method for charging power storage means - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電源装置及び蓄電手段の充電方法に関し、特に、複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続する接続回路を備えた電源装置と、この電源装置を用いて複数の蓄電手段を充電する蓄電手段の充電方法に関する。 The present invention relates to a power supply device and a method for charging power storage means, and in particular, a power supply device including a connection circuit for connecting a plurality of power storage means in series or in parallel, and power storage for charging a plurality of power storage means using the power supply device The present invention relates to a charging method of the means.
従来の電源装置としては、例えば、特許文献1に開示された電源装置が知られている。
この電源装置は、図5に示すように、複数のコンデンサ電池30a、30bの接続を直列接続から並列接続に切り換える切換回路20を備えている。
切換回路20は、第1乃至第5の切換スイッチ21a〜21dを有するとともに、第1のダイオード22aと第1の切換スイッチ21aの組合せからなる第1整流手段23と、第1のダイオード22aと逆向きである第2のダイオード22bと第2の切換スイッチ21bの組合せからなる第2整流手段24とを並列に接続してなる第1スイッチング手段25を有する。
切換回路20は、第3のダイオード22cと第3の切換スイッチ21cの組合せからなる第3整流手段26と、第3のダイオード22cと逆向きである第4のダイオード22dと第4の切換スイッチ21dの組合せからなる第4整流手段27とを並列に接続してなる第2スイッチング手段28とを有する。
切換回路20は、コンデンサ電池30aと第1スイッチング手段25との直列回路と、コンデンサ電池30bと第2スイッチング手段28との直列回路とを並列に接続し、それぞれの直列回路間の直列接続点間に第5の切換スイッチ11eを接続して、第5の切換スイッチ11eに対して、第1スイッチング手段25及び第2スイッチング手段28を相補的に動作させる構成を有している。
As a conventional power supply device, for example, a power supply device disclosed in
As shown in FIG. 5, the power supply device includes a
The
The
The
この電源装置では、充電時にコンデンサ電池30a、30bを直列接続し、放電時と逆向きの電圧を印加して充電する。
直列状態での充電により所定のエネルギーがコンデンサ電池30a、30bに充電された時点で、コンデンサ電池30a、30bを並列接続し、直列接続された回路に電圧を印加して充電する。
直列接続での充電の後に、並列接続での充電を行うことにより各コンデンサ電池30a、30bの端子電圧を所定電圧まで充電することができる。
When predetermined energy is charged in the
The terminal voltage of each
従来の電源装置では、各スイッチング手段は、単方向に通電する2つの整流手段が互いに逆向きなるように組み合わせた構成であり、2つの整流手段により双方向に通電可能な並列接続をするものの、スイッチング手段毎に2個のダイオードと、2個のスイッチを必要とする。
つまり、この種の電源装置には、切換回路の構成要素が多いことから電源装置の複雑化や製造コスト高を招くという問題がある。
また、並列接続による放電の場合、各スイッチング手段では、並列接続時に放電する方向へのみ通電する整流手段(第1整流手段、第3整流手段)を用いて並列接続の切換回路が構成され、例えば、外部回路からの回生による充電(回生充電)は不可能である。
ただし、各スイッチング手段は、充電する方向へのみ通電する整流手段(第2整流手段、第4整流手段)を備えているから、充電する方向へ通電するように並列接続へ切り換えれば、回生充電は可能である。
しかしながら、この場合、放電と回生充電の切り換えの都度、整流手段を切り換える必要がある。
このため、放電と回生充電を判別するための判別回路や、整流手段の切り換え動作を必要とする問題がある。
In the conventional power supply device, each switching means is a configuration in which two rectifiers that are energized in a single direction are combined in opposite directions. Each switching means requires two diodes and two switches.
In other words, this type of power supply device has a problem in that the power supply device is complicated and the manufacturing cost is high because there are many components of the switching circuit.
Further, in the case of discharge by parallel connection, each switching means is configured with a parallel connection switching circuit using rectification means (first rectification means, third rectification means) that energize only in the direction of discharge during parallel connection, for example, In addition, charging by regeneration from the external circuit (regenerative charging) is impossible.
However, since each switching means includes a rectifying means (second rectifying means, fourth rectifying means) that energizes only in the charging direction, regenerative charging is possible if switching to parallel connection so as to energize in the charging direction. Is possible.
However, in this case, it is necessary to switch the rectifying means each time switching between discharging and regenerative charging.
For this reason, there exists a problem which requires the discrimination circuit for discriminating discharge and regenerative charge, and the switching operation of a rectification means.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、複数の蓄電手段を直列接続して充電した後、蓄電手段を並列接続して各蓄電手段の端子電圧を均等化して充電することができることと併せて、従来よりも簡単な回路構成とした電源装置と蓄電手段の充電方法の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to equalize the terminal voltage of each power storage means by connecting a plurality of power storage means in series and then charging them in parallel. In addition to being able to be charged, there is a provision of a power supply device having a simpler circuit configuration than the prior art and a method for charging the power storage means.
上記課題を達成するため、本発明は、複数の蓄電手段を電気的に接続する接続回路と、 前記接続回路に配設され、前記複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続に切り換える回路切換手段と、前記回路切換手段を制御する制御手段と、を備えた電源装置であって、前記回路切換手段は、前記蓄電手段を直列接続する第1スイッチと、前記蓄電手段を並列接続する第2スイッチと、を備え、前記第1スイッチは双方向に通電する双方向スイッチであり、前記第2スイッチは前記蓄電手段を充電する単方向のみに通電する半導体素子であり、前記制御手段は、放電時、回生充電時及び定電流充電時に前記第1スイッチを制御し、前記蓄電手段を直列接続させ、定電圧充電時に前記第2スイッチを制御し、前記蓄電手段を並列接続させることを特徴とする。
なお、ここでいう蓄電手段とは、充電可能な二次電池及びキャパシタを意味する場合と、複数の二次電池により構成される電池モジュールを意味する場合がある。
To achieve the above object, the present invention provides a connection circuit that electrically connects a plurality of power storage means, and a circuit switching means that is disposed in the connection circuit and switches the plurality of power storage means to a serial connection or a parallel connection. Control means for controlling the circuit switching means, the circuit switching means comprising: a first switch that connects the power storage means in series; and a second switch that connects the power storage means in parallel. The first switch is a bidirectional switch that energizes bidirectionally, the second switch is a semiconductor element that energizes only in one direction for charging the power storage means, and the control means is configured to discharge, Controlling the first switch during regenerative charging and constant current charging, connecting the power storage means in series, controlling the second switch during constant voltage charging, and connecting the power storage means in parallel. To do.
Note that the power storage means here may mean a rechargeable secondary battery and a capacitor, or may mean a battery module composed of a plurality of secondary batteries.
本発明では、第1スイッチがオンされ、第2スイッチがオフされることにより複数の蓄電手段は直列接続され、逆に、第1スイッチがオフされ、第2スイッチがオンされることにより複数の蓄電手段は並列接続される。
蓄電手段が直列接続された状態では、第1スイッチは双方向の通電を可能としており、放電時、回生充電時及び定電流充電時に通電する。
蓄電手段が並列接続された状態では、第2スイッチの半導体素子は単方向のみの通電を可能とし、定電圧充電時に通電する。
従って、本発明によれば、蓄電手段を直列接続して定電流充電により充電し、定電流充電後には蓄電手段を直列接続から並列接続へ切り換え、定電圧充電により充電するから、各蓄電手段の端子電圧の均等化を図ることができる。
また、第2スイッチを単方向のみ通電する半導体素子とすることから、第2スイッチを双方向スイッチとする従来の電源装置よりも簡単な回路構成とした電源装置を提供することができる。
In the present invention, when the first switch is turned on and the second switch is turned off, the plurality of power storage means are connected in series, and conversely, when the first switch is turned off and the second switch is turned on, The power storage means are connected in parallel.
In a state where the power storage means are connected in series, the first switch can be energized bidirectionally, and is energized during discharging, regenerative charging, and constant current charging.
In a state where the power storage means are connected in parallel, the semiconductor element of the second switch can be energized only in one direction, and energizes during constant voltage charging.
Therefore, according to the present invention, the power storage means are connected in series and charged by constant current charging, and after constant current charging, the power storage means is switched from series connection to parallel connection and charged by constant voltage charging. The terminal voltage can be equalized.
Further, since the second switch is a semiconductor element that is energized only in one direction, a power supply device having a simpler circuit configuration than the conventional power supply device in which the second switch is a bidirectional switch can be provided.
また、本発明では、上記の電源装置において、前記半導体素子はサイリスタであってもよい。
第2スイッチの半導体素子をサイリスタとすることにより、第2スイッチを双方向に通電する半導体素子を用いた電源装置と比較して、電源装置を簡単かつ安価とすることができる。
In the present invention, in the power supply device described above, the semiconductor element may be a thyristor.
By using the semiconductor element of the second switch as a thyristor, the power supply apparatus can be made simpler and cheaper than a power supply apparatus using a semiconductor element that energizes the second switch bidirectionally.
また、本発明では、上記の電源装置において、前記複数の蓄電手段各々の端子電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記電圧検出手段は、前記複数の蓄電手段のいずれかの端子電圧が上限電圧に達したとき、前記制御手段は、回路切換手段を制御し、前記蓄電手段を直列接続から並列接続へ切り換えるようにしてもよい。
この場合、各蓄電手段の端子電圧を検出して定電流充電を行うことから、定電流充電において蓄電手段各々の端子電圧の上限電圧超過を防止し、その後に定電圧充電により充電することができる。
According to the present invention, in the above power supply device, the power supply device further includes a voltage detection unit that detects a terminal voltage of each of the plurality of power storage units, and the voltage detection unit is configured such that any one of the plurality of power storage units has an upper limit voltage. The control means may control the circuit switching means to switch the power storage means from serial connection to parallel connection.
In this case, since the terminal voltage of each power storage means is detected and constant current charging is performed, it is possible to prevent the terminal voltage of each power storage means from exceeding the upper limit voltage in constant current charging and then charge by constant voltage charging. .
また、本発明では、上記の電源装置において、定電流充電開始から所定時間を計時するタイマ手段を備え、前記タイマ手段が前記所定時間を計時したとき、前記制御手段は前記回路切換手段を制御し、直列接続から並列接続へ切り換えてもよい。
この場合、定電流充電開始から所定時間が経過すると、制御手段は蓄電手段を直列接続から並列接続へ切り換える。
なお、所定時間は、定電流充電開始からいずれかの端子電圧が上限電圧に達するまでの所要時間以下に設定することが好ましい。
電源装置が、タイマ手段を備え、かつ、電圧検出手段を備えない場合、定電圧充電時に予め設定した上限電圧を各蓄電手段の端子電圧が超過することなく充電することができる。また、各蓄電手段の端子電圧を検出する必要がないから電圧検出手段が不要となる。
電源装置がタイマ手段とともに電圧検出手段を備える場合では、充電前の蓄電手段の残容量が多いときの充電において、電圧検出手段がタイマ手段よりも先に機能して上限電圧の超過を防止することができる。
さらに、充電前の蓄電手段の残容量が少ないときの充電では、電圧検出手段よりもタイマ手段が先に機能して充電時間のかかり過ぎを防止することができる。
According to the present invention, the power supply apparatus further includes timer means for measuring a predetermined time from the start of constant current charging, and when the timer means measures the predetermined time, the control means controls the circuit switching means. Alternatively, switching from series connection to parallel connection may be performed.
In this case, when a predetermined time has elapsed from the start of constant current charging, the control means switches the power storage means from serial connection to parallel connection.
The predetermined time is preferably set to be equal to or less than the required time from the start of constant current charging until one of the terminal voltages reaches the upper limit voltage.
When the power supply device includes the timer unit and does not include the voltage detection unit, the upper limit voltage set in advance during the constant voltage charging can be charged without exceeding the terminal voltage of each power storage unit. Further, since it is not necessary to detect the terminal voltage of each power storage means, the voltage detection means is not necessary.
When the power supply device includes the voltage detection means together with the timer means, the voltage detection means functions before the timer means to prevent the upper limit voltage from being exceeded in charging when the remaining capacity of the storage means before charging is large. Can do.
Further, in charging when the remaining capacity of the power storage means before charging is small, the timer means can function before the voltage detection means to prevent excessive charging time.
さらに、本発明は、請求項1記載の電源装置を用いた蓄電手段の充電方法であって、 前記第1スイッチを通電することにより前記蓄電手段を直列接続し、定電流充電により充電し、定電流充電後に前記第1スイッチを遮断することにより前記蓄電手段の直列接続を解除し、前記第2スイッチを通電することにより前記蓄電手段を並列接続し、前記蓄電手段を定電圧充電により充電することを特徴とする。
本発明では、蓄電手段を直列接続して定電流充電により充電し、定電流充電後には蓄電手段を直列接続から並列接続へ切り換え、定電圧充電により充電するから、各蓄電手段の端子電圧の均等化を図ることができる。
Furthermore, the present invention is a method for charging power storage means using the power supply device according to
In the present invention, the power storage means are connected in series and charged by constant current charging, and after constant current charging, the power storage means is switched from serial connection to parallel connection and charged by constant voltage charging. Can be achieved.
本発明によれば、複数の蓄電手段を直列接続して充電した後、蓄電手段を並列接続して各蓄電手段の端子電圧を均等化して充電することができることと併せて、従来よりも簡単な回路構成とした電源装置と蓄電手段の充電方法を提供することができる。 According to the present invention, after a plurality of power storage means are connected in series and charged, the power storage means can be connected in parallel and the terminal voltage of each power storage means can be equalized and charged. A power supply device having a circuit configuration and a method for charging a power storage unit can be provided.
以下、本発明の実施形態に係る電源装置について図1〜図4に基づき説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す回路図であり、図2は電源装置における蓄電手段が直列接続の状態を示す回路図であり、図3は電源装置の蓄電手段が並列接続に切り換えられた状態を示す回路図であり、図4は電源装置に用いた充電の手順を示すフロー図である。
なお、図2及び図3は便宜的に電源装置において通電される部分のみを図示している。
この実施形態に係る電源装置は、車両に搭載された電源装置として説明する。
Hereinafter, a power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a state in which power storage means in the power supply device are connected in series, and FIG. 3 is a power storage means of the power supply device. Is a circuit diagram showing a state in which is switched to parallel connection, and FIG. 4 is a flowchart showing a charging procedure used in the power supply device.
2 and 3 show only a portion to be energized in the power supply device for convenience.
The power supply device according to this embodiment will be described as a power supply device mounted on a vehicle.
電源装置は、図1に示すように、3個の電池モジュールBT1〜BT3を電気的に接続する接続回路10を備えている。
電池モジュールBT1〜BT3は、3個の単電池(二次電池)11を並列接続することにより構成されている。
この実施形態では、電池モジュールBT1〜BT3が蓄電手段に相当する。
この実施形態の単電池11は充電可能なリチウムイオン電池である。
接続回路10の端子は、放電時にはインバータ(図示せず)を介して負荷としての走行駆動用の電動モータ(図示せず)と接続され、充電時には充電用の電源(図示せず)と接続される。
各電池モジュールBT1〜BT3の端子は、接続回路10と別に設置された制御回路12に接続されており、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3は制御回路12より検出される。
制御回路12は、端子電圧V1〜V3を検出する電圧検出手段としての機能を備えているほか、タイマ手段としての機能を備えている。
As shown in FIG. 1, the power supply device includes a
The battery modules BT <b> 1 to BT <b> 3 are configured by connecting three unit cells (secondary batteries) 11 in parallel.
In this embodiment, the battery modules BT1 to BT3 correspond to power storage means.
The
The terminal of the
Terminals of the battery modules BT1 to BT3 are connected to a
The
電源装置は、電池モジュールBT1〜BT3を直列接続又は並列接続に切り換える回路切換手段としてのスイッチSW1〜SW6を備えている。
スイッチSW1、SW2(以後「第1スイッチSW1、SW2」と表記する。)は双方向スイッチであり、スイッチSW3〜SW6(以後「第2スイッチSW3〜SW6」と表記する。)は単方向スイッチである。
第1スイッチSW1、SW2をオンとし、第2スイッチSW3〜SW6をオフとすることにより、図2に示すように、電池モジュールBT1〜BT3は直列接続される。
逆に、第1スイッチSW1、SW2をオフとし、第2スイッチSW3〜SW6をオンとすることにより、図3に示すように、電池モジュールBT1〜BT3は並列接続される。
The power supply device includes switches SW1 to SW6 as circuit switching means for switching the battery modules BT1 to BT3 to series connection or parallel connection.
Switches SW1 and SW2 (hereinafter referred to as “first switches SW1 and SW2”) are bidirectional switches, and switches SW3 to SW6 (hereinafter referred to as “second switches SW3 to SW6”) are unidirectional switches. is there.
By turning on the first switches SW1 and SW2 and turning off the second switches SW3 to SW6, the battery modules BT1 to BT3 are connected in series as shown in FIG.
Conversely, by turning off the first switches SW1 and SW2 and turning on the second switches SW3 to SW6, the battery modules BT1 to BT3 are connected in parallel as shown in FIG.
第1スイッチSW1、SW2は、双方向に通電可能なスイッチング回路13であり、ダイオードとトランジスタを組み合せた回路(ダイオードブリッジ)のほか、2つの逆阻止形IGBT(RB−IGBT)を互いに逆方向に並列接続した回路、2つの逆導通形IGBT(RC−IGBT)を互いに逆方向に直列接続した回路等を用いることができる。
第1スイッチSW1、SW2は、双方向に通電する機能を備えればよく、半導体素子に限らず、機械的なスイッチとして、例えば、リレーを用いてもよい。
第1スイッチSW1、SW2は、図示しないが制御回路12と接続されており、制御回路12の制御を受けてオン・オフする。
従って、制御回路12は、電圧検出手段及びタイマ手段としての機能のほかに、第1スイッチSW1、SW2を制御する制御手段として機能を有する。
The first switches SW1 and SW2 are switching
The first switches SW1 and SW2 only have to have a function of energizing in both directions, and are not limited to semiconductor elements, and for example, a relay may be used as a mechanical switch.
Although not shown, the first switches SW1 and SW2 are connected to the
Therefore, the
第2スイッチSW3〜SW6は、単方向のみに通電可能な半導体素子であり、この実施形態ではサイリスタ14を用いている。
第2スイッチSW3〜SW6は、電池モジュールBT1〜BT3が並列接続されたとき放電時に通電されない向きに配設されている。
換言すると、第2スイッチSW3〜SW6は充電時に通電する向きに配設されている。
第2スイッチSW3のサイリスタ14のカソードは、電池モジュールBT1の正極に接続され、第2スイッチSW4のサイリスタ14のカソードは、電池モジュールBT2の正極に接続されている。
第2スイッチSW5のアノードは、電池モジュールBT2の負極に接続され、第2スイッチSW6のサイリスタ14のアノードは電池モジュールBT3の負極に接続されている。
ゲートは制御回路12に接続され、ゲートは制御回路12からの通電を受けてアノードからカソードへの通電を可能とする。
つまり、制御回路12は第2スイッチSW3〜SW6を制御する制御手段としての機能を有する。
The second switches SW <b> 3 to SW <b> 6 are semiconductor elements that can be energized only in one direction. In this embodiment, the
The second switches SW3 to SW6 are arranged in such a direction that they are not energized during discharging when the battery modules BT1 to BT3 are connected in parallel.
In other words, the second switches SW <b> 3 to SW <b> 6 are arranged in a direction to energize during charging.
The cathode of the
The anode of the second switch SW5 is connected to the negative electrode of the battery module BT2, and the anode of the
The gate is connected to the
That is, the
次に、本発明の実施形態に係る電源装置を用いた電池モジュールBT1〜BT3の放電について、図2を参照して説明する。
この実施形態では、前提として、車両のキースイッチがオフの非稼動状態では、第1スイッチSW1、SW2はオンであって、第2スイッチSW3〜SW6はオフとしている。
従って、図2に示すように、各電池モジュールBT1〜BT3は直列接続されている。
車両のキースイッチがオンにして車両が稼動(例えば、走行)する状態では、制御回路12はスイッチSW1、SW2のオン、第2スイッチSW3〜SW6のオフを維持し、各電池モジュールBT1〜BT3は直列接続のままである。
各電池モジュールBT1〜BT3が直列接続されている状態では、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3の加算により接続回路10の両端電圧が高められ、電動モータの駆動に適した大きな出力が得られる。
Next, discharge of the battery modules BT1 to BT3 using the power supply device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, as a premise, in a non-operating state in which the key switch of the vehicle is off, the first switches SW1 and SW2 are on and the second switches SW3 to SW6 are off.
Therefore, as shown in FIG. 2, the battery modules BT1 to BT3 are connected in series.
In a state where the vehicle key switch is turned on and the vehicle is operating (for example, running), the
In a state where the battery modules BT1 to BT3 are connected in series, the voltage across the
ところで、直列接続時の放電は電動モータを駆動するが、車両の走行時の制動等により電動モータを発電機として駆動する場合がある。
電動モータを発電機として駆動すると、電動モータにおいて逆起電力が発生する。
この場合、電動モータの逆起電力によって、放電の場合と反対の向きの回生電流が電動モータからインバータを介して接続回路10へ流れる。
第1スイッチSW1、SW2が双方向のスイッチであることから、回生による電流は接続回路10を通り、電池モジュールBT1〜BT3に充電される(回生時の充電を「回生充電」と表記する。)。
つまり、電源装置は、直列接続の場合、電動モータとしての駆動(力行)と発電機としての駆動(回生)により、電池モジュールBT1〜BT3の放電を行ったり、回生電流を電池モジュールBT1〜BT3に回生充電したりする。
By the way, although the electric discharge at the time of series connection drives an electric motor, the electric motor may be driven as a generator by braking or the like when the vehicle is running.
When the electric motor is driven as a generator, a counter electromotive force is generated in the electric motor.
In this case, due to the counter electromotive force of the electric motor, a regenerative current in the direction opposite to that in the case of discharging flows from the electric motor to the
Since the first switches SW1 and SW2 are bidirectional switches, the current due to regeneration passes through the
That is, in the case of series connection, the power supply device discharges the battery modules BT1 to BT3 or drives the regenerative current to the battery modules BT1 to BT3 by driving as an electric motor (powering) and driving as a generator (regeneration). Regenerative charging.
次に、電動モータの駆動停止状態での電池モジュールBT1〜BT3への充電について、図3及び図4に基づき説明する。
電動モータは駆動停止状態としつつ、車両のキースイッチがオンの状態を維持し、外部の充電用の電源と電源装置を接続し、電池モジュールBT1〜BT3への充電を行う。
図4は電源装置を用いた電池モジュールBT1〜BT3の充電の処理手順を示すフロー図である。
最初に、電池モジュールBT1〜BT3が直列接続された状態で定電流充電を行う(図4におけるS1を参照。)。
定電流充電では、接続回路10に流れる充電電流は一定であり、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3は充電量に応じて高くなる。
Next, charging of the battery modules BT1 to BT3 when the electric motor is stopped will be described with reference to FIGS.
While the electric motor is in the drive stop state, the key switch of the vehicle is kept on, the external charging power source and the power supply device are connected, and the battery modules BT1 to BT3 are charged.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure for charging the battery modules BT1 to BT3 using the power supply device.
First, constant current charging is performed in a state where the battery modules BT1 to BT3 are connected in series (see S1 in FIG. 4).
In the constant current charging, the charging current flowing through the
定電流充電の期間では、制御回路12が各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧を検出している。
電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3は、定電流充電により上限電圧に達するが、例えば、電池モジュールBT1〜BT3毎に劣化状態が異なると、電池モジュールBT1〜BT3毎に上限電圧Vupに達するまでの時間は異なる。
この実施形態では、定電流充電により電池モジュールBT1〜BT3のいずれか一つが、予め設定した上限電圧Vupに達した端子電圧の電池モジュールが存在すると、定電流充電は停止される(図4におけるS2、S3を参照)。
定電流充電が停止されると、制御回路12は第1スイッチSW1、SW2をオフにして電池モジュールBT1〜BT3の直列接続を解除する(図4におけるS4を参照)。
During the constant current charging period, the
The terminal voltages V1 to V3 of the battery modules BT1 to BT3 reach the upper limit voltage by constant current charging. For example, if the deterioration state differs for each of the battery modules BT1 to BT3, the terminal voltages V1 to BT3 reach the upper limit voltage Vup for each of the battery modules BT1 to BT3. The time until is different.
In this embodiment, if any one of the battery modules BT1 to BT3 by constant current charging has a battery module whose terminal voltage has reached the preset upper limit voltage Vup, the constant current charging is stopped (S2 in FIG. 4). , See S3).
When the constant current charging is stopped, the
次に、制御回路12は第2スイッチSW3〜SW6をオンし、図3に示すように、電池モジュールBT1〜BT3を並列接続する(図4におけるS5を参照)。
具体的には、制御回路12は所定値以上のゲート電流をサイリスタ14に流すことで、サイリスタ14のアノードからカソードへの通電を可能として、第2スイッチSW3〜SW6をオンする。
そして、再び電流を接続回路10へ流すが、制御回路12は、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3が上限電圧Vupを超えないように流れる電流を制御する。
並列接続での充電は定電圧充電であり、各電池モジュールBT1〜BT3は定電圧で充電される(図4におけるS6を参照)。
各電池モジュールBT1〜BT3が並列接続されているから、直列接続された状態での充電時において各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3にばらつきがあっても、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3は均等化される。
Next, the
Specifically, the
Then, the current is supplied again to the
Charging in parallel connection is constant voltage charging, and each battery module BT1 to BT3 is charged with a constant voltage (see S6 in FIG. 4).
Since the battery modules BT1 to BT3 are connected in parallel, even when the terminal voltages V1 to V3 of the battery modules BT1 to BT3 vary during charging in the state of being connected in series, the battery modules BT1 to BT3 The terminal voltages V1 to V3 are equalized.
定電圧充電による各電池モジュールBT1〜BT3の充電では、図4に示すように、予め設定された定電圧充電時間を経過すると、制御回路12は充電を終了して、スイッチSW3〜SW6をオフとして、並列接続を解除する(図4におけるS7、S8を参照)。
定電圧充電時間は、定電圧充電による充電を行う時間であり、電池モジュールBT1〜BT3の種類・性能に応じて設定される時間である。
制御回路12は、定電圧充電時間を計時するタイマ手段としての機能を有する。
制御回路12は、並列接続の解除後に、第1スイッチSW1、SW2をオンにして電池モジュールBT1〜BT3を直列接続とする(図4におけるS10を参照)。
電池モジュールBT1〜BT3を直列接続した時点で充電の処理を終了とする。
In charging of each of the battery modules BT1 to BT3 by constant voltage charging, as shown in FIG. 4, when a preset constant voltage charging time has elapsed, the
The constant voltage charging time is a time for charging by constant voltage charging, and is a time set according to the type and performance of the battery modules BT1 to BT3.
The
After releasing the parallel connection, the
When the battery modules BT1 to BT3 are connected in series, the charging process is terminated.
この実施形態に係る電源装置及びこの電源装置を用いた充電方法によれば以下の効果を奏する。
(1)電池モジュールBT1〜BT3を直列接続して定電流充電により充電し、定電流充電後には電池モジュールBT1〜BT3を直列接続から並列接続へ切り換え、定電圧充電により充電するから、電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3の均等化を図ることができる。
(2)複数の電池モジュールBT1〜BT3を直列接続して定電流充電により充電し、定電流充電後にはこれらの電池モジュールBT1〜BT3を並列接続して定電圧充電により充電するから、電動モータの駆動(力行又は回生)時における放電及び回生充電は直列接続の状態で行われる。電動モータの稼動に係る放電と回生充電を判別するための判別回路、放電と回生充電との切り換わり毎に回路を切り換えるスイッチ及びその切り換え動作を必要としないから、従来よりも簡単な回路構成とした電源装置を提供することができる。
The power supply device according to this embodiment and the charging method using this power supply device have the following effects.
(1) Battery modules BT1 to BT3 are connected in series and charged by constant current charging. After constant current charging, the battery modules BT1 to BT3 are switched from serial connection to parallel connection and charged by constant voltage charging. It is possible to equalize the terminal voltages V1 to V3 of .about.BT3.
(2) A plurality of battery modules BT1 to BT3 are connected in series and charged by constant current charging. After constant current charging, these battery modules BT1 to BT3 are connected in parallel and charged by constant voltage charging. Discharging and regenerative charging during driving (powering or regeneration) are performed in a series connection state. Since there is no need for a discrimination circuit for discriminating between discharge and regenerative charge related to the operation of the electric motor, a switch for switching the circuit every time switching between discharge and regenerative charge, and its switching operation, the circuit configuration is simpler than before. A power supply apparatus can be provided.
(3)単方向に通電するサイリスタ14は、双方向に通電する双方向スイッチと比べて安価である。このため、第2スイッチSW3〜SW6の半導体素子をサイリスタ14とすることにより、第2スイッチを双方向に通電する半導体素子を用いた電源装置と比較すると、電源装置の簡単かつ安価とすることができる。
(4)従来よりも簡単な回路構成の電源装置を用いて、定電流充電後の定電圧充電を行う際に、各電池モジュールBT1〜BT3の端子電圧V1〜V3が予め設定した上限電圧Vupを越えることのない適切な充電を行うことができる。電池モジュールBT1〜BT3を構成する単電池が、上限電圧の超過防止が厳格に要求されるリチウムイオン電池である場合、特に効果的である。
(3) The
(4) When performing constant-voltage charging after constant-current charging using a power supply device having a simpler circuit configuration than before, the terminal voltages V1 to V3 of the battery modules BT1 to BT3 are set to the preset upper limit voltage Vup. Appropriate charging without exceeding can be performed. This is particularly effective when the cells constituting the battery modules BT1 to BT3 are lithium ion batteries that are strictly required to prevent the upper limit voltage from being exceeded.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○上記の実施形態では、第2スイッチとして、単方向へ通電する半導体素子としてサイリスタを用いたが、この半導体素子としては単方向へ通電する機能を有する逆阻止形IGBT(RB−IGBT)を用いてもよい。あるいはダイオードとIGBTもしくはMOSFETとを直列接続したものを用いてもよい。
○上記の実施形態では、蓄電手段として充電可能な複数のリチウムイオン電池を組み合わせた電池モジュールとしたが、蓄電手段はリチウムイオン電池以外の充電可能な単電池(例えば、ニッカド電池、ニッケル水素電池、鉛電池など)を組み合わせた電池モジュールであってもよい。あるいは、単電池自体を蓄電手段としてもよく、また、キャパシタを蓄電手段としてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the invention.
In the above embodiment, the thyristor is used as the semiconductor element energized in one direction as the second switch, but a reverse blocking IGBT (RB-IGBT) having a function of energizing in one direction is used as the semiconductor element. May be. Alternatively, a diode and IGBT or MOSFET connected in series may be used.
In the above embodiment, the battery module is a combination of a plurality of rechargeable lithium ion batteries as a power storage means, but the power storage means is a rechargeable single battery other than a lithium ion battery (for example, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, A battery module combining a lead battery or the like may be used. Alternatively, the unit cell itself may be used as the power storage means, and the capacitor may be used as the power storage means.
○上記の実施形態では、直列接続における充電において、制御回路が電圧検出手段として各電池モジュールの端子電圧を検出し、電池モジュールの端子電圧のいずれかが上限電圧に達したとき、直列接続を解除して並列接続するようにしたが、これに限らず、例えば、直列接続における充電において、充電開始から所定時間経過後に直列接続を解除して、並列接続するようにしてもよい。この場合、制御回路が備えるタイマ機能を利用し、所定時間後の電圧値が上限電圧以下となるように、各電池モジュールの充電時間のばらつきを考慮しつつ設定時間を決めることが望ましく、電池モジュールの性能に応じた時間を予め設定すればよい。
また、制御回路が有する電圧検出手段としての機能とタイマ手段としての機能とを併用してもよい。この場合、充電前の電池モジュールの残容量が多いときの充電において、電圧検出手段としての機能がタイマ機能よりも先に機能し、さらに、充電前の電池モジュールの残容量が少ないときの充電では、電圧検出手段としての機能よりもタイマ手段が先に機能する制御が行われるように設定する。これにより、電池モジュールの上限電圧の超過を防止しつつ、特に、残容量が少ないときの充電では充電時間のかかり過ぎを防止することができる。
In the above embodiment, in charging in series connection, the control circuit detects the terminal voltage of each battery module as voltage detection means, and when any of the battery module terminal voltages reaches the upper limit voltage, the series connection is released. However, the present invention is not limited to this, and for example, in charging in series connection, the series connection may be canceled after a predetermined time has elapsed from the start of charging, and connected in parallel. In this case, it is desirable to use the timer function provided in the control circuit and determine the set time in consideration of the variation in the charging time of each battery module so that the voltage value after a predetermined time is equal to or lower than the upper limit voltage. What is necessary is just to preset the time according to the performance.
Further, the function as the voltage detecting means included in the control circuit and the function as the timer means may be used in combination. In this case, in the charging when the remaining capacity of the battery module before charging is large, the function as the voltage detecting means functions before the timer function, and in the charging when the remaining capacity of the battery module before charging is small. The control is set so that the timer means functions before the function as the voltage detecting means. Thereby, it is possible to prevent excessive charging time particularly in charging when the remaining capacity is small while preventing the upper limit voltage of the battery module from being exceeded.
○上記の実施形態では、電源装置を車両に搭載されるとしたが、電源装置は車両以外の移動体に搭載するものとしてもよいし、移動体でない設備に電源装置を設けるようにしてもよい。
○上記の実施形態では、電池モジュールを構成する単電池11や電池モジュールを3個としたが、複数であればよく、単電池や電池モジュールの数は限定されない。
○上記の実施形態では、制御回路が制御手段、電圧検出手段、タイマ手段の機能を全て備えたが、制御手段、電圧検出手段及びタイマ手段を互いに独立して設置してもよい。
In the above embodiment, the power supply device is mounted on the vehicle. However, the power supply device may be mounted on a mobile body other than the vehicle, or the power supply device may be provided in a facility that is not a mobile body. .
In the above embodiment, the number of the
In the above embodiment, the control circuit has all the functions of the control means, voltage detection means, and timer means, but the control means, voltage detection means, and timer means may be installed independently of each other.
10 接続回路
11 単電池
12 制御回路
13 スイッチング回路
14 サイリスタ
BT1、BT2、BT3 電池モジュール
SW1、SW2 第1スイッチ
SW3、SW4、SW5、SW6 第2スイッチ
V1、V2、V3 電池モジュール毎の端子電圧
20 切換回路
21a、21b、21c、21d 切換スイッチ
22a、22b、22c、22d ダイオード
25 第1スイッチング手段
28 第2スイッチング手段
10
Claims (5)
前記接続回路に配設され、前記複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続に切り換える回路切換手段と、前記回路切換手段を制御する制御手段と、を備えた電源装置であって、
前記回路切換手段は、
前記蓄電手段を直列接続する第1スイッチと、
前記蓄電手段を並列接続する第2スイッチと、を備え、
前記第1スイッチは双方向に通電する双方向スイッチであり、
前記第2スイッチは前記蓄電手段を充電する単方向のみに通電する半導体素子であり、
前記制御手段は、
放電時、回生充電時及び定電流充電時に前記第1スイッチを制御し、前記蓄電手段を直列接続させ、
定電圧充電時に前記第2スイッチを制御し、前記蓄電手段を並列接続させることを特徴とする電源装置。 A connection circuit for electrically connecting a plurality of power storage means;
A power supply apparatus, comprising: a circuit switching unit disposed in the connection circuit; and switching the plurality of power storage units to a serial connection or a parallel connection; and a control unit for controlling the circuit switching unit.
The circuit switching means is
A first switch for connecting the power storage means in series;
A second switch for connecting the power storage means in parallel,
The first switch is a bidirectional switch that energizes bidirectionally;
The second switch is a semiconductor element that is energized only in one direction for charging the power storage means,
The control means includes
Controlling the first switch at the time of discharging, at the time of regenerative charging and at the time of constant current charging, and connecting the power storage means in series;
A power supply apparatus that controls the second switch during constant voltage charging and connects the power storage means in parallel.
前記電圧検出手段は、前記複数の蓄電手段のいずれかの端子電圧が上限電圧に達したとき、
前記制御手段は、回路切換手段を制御し、前記蓄電手段を直列接続から並列接続へ切り換えることを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。 Voltage detecting means for detecting a terminal voltage of each of the plurality of power storage means,
The voltage detection means, when the terminal voltage of any of the plurality of power storage means has reached an upper limit voltage,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls a circuit switching unit to switch the power storage unit from a serial connection to a parallel connection.
前記タイマ手段が前記所定時間を計時したとき、前記制御手段は前記回路切換手段を制御し、直列接続から並列接続へ切り換えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の電源装置。 Timer means for measuring a predetermined time from the start of constant current charging,
4. The power supply device according to claim 1, wherein when the timer means measures the predetermined time, the control means controls the circuit switching means to switch from serial connection to parallel connection. .
前記第1スイッチを通電することにより前記蓄電手段を直列接続し、
定電流充電により充電し、
定電流充電後に前記第1スイッチを遮断することにより前記蓄電手段の直列接続を解除し、
前記第2スイッチを通電することにより前記蓄電手段を並列接続し、
前記蓄電手段を定電圧充電により充電することを特徴とする蓄電手段の充電方法。 A method for charging power storage means using the power supply device according to claim 1,
The power storage means is connected in series by energizing the first switch,
Charge by constant current charge,
By disconnecting the first switch after constant current charging, the series connection of the power storage means is released,
The power storage means is connected in parallel by energizing the second switch,
A method for charging power storage means, comprising charging the power storage means by constant voltage charging.
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JP2011200008A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Isuzu Motors Ltd | Voltage adjustment system |
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JP2014176152A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Tdk Corp | Power storage system |
JP2015018707A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 日本電気株式会社 | Charging method for lithium secondary battery |
US10700535B2 (en) | 2014-12-25 | 2020-06-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Charging method and charging device including multiple voltage sources |
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2008
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011200008A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Isuzu Motors Ltd | Voltage adjustment system |
KR101217060B1 (en) | 2011-11-09 | 2012-12-31 | 전남대학교산학협력단 | Battery charger using semiconductor controlled rectifier |
KR101332320B1 (en) | 2011-11-16 | 2013-11-22 | 박성준 | Battery charger using relay |
JP2014176152A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Tdk Corp | Power storage system |
JP2015018707A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 日本電気株式会社 | Charging method for lithium secondary battery |
US10700535B2 (en) | 2014-12-25 | 2020-06-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Charging method and charging device including multiple voltage sources |
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