JP2010110124A - Power system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power system in which a plurality of secondary batteries are connected, and which provides the optimum capacity even if the system has a large capacity. <P>SOLUTION: The power system is provided with: a main secondary battery block Bm containing a secondary battery train in which N (N is a natural number) pieces of secondary batteries are connected in series; an auxiliary secondary battery block Bs containing a secondary battery train in which A (A is a natural number and N>A) pieces of secondary batteries are connected in series; and a DC-DC converter Uvc which performs voltage conversion between the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs. The DC-DC converter Uvc steps up a voltage of the auxiliary secondary battery block Bs in discharging so as to supply electric power to a load, and steps down the voltage of the main secondary battery block Bm in charging so as to supply electric power to the auxiliary secondary battery block Bs. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電源システムに関し、特に、複数個の充放電可能な二次電池、又は複数個のキャパシタ(コンデンサ)を、直列及び/又は並列に接続した電源システムに関する。   The present invention relates to a power supply system, and more particularly, to a power supply system in which a plurality of chargeable / dischargeable secondary batteries or a plurality of capacitors (capacitors) are connected in series and / or in parallel.

図15〜図18は、本発明の前提として検討した電源システムの構成例を示す回路図である。図15に示す電源システムは、N個の二次電池を直列に接続したものである。図16に示す電源システムは、X個の二次電池を直列に接続し、DC−DCコンバータで電圧変換して、所望の電圧を負荷に供給するようにしたものである。図16の構成の場合、電力損失が発生するため、効率が低下する。図17に示す電源システムは、N個の二次電池を直列に接続した二次電池ブロックを、M個並列に接続したものである。図17の構成の場合、各二次電池の充放電時のバランスを保つため、各二次電池ブロックにおける直列接続数は同じにしてある。図18は、図17で示した電源システムに、N個のバランス回路を接続したものである。図18に示すように、二次電池ブロックの直列接続数をN個とした場合、N個のバランス回路が必要になる。   15 to 18 are circuit diagrams showing configuration examples of the power supply system studied as a premise of the present invention. The power supply system shown in FIG. 15 is obtained by connecting N secondary batteries in series. The power supply system shown in FIG. 16 is configured to connect X secondary batteries in series, convert the voltage with a DC-DC converter, and supply a desired voltage to a load. In the case of the configuration of FIG. 16, power loss occurs, and thus efficiency decreases. The power supply system shown in FIG. 17 is a system in which M secondary battery blocks in which N secondary batteries are connected in series are connected in parallel. In the case of the configuration of FIG. 17, the number of series connections in each secondary battery block is the same in order to maintain the balance during charging and discharging of each secondary battery. FIG. 18 shows a configuration in which N balance circuits are connected to the power supply system shown in FIG. As shown in FIG. 18, when the number of secondary battery blocks connected in series is N, N balance circuits are required.

なお、このような電源システムに関する技術として、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載された技術などがある。特許文献1に記載された二次電池の充電装置は、複数個の二次電池を直列に接続して二次電池の直列回路を構成し、その直列回路を複数個並列に接続して二次電池の並列回路を構成し、直列回路の二次電池個々の電池電圧を検出する手段と、並列回路ごとの充電電流を検出する手段と、直列回路の二次電池個々の電池ごとに充電電流を制御する手段と、並列回路ごとの充電出力を制御する手段を設けたものである。また、特許文献2に記載された電源装置は、複数個の二次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続し、直列接続電池ブロックの各々に定電流制御回路を設けたものである。   In addition, as a technique regarding such a power supply system, for example, there are techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2. The secondary battery charging device described in Patent Document 1 includes a plurality of secondary batteries connected in series to form a secondary battery series circuit, and a plurality of the series circuits connected in parallel to form a secondary battery. A means for detecting a battery voltage of each secondary battery in the series circuit, a means for detecting a charging current for each parallel circuit, and a charging current for each battery of the secondary battery in the series circuit are configured. Means for controlling and means for controlling the charge output for each parallel circuit are provided. Moreover, the power supply device described in Patent Document 2 has a plurality of series-connected battery blocks in which a plurality of secondary batteries are connected in series, connected in parallel, and each of the series-connected battery blocks is provided with a constant current control circuit. It is.

特開平10−304586号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-304586 特開2006−345660号公報JP 2006-345660 A

ところで、前記のような電源システムの技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。   By the way, as a result of the study of the power supply system technology as described above, the following has been clarified.

例えば、直列接続された二次電池ブロックを並列接続する場合、特許文献1や特許文献2にあるように、直列接続の二次電池の個数は全て同じであり、各ブロック同士のバランスをとる、といった類ものであった。したがって、この並列に接続された二次電池ブロックは、全て同じ直列数であるため、大容量になればなるほど、全電池ブロック容量の柔軟性が失われていくという問題があった。   For example, when connecting secondary battery blocks connected in series, the number of secondary batteries connected in series is the same as in Patent Document 1 and Patent Document 2, and each block is balanced. It was something like that. Therefore, since all the secondary battery blocks connected in parallel have the same number in series, there is a problem that the flexibility of the total battery block capacity is lost as the capacity increases.

特に、人工衛星等の宇宙機では、大容量の二次電池システムを必要とするが、宇宙で利用できる電池の種類に限りがあり、時として必要な容量より過剰な容量の二次電池システムを搭載することとなっていた。その結果、電池の重量が多くなるという問題があった。   In particular, spacecraft such as artificial satellites require a large-capacity secondary battery system, but the types of batteries that can be used in space are limited, and sometimes a secondary battery system with an excess capacity than necessary is required. It was supposed to be installed. As a result, there is a problem that the weight of the battery increases.

また、必要な容量に近い構成を実現するために、比較的低容量の二次電池を複数個使用する場合においては、二次電池の個数が増えるが故に、全体として高価な物となっていた。   In addition, in order to realize a configuration close to the required capacity, when using a plurality of secondary batteries having relatively low capacity, the number of secondary batteries increases, so that the overall cost is high. .

そこで、本発明の1つの目的は、二次電池を複数個接続した電源システムにおいて、大容量であっても最適な容量の電源システムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、軽量な電源システムを実現することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply system having an optimum capacity even in a large capacity in a power supply system in which a plurality of secondary batteries are connected. Another object of the present invention is to realize a lightweight power supply system.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、本発明による電源システムは、N個(Nは自然数)の二次電池が直列に接続された二次電池列を含む第1の二次電池ブロック(メイン二次電池ブロック)と、A個(N>A、Aは自然数)の二次電池が直列に接続された二次電池列を含む第2の二次電池ブロック(補助二次電池ブロック)と、前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとの間で電圧変換を行う制御回路と、を具備し、前記第1の二次電池ブロックの両極が負荷に接続されているものである。
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
That is, the power supply system according to the present invention includes a first secondary battery block (main secondary battery block) including a secondary battery array in which N (N is a natural number) secondary batteries are connected in series, and A pieces. A second secondary battery block (auxiliary secondary battery block) including a secondary battery array in which secondary batteries (N> A and A are natural numbers) are connected in series; and the first secondary battery block; And a control circuit that performs voltage conversion with the second secondary battery block, and both electrodes of the first secondary battery block are connected to a load.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)柔軟な電池の容量を実現できるため、余剰容量を持つ必要がないので、安価かつ軽量な電源システムを提供することができる。
(2)メイン二次電池ブロックと補助二次電池ブロックの各二次電池の電圧バランスを常に保つことができる。
Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
(1) Since it is possible to realize a flexible battery capacity, it is not necessary to have a surplus capacity, so that an inexpensive and lightweight power supply system can be provided.
(2) The voltage balance of the secondary batteries of the main secondary battery block and the auxiliary secondary battery block can always be maintained.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、特にことわらない限り、端子名を表す記号は同時に配線名、信号名も兼ね、電源の場合はその電圧値も兼ねるものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. Unless otherwise specified, a symbol representing a terminal name also serves as a wiring name and a signal name, and also serves as a voltage value in the case of a power supply.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1による電源システムの構成例を示す回路図、図2は図1に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図3は本発明の実施の形態1による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
(Embodiment 1)
1 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply system according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the DC-DC converter shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. 1 is a circuit diagram illustrating a connection example of a secondary battery balance circuit in the power supply system according to FIG.

まず、図1により、本実施の形態1による電源システムの構成の一例を説明する。本実施の形態1の電源システムは、例えば、メイン二次電池ブロックBm、補助二次電池ブロックBs、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcなどから構成される。メイン二次電池ブロックBmは、N個の二次電池が直列接続されて構成されている。また、補助二次電池ブロックBsは、直列接続されたA個の二次電池から成る電池ブロックが、a個並列接続されて構成されている。なお、N,A,aは自然数であり、N>Aの関係にある。また、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsを構成する二次電池は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。また、二次電池の代わりに、リチウムイオン・キャパシタ等の大容量キャパシタ(コンデンサなど)であってもよい。   First, an example of the configuration of the power supply system according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The power supply system according to the first embodiment includes, for example, a main secondary battery block Bm, an auxiliary secondary battery block Bs, a DC-DC converter (control circuit) Uvc, and the like. The main secondary battery block Bm is configured by connecting N secondary batteries in series. Moreover, the auxiliary secondary battery block Bs is configured by a parallel connection of a battery blocks composed of A secondary batteries connected in series. N, A, and a are natural numbers and have a relationship of N> A. Moreover, the secondary battery which comprises the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is a secondary battery which can be charged / discharged, such as a lithium ion battery, for example. Further, instead of the secondary battery, a large capacity capacitor (capacitor or the like) such as a lithium ion capacitor may be used.

図1に示すように、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsは、DC−DCコンバータUvcを介して並列に接続されている。また、メイン二次電池ブロックBmは、直列接続されたN個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。また、補助二次電池ブロックBsは、a=1、すなわち直列に接続されたA個の二次電池の1列のみであってもよい。   As shown in FIG. 1, the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs are connected in parallel via the DC-DC converter Uvc. Further, the main secondary battery block Bm can be configured by connecting a plurality of blocks composed of N secondary batteries connected in series in parallel. Further, the auxiliary secondary battery block Bs may be a = 1, that is, only one row of A secondary batteries connected in series.

本実施の形態1の電源システムは、電圧の異なる2つの二次電池ブロック、例えばメイン二次電池ブロックBmと、メイン二次電池ブロックBmより電圧の低い補助二次電池ブロックBsを1つの電源システムとして構成されている。DC−DCコンバータUvcで補助二次電池ブロックBsを昇圧/降圧させて、メイン二次電池ブロック+αの出力を実現させる。目的の容量に足りないメイン二次電池ブロックBmと、足りない分を補うための補助二次電池ブロックBsとを充放電させる回路で構成される。   The power supply system of the first embodiment includes two secondary battery blocks having different voltages, for example, a main secondary battery block Bm and an auxiliary secondary battery block Bs having a lower voltage than the main secondary battery block Bm. It is configured as. The auxiliary secondary battery block Bs is stepped up / down by the DC-DC converter Uvc to realize the output of the main secondary battery block + α. The main secondary battery block Bm lacking the target capacity and the auxiliary secondary battery block Bs for compensating for the shortage are constituted by a circuit for charging and discharging.

DC−DCコンバータUvcは、充電時に降圧して補助二次電池ブロックBsに電力を供給し、放電時に昇圧して負荷に電力を供給する制御回路である。DC−DCコンバータUvcにより、異なる直列数・容量の二次電池ブロックを充放電することが可能になる。   The DC-DC converter Uvc is a control circuit that steps down during charging to supply power to the auxiliary secondary battery block Bs and boosts during discharging to supply power to a load. The DC-DC converter Uvc makes it possible to charge and discharge secondary battery blocks having different series numbers and capacities.

次に、本実施の形態1による電源システムの動作を説明する。放電時はメイン二次電池ブロックBmから、負荷に対して放電する。それと同時に、補助二次電池ブロックBsの電圧は、DC−DCコンバータにより、メイン二次電池ブロックBmと同じ電圧に昇圧されて負荷に対して放電する。DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcは、放電時にDC−DCコンバータUvcの出力とメイン二次電池ブロックBmの出力が同じ電圧になるように制御する。また、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcは、充電時に個々の二次電池の平均電圧が同じになるように制御する。   Next, the operation of the power supply system according to the first embodiment will be described. At the time of discharging, the main secondary battery block Bm is discharged to the load. At the same time, the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs is boosted to the same voltage as the main secondary battery block Bm by the DC-DC converter and discharged to the load. The DC-DC converter (control circuit) Uvc controls the output of the DC-DC converter Uvc and the output of the main secondary battery block Bm to be the same voltage during discharging. Further, the DC-DC converter (control circuit) Uvc controls the average voltage of each secondary battery to be the same during charging.

放電時において、補助二次電池ブロックBsの電圧をメイン二次電池ブロックBmが超えている間、補助二次電池Bs出力が制限されていき、その逆の場合、補助二次電池の出力は増加する。つまり、メイン二次電池ブロックBmの各二次電池の電圧の平均値と、補助二次電池ブロックBsの各二次電池の電圧の平均値は常に等しくなるように制御される。   During discharging, the output of the auxiliary secondary battery Bs is limited while the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs exceeds the voltage of the main secondary battery block Bm, and vice versa, the output of the auxiliary secondary battery increases. To do. That is, the average value of the voltages of the secondary batteries of the main secondary battery block Bm and the average value of the voltages of the secondary batteries of the auxiliary secondary battery block Bs are controlled to be always equal.

次に、図2により、DC−DCコンバータUvcの構成および動作を説明する。図2に示すように、DC−DCコンバータUvcは、インダクタL1、降圧用のスイッチS1、降圧用のダイオードD2、昇圧用のスイッチS2、昇圧用のダイオードD1、電圧信号比較器Cv、電圧信号検出用の分圧抵抗R1,R2,R3,R4などから構成されている。分圧抵抗R1,R2は、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを検出する電圧検出手段を構成する。分圧抵抗R3,R4は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。   Next, the configuration and operation of the DC-DC converter Uvc will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the DC-DC converter Uvc includes an inductor L1, a step-down switch S1, a step-down diode D2, a step-up switch S2, a step-up diode D1, a voltage signal comparator Cv, and a voltage signal detection. And voltage dividing resistors R1, R2, R3, R4 and the like. The voltage dividing resistors R1 and R2 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. The voltage dividing resistors R3 and R4 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs.

DC−DCコンバータUvcは、降圧コンバータと昇圧コンバータを組み合わせたものである。充電時には、充電用の外部DC電源からメイン二次電池ブロックBmに直接充電されると同時に、スイッチS1とダイオードD2とインダクタL1を用いた、いわゆる降圧コンバータにより、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsまで降圧して、補助二次電池ブロックBsの充電を可能にする。この時、スイッチS2はオフ状態にして、電圧信号比較器Cvからパルス信号を送信してスイッチS1のオン/オフを周期的に繰り返す。なお、二次電池への充電は、負荷と並列に接続された外部DC電源(太陽電池等でもよい)から電力が供給される。以下の実施形態でも同様である。   The DC-DC converter Uvc is a combination of a step-down converter and a step-up converter. At the time of charging, the main secondary battery block Bm is directly charged from the external DC power supply for charging, and at the same time, the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs is generated by a so-called step-down converter using the switch S1, the diode D2, and the inductor L1. The auxiliary secondary battery block Bs can be charged by reducing the pressure to the maximum. At this time, the switch S2 is turned off, a pulse signal is transmitted from the voltage signal comparator Cv, and the on / off of the switch S1 is periodically repeated. The secondary battery is charged with power from an external DC power source (which may be a solar battery or the like) connected in parallel with the load. The same applies to the following embodiments.

一方、放電時には、スイッチS2とダイオードD1とインダクタL1を用いた、いわゆる昇圧コンバータにより、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmまで昇圧し、メイン二次電池ブロック+αの出力を実現させる。この時、スイッチS1はオフ状態にして、電圧信号比較器Cvからパルス信号を送信してスイッチS2のオン/オフを周期的に繰り返す。   On the other hand, at the time of discharging, the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs is boosted to the voltage Vm of the main secondary battery block Bm by a so-called boost converter using the switch S2, the diode D1 and the inductor L1, and the main secondary battery Output block + α. At this time, the switch S1 is turned off, a pulse signal is transmitted from the voltage signal comparator Cv, and the on / off of the switch S2 is periodically repeated.

電圧信号比較器Cvは、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを分圧抵抗R1,R2で分圧して得られる電圧信号Svmと、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを分圧抵抗R3,R4で分圧して得られる電圧信号Svsとを比較する。そして、放電時に、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを昇圧した電圧と、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmとが同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。また、充電時に、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを降圧した電圧が、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsと同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   The voltage signal comparator Cv is a voltage signal Svm obtained by dividing the voltage Vm of the main secondary battery block Bm by the voltage dividing resistors R1 and R2, and the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs is divided by the voltage dividing resistors R3 and R4. Is compared with the voltage signal Svs obtained by voltage division. At the time of discharging, feedback control is performed so that the voltage obtained by boosting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs and the voltage Vm of the main secondary battery block Bm become the same voltage. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained. Further, during charging, feedback control is performed so that the voltage obtained by stepping down the voltage Vm of the main secondary battery block Bm becomes the same voltage as the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

つまり、電圧信号比較器Cvは、メイン二次電池ブロックBmを構成する各二次電池の電圧の平均値と、補助二次電池ブロックBsを構成する各二次電池の電圧の平均値が常に等しくなるように制御する機能を有する。   That is, in the voltage signal comparator Cv, the average value of the voltages of the secondary batteries constituting the main secondary battery block Bm is always equal to the average value of the voltages of the secondary batteries constituting the auxiliary secondary battery block Bs. It has the function to control.

図3に示すように、二次電池バランス回路は、メイン二次電池ブロックBmにN個、補助二次電池ブロックBsにA個、合計(N+A)個のバランス回路が必要となる。   As shown in FIG. 3, the secondary battery balance circuit requires N (N + A) balance circuits in the main secondary battery block Bm, N in the auxiliary secondary battery block Bs, and a total of (N + A).

(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2による電源システムの構成例を示す回路図、図5は図4に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図6は本発明の実施の形態2による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
(Embodiment 2)
4 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply system according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the DC-DC converter shown in FIG. 4, and FIG. 6 is an embodiment of the present invention. 2 is a circuit diagram showing a connection example of a secondary battery balance circuit in the power supply system according to FIG.

まず、図4により、本実施の形態2による電源システムの構成の一例を説明する。本実施の形態2の電源システムは、例えば、メイン二次電池ブロックBm、補助二次電池ブロックBs、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcなどから構成される。メイン二次電池ブロックBmは、N個の二次電池が直列接続されて構成されている。また、補助二次電池ブロックBsは、B個の二次電池が直列接続されて構成されている。なお、N,Bは自然数であり、N>Bの関係にある。また、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsを構成する二次電池は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。また、二次電池の代わりに、リチウムイオン・キャパシタ等の大容量キャパシタ(コンデンサ,容量など)であってもよい。   First, an example of the configuration of the power supply system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The power supply system according to the second embodiment includes, for example, a main secondary battery block Bm, an auxiliary secondary battery block Bs, a DC-DC converter (control circuit) Uvc, and the like. The main secondary battery block Bm is configured by connecting N secondary batteries in series. Further, the auxiliary secondary battery block Bs is configured by connecting B secondary batteries in series. N and B are natural numbers and have a relationship of N> B. Moreover, the secondary battery which comprises the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is a secondary battery which can be charged / discharged, such as a lithium ion battery, for example. Further, instead of the secondary battery, a large capacity capacitor (capacitor, capacity, etc.) such as a lithium ion capacitor may be used.

図4に示すように、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsは、直列に接続されている。また、DC−DCコンバータUvcは、X端子が補助二次電池ブロックBsの正極側に、Y端子が補助二次電池ブロックBsの負極側(メイン二次電池ブロックBmの正極側)に、Z端子がメイン二次電池ブロックBmの負極側に接続されている。メイン二次電池ブロックBmの両端は、負荷に接続されている。なお、メイン二次電池ブロックBmは、直列接続されたN個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。また、補助二次電池ブロックBsは、直列接続されたB個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。   As shown in FIG. 4, the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs are connected in series. The DC-DC converter Uvc has an X terminal on the positive electrode side of the auxiliary secondary battery block Bs, a Y terminal on the negative electrode side of the auxiliary secondary battery block Bs (the positive electrode side of the main secondary battery block Bm), and a Z terminal. Is connected to the negative electrode side of the main secondary battery block Bm. Both ends of the main secondary battery block Bm are connected to a load. The main secondary battery block Bm can also be configured by connecting in parallel a plurality of blocks each made up of N secondary batteries connected in series. In addition, the auxiliary secondary battery block Bs can be configured by connecting a plurality of blocks composed of B secondary batteries connected in series in parallel.

次に、図5により、DC−DCコンバータUvcの構成および動作を説明する。図5に示すように、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcは、インダクタL3、反転昇圧用のスイッチS3、反転昇圧用のダイオードD4、昇圧用のスイッチS4、昇圧用のダイオードD3、分圧抵抗R5,R6,R7,R8、電圧信号比較器Cvなどから構成されている。分圧抵抗R5,R6は、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを検出する電圧検出手段を構成する。分圧抵抗R7,R8は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。図5のDC−DCコンバータUvcは、昇圧コンバータと降圧コンバータを組み合わせたものである。   Next, the configuration and operation of the DC-DC converter Uvc will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the DC-DC converter (control circuit) Uvc includes an inductor L3, an inverting boost switch S3, an inverting boost diode D4, a boost switch S4, a boost diode D3, and a voltage dividing resistor. R5, R6, R7, R8, voltage signal comparator Cv, and the like. The voltage dividing resistors R5 and R6 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. The voltage dividing resistors R7 and R8 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. The DC-DC converter Uvc in FIG. 5 is a combination of a step-up converter and a step-down converter.

図5のDC−DCコンバータUvcは、目的の容量に足りないメイン二次電池ブロックBmと、足りない分を補うための補助二次電池ブロックBsとを充放電させるための回路である。充電時には、外部DC電源からメイン二次電池ブロックBmに直接充電されると同時に、メイン二次電池ブロックBm+補助二次電池ブロックBsの電圧(Vm+Vs)にまで、スイッチS4とダイオードD3を用いた昇圧コンバータで昇圧して、補助二次電池ブロックBsの充電を可能にする。この時、スイッチS3はオフ状態にして、電圧信号比較器Cvからパルス信号を送信してスイッチS4のオン/オフを周期的に繰り返す。一方、放電時には、補助二次電池ブロックBsの電圧をスイッチS3とダイオードD4を用いた反転昇圧コンバータにより、メイン二次電池ブロックBmの電圧に反転昇圧し、メイン二次電池ブロック+αの出力を実現させる。この時、スイッチS4はオフ状態にして、電圧信号比較器Cvからパルス信号を送信してスイッチS3のオン/オフを周期的に繰り返す。   The DC-DC converter Uvc of FIG. 5 is a circuit for charging / discharging the main secondary battery block Bm that is insufficient for the target capacity and the auxiliary secondary battery block Bs for compensating for the shortage. At the time of charging, the main secondary battery block Bm is directly charged from the external DC power source, and at the same time, the voltage is boosted using the switch S4 and the diode D3 to the voltage (Vm + Vs) of the main secondary battery block Bm + auxiliary secondary battery block Bs. The voltage is boosted by the converter, and the auxiliary secondary battery block Bs can be charged. At this time, the switch S3 is turned off, a pulse signal is transmitted from the voltage signal comparator Cv, and the on / off of the switch S4 is periodically repeated. On the other hand, at the time of discharging, the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs is inverted and boosted to the voltage of the main secondary battery block Bm by the inverting boost converter using the switch S3 and the diode D4, thereby realizing the output of the main secondary battery block + α. Let At this time, the switch S4 is turned off, a pulse signal is transmitted from the voltage signal comparator Cv, and the on / off of the switch S3 is periodically repeated.

電圧信号比較器Cvは、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを分圧抵抗R5,R6で分圧して得られる電圧信号Svmと、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを分圧抵抗R7,R8で分圧して得られる電圧信号Svsとを比較する。そして、放電時に、補助二次電池ブロックBsの電圧を反転昇圧した電圧が、メイン二次電池ブロックBmの電圧と同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、放電時にメイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   The voltage signal comparator Cv is a voltage signal Svm obtained by dividing the voltage Vm of the main secondary battery block Bm by the voltage dividing resistors R5 and R6, and the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs is divided by the voltage dividing resistors R7 and R8. Is compared with the voltage signal Svs obtained by voltage division. At the time of discharging, feedback control is performed so that the voltage obtained by inverting and boosting the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs becomes the same voltage as the voltage of the main secondary battery block Bm. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained at the time of discharge.

また、電圧信号比較器Cvは、充電時に、補助二次電池ブロックBsとメイン二次電池ブロックBmの電圧を足し合わせた電圧と同じ電圧に、メイン二次電池ブロックBmの電圧を昇圧するようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   The voltage signal comparator Cv boosts the voltage of the main secondary battery block Bm to the same voltage as the sum of the voltages of the auxiliary secondary battery block Bs and the main secondary battery block Bm during charging. Feedback control. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

図6に示すように、二次電池バランス回路は、メイン二次電池ブロックBmにN個、補助二次電池ブロックBsにB個、合計(N+B)個のバランス回路が必要となる。   As shown in FIG. 6, the secondary battery balance circuit requires N (N + B) balance circuits in the main secondary battery block Bm, N in the auxiliary secondary battery block Bs, and B in total.

(実施の形態3)
図7は本発明の実施の形態3による電源システムの構成例を示す回路図、図8は図7に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図9は本発明の実施の形態3による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
(Embodiment 3)
7 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply system according to Embodiment 3 of the present invention, FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the DC-DC converter shown in FIG. 7, and FIG. 9 is an embodiment of the present invention. 3 is a circuit diagram showing a connection example of a secondary battery balance circuit in the power supply system according to FIG.

まず、図7により、本実施の形態3による電源システムの構成の一例を説明する。本実施の形態3の電源システムは、例えば、メイン二次電池ブロックBm、補助二次電池ブロックBs、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcなどから構成される。メイン二次電池ブロックBmは、N個の二次電池が直列接続されて構成されている。また、補助二次電池ブロックBsは、C個の二次電池が直列接続されて構成されている。なお、N,Cは自然数であり、N>Cの関係にある。また、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsを構成する二次電池は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。また、二次電池の代わりに、リチウムイオン・キャパシタ等の大容量キャパシタ(コンデンサ,容量など)であってもよい。   First, an example of the configuration of the power supply system according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The power supply system according to the third embodiment includes, for example, a main secondary battery block Bm, an auxiliary secondary battery block Bs, a DC-DC converter (control circuit) Uvc, and the like. The main secondary battery block Bm is configured by connecting N secondary batteries in series. Further, the auxiliary secondary battery block Bs is configured by connecting C secondary batteries in series. N and C are natural numbers and have a relationship of N> C. Moreover, the secondary battery which comprises the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is a secondary battery which can be charged / discharged, such as a lithium ion battery, for example. Further, instead of the secondary battery, a large capacity capacitor (capacitor, capacity, etc.) such as a lithium ion capacitor may be used.

図7に示すように、補助二次電池ブロックBsは、メイン二次電池ブロックBmの一部と並列に接続されている。また、DC−DCコンバータUvcは、X端子が補助二次電池ブロックBsの正極側(メイン二次電池ブロックBmの中間部)に、Y端子がメイン二次電池ブロックBmの正極側に、Z端子がメイン二次電池ブロックBmの負極側(補助二次電池ブロックBsの負極側)に接続されている。メイン二次電池ブロックBmの両端は、負荷に接続されている。なお、メイン二次電池ブロックBmは、直列接続されたN個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。また、補助二次電池ブロックBsは、直列接続されたC個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。   As shown in FIG. 7, the auxiliary secondary battery block Bs is connected in parallel with a part of the main secondary battery block Bm. Further, in the DC-DC converter Uvc, the X terminal is on the positive side of the auxiliary secondary battery block Bs (middle part of the main secondary battery block Bm), the Y terminal is on the positive side of the main secondary battery block Bm, and the Z terminal Is connected to the negative electrode side of the main secondary battery block Bm (the negative electrode side of the auxiliary secondary battery block Bs). Both ends of the main secondary battery block Bm are connected to a load. The main secondary battery block Bm can also be configured by connecting in parallel a plurality of blocks each made up of N secondary batteries connected in series. In addition, the auxiliary secondary battery block Bs can be configured by connecting a plurality of blocks composed of C secondary batteries connected in series in parallel.

次に、図8により、DC−DCコンバータUvcの構成および動作を説明する。図8に示すように、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcは、インダクタL5,L6、補助二次電池ブロックBsからの放電用のスイッチS5、補助二次電池ブロックBsへの充電用のスイッチS6、補助二次電池ブロックBsへの充電用のダイオードD5、補助二次電池ブロックBsからの放電用のダイオードD6、キャパシタC6、分圧抵抗R9,R10,R11,R12、電圧信号比較器Cvなどから構成されている。分圧抵抗R9,R10は、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを検出する電圧検出手段を構成する。分圧抵抗R11,R12は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。図8のDC−DCコンバータUvcは、いわゆる双方向コンバータである。   Next, the configuration and operation of the DC-DC converter Uvc will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the DC-DC converter (control circuit) Uvc includes inductors L5 and L6, a switch S5 for discharging from the auxiliary secondary battery block Bs, and a switch S6 for charging to the auxiliary secondary battery block Bs. From the diode D5 for charging the auxiliary secondary battery block Bs, the diode D6 for discharging from the auxiliary secondary battery block Bs, the capacitor C6, the voltage dividing resistors R9, R10, R11, R12, the voltage signal comparator Cv, etc. It is configured. The voltage dividing resistors R9 and R10 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. The voltage dividing resistors R11 and R12 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. The DC-DC converter Uvc in FIG. 8 is a so-called bidirectional converter.

図8のDC−DCコンバータUvcは、目的の容量に足りないメイン二次電池ブロックBmと、足りない分を補うための補助二次電池ブロックBsとを充放電させる回路である。充電時には、外部DC電源からメインの二次電池ブロックBmに直接充電されると同時に、メインの二次電池ブロックBmの一部と補助二次電池ブロックBsの電圧にまで、スイッチS6とダイオードD5と2つのインダクタL5,L6とキャパシタC6を用いて降圧して、補助二次電池ブロックBsと、メイン二次電池ブロックBmの一部への充電を可能にする。   The DC-DC converter Uvc in FIG. 8 is a circuit that charges and discharges the main secondary battery block Bm that is insufficient for the target capacity and the auxiliary secondary battery block Bs that is used to compensate for the shortage. During charging, the main secondary battery block Bm is directly charged from the external DC power source, and at the same time, the switch S6 and the diode D5 are connected to the voltage of a part of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs. The voltage is stepped down using the two inductors L5 and L6 and the capacitor C6, and charging to the auxiliary secondary battery block Bs and a part of the main secondary battery block Bm is enabled.

一方、放電時には、メイン二次電池ブロックBmの一部と、補助二次電池ブロックBsの電圧を、スイッチS5とダイオードD6と2つのインダクタL5,L6とキャパシタC6を用いて、メイン二次電池ブロックBmの電圧を実現し、メイン二次電池ブロック+αの出力を実現させる。   On the other hand, at the time of discharging, the main secondary battery block Bm and the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs are supplied to the main secondary battery block using the switch S5, the diode D6, the two inductors L5 and L6, and the capacitor C6. A voltage of Bm is realized, and an output of the main secondary battery block + α is realized.

電圧信号比較器Cvは、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmから補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを引いた電圧を分圧抵抗R9,R10で分圧して得られる電圧信号Svmと、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを分圧抵抗R11,R12で分圧して得られる電圧信号Svsとを比較する。そして、放電時に、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを反転昇圧した電圧が、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmと同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   The voltage signal comparator Cv includes a voltage signal Svm obtained by dividing the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs from the voltage Vm of the main secondary battery block Bm by the voltage dividing resistors R9 and R10, and the auxiliary secondary battery block Cm. A voltage signal Svs obtained by dividing the voltage Vs of the next battery block Bs by the voltage dividing resistors R11 and R12 is compared. During discharging, feedback control is performed so that the voltage obtained by inverting and boosting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs becomes the same voltage as the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

一方、電圧信号比較器Cvは、充電時に、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを反転降圧した電圧が、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsと同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   On the other hand, the voltage signal comparator Cv performs feedback control during charging so that the voltage obtained by inverting and lowering the voltage Vm of the main secondary battery block Bm becomes the same voltage as the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

図9に示すように、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsの1並列二次電池毎のバランス回路は、メイン二次電池ブロックBmの二次電池の直列数(N個)だけでよい。   As shown in FIG. 9, the balance circuit for each parallel secondary battery of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is only the number of series secondary batteries (N) of the main secondary battery block Bm. It's okay.

したがって、前記実施の形態1,2の構成では、二次電池バランス回路は、メイン二次電池ブロックBmの直列数(N個)と、補助二次電池ブロックBsの直列数(A個)の合計(N+A)個のバランス回路が必要であったが、本実施の形態3の構成は、補助二次電池ブロックBsをメイン二次電池ブロックBmの一部と並列にすることで、バランス回路の数をメイン二次電池ブロックBmの直列数であるN個だけにできる。   Therefore, in the configuration of the first and second embodiments, the secondary battery balance circuit is the sum of the number of main secondary battery blocks Bm in series (N) and the number of auxiliary secondary battery blocks Bs in series (A). Although (N + A) balance circuits are required, the configuration of the third embodiment is configured such that the auxiliary secondary battery block Bs is parallel to a part of the main secondary battery block Bm, so that the number of balance circuits is increased. Can be limited to N, which is the number of main secondary battery blocks Bm in series.

(実施の形態4)
図10は本発明の実施の形態4による電源システムの構成例を示す回路図、図11は図10に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図12は本発明の実施の形態4による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
(Embodiment 4)
10 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply system according to Embodiment 4 of the present invention, FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of the DC-DC converter shown in FIG. 10, and FIG. 12 is an embodiment of the present invention. 4 is a circuit diagram showing a connection example of a secondary battery balance circuit in the power supply system according to FIG.

まず、図10により、本実施の形態4による電源システムの構成の一例を説明する。本実施の形態4の電源システムは、例えば、メイン二次電池ブロックBm、補助二次電池ブロックBs、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcなどから構成される。メイン二次電池ブロックBmは、N個の二次電池が直列接続されて構成されている。また、補助二次電池ブロックBsは、D個の二次電池が直列接続されて構成されている。なお、N,Dは自然数であり、N>Dの関係にある。また、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsを構成する二次電池は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。また、二次電池の代わりに、リチウムイオン・キャパシタ等の大容量キャパシタ(コンデンサ,容量など)であってもよい。   First, an example of the configuration of the power supply system according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The power supply system according to the fourth embodiment includes, for example, a main secondary battery block Bm, an auxiliary secondary battery block Bs, a DC-DC converter (control circuit) Uvc, and the like. The main secondary battery block Bm is configured by connecting N secondary batteries in series. Further, the auxiliary secondary battery block Bs is configured by connecting D secondary batteries in series. N and D are natural numbers and have a relationship of N> D. Moreover, the secondary battery which comprises the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is a secondary battery which can be charged / discharged, such as a lithium ion battery, for example. Further, instead of the secondary battery, a large capacity capacitor (capacitor, capacity, etc.) such as a lithium ion capacitor may be used.

図10に示すように、補助二次電池ブロックBsは、メイン二次電池ブロックBmの一部と並列に接続されている。また、DC−DCコンバータUvcは、X端子が補助二次電池ブロックBsの負極側(メイン二次電池ブロックBmの中間部)に、Y端子がメイン二次電池ブロックBmの正極側(補助二次電池ブロックBsの正極側)に、Z端子がメイン二次電池ブロックBmの負極側に接続されている。メイン二次電池ブロックBmの両端は、負荷に接続されている。なお、メイン二次電池ブロックBmは、直列接続されたN個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。また、補助二次電池ブロックBsは、直列接続されたD個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。   As shown in FIG. 10, the auxiliary secondary battery block Bs is connected in parallel with a part of the main secondary battery block Bm. In the DC-DC converter Uvc, the X terminal is on the negative side of the auxiliary secondary battery block Bs (intermediate part of the main secondary battery block Bm), and the Y terminal is on the positive side of the main secondary battery block Bm (auxiliary secondary). The Z terminal is connected to the negative electrode side of the main secondary battery block Bm on the positive electrode side of the battery block Bs. Both ends of the main secondary battery block Bm are connected to a load. The main secondary battery block Bm can also be configured by connecting in parallel a plurality of blocks each made up of N secondary batteries connected in series. In addition, the auxiliary secondary battery block Bs can be configured by connecting a plurality of blocks composed of D secondary batteries connected in series in parallel.

次に、図11により、DC−DCコンバータUvcの構成および動作を説明する。図11に示すように、DC−DCコンバータ(制御回路)Uvcは、インダクタL5,L6、補助二次電池ブロックBsからの放電用のスイッチS6、補助二次電池ブロックBsへの充電用のスイッチS5、補助二次電池ブロックBsへの充電用のダイオードD6、補助二次電池ブロックBsからの放電用のダイオードD5、キャパシタC6、分圧抵抗R9,R10,R11,R12、電圧信号比較器Cvなどから構成されている。分圧抵抗R11,R12は、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを検出する電圧検出手段を構成する。分圧抵抗R9,R10は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。図11のDC−DCコンバータUvcは、いわゆる双方向コンバータである。   Next, the configuration and operation of the DC-DC converter Uvc will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the DC-DC converter (control circuit) Uvc includes inductors L5 and L6, a switch S6 for discharging from the auxiliary secondary battery block Bs, and a switch S5 for charging to the auxiliary secondary battery block Bs. From the diode D6 for charging the auxiliary secondary battery block Bs, the diode D5 for discharging from the auxiliary secondary battery block Bs, the capacitor C6, the voltage dividing resistors R9, R10, R11, R12, the voltage signal comparator Cv, etc. It is configured. The voltage dividing resistors R11 and R12 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. The voltage dividing resistors R9 and R10 constitute voltage detecting means for detecting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. The DC-DC converter Uvc in FIG. 11 is a so-called bidirectional converter.

図11のDC−DCコンバータUvcは、目的の容量に足りないメイン二次電池ブロックBmと、足りない分を補うための補助二次電池ブロックBsとを充放電させる回路である。充電時には、外部DC電源からメインの二次電池ブロックBmに直接充電されると同時に、メインの二次電池ブロックBmの一部と補助二次電池ブロックBsの電圧にまで、スイッチS5とダイオードD6と2つのインダクタL5,L6を用いて降圧して、補助二次電池ブロックBsと、メイン二次電池ブロックBmの一部への充電を可能にする。   The DC-DC converter Uvc of FIG. 11 is a circuit that charges and discharges the main secondary battery block Bm that is insufficient for the target capacity and the auxiliary secondary battery block Bs that is used to compensate for the shortage. At the time of charging, the switch S5 and the diode D6 are directly charged from the external DC power source to the main secondary battery block Bm, and at the same time up to a part of the main secondary battery block Bm and the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs. The voltage is stepped down using the two inductors L5 and L6 to allow charging to the auxiliary secondary battery block Bs and a part of the main secondary battery block Bm.

一方、放電時には、メイン二次電池ブロックBmの一部と、補助二次電池ブロックBsの電圧を、スイッチS6とダイオードD5と2つのインダクタL5,L6を用いて、メイン二次電池ブロックBmの電圧を実現し、メイン二次電池ブロック+αの出力を実現させる。   On the other hand, at the time of discharging, the voltage of the main secondary battery block Bm and the voltage of the auxiliary secondary battery block Bs are converted to the voltage of the main secondary battery block Bm using the switch S6, the diode D5, and the two inductors L5 and L6. To realize the output of the main secondary battery block + α.

電圧信号比較器Cvは、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmから補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを引いた電圧を分圧抵抗R11,R12で分圧して得られる電圧信号Svmと、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを分圧抵抗R9,R10で分圧して得られる電圧信号Svsとを比較する。そして、放電時に、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを反転昇圧した電圧が、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmと同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   The voltage signal comparator Cv includes a voltage signal Svm obtained by dividing the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs from the voltage Vm of the main secondary battery block Bm by the voltage dividing resistors R11 and R12, and the auxiliary secondary battery block Bm. A voltage signal Svs obtained by dividing the voltage Vs of the next battery block Bs by the voltage dividing resistors R9 and R10 is compared. During discharging, feedback control is performed so that the voltage obtained by inverting and boosting the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs becomes the same voltage as the voltage Vm of the main secondary battery block Bm. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

一方、電圧信号比較器Cvは、充電時に、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを反転降圧した電圧が、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsと同じ電圧になるようにフィードバック制御する。これにより、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsの電圧バランスが常に保たれる。   On the other hand, the voltage signal comparator Cv performs feedback control during charging so that the voltage obtained by inverting and lowering the voltage Vm of the main secondary battery block Bm becomes the same voltage as the voltage Vs of the auxiliary secondary battery block Bs. Thereby, the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is always maintained.

図12に示すように、メイン二次電池ブロックBm及び補助二次電池ブロックBsの1並列二次電池毎のバランス回路は、メイン二次電池ブロックBmの二次電池の直列数(N個)だけでよい。   As shown in FIG. 12, the balance circuit for each parallel secondary battery of the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs is only the number of secondary batteries in series (N) in the main secondary battery block Bm. It's okay.

したがって、前記実施の形態1,2の構成では、二次電池バランス回路は、メイン二次電池ブロックBmの直列数(N個)と、補助二次電池ブロックBsの直列数(A個)の合計(N+A)個のバランス回路が必要であったが、本実施の形態4の構成は、補助二次電池ブロックBsをメイン二次電池ブロックBmの一部と並列にすることで、バランス回路の数をメイン二次電池ブロックBmの直列数であるN個だけにできる。   Therefore, in the configuration of the first and second embodiments, the secondary battery balance circuit is the sum of the number of main secondary battery blocks Bm in series (N) and the number of auxiliary secondary battery blocks Bs in series (A). Although (N + A) balance circuits are required, the configuration of the fourth embodiment is configured such that the auxiliary secondary battery block Bs is parallel to a part of the main secondary battery block Bm, so that the number of balance circuits is increased. Can be limited to N, which is the number of main secondary battery blocks Bm in series.

(実施の形態1〜4の効果)
図13は、本発明の実施の形態1による電源システムの充電特性を示す図である。図13は、メイン二次電池ブロックBmの容量が2.92Ahで、補助二次電池ブロックBsの容量が2.42Ahのリチウムイオン電池を実際にCVCC充電をした時の充電特性を示す図である。充電の全期間において常にメイン二次電池ブロックBmの二次電池電圧の平均値(a)と、補助二次電池ブロックBsの二次電池電圧の平均値(b)とが、実際に等しいことを示すものである。
(Effects of Embodiments 1 to 4)
FIG. 13 is a diagram showing charging characteristics of the power supply system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 13 is a diagram illustrating a charging characteristic when a lithium ion battery having a main secondary battery block Bm capacity of 2.92 Ah and an auxiliary secondary battery block Bs capacity of 2.42 Ah is actually CVCC charged. . It is confirmed that the average value (a) of the secondary battery voltage of the main secondary battery block Bm and the average value (b) of the secondary battery voltage of the auxiliary secondary battery block Bs are always equal throughout the entire charging period. It is shown.

なお、図13において、(a)はメイン二次電池ブロックの二次電池電圧の平均値、(b)は補助二次電池ブロックの二次電池電圧の平均値、(c)はメイン二次電池ブロックの充電電流、(d)は補助二次電池ブロックの充電電流、(e)は充電電流を示す。   In FIG. 13, (a) is the average value of the secondary battery voltage of the main secondary battery block, (b) is the average value of the secondary battery voltage of the auxiliary secondary battery block, and (c) is the main secondary battery. The charging current of the block, (d) shows the charging current of the auxiliary secondary battery block, and (e) shows the charging current.

図14は、本発明の実施の形態1による電源システムの放電特性を示す図である。図14は、メイン二次電池ブロックBmの容量が2.92Ahで、補助二次電池ブロックBsの容量が2.42Ahのリチウムイオン電池をCC放電をした時の放電特性を示す図である。全期間において常に、メイン二次電池ブロックBmの二次電池電圧の平均値(f)と、補助二次電池ブロックBsのセル電圧の平均値(g)とが、実際に等しくなっている。   FIG. 14 is a diagram showing discharge characteristics of the power supply system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing discharge characteristics when CC discharge is performed on a lithium ion battery in which the capacity of the main secondary battery block Bm is 2.92 Ah and the capacity of the auxiliary secondary battery block Bs is 2.42 Ah. In all periods, the average value (f) of the secondary battery voltage of the main secondary battery block Bm and the average value (g) of the cell voltage of the auxiliary secondary battery block Bs are actually equal.

また、補助二次電池ブロックBsの二次電池電圧の平均値(g)が、メイン二次電池ブロックBmの二次電池電圧の平均値(f)よりも下がってくると、補助二次電池ブロックBsの出力を抑える方向に制御される。実際、容量の違いにより、補助二次電池ブロックBsが先に放電末期に近づいてくると、電流値(i)が減少してきて、それに伴い補助二次電池ブロックBsの電圧の平均値(g)も下がってくるが、補助二次電池ブロックBsは出力を抑える方向に制御され、結果として同じ電圧を維持しようとしていることを示すものである。   When the average value (g) of the secondary battery voltage of the auxiliary secondary battery block Bs is lower than the average value (f) of the secondary battery voltage of the main secondary battery block Bm, the auxiliary secondary battery block It is controlled so as to suppress the output of Bs. Actually, when the auxiliary secondary battery block Bs approaches the end of discharge first due to the difference in capacity, the current value (i) decreases, and accordingly, the average voltage (g) of the auxiliary secondary battery block Bs. However, the auxiliary secondary battery block Bs is controlled in a direction to suppress the output, and as a result, indicates that the same voltage is being maintained.

なお、図14において、(f)はメイン二次電池ブロックの二次電池電圧の平均値、(g)は補助二次電池ブロックの二次電池電圧の平均値、(h)はメイン二次電池ブロックの出力電流、(i)は補助二次電池ブロックの出力電流、(k)は出力電流を示す。   In FIG. 14, (f) is the average value of the secondary battery voltage of the main secondary battery block, (g) is the average value of the secondary battery voltage of the auxiliary secondary battery block, and (h) is the main secondary battery. The output current of the block, (i) indicates the output current of the auxiliary secondary battery block, and (k) indicates the output current.

結果として、本発明の実施の形態1による電源システムは、約3.5Ahの放電容量となっており、補助二次電池ブロックBsにより、放電容量がメイン二次電池ブロックの容量よりも多いことを示している。
実施の形態2〜4による電源システムの特性については、説明を省くが、同様の効果を得ることができる。
As a result, the power supply system according to the first embodiment of the present invention has a discharge capacity of about 3.5 Ah, and the auxiliary secondary battery block Bs indicates that the discharge capacity is larger than the capacity of the main secondary battery block. Show.
The description of the characteristics of the power supply system according to the second to fourth embodiments is omitted, but the same effect can be obtained.

したがって、本発明の実施の形態1〜4の電源システムによれば、柔軟なバッテリの容量を実現できるため、余剰容量を持つ事がないゆえ、安価で且つ軽量な電源システムを提供することができる。   Therefore, according to the power supply systems of Embodiments 1 to 4 of the present invention, since a flexible battery capacity can be realized, an inexpensive and lightweight power supply system can be provided because there is no surplus capacity. .

また、本発明の実施の形態1〜4の電源システムによれば、メイン二次電池ブロックBmと補助電池ブロックBsの電圧バランスを常に保つように制御することができる。   Moreover, according to the power supply system of Embodiment 1-4 of this invention, it can control to always maintain the voltage balance of the main secondary battery block Bm and the auxiliary battery block Bs.

また、本発明の実施の形態3,4の電源システムによれば、二次電池バランス回路の数をメイン二次電池ブロックBmの直列数N個のみにする事ができ、更なる回路の軽量化、低価格化が可能である。   In addition, according to the power supply systems of Embodiments 3 and 4 of the present invention, the number of secondary battery balance circuits can be reduced to only N in series with the main secondary battery block Bm, and further circuit weight reduction can be achieved. Lower prices are possible.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、メイン二次電池ブロックBmと補助二次電池ブロックBsを、大容量キャパシタに置き換えることが可能である。この場合、電圧信号比較器を使わずに、スイッチングの時比率を固定で制御する(固定デューティで制御する)ことも可能である。   For example, the main secondary battery block Bm and the auxiliary secondary battery block Bs can be replaced with large-capacity capacitors. In this case, the switching time ratio can be controlled to be fixed (controlled with a fixed duty) without using the voltage signal comparator.

本発明の実施の形態1による電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system by Embodiment 1 of this invention. 図1に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the DC-DC converter shown in FIG. 本発明の実施の形態1による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of a connection of a secondary battery balance circuit in the power supply system by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2による電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system by Embodiment 2 of this invention. 図4に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the DC-DC converter illustrated in FIG. 4. 本発明の実施の形態2による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。In the power supply system by Embodiment 2 of this invention, it is a circuit diagram which shows the example of a connection of a secondary battery balance circuit. 本発明の実施の形態3による電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system by Embodiment 3 of this invention. 図7に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the DC-DC converter shown in FIG. 本発明の実施の形態3による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。In the power supply system by Embodiment 3 of this invention, it is a circuit diagram which shows the example of a connection of a secondary battery balance circuit. 本発明の実施の形態4による電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system by Embodiment 4 of this invention. 図10に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the DC-DC converter shown in FIG. 本発明の実施の形態4による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。In the power supply system by Embodiment 4 of this invention, it is a circuit diagram which shows the example of a connection of a secondary battery balance circuit. 本発明の実施の形態1による電源システムの充電特性を示す図である。It is a figure which shows the charge characteristic of the power supply system by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電源システムの放電特性を示す図である。It is a figure which shows the discharge characteristic of the power supply system by Embodiment 1 of this invention. 本発明の前提として検討した電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system examined as a premise of this invention. 本発明の前提として検討した電源システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply system examined as a premise of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

Bm メイン二次電池ブロック
Bs 補助二次電池ブロック
Uvc DC−DCコンバータ(制御回路)
L1〜L6 インダクタ
S1〜S6 スイッチ
D1〜D6 ダイオード
Cv 電圧信号比較器
R1〜R12 分圧抵抗
C6 キャパシタ
Bm Main secondary battery block Bs Auxiliary secondary battery block Uvc DC-DC converter (control circuit)
L1 to L6 Inductor S1 to S6 Switch D1 to D6 Diode Cv Voltage signal comparator R1 to R12 Voltage dividing resistor C6 Capacitor

Claims (17)

N個の二次電池が直列に接続された第1の二次電池列を含む第1の二次電池ブロックと、
前記N個より少ないA個の二次電池が直列に接続された第2の二次電池列を含む第2の二次電池ブロックと、
前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとの間で電圧変換を行う制御回路と、を具備し、
前記第1の二次電池ブロックの両極が負荷に接続されることを特徴とする電源システム。
A first secondary battery block including a first secondary battery row in which N secondary batteries are connected in series;
A second secondary battery block including a second secondary battery array in which A secondary batteries fewer than N are connected in series;
A control circuit that performs voltage conversion between the first secondary battery block and the second secondary battery block;
A power supply system, wherein both poles of the first secondary battery block are connected to a load.
前記制御回路は、
充電時に、前記第1の二次電池ブロックの電圧を降圧して前記第2の二次電池ブロックに電力を供給し、
放電時に、前記第2の二次電池ブロックの電圧を昇圧して前記負荷に電力を供給することを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
The control circuit includes:
At the time of charging, the voltage of the first secondary battery block is stepped down to supply power to the second secondary battery block,
2. The power supply system according to claim 1, wherein during discharging, the voltage of the second secondary battery block is boosted to supply power to the load.
前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとは、前記制御回路を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電源システム。   The power supply system according to claim 1 or 2, wherein the first secondary battery block and the second secondary battery block are connected in parallel via the control circuit. 前記第1の二次電池ブロックは、さらに、N個の二次電池が直列に接続された第3の二次電池列を含み、
前記第3の二次電池列は、前記第1の二次電池列に並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源システム。
The first secondary battery block further includes a third secondary battery row in which N secondary batteries are connected in series,
The power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the third secondary battery row is connected in parallel to the first secondary battery row.
前記第2の二次電池ブロックは、さらに、A個の二次電池が直列に接続された第4の二次電池列を含み、
前記第4の二次電池列は、前記第2の二次電池列に並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。
The second secondary battery block further includes a fourth secondary battery row in which A secondary batteries are connected in series,
5. The power supply system according to claim 1, wherein the fourth secondary battery row is connected in parallel to the second secondary battery row. 6.
前記制御回路は、インダクタと、降圧用の第1のスイッチと、降圧用の第1のダイオードと、昇圧用の第2のスイッチと、昇圧用の第2のダイオードと、を具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源システム。   The control circuit includes an inductor, a first step-down switch, a first step-down diode, a second step-up switch, and a second step-up diode. The power supply system according to any one of claims 1 to 5. 前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
前記比較器の出力により、前記降圧及び昇圧が調整されることを特徴とする請求項6に記載の電源システム。
The control circuit includes:
First voltage detection means for detecting a voltage of the first secondary battery block and outputting a first detection signal;
Second voltage detection means for detecting a voltage of the second secondary battery block and outputting a second detection signal;
A comparator for comparing the first detection signal and the second detection signal;
The power supply system according to claim 6, wherein the step-down and step-up are adjusted by an output of the comparator.
前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとは、直列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。   The power supply system according to claim 1, wherein the first secondary battery block and the second secondary battery block are connected in series. 前記制御回路は、インダクタと、反転昇圧用の第1のスイッチと、反転昇圧用の第1のダイオードと、昇圧用の第2のスイッチと、昇圧用の第2のダイオードと、を具備することを特徴とする請求項8に記載の電源システム。   The control circuit includes an inductor, a first switch for inverting boost, a first diode for inverting boost, a second switch for boost, and a second diode for boost. The power supply system according to claim 8. 前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
放電時に、前記比較器の出力により、前記第1の二次電池ブロックの電圧と同じ電圧に、前記第2の二次電池ブロックの電圧を反転昇圧するようにフィードバック制御されることを特徴とする請求項9に記載の電源システム。
The control circuit includes:
First voltage detection means for detecting a voltage of the first secondary battery block and outputting a first detection signal;
Second voltage detection means for detecting a voltage of the second secondary battery block and outputting a second detection signal;
A comparator for comparing the first detection signal and the second detection signal;
At the time of discharging, feedback control is performed so that the voltage of the second secondary battery block is inverted and boosted to the same voltage as the voltage of the first secondary battery block by the output of the comparator. The power supply system according to claim 9.
前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
充電時に、前記比較器の出力により、前記第2の二次電池ブロックと前記第1の二次電池ブロックの電圧とを足し合わせた電圧と同じ電圧に、前記第1の二次電池ブロックの電圧を昇圧するようにフィードバック制御されることを特徴とする請求項9又は10に記載の電源システム。
The control circuit includes:
First voltage detection means for detecting a voltage of the first secondary battery block and outputting a first detection signal;
Second voltage detection means for detecting a voltage of the second secondary battery block and outputting a second detection signal;
A comparator for comparing the first detection signal and the second detection signal;
At the time of charging, the voltage of the first secondary battery block is set to the same voltage as the sum of the voltages of the second secondary battery block and the first secondary battery block by the output of the comparator. The power supply system according to claim 9, wherein feedback control is performed so as to boost the voltage.
前記第1の二次電池ブロックの一部に、前記第2の二次電池ブロックが並列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。   The power supply system according to claim 1, wherein the second secondary battery block is connected in parallel to a part of the first secondary battery block. 前記制御回路は、双方向コンバータであり、放電用の第1のスイッチと、充電用の第2のスイッチと、放電用の第1のダイオードと、充電用の第2のダイオードと、キャパシタと、第1及び第2のインダクタと、を具備することを特徴とする請求項12に記載の電源システム。   The control circuit is a bidirectional converter, a first switch for discharging, a second switch for charging, a first diode for discharging, a second diode for charging, a capacitor, The power supply system according to claim 12, further comprising first and second inductors. 前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
放電時に、前記比較器の出力により、前記第1の二次電池ブロックの電圧と同じ電圧に、前記第2の二次電池ブロックの電圧を反転昇圧するようにフィードバック制御されることを特徴とする請求項13に記載の電源システム。
The control circuit includes:
First voltage detection means for detecting a voltage of the first secondary battery block and outputting a first detection signal;
Second voltage detection means for detecting a voltage of the second secondary battery block and outputting a second detection signal;
A comparator for comparing the first detection signal and the second detection signal;
At the time of discharging, feedback control is performed so that the voltage of the second secondary battery block is inverted and boosted to the same voltage as the voltage of the first secondary battery block by the output of the comparator. The power supply system according to claim 13.
前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
充電時に、前記比較器の出力により、前記第2の二次電池ブロックと同じ電圧に、前記第1の二次電池ブロックの電圧を反転降圧するようにフィードバック制御されることを特徴とする請求項13又は14に記載の電源システム。
The control circuit includes:
First voltage detection means for detecting a voltage of the first secondary battery block and outputting a first detection signal;
Second voltage detection means for detecting a voltage of the second secondary battery block and outputting a second detection signal;
A comparator for comparing the first detection signal and the second detection signal;
The feedback control is performed so that the voltage of the first secondary battery block is inverted and stepped down to the same voltage as that of the second secondary battery block by the output of the comparator during charging. The power supply system according to 13 or 14.
前記第1の二次電池ブロックの二次電池のそれぞれに並列に接続されたN個のバランス回路を具備することを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の電源システム。   The power supply system according to any one of claims 12 to 15, further comprising N balance circuits connected in parallel to each of the secondary batteries of the first secondary battery block. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記二次電池を大容量キャパシタに替えたことを特徴とする電源システム。
The power supply system according to any one of claims 1 to 16,
A power supply system, wherein the secondary battery is replaced with a large capacity capacitor.
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