JP2011087377A - Circuit for correcting charge balance in multiserial accumulating cell - Google Patents

Circuit for correcting charge balance in multiserial accumulating cell Download PDF

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文昭 中尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid congestion of wiring, to reduce a cost, and also to reduce noise caused by a transformer or wiring, through the reduction of wiring in number between the transformer and a cell module, in a circuit for correcting the charge balance of a multiserial accumulating cell by a transformer system. <P>SOLUTION: Insulated transformers T1-Tn, in each of which primary winding and secondary winding are magnetically coupled to each other in an insulated state, are installed individually for each cell module M1-Mn, and the cell modules are charged individually with secondary currents induced to the secondary winding of the transformers. On the other hand, the primary winding of each transformer is connected in common to a resonance current generating circuit 20 via common wiring, and the resonance current generating circuit 20 generates a resonance current and distributes it to the primary winding of each transformer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多直列蓄電セルの充電バランス補正回路に関し、とくに、直列接続された多数の蓄電セルの電圧を、トランスを用いてモジュール単位で均等化する充電バランス補正回路に関する。   The present invention relates to a charge balance correction circuit for multi-series storage cells, and more particularly to a charge balance correction circuit for equalizing voltages of a large number of series-connected storage cells in units of modules using a transformer.

この種の充電バランス補正回路としては、たとえば特許文献1,2に記載されているようなトランス方式の充電バランス補正回路が知られている。   As this type of charge balance correction circuit, for example, a transformer type charge balance correction circuit as described in Patent Documents 1 and 2 is known.

図3は、本発明者らが本発明に先立って検討したトランス方式の充電バランス補正回路を例示する。同図に示す充電バランス補正回路はフライバック型とも呼ばれ、直列接続された多数の蓄電セル11の電圧を、セルモジュールM1〜Mn単位で均等化させるために、各セルモジュールM1〜Mnへの充電を、フライバック型の多巻線トランス(フライバックトランス)Txを用いて、モジュールM1〜Mnごとに独立して行う。   FIG. 3 exemplifies a transformer type charge balance correction circuit which the present inventors have examined prior to the present invention. The charge balance correction circuit shown in the figure is also called a flyback type, and in order to equalize the voltages of a large number of series-connected power storage cells 11 in units of cell modules M1 to Mn, Charging is performed independently for each of the modules M1 to Mn using a flyback type multi-winding transformer (flyback transformer) Tx.

多巻線のフライバックトランスTxは、1つの1次巻線L11に対して複数の2次巻線L21〜L2nを有する。複数の2次巻線L21〜L2n間は互いに絶縁された状態でそれぞれに1次巻線L11に磁気結合している。   The multi-winding flyback transformer Tx has a plurality of secondary windings L21 to L2n with respect to one primary winding L11. The plurality of secondary windings L21 to L2n are respectively magnetically coupled to the primary winding L11 while being insulated from each other.

1次巻線L11には、バランス補正用電源E1がスイッチング素子S1を介してパルス通電される。これにともない、各2次巻線L21〜L2nにそれぞれ2次電流が誘導される。2次巻線L21〜L2nは個別配線31を介して、セルモジュールM1〜Mnに1対1の対応で個別接続されている。   The primary winding L11 is pulse-energized with the balance correction power source E1 via the switching element S1. Accordingly, a secondary current is induced in each of the secondary windings L21 to L2n. The secondary windings L21 to L2n are individually connected to the cell modules M1 to Mn via the individual wiring 31 in a one-to-one correspondence.

各2次巻線L21〜L2nに誘導された2次電流は、その個別配線31を介してセルモジュールM1〜Mnに個別に給電される。各モジュールM1〜Mnでは、その2次電流を整流回路D1で整流してセルモジュールM1〜Mnに充電供給する。これにより、多直列蓄電セル10の電圧を、モジュールM1〜Mn単位で均等化させることができる。   The secondary currents induced in the secondary windings L21 to L2n are individually supplied to the cell modules M1 to Mn via the individual wiring 31. In each of the modules M1 to Mn, the secondary current is rectified by the rectifier circuit D1 and charged to the cell modules M1 to Mn. Thereby, the voltage of the multi series electrical storage cell 10 can be equalized per module M1-Mn.

特許3267221号公報Japanese Patent No. 3267221 特許3630303号公報Japanese Patent No. 3630303

上述したフライバック型の充電バランス補正回路には、次のような問題点があった。   The flyback type charge balance correction circuit described above has the following problems.

フライバック型の多巻線トランスは、所定の巻線のインダクタを得るために、磁気ギャップを有する磁気コアを使用するが、その磁気ギャップからの漏れ磁束が大きく、この漏れ磁束がノイズ発生原因となりやすい。   A flyback multi-winding transformer uses a magnetic core having a magnetic gap to obtain an inductor with a predetermined winding. However, the leakage magnetic flux from the magnetic gap is large, and this leakage magnetic flux causes noise. Cheap.

2次巻線L21〜L2nとセルモジュールM1〜Mn間の配線31は、配線本数の多い個別配線であることに加えて、各配線は比較的大きな2次電流が流れることにより、線径を太くする必要があった。このため、配線が混雑するとともにコストが高くなってしまうという問題があった。   The wires 31 between the secondary windings L21 to L2n and the cell modules M1 to Mn are individual wires having a large number of wires, and each wire has a large wire diameter due to a relatively large secondary current flowing therethrough. There was a need to do. For this reason, there is a problem that the wiring is congested and the cost is increased.

トランスTxと各セルモジュールM1〜Mn間の個別配線31は、モジュールM1〜Mnの配置に合わせるために、ある程度長く引き回さざるを得ないが、この引き回した配線31からは高調波ノイズが輻射される。   The individual wiring 31 between the transformer Tx and each of the cell modules M1 to Mn has to be routed to some extent in order to match the arrangement of the modules M1 to Mn, but harmonic noise is radiated from the routed wiring 31. Is done.

図示の回路例では、説明の簡略化のために2次巻線数L21〜L2nが3つだけだが、たとえば電気自動車、プラグインハイブリッド車、系統連携用蓄電システムなどに使用される多直列蓄電セルは、セルモジュール数が数ケ〜数百の規模になることがある。このような場合、多巻線トランスの2次巻線数もそれに応じて多くなるため、上述した問題はさらに顕著化してしまう。   In the illustrated circuit example, the number of secondary windings L21 to L2n is only three for simplification of explanation, but a multi-series storage cell used for, for example, an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a system linkage storage system, etc. In some cases, the number of cell modules may be several to several hundreds. In such a case, since the number of secondary windings of the multi-winding transformer increases accordingly, the above-described problem becomes more prominent.

本発明は以上のような問題を鑑みたものであって、その目的は、トランスとセルモジュール間の配線本数を低減するとともにその線径を細くすることができ、これにより、配線の混雑回避と低コスト化を可能にするとともに、トランスや配線から発生されるノイズを低減させることができる多直列蓄電セルの充電バランス補正回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the number of wires between the transformer and the cell module and to reduce the wire diameter, thereby avoiding the congestion of wires. An object of the present invention is to provide a charge balance correction circuit for a multi-series storage cell that can reduce costs and reduce noise generated from a transformer and wiring.

本発明の第1の手段は、次の(1)〜(4)により特定されるものである。
(1)直列接続された多数の蓄電セルの電圧を、1または複数の直列接続された蓄電セルからなるセルモジュール単位で均等化する多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。
(2)各セルモジュールにはそれぞれ、1次巻線と2次巻線が互いに磁気結合されている絶縁トランスが個別に設置されるとともに、そのトランスの2次巻線に誘導される2次電流を整流してセルモジュールに充電供給する整流回路が設けられている。
(3)各トランスの1次巻線は共振電流発生回路に接続されている。
(4)共振電流発生回路は、インダクタとキャパシタからなる共振回路と、この共振回路にバランス補正用電源をパルス通電させて共振駆動するスイッチング素子とを有し、パルス通電ごとに生成される共振電流を各トランスの1次巻線に分配する。
The first means of the present invention is specified by the following (1) to (4).
(1) A charge balance correction circuit for a multi-series storage cell that equalizes the voltages of a large number of storage cells connected in series in a cell module unit composed of one or a plurality of storage cells connected in series.
(2) Each cell module is individually provided with an insulating transformer in which the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled to each other, and the secondary current induced in the secondary winding of the transformer. A rectifier circuit is provided to rectify and supply the battery module with charging.
(3) The primary winding of each transformer is connected to a resonance current generating circuit.
(4) The resonance current generation circuit includes a resonance circuit composed of an inductor and a capacitor, and a switching element that drives the resonance circuit by applying a pulse to the balance correction power source for resonance, and is generated every time the pulse is energized. Is distributed to the primary winding of each transformer.

本発明の第2の手段は、第1の手段において、共振電流発生回路にて生成した共振電流を各トランスの1次巻線に共通配線によって分配することを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。   According to a second means of the present invention, in the first means, the resonance current generated by the resonance current generation circuit is distributed to the primary winding of each transformer by a common wiring. This is a balance correction circuit.

本発明の第3の手段は、第1または第2の手段において、共振電流発生回路は、インダクタとキャパシタからなる直列共振回路を用いて構成されていることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。   According to a third means of the present invention, in the first or second means, the resonance current generation circuit is configured using a series resonance circuit including an inductor and a capacitor. This is a balance correction circuit.

本発明の第4の手段は、第1〜第3の手段のいずれかにおいて、各モジュールの電圧が互いに均等な場合にモジュール間の接続点に現れると期待される中間電圧と同じ基準電圧を、多直列蓄電セルの出力電圧を抵抗分圧して得る分圧回路と、この分圧回路の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との差分の絶対値を検出する差検出回路を有し、この差検出回路の検出出力がパルス制御回路にフィードバックさせられることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。   According to a fourth means of the present invention, in any one of the first to third means, the same reference voltage as an intermediate voltage expected to appear at a connection point between modules when the voltages of the modules are equal to each other, A voltage dividing circuit obtained by resistively dividing the output voltage of the multi-series storage cell, and a difference detecting circuit for detecting an absolute value of a difference between the divided voltage of the divided circuit and an intermediate voltage corresponding to the divided voltage. A charge balance correction circuit for a multi-series storage cell, wherein a detection output of the difference detection circuit is fed back to a pulse control circuit.

本発明の第5の手段は、第4の手段において、差検出回路は、分圧回路の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との絶対値差分を所定の増幅利得で比例検出することを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。   According to a fifth means of the present invention, in the fourth means, the difference detecting circuit is proportional to the absolute value difference between the divided voltage of the voltage dividing circuit and the intermediate voltage corresponding to the divided voltage with a predetermined amplification gain. It is a charge balance correction circuit for a multi-series storage cell, characterized by detecting.

本発明の第6の手段は、第1〜第5の手段のいずれかにおいて、多直列蓄電セルの出力を、この多直列蓄電セルのバランス補正用電源として用いることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路である。   According to a sixth means of the present invention, in any one of the first to fifth means, the output of the multi-series storage cell is used as a power source for balance correction of the multi-series storage cell. This is a charge balance correction circuit.

トランス方式による多直列蓄電セルの充電バランス補正回路において、トランスとセルモジュール間の配線本数を低減するとともにその線径を細くすることができ、これにより、配線の混雑回避と低コスト化が可能になるとともに、トランスや配線から発生されるノイズを低減させることができる。   In the charge balance correction circuit for multi-series storage cells using the transformer method, the number of wires between the transformer and the cell module can be reduced and the wire diameter can be reduced, which makes it possible to avoid wiring congestion and reduce costs. In addition, noise generated from the transformer and wiring can be reduced.

本発明の一実施形態をなす多直列蓄電セルの充電バランス補正回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the charge balance correction circuit of the multi series electrical storage cell which makes one Embodiment of this invention. 本発明のさらに好ましい実施形態の要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of further more preferable embodiment of this invention. 本発明に先だって検討された従来型の充電バランス補正回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional charge balance correction circuit examined prior to the present invention.

図1は本発明の一実施形態をなす多直列蓄電セルの充電バランス補正回路を示す。
同図に示すバランス補正回路は、多直列蓄電セル10を構成するセルモジュールM1〜Mnの電圧(モジュール電圧)をトランスT1〜Tnを用いて均等化する。
FIG. 1 shows a charge balance correction circuit for a multi-series storage cell according to an embodiment of the present invention.
The balance correction circuit shown in the figure equalizes the voltages (module voltages) of the cell modules M1 to Mn constituting the multi-series storage cell 10 using transformers T1 to Tn.

セルモジュールM1〜Mnは、この実施形態の場合、複数の直列接続された蓄電セル11からなる。このセルモジュールM1〜Mnを任意数直列接続することにより所定の端子電圧を有する多直列蓄電セル10が構成されている。   In the case of this embodiment, the cell modules M1 to Mn are composed of a plurality of power storage cells 11 connected in series. By connecting an arbitrary number of these cell modules M1 to Mn in series, a multi-series storage cell 10 having a predetermined terminal voltage is configured.

この実施形態のバランス補正回路はトランス方式であるが、従来のフライバック型とは異なり、多巻線のフライバックトランスは使用せず、その代わり、1次巻線と2次巻線を1つずつ有する絶縁トランスT1〜TnがセルモジュールM1〜Mnごとに設けられている。電圧均等化はセルモジュールM1〜Mn単位で行われる。   The balance correction circuit of this embodiment is a transformer system, but unlike a conventional flyback type, a multi-winding flyback transformer is not used. Instead, one primary winding and one secondary winding are used. Insulating transformers T1 to Tn are provided for each of the cell modules M1 to Mn. Voltage equalization is performed in units of cell modules M1 to Mn.

各セルモジュールM1〜Mnにはそれぞれ、1次巻線と2次巻線が互いに絶縁状態で磁気結合されている絶縁トランスT1〜Tnが個別に設置されるとともに、そのトランスT1〜Tnの2次巻線に誘導される2次電流を整流してセルモジュールM1〜Mnに充電供給する整流回路D1〜D4が設けられている。   Insulation transformers T1 to Tn in which the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled with each other in an insulated state are individually installed in each of the cell modules M1 to Mn, and the secondary of the transformers T1 to Tn. Rectifying circuits D1 to D4 are provided that rectify secondary currents induced in the windings and charge the cell modules M1 to Mn.

各トランスT1〜Tnの1次巻線は共通配線30を介して共振電流発生回路20に共通接続されている。共振電流発生回路20は、インダクタL1とキャパシタC1,C2からなる共振回路と、この共振回路にバランス補正用電源E1をパルス通電させて共振駆動するスイッチング素子S1,S2とを有し、パルス通電ごとに生成される共振電流を、共通配線30を介して各トランスT1〜Tnの1次巻線に分配する。   The primary windings of the transformers T <b> 1 to Tn are commonly connected to the resonance current generating circuit 20 through the common wiring 30. The resonance current generation circuit 20 includes a resonance circuit composed of an inductor L1 and capacitors C1 and C2, and switching elements S1 and S2 that are driven to resonate with the resonance circuit by applying a current to the balance correction power source E1. Is distributed to the primary windings of the transformers T1 to Tn via the common wiring 30.

ここで、各トランスT1〜Tnは同じ巻数比で構成されており、各トランスのT1〜Tnの1次電圧はそれぞれ、二次側に接続されているモジュールM1〜Mnの電圧によって制限される。このため、モジュールM1〜Mn間に電圧差がある場合、1次電流として各トランスT1〜Tnに分配された共振電流は、もっとも電圧が低いモジュールに接続されているトランスに集中する。   Here, each transformer T1-Tn is comprised by the same turns ratio, and the primary voltage of T1-Tn of each transformer is each restrict | limited by the voltage of the modules M1-Mn connected to the secondary side. Therefore, when there is a voltage difference between the modules M1 to Mn, the resonance current distributed to the transformers T1 to Tn as the primary current is concentrated on the transformer connected to the module having the lowest voltage.

共振回路は直列共振回路(直列共振型電流共振回路)であって、スイッチング素子S1,S2、キャパシタC1,C2、インダクタL1、トランスT1〜Tnにより形成され、スイッチング素子S1,S2の導通(交互のパルス通電動作)により共振駆動されて共振電流を流す。この共振電流は共通配線30を介して各トランスT1〜Tnに1次電流として分配される。   The resonant circuit is a series resonant circuit (series resonant current resonant circuit), which is formed by switching elements S1 and S2, capacitors C1 and C2, inductor L1, and transformers T1 to Tn. Resonant drive is performed by a pulse energization operation, and a resonance current flows. This resonance current is distributed as a primary current to each of the transformers T1 to Tn via the common wiring 30.

スイッチング素子S1,S2はたとえばバックダイオードが等価的に接続されたMOSFETが使用され、そのスイッチング動作はPFM(パルス周波数変調)制御回路35によって制御される。PFM制御回路(パルス制御回路)35は、スイッチング素子S1,S2によるパルス通電の間隔(要すればパルス幅も)を、セルモジュールM1〜Mn間の電圧差を検出するバランス検出回路15の検出に基づいて可変制御する。すなわち、PFM制御回路35は、バランス検出回路15が検出するセルモジュールM1〜Mn間の電圧差が最小となるようにフィードバック制御する負帰還制御ループを形成する。   The switching elements S1 and S2 are, for example, MOSFETs to which back diodes are equivalently connected, and the switching operation is controlled by a PFM (pulse frequency modulation) control circuit 35. The PFM control circuit (pulse control circuit) 35 detects the interval of pulse energization by the switching elements S1 and S2 (and the pulse width if necessary) by the balance detection circuit 15 that detects the voltage difference between the cell modules M1 to Mn. Based on the variable control. That is, the PFM control circuit 35 forms a negative feedback control loop that performs feedback control so that the voltage difference between the cell modules M1 to Mn detected by the balance detection circuit 15 is minimized.

バランス検出回路15は、各モジュールM1〜Mnの電圧が互いに均等な場合にモジュールM1〜Mn間の接続点に現れると期待される中間電圧と同じ基準電圧を、多直列蓄電セル10の出力電圧を抵抗分圧して得る分圧回路16と、この分圧回路16の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との差分の絶対値を検出する差検出回路17を有し、この差検出回路17の検出出力がPFM制御回路35にフィードバックさせられることにより、上記負帰還制御ループが形成される。   The balance detection circuit 15 uses the same reference voltage as the intermediate voltage expected to appear at the connection point between the modules M1 to Mn when the voltages of the modules M1 to Mn are equal to each other. A voltage dividing circuit 16 obtained by dividing the resistance; and a difference detecting circuit 17 for detecting an absolute value of a difference between the divided voltage of the voltage dividing circuit 16 and an intermediate voltage corresponding to the divided voltage. The negative feedback control loop is formed by feeding back the detection output of the detection circuit 17 to the PFM control circuit 35.

分圧回路16は抵抗素子R11,R12,R31,R32を用いて構成され、モジュールM1〜Mn間の接続点数に対応する数の分圧出力を有する。図示の例では、モジュールM1〜Mn間の接続点数が2箇所であることから、各箇所にそれぞれ現れる中間電圧に対応する2つの分圧電圧を得るような分圧回路16が形成されている。   The voltage dividing circuit 16 is configured using resistance elements R11, R12, R31, and R32, and has a number of voltage dividing outputs corresponding to the number of connection points between the modules M1 to Mn. In the illustrated example, since the number of connection points between the modules M1 to Mn is two, the voltage dividing circuit 16 that obtains two divided voltages corresponding to the intermediate voltages respectively appearing at the respective locations is formed.

差検出回路17は、演算増幅器H1,H2を用いて構成されている。図示の例では、比較対象となる中間電圧と分圧電圧が2組あることにより、演算増幅器H1,H2も2組設けられている。各演算増幅器H1,H2の差動増幅出力は、絶対値検出回路18で絶対値に変換されて出力される。各絶対値検出回路18の出力は論理加算されてPFM制御回路35にフィードバックさせられる。この論理加算はアナログ値の論理加算であって、複数の絶対値(アナログ値)の中のもっとも大きな絶対値が出力される。   The difference detection circuit 17 is configured using operational amplifiers H1 and H2. In the illustrated example, two sets of operational amplifiers H1 and H2 are provided because there are two sets of intermediate voltages and divided voltages to be compared. The differential amplification outputs of the operational amplifiers H1 and H2 are converted into absolute values by the absolute value detection circuit 18 and output. The outputs of the absolute value detection circuits 18 are logically added and fed back to the PFM control circuit 35. This logical addition is a logical addition of analog values, and the largest absolute value among a plurality of absolute values (analog values) is output.

これにより、PFM制御回路35は、各絶対値検出回路18の絶対値出力が共に最小となるようにスイッチング素子S1,S2の通電間隔(周波数)をフィードバック制御する。   Thereby, the PFM control circuit 35 feedback-controls the energization intervals (frequency) of the switching elements S1 and S2 so that the absolute value outputs of the absolute value detection circuits 18 are both minimized.

上述した充電バランス補正回路は、漏れ磁束の大きい多巻線のフライバックトランスは使用せず、1次巻線と2次巻線を1つずつ有する絶縁トランスT1〜Tnを使用している。このトランスT1〜Tnは、巻線インダクタンスを調整するための磁気ギャップを不要にできるので、漏れ磁束によるノイズ放射を小さくすることができる。   The above-described charge balance correction circuit does not use a multi-winding flyback transformer having a large leakage magnetic flux, but uses insulating transformers T1 to Tn each having one primary winding and one secondary winding. Since the transformers T1 to Tn can eliminate the magnetic gap for adjusting the winding inductance, noise emission due to the leakage magnetic flux can be reduced.

トランスT1〜Tnにはバランス補正用電流が分配されるが、この電流分配は共通配線30により、少ない配線本数で行わせることができる。しかも、共通配線30で分配する電流は、比較的電流値の小さな1次巻線電流なので、配線30の線径を細くすることができる。これにより、配線の混雑回避と低コスト化が可能になる。   A current for balance correction is distributed to the transformers T1 to Tn. This current distribution can be performed by the common wiring 30 with a small number of wirings. Moreover, since the current distributed in the common wiring 30 is a primary winding current having a relatively small current value, the wire diameter of the wiring 30 can be reduced. This makes it possible to avoid wiring congestion and reduce costs.

さらに注目すべきことは、共通配線30で分配されるバランス補正用電流は共振電流であって、この共振電流は高調波成分が少ないことである。したがって、モジュールM1〜Mnの配置に合わせるために共通配線30を長く引き回しても、この引き回した配線31からの高調波ノイズの輻射を少なくすることができる。   Further, it should be noted that the balance correction current distributed by the common wiring 30 is a resonance current, and this resonance current has few harmonic components. Therefore, even if the common wiring 30 is routed long in order to match the arrangement of the modules M1 to Mn, the radiation of harmonic noise from the routed wiring 31 can be reduced.

このように、上述した充電バランス補正回路は、トランスT1〜TnとセルモジュールM1〜Mn間の配線本数を低減するとともにその線径を細くすることができ、これにより、配線の混雑回避と低コスト化を可能にするとともに、トランスT1〜Tnや配線30から発生されるノイズを低減させることができる。   As described above, the above-described charge balance correction circuit can reduce the number of wires between the transformers T1 to Tn and the cell modules M1 to Mn and reduce the wire diameter, thereby avoiding the congestion of wires and reducing the cost. And noise generated from the transformers T1 to Tn and the wiring 30 can be reduced.

さらに、共振電流発生回路にて生成した共振電流を各トランスの1次巻線に共通配線によって分配することで、配線本数を大幅に減らすことができ、これにより、配線の混雑回避や低コスト化をさらに徹底して行わせることができるようになる。   Furthermore, by distributing the resonance current generated by the resonance current generation circuit to the primary windings of each transformer using common wiring, the number of wirings can be greatly reduced, thereby avoiding wiring congestion and reducing costs. Can be made more thorough.

上記効果は、たとえば電気自動車、プラグインハイブリッド車、系統連携用蓄電システムなどに使用される多直列蓄電セルのように、セルモジュール数が数ケ〜数百の規模になる多直列蓄電セルにおいてとくに有効である。   The above effect is particularly effective in a multi-series storage cell in which the number of cell modules is several to several hundreds, such as a multi-series storage cell used in an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a power storage system for system linkage, and the like. It is valid.

ここで示す実施形態では、セルモジュールM1〜Mnがそれぞれ、直列接続された複数の蓄電セル11によって構成されているが、セルモジュールは1つの蓄電セルで構成してもよい。この場合、セルモジュールの起電力(充放電電圧)が低くなるため、整流回路D1〜D4は、順方向電圧を持つダイオードではなく、オン抵抗の小さなMOSFETによるスイッチングダイオードを用いて構成するとよい。   In the embodiment shown here, each of the cell modules M1 to Mn is configured by a plurality of power storage cells 11 connected in series, but the cell module may be configured by one power storage cell. In this case, since the electromotive force (charge / discharge voltage) of the cell module is lowered, the rectifier circuits D1 to D4 are preferably configured using switching diodes using MOSFETs with low on-resistance instead of diodes having forward voltages.

上述した構成に加えて、図1に示した実施形態の回路では、上記差検出回路17を構成する演算増幅器H1,H2にそれぞれ、利得調整(利得抑制)のための負帰還抵抗素子Ra,Rbが接続されている。これにより、差検出回路17は比例動作し、分圧電圧に対応する中間電圧との絶対値差分を所定の増幅利得で比例検出する。   In addition to the configuration described above, in the circuit of the embodiment shown in FIG. 1, negative feedback resistance elements Ra and Rb for gain adjustment (gain suppression) are respectively added to the operational amplifiers H1 and H2 constituting the difference detection circuit 17. Is connected. As a result, the difference detection circuit 17 performs a proportional operation, and proportionally detects an absolute value difference from the intermediate voltage corresponding to the divided voltage with a predetermined amplification gain.

差検出回路17が比例動作(線形動作)することにより、たとえば電圧バランス状態が大きく外れた場合には、それに応じた制御量での補正動作が行われる一方、電圧バランスがほぼ取れている均等状態では、制御量を小さく絞った状態での補正動作または補正動作が停止される。この結果、充電バランス補正の動作を、モジュールM1〜Mnの電圧バランス状態に応じた制御量で過不足無く行わせることができ、過剰な補正動作を抑制して均等化の動作を安定化させることができる。   When the difference detection circuit 17 performs a proportional operation (linear operation), for example, when the voltage balance state greatly deviates, the correction operation is performed with a control amount corresponding to the voltage balance state, while the voltage balance is almost balanced. Then, the correction operation or the correction operation with the control amount reduced to a small value is stopped. As a result, the charge balance correction operation can be performed with a control amount corresponding to the voltage balance state of the modules M1 to Mn without excess or deficiency, and the excessive correction operation is suppressed and the equalization operation is stabilized. Can do.

バランス補正用電源E1については、バランス補正専用の電源を別途用意してもよいが、本発明では、多直列蓄電セル10の出力を用いてもよい。多直列蓄電セル10のバランス補正用電源E1として、その多直列蓄電セル10の出力を使用することにより、充電時のみならず、放電時や保管時でも電圧の均等化動作を行わせることができる。   As for the power source E1 for balance correction, a power source dedicated for balance correction may be separately prepared. However, in the present invention, the output of the multi-series storage cell 10 may be used. By using the output of the multi-series storage cell 10 as the balance correction power source E1 of the multi-series storage cell 10, voltage equalization can be performed not only during charging but also during discharging and storage. .

図2は、図1に示した回路のさらに好ましい実施形態の要部を示す。
上述した実施形態において、バランス検出回路15は、各モジュールM1〜Mnの電圧が互いに均等な場合にモジュールM1〜Mn間の接続点に現れると期待される中間電圧と同じ基準電圧を、多直列蓄電セル10の出力電圧を抵抗分圧して得る分圧回路16と、この分圧回路16の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との差分の絶対値を検出する差検出回路17を有する。
FIG. 2 shows the essential parts of a further preferred embodiment of the circuit shown in FIG.
In the above-described embodiment, the balance detection circuit 15 uses the same reference voltage as the intermediate voltage expected to appear at the connection point between the modules M1 to Mn when the voltages of the modules M1 to Mn are equal to each other. A voltage dividing circuit 16 obtained by resistance-dividing the output voltage of the cell 10, and a difference detecting circuit 17 for detecting an absolute value of a difference between the divided voltage of the voltage dividing circuit 16 and an intermediate voltage corresponding to the divided voltage. Have

ここで、図2に示す回路では、基準電圧を得るための分圧回路16を、単一系列の直列抵抗素子R11,R12,R13列により構成している。各抵抗素子R11,R12,R13は同値であって、その接続点(タップ)からは、モジュールM1〜Mn間の接続点に現れると期待される中間電圧と同じ基準電圧が分圧される。   Here, in the circuit shown in FIG. 2, the voltage dividing circuit 16 for obtaining the reference voltage is constituted by a series of series resistance elements R11, R12, and R13. Each resistance element R11, R12, R13 has the same value, and the same reference voltage as the intermediate voltage expected to appear at the connection point between the modules M1 to Mn is divided from the connection point (tap).

この単一系列の直列抵抗素子R11,R12,R13列による分圧回路16は、多直列蓄電セル10のセルモジュール数が多い場合にとくに有効である。   This voltage dividing circuit 16 using a single series of series resistance elements R11, R12, and R13 is particularly effective when the number of cell modules of the multi-series storage cell 10 is large.

10 多直列蓄電セル
11 蓄電セル
15 バランス検出回路
16 分圧回路
17 差検出回路
18 絶対値検出回路
20 共振電流発生回路
30 共通配線
35 パルス制御回路としてのPFM(パルス周波数変調)制御回路
M1〜Mn セルモジュール
T1〜Tn 絶縁トランス
D1〜D4 整流回路
L1 インダクタ
C1,C2 キャパシタ
E1 バランス補正用電源
S1,S2 スイッチング素子
H1,H2 演算増幅器
Ra,Rb 利得調整のための負帰還抵抗素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multi series electrical storage cell 11 Electrical storage cell 15 Balance detection circuit 16 Voltage dividing circuit 17 Difference detection circuit 18 Absolute value detection circuit 20 Resonance current generation circuit 30 Common wiring 35 PFM (pulse frequency modulation) control circuit M1-Mn as a pulse control circuit Cell module T1-Tn Insulation transformer D1-D4 Rectifier circuit L1 Inductor C1, C2 Capacitor E1 Balance correction power source S1, S2 Switching element H1, H2 Operational amplifier Ra, Rb Negative feedback resistance element for gain adjustment

Claims (6)

直列接続された多数の蓄電セルの電圧を、1または複数の直列接続された蓄電セルからなるセルモジュール単位で均等化する多直列蓄電セルの充電バランス補正回路であって、
各セルモジュールにはそれぞれ、1次巻線と2次巻線が互いに磁気結合されている絶縁トランスが個別に設置されるとともに、そのトランスの2次巻線に誘導される2次電流を整流してセルモジュールに充電供給する整流回路が設けられている、
各トランスの1次巻線は共振電流発生回路に接続されている、
共振電流発生回路は、インダクタとキャパシタからなる共振回路と、この共振回路にバランス補正用電源をパルス通電させて共振駆動するスイッチング素子とを有し、パルス通電ごとに生成される共振電流を各トランスの1次巻線に分配する、
ことを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。
A multi-series storage cell charge balance correction circuit for equalizing the voltage of a plurality of storage cells connected in series in a cell module unit consisting of one or a plurality of storage cells connected in series,
Each cell module is individually provided with an isolation transformer in which the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled to each other, and rectifies the secondary current induced in the secondary winding of the transformer. A rectifier circuit for charging and supplying the cell module,
The primary winding of each transformer is connected to a resonance current generating circuit.
The resonance current generation circuit includes a resonance circuit composed of an inductor and a capacitor, and a switching element that performs resonance driving by applying a pulse to a power supply for balance correction in the resonance circuit, and generates a resonance current generated every time the pulse is supplied to each transformer. Distributed to the primary windings of
A charge balance correction circuit for a multi-series storage cell.
請求項1において、共振電流発生回路にて生成した共振電流を各トランスの1次巻線に共通配線によって分配することを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。   2. The charge balance correction circuit for a multi-series storage cell according to claim 1, wherein the resonance current generated by the resonance current generation circuit is distributed to the primary winding of each transformer by a common wiring. 請求項1または2において、共振電流発生回路は、インダクタとキャパシタからなる直列共振回路を用いて構成されていることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。   3. The charge balance correction circuit according to claim 1, wherein the resonance current generation circuit is configured using a series resonance circuit including an inductor and a capacitor. 請求項1〜3のいずれかにおいて、各モジュールの電圧が互いに均等な場合にモジュール間の接続点に現れると期待される中間電圧と同じ基準電圧を、多直列蓄電セルの出力電圧を抵抗分圧して得る分圧回路と、この分圧回路の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との差分の絶対値を検出する差検出回路を有し、この差検出回路の検出出力がパルス制御回路にフィードバックさせられることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。   4. The method according to claim 1, wherein when the voltages of the modules are equal to each other, the same reference voltage as the intermediate voltage expected to appear at the connection point between the modules is divided by the resistance voltage of the output voltage of the multi-series storage cell. And a difference detection circuit for detecting an absolute value of a difference between the divided voltage of the voltage dividing circuit and an intermediate voltage corresponding to the divided voltage, and the detection output of the difference detection circuit is A charge balance correction circuit for a multi-series storage cell, which is fed back to a pulse control circuit. 請求項4において、差検出回路は、分圧回路の分圧電圧と、この分圧電圧に対応する中間電圧との絶対値差分を所定の増幅利得で比例検出することを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。   5. The multi-series power storage according to claim 4, wherein the difference detection circuit proportionally detects an absolute value difference between the divided voltage of the voltage dividing circuit and an intermediate voltage corresponding to the divided voltage with a predetermined amplification gain. Cell charge balance correction circuit. 請求項1〜5のいずれかにおいて、多直列蓄電セルの出力を、この多直列蓄電セルのバランス補正用電源として用いることを特徴とする多直列蓄電セルの充電バランス補正回路。   6. The multi-series storage cell charge balance correction circuit according to claim 1, wherein the output of the multi-series storage cell is used as a power source for balance correction of the multi-series storage cell.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013114757A1 (en) * 2012-02-01 2013-08-08 株式会社豊田自動織機 Battery equalization device and method
JP2013183557A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Japan Aerospace Exploration Agency Voltage equalization circuit operable with small number of switches and equalizing voltage of storage cells connected in series
JP2014147147A (en) * 2013-01-25 2014-08-14 Fdk Corp Balance correction device and power storage device
JP2019508002A (en) * 2016-02-23 2019-03-22 日本テキサス・インスツルメンツ合同会社 Battery device and cell balancing circuit
DE102017222979A1 (en) 2017-08-02 2019-03-28 Next-E Solutions Inc. Management device, electrical storage device, electrical storage system and electrical assembly
DE112022003722T5 (en) 2021-07-27 2024-05-16 Next-E Solutions Inc. ENERGY STORAGE SYSTEM, ELECTRICAL EQUIPMENT AND CONTROL DEVICE

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05344708A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Hitachi Ltd Power converter
US5666041A (en) * 1996-08-27 1997-09-09 The University Of Toledo Battery equalization circuit with ramp converter
JPH11262188A (en) * 1998-03-13 1999-09-24 Denso Corp Equipment and method for correcting variations in series connected battery
JP2002325370A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Denso Corp Method and device for charged state control
JP2004088878A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Fdk Corp Battery protective circuit
JP2006254535A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Denso Corp Method and device for controlling charging voltage equalization circuit of battery pack
WO2007145459A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus with parallel connection of primary windings of multiple transformers
WO2007145463A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus
JP2008017605A (en) * 2006-07-05 2008-01-24 Fdk Corp Voltage balancing correction circuit of series cell
JP2008504797A (en) * 2004-06-28 2008-02-14 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Apparatus and method for charge balancing of energy storages connected in series
WO2008097033A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05344708A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Hitachi Ltd Power converter
US5666041A (en) * 1996-08-27 1997-09-09 The University Of Toledo Battery equalization circuit with ramp converter
JPH11262188A (en) * 1998-03-13 1999-09-24 Denso Corp Equipment and method for correcting variations in series connected battery
JP2002325370A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Denso Corp Method and device for charged state control
JP2004088878A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Fdk Corp Battery protective circuit
JP2008504797A (en) * 2004-06-28 2008-02-14 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Apparatus and method for charge balancing of energy storages connected in series
JP2006254535A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Denso Corp Method and device for controlling charging voltage equalization circuit of battery pack
WO2007145459A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus with parallel connection of primary windings of multiple transformers
WO2007145463A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus
JP2008017605A (en) * 2006-07-05 2008-01-24 Fdk Corp Voltage balancing correction circuit of series cell
WO2008097033A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Sk Energy Co., Ltd. Charge equalization apparatus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013114757A1 (en) * 2012-02-01 2013-08-08 株式会社豊田自動織機 Battery equalization device and method
JP2013162540A (en) * 2012-02-01 2013-08-19 Toyota Industries Corp Battery equalization device and method
JP2013183557A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Japan Aerospace Exploration Agency Voltage equalization circuit operable with small number of switches and equalizing voltage of storage cells connected in series
JP2014147147A (en) * 2013-01-25 2014-08-14 Fdk Corp Balance correction device and power storage device
JP2019508002A (en) * 2016-02-23 2019-03-22 日本テキサス・インスツルメンツ合同会社 Battery device and cell balancing circuit
DE102017222979A1 (en) 2017-08-02 2019-03-28 Next-E Solutions Inc. Management device, electrical storage device, electrical storage system and electrical assembly
US11027614B2 (en) 2017-08-02 2021-06-08 Next-E Solutions Inc. Management device, electric storage device, electric storage system and electric apparatus for managing charging and discharging of a plurality of electric storage cells connected in series
DE112022003722T5 (en) 2021-07-27 2024-05-16 Next-E Solutions Inc. ENERGY STORAGE SYSTEM, ELECTRICAL EQUIPMENT AND CONTROL DEVICE

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