JP2012244742A - Charge/discharge power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電池の充放電電源装置に関するものである。 The present invention relates to a charge / discharge power supply device for a rechargeable battery.
一般に、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池では、製造後の二次電池の検査や化学反応の活性化などのため、電池の充放電処理が施される。
このような製造後の二次電池の充放電処理では、個別に二次電池を選別する必要のあることから、充電池毎に独立した充放電電源を設け、充放電処理を実行している。
特に、リチウムイオン二次電池では、満充電するために定電流充電だけでなく定電圧充電も実行する必要があり、電池毎に充電電流や充電電圧を制御できる個別充電方式が用いられている。
Generally, in a secondary battery such as a lithium ion rechargeable battery or a nickel metal hydride rechargeable battery, the battery is charged and discharged in order to inspect the secondary battery after manufacture and activate a chemical reaction.
In such charge / discharge processing of the secondary battery after manufacture, since it is necessary to individually select the secondary batteries, an independent charge / discharge power source is provided for each rechargeable battery and the charge / discharge processing is executed.
In particular, in a lithium ion secondary battery, it is necessary to execute not only constant current charging but also constant voltage charging in order to fully charge, and an individual charging method that can control the charging current and the charging voltage for each battery is used.
このような充放電処理を実行する充放電電源としては、従来、図4に示すような充放電電源装置101がある。
この充放電電源装置101は、複数の充放電可能な電池102を収納できる電池トレー103と、交流電源109からの交流電圧を直流電圧に変換して出力するAC/DCコンバータ104と、AC/DCコンバータ104から出力された直流電圧を所望の直流電圧に変換して出力するDC/DCコンバータ105と、DC/DCコンバータ105に対して並列に接続され、各電池102への充放電を制御する複数の高集積コンバータ106とを備え、電池トレー103に収納された各電池102は、各高集積コンバータ106に接続された構成をしている。
As a charge / discharge power source for executing such a charge / discharge process, there is a charge / discharge
The charge / discharge
ここで、上記充放電電源装置では、一般に、電池トレーに収納された各電池と各高集積コンバータとがケーブルにより電気的に接続されている(図4のケーブル107参照)。
従来、電池トレー内に、電池の充放電回路を高集積化することはスペース的に困難であったため、通常は、コンバータ回路を電池トレー内ではなく電池トレーの外部に設け、電池との接触を行うプローブとをケーブルで接続する必要があった。
しかしながら、このケーブルを介した電池への電力供給においては、ケーブルインピーダンスにより電圧降下が起こるため、当該電圧降下を考慮した電力を交流電源から供給する必要があり、その分交流電源からの出力電力を増大させてしまい、電力的にロスを発生させている。
Here, in the charge / discharge power supply device, generally, each battery housed in a battery tray and each highly integrated converter are electrically connected by a cable (see the
Conventionally, it has been difficult to highly integrate the battery charge / discharge circuit in the battery tray. Therefore, the converter circuit is usually provided outside the battery tray, not in the battery tray, so that the battery is in contact with the battery tray. It was necessary to connect the probe to be performed with a cable.
However, in the power supply to the battery via this cable, a voltage drop occurs due to the cable impedance. Therefore, it is necessary to supply the power considering the voltage drop from the AC power source, and the output power from the AC power source accordingly. It has increased, causing a power loss.
なお、特許文献1には、DC/DCコンバータに接続された、バッテリパック内に4個のリチウムイオンバッテリセルが直列接続して使用され、セル電圧監視回路によりリチウムイオンバッテリのセル電圧異常を判定し、急速充電を停止して、リチウムイオンバッテリの過充電による劣化を防止する回路(特許文献1の図3、4)が記載されているが、この回路は電源の出力端子と電池間のインピーダンスを下げるものではない。 In Patent Document 1, four lithium ion battery cells are connected in series in a battery pack connected to a DC / DC converter, and a cell voltage monitoring circuit determines a cell voltage abnormality of the lithium ion battery. However, a circuit (FIGS. 3 and 4 of Patent Document 1) that stops rapid charging and prevents deterioration due to overcharging of the lithium ion battery is described. This circuit is an impedance between the output terminal of the power source and the battery. It is not something that lowers.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高集積化の進んだコンバータを使用することを前提に、電源と電池間のインピーダンスを最小にすることができ、出力電力のロスを低減することができる充放電電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to minimize the impedance between the power source and the battery on the assumption that a highly integrated converter is used. An object of the present invention is to provide a charge / discharge power supply device capable of reducing loss of output power.
上記課題を解決するための第1の発明に係る充放電電源装置は、複数の充放電可能な電池を収納できる電池トレーと、交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記コンバータに対して並列に接続され、前記複数の電池の各々への充放電を1対1で制御する複数の高集積コンバータとを備え、前記電池トレーに収納された各電池の電極端子が、各高集積コンバータの電極端子に当接して接続されており、前記電池トレーと前記複数の高集積コンバータとが一体化されていることを特徴とする。 A charging / discharging power supply device according to a first invention for solving the above-described problems includes a battery tray that can store a plurality of chargeable / dischargeable batteries, a converter that converts an AC voltage into a DC voltage, and outputs the DC voltage. A plurality of highly integrated converters connected in parallel to each other and controlling charging and discharging of each of the plurality of batteries on a one-to-one basis, and electrode terminals of the respective batteries housed in the battery tray are each highly integrated. The battery tray is in contact with and connected to an electrode terminal of the converter, and the plurality of highly integrated converters are integrated.
上記の構成によれば、電池トレーと複数の高集積コンバータとが一体化されていることから、従来のように、電池トレーに収納された電池と高集積コンバータとをケーブルにより接続する必要がなくなる。
これにより、電池トレーに収納された電池への電力供給において、ケーブルを使用した場合のようなケーブルインピーダンスによる電圧降下がなく、電源からケーブルインピーダンスによる電圧降下を考慮した電力を供給する必要もないため、出力電力のロスを低減することができる。
According to the above configuration, since the battery tray and the plurality of highly integrated converters are integrated, there is no need to connect the battery housed in the battery tray and the highly integrated converter with a cable as in the prior art. .
As a result, in the power supply to the battery stored in the battery tray, there is no voltage drop due to cable impedance as in the case of using a cable, and it is not necessary to supply power considering the voltage drop due to cable impedance from the power source. , Loss of output power can be reduced.
また、第2の発明は、第1の発明に係る充放電電源装置において、前記複数の高集積コンバータからなる高集積コンバータ集合体が、前記電池トレーから着脱自在であることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the charge / discharge power supply device according to the first aspect of the present invention, a highly integrated converter assembly including the plurality of highly integrated converters is detachable from the battery tray.
上記の構成によれば、複数の高集積コンバータ集合体が、電池トレーから着脱自在であることにより、高集積コンバータ集合体の交換を容易に行うことができる。 According to the above configuration, the plurality of highly integrated converter assemblies can be easily detached from the battery tray, so that the highly integrated converter assemblies can be easily replaced.
さらに、第3の発明は、前記複数の高集積コンバータの各々が、前記高集積コンバータ集合体に対し、着脱自在とされ、各高集積コンバータが個々に前記電池トレーから着脱自在であることを特徴としている。 Furthermore, the third invention is characterized in that each of the plurality of highly integrated converters is detachable from the highly integrated converter assembly, and each highly integrated converter is individually detachable from the battery tray. It is said.
上記の構成によれば、複数の高集積コンバータが、電池トレーから着脱自在であることにより、たとえ複数の高集積コンバータのうち、1以上が故障した場合でも、高集積コンバータの交換を容易に行うことができる。 According to the above configuration, since the plurality of highly integrated converters are detachable from the battery tray, even if one or more of the plurality of highly integrated converters fail, the highly integrated converter can be easily replaced. be able to.
上記のとおり本発明では、電源と電池間のインピーダンスを最小にすることができ、出力電力のロスを低減することができる充放電電源装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a charge / discharge power supply device that can minimize the impedance between the power source and the battery and can reduce loss of output power.
(実施形態)
以下、図面を参照しつつ、本願発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態に係る充放電電源装置1の構成図である。図2は、本実施形態に係る充放電電源装置1のブロック図である。図3は、本実施形態に係る電池トレー3を高集積コンバータ集合体21に装着する時の説明図である。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a charge / discharge power supply device 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the charge / discharge power supply device 1 according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram when the battery tray 3 according to the present embodiment is mounted on the highly integrated
(充放電電源装置1のブロック図)
充放電電源装置1は、図2に示すように、交流電源9と、AC/DCコンバータ4と、AC/DCコンバータ4に対して並列に接続された複数の高集積コンバータ6と、複数の高集積コンバータ6に制御指令を出力する制御指令器8と、複数の充放電可能な電池2を収納できる電池トレー3とを備えた構成をしており、電池トレー3に収納された各電池2は、各高集積コンバータ6に直接接続されている。
(Block diagram of the charge / discharge power supply 1)
As shown in FIG. 2, the charge / discharge power supply device 1 includes an
(充放電電源装置1の構成)
より詳細に、充放電電源装置1の構成を、図1を参照して説明する。
(Configuration of charge / discharge power supply device 1)
In more detail, the structure of the charging / discharging power supply device 1 is demonstrated with reference to FIG.
AC/DCコンバータ4は、交流電源9からの交流電圧を直流電圧に変換して直流電力として出力する。
The AC /
制御指令器8は、予め設定された充電情報および放電情報に基づき、各高集積コンバータ6に制御指令を出す。
ここで、充電情報とは、AC/DCコンバータ4から供給された直流電力を、適正に電池2に充電するための充電電圧および充電電流の適正値に関する情報である。
また、放電情報とは、電池トレー3に収納された電池2から放電される電力を、適正に放電するための放電電圧および放電電流の適正値に関する情報である。
The control command unit 8 issues a control command to each highly integrated
Here, the charging information is information relating to appropriate values of the charging voltage and the charging current for properly charging the
Further, the discharge information is information related to appropriate values of the discharge voltage and the discharge current for properly discharging the power discharged from the
高集積コンバータ6は、電圧センシング6cを備えている。そして、図3に示すように、複数の高集積コンバータ6が集まって1つの高集積コンバータ集合体21を形成している。
高集積コンバータ6は、制御指令器8から制御指令された充電情報および電圧センシング6cで検出した電圧に基づき、AC/DCコンバータ4から供給された直流電力を、電池2を充電するために適正な充電電圧および充電電流に変換し、電池トレー3に収納された電池2に出力する。
The highly integrated
The highly integrated
また、高集積コンバータ6は、制御指令器8から制御指令された放電情報および電圧センシング6cで検出した電圧に基づき、電池トレー3に収納された電池2から放電される電力を、適正な放電電圧および放電電流に変換する。
なお、適正な放電電圧および放電電流に変換された電力は、図示しない負荷に供給されて消費される。
Further, the highly integrated
The electric power converted into an appropriate discharge voltage and discharge current is supplied to a load (not shown) and consumed.
また、高集積コンバータ集合体21は、図3に示すように、後述する電池トレー3が載置される載置スペース21aを有している。
また、高集積コンバータ集合体21の載置スペース21a側には、図3に示すように、後述する電池トレー3から張り出した外部端子(+)3a、(−)3bと各高集積コンバータ6との接続を可能とする端子(+)6a、(−)6bが複数設けられている。
なお、各高集積コンバータ6には、図示しないが、AC/DCコンバータ4からの電気的接続を可能とする端子も設けられており、AC/DCコンバータ4と各高集積コンバータ6とは電気的に接続される。
Further, as shown in FIG. 3, the highly integrated
Further, as shown in FIG. 3, external terminals (+) 3 a, (−) 3 b projecting from a
Although not shown, each highly integrated
電池トレー3は、図3に示すように、複数の電池2を収納可能である。
電池トレー3は、例えば、箱状の筐体でもよいし、アルミニウム等を用いたラミネートフィルムを被覆したものでもよい。
なお、充放電可能な電池2としては、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池が挙げられる。
As shown in FIG. 3, the
The
In addition, as the
また、電池トレー3には、図3に示すように、2つの外部端子(+)3a、(−)3bを一組とする端子部が複数組み込まれており、各高集積コンバータ6には、図3に示すように、2つの接続端子、すなわち、(+)端子6aと、(−)端子6bとを一組とする端子部が、内方に凹むように設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
これにより、図3に示すように、電池トレー3が高集積コンバータ集合体21の載置スペース21aに載置された場合に、電池トレー3から張り出した外部端子3a(+)、3b(−)がそれぞれ高集積コンバータ集合体21の各高集積コンバータ6に設けられた端子(+)6a、(−)6bに対して直接接触することで接続可能とされている。
すなわち、電池トレー3が高集積コンバータ集合体21に装着された場合、電池トレー3に収納された各電池2は、各高集積コンバータ6に直接接続され、電池トレー3と各高集積コンバータ6とが一体化された状態となる。
Thereby, as shown in FIG. 3, when the
That is, when the
(動作)
次に、充放電電源装置1を用いた充放電試験時の動作について説明する。
(Operation)
Next, the operation | movement at the time of the charge / discharge test using the charging / discharging power supply device 1 is demonstrated.
まず、上記のように構成された充放電電源装置1において、図3に示すように、電池トレー3に複数の電池2を収納する。
その後、図3に示すように、高集積コンバータ集合体21上に電池トレー3を載置して、電池トレー3から張り出した各外部端子(+)3a、(−)3bと高集積コンバータ6の各端子(+)6a、(−)6bとを直接接触(凹凸嵌合)させることにより接続する。このとき、高集積コンバータ6の各端子(+)6a、(−)6bには、電池トレー3の各外部端子(+)3a、(−)3bと接触可能なプローブピン(図示しない)が取り付けられており、プローブピンによる弾性力が付与される結果、各外部端子(+)3a、(−)3bと高集積コンバータ6の各端子(+)6a、(−)6bとの接触が十分なものとなる。
また、高集積コンバータ6と、接続される電池2とはその接続面の形状、寸法が同一となるように配列されている。
これにより、電池トレー3と高集積コンバータ集合体21に設けられた各高集積コンバータ6とは一体化された状態となる。
First, in the charge / discharge power supply device 1 configured as described above, a plurality of
After that, as shown in FIG. 3, the
Further, the highly
Thereby, the
そして、交流電源9からの交流電圧をAC/DCコンバータ4で直流電圧に変換して直流電力として各高集積コンバータ6に出力する。
The AC voltage from the
次いで、高集積コンバータ6は、制御指令器8から制御指令された充電情報および電圧センシング6cで検出した電圧に基づき、AC/DCコンバータ4から出力された直流電力を、各電池2を充電するために適正な充電電圧および充電電流に変換し、電池トレー3に収納された電池2に出力する。
これにより、各電池2に充電がなされる。
Next, the highly
Thereby, each
その後、各電池2の充放電試験が完了したら、高集積コンバータ集合体21に装着されている電池トレー3を載置スペース21aから脱離して、電池トレー3から電池2を取り出すことになる。
Thereafter, when the charge / discharge test of each
上記の構成によれば、電池トレー3と複数の高集積コンバータ6が集合した高集積コンバータ集合体21とが一体化されていることから、従来のように、電池トレー3に収納された電池2と高集積コンバータ6とをケーブルにより接続する必要がなくなる。
これにより、電池トレー3に収納された電池2への電力供給において、ケーブルを使用した場合のようなケーブルインピーダンスによる電圧降下がなく、交流電源9からケーブルインピーダンスによる電圧降下を考慮した電力を供給する必要もないため、出力電力のロスを低減することができる。
According to the above configuration, since the
Thereby, in the power supply to the
また、複数の高集積コンバータ6が集合した高集積コンバータ集合体21が、電池トレー3とは着脱自在であることにより、たとえ、高集積コンバータ集合体21に設けられた高集積コンバータ6が故障した場合でも、高集積コンバータ6の交換を容易に行うことができる。
なお、上記実施例の図3では、角形、一方向端子引出型のリチウム電池を一例として挙げたが、円筒形、双方向端子引出型の電池も使用することもでき、その形態は限定されるものではない。
Further, since the highly integrated
In addition, in FIG. 3 of the said Example, although the square shape and the unidirectional terminal drawer type lithium battery were mentioned as an example, a cylindrical shape and a bidirectional | two-way terminal drawer type battery can also be used, The form is limited. It is not a thing.
(変形例)
上記実施形態では、複数の高集積コンバータ6を設けた高集積コンバータ集合体21が、電池トレー3から着脱自在である場合を説明したが、更に、各高集積コンバータ6が、高集積コンバータ集合体21から着脱自在であってもよい。
(Modification)
In the above-described embodiment, the case where the highly integrated
上記の構成によれば、各高集積コンバータ6が、高集積コンバータ集合体21から着脱自在であることにより、たとえ複数の高集積コンバータ6のうち、1つの高集積コンバータ6が故障した場合でも、高集積コンバータ集合体21から故障した高集積コンバータ6だけの交換を容易に行うことができる。
According to the above configuration, each highly integrated
以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態に限定されず、その他の実施形態にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。 In the above detailed description, the present invention has been described mainly with respect to characteristic parts so that the present invention can be more easily understood. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above detailed description, and other implementations are possible. It can also be applied to forms and its scope should be interpreted as widely as possible.
1 充放電電源装置
2 電池
2a (+)極
2b (−)極
3 電池トレー
3a 外部端子(+)
3b 外部端子(−)
4 AC/DCコンバータ
6 高集積コンバータ
6a 端子(+)
6b 端子(−)
6c 電圧センシング
8 制御指令器
9 交流電源
21 高集積コンバータ集合体
21a 載置スペース
101 充放電電源装置
102 電池
103 電池トレー
104 AC/DCコンバータ
105 DC/DCコンバータ
106 高集積コンバータ
107 ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charge / discharge
3b External terminal (-)
4 AC /
6b Terminal (-)
6c Voltage sensing 8
Claims (3)
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、
前記コンバータに対して並列に接続され、前記複数の電池の各々への充放電を1対1で制御する複数の高集積コンバータと、
を備え、
前記電池トレーに収納された各電池の電極端子が、各高集積コンバータの電極端子に当接して接続されており、前記電池トレーと前記複数の高集積コンバータとが一体化されていることを特徴とする充放電電源装置。 A battery tray capable of storing a plurality of chargeable / dischargeable batteries;
A converter that converts an AC voltage into a DC voltage and outputs it;
A plurality of highly integrated converters connected in parallel to the converter and controlling charge / discharge of each of the plurality of batteries on a one-to-one basis;
With
The electrode terminal of each battery housed in the battery tray is in contact with and connected to the electrode terminal of each highly integrated converter, and the battery tray and the plurality of highly integrated converters are integrated. Charging / discharging power supply device.
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