JP2013078242A - Electric power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池モジュールを双方向インバータを介して並列に接続してなる電源装置に関し、とくに、各々の電池モジュールの電圧又は残容量を均等化しながら放電でき、又は充電できる電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device in which a plurality of battery modules are connected in parallel via a bidirectional inverter, and more particularly to a power supply device that can be discharged or charged while equalizing the voltage or remaining capacity of each battery module.
電源装置は、複数の電池モジュールを双方向インバータを介して並列に接続することで出力を大きくできる。各々の電池モジュールは、双方向インバータを介して出力することで、トータル出力を大きくできる。双方向インバータは、電池モジュールの直流を交流に変換して出力し、また交流を直流に変換して電池モジュールを充電することができる。この回路構成の電源装置は、双方向インバータの出力を大きくすることなく、電源装置と双方向インバータの個数を増加することで、トータル出力を大きくできる特徴がある。また、特定の電池モジュールや双方向インバータが故障しても、他の電池モジュールと双方向インバータで交流を出力できる特徴もあって、大容量の電源装置として使用されている。（特許文献１参照） The power supply device can increase the output by connecting a plurality of battery modules in parallel via a bidirectional inverter. Each battery module can increase the total output by outputting via a bidirectional inverter. The bidirectional inverter converts the direct current of the battery module into alternating current and outputs the alternating current, and converts the alternating current into direct current to charge the battery module. The power supply device having this circuit configuration has a feature that the total output can be increased by increasing the number of power supply devices and bidirectional inverters without increasing the output of the bidirectional inverter. In addition, even if a specific battery module or a bidirectional inverter breaks down, it has a feature that an alternating current can be output by another battery module and the bidirectional inverter, and is used as a large-capacity power supply device. (See Patent Document 1)
複数の電池モジュールを双方向インバータを介して並列に接続すると、電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスになることがある。たとえば、特定の電池モジュールを交換し、あるいは特定の電池モジュールをリフレッシュしたときには、特定の電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスとなる。電圧又は残容量がアンバランスな状態にある複数の電池モジュールを一緒に放電すると、電圧が低く、あるいは残容量の小さい電池モジュールが先に過放電される状態となる。電池モジュールの過放電は、電池の電気特性を著しく低下して寿命を短くするので、過充電を防止するために、放電を停止する必要がある。このため、特定の電池モジュールの電圧が最低電圧まで低下し、あるいは残容量が少なくなって過放電される状態になると、この電池モジュールの放電を停止して過放電を防止する必要がある。 If a plurality of battery modules are connected in parallel via a bidirectional inverter, the voltage or remaining capacity of the battery modules may become unbalanced. For example, when a specific battery module is replaced or a specific battery module is refreshed, the voltage or remaining capacity of the specific battery module becomes unbalanced. When a plurality of battery modules having an unbalanced voltage or remaining capacity are discharged together, a battery module having a low voltage or a small remaining capacity is first overdischarged. Since overdischarge of the battery module significantly reduces the electrical characteristics of the battery and shortens its life, it is necessary to stop the discharge in order to prevent overcharge. For this reason, when the voltage of a specific battery module falls to the minimum voltage or when the remaining capacity is reduced and the battery is overdischarged, it is necessary to stop the discharge of the battery module to prevent overdischarge.
電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスな状態にあると、特定の電池モジュールが過放電される状態となっても、他の電池モジュールは放電できる状態にある。したがって、過放電される状態になった電池モジュールの放電を停止して、他の電池モジュールから放電することで全ての電池モジュールの電力を有効に利用できる。ただ、この状態は、複数の電池モジュールを備える電源装置においては、必ずしも理想的な放電状態とは言えない。それは、特定の電池モジュールの電圧が最低電圧まで低下し、あるいは特定の電池モジュールの残容量が少なくなって過放電される状態になると、この電池モジュールを劣化させることになるからである。また、過放電状態にある特定の電池モジュールの放電を停止する状態で、他の放電可能な電池モジュールから放電する状態では、放電可能な各電池モジュールから放電される放電量が大きくなって、各電池モジュールの負担が大きくなり、これらの電池モジュールを劣化させる原因にもなる。 When the voltage or remaining capacity of the battery module is in an unbalanced state, even if a specific battery module is overdischarged, other battery modules are in a state where they can be discharged. Therefore, it is possible to effectively use the power of all the battery modules by stopping the discharge of the battery modules in an overdischarged state and discharging from the other battery modules. However, this state is not necessarily an ideal discharge state in a power supply device including a plurality of battery modules. This is because when the voltage of a specific battery module is reduced to the minimum voltage or when the remaining capacity of the specific battery module is reduced and the battery is overdischarged, the battery module is deteriorated. Moreover, in the state where the discharge of a specific battery module in an overdischarged state is stopped, and in the state of discharging from another dischargeable battery module, the amount of discharge discharged from each dischargeable battery module increases, The burden on the battery modules is increased, and the battery modules are deteriorated.
さらに、複数の電池モジュールが過放電される状態においては、これらの電池モジュールの放電を停止して、他の放電可能な電池モジュールから放電しようとしても、放電可能な電池モジュールのトータルの放電量が所定の放電量に不足すると、放電できなくなる問題が生じる。したがって、この状態になると、放電可能な電池モジュールがあるにも関わらず、この電池モジュールの電力を有効に利用できなくなる。 Further, in a state where a plurality of battery modules are over-discharged, even if the discharge of these battery modules is stopped and the discharge is attempted from other dischargeable battery modules, the total discharge amount of the dischargeable battery modules is If the predetermined discharge amount is insufficient, there arises a problem that discharge cannot be performed. Therefore, in this state, although there is a battery module that can be discharged, the power of this battery module cannot be used effectively.
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、いずれかの電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスな状態であっても、いずれの電池モジュールをも過放電させることなく、特定の電池モジュールが劣化するのを有効に防止できると共に、各々の電池モジュールの劣化度合いのバラツキを少なくしながら、全ての電池モジュールに蓄電される電力を効率よく出力できる電源装置を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above drawbacks. An important object of the present invention is that even if the voltage or remaining capacity of any battery module is in an unbalanced state, it is effective to prevent a specific battery module from deteriorating without causing any battery module to overdischarge. Another object of the present invention is to provide a power supply device that can efficiently output the electric power stored in all the battery modules while preventing variation in the degree of deterioration of each battery module.
また、電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスな状態になる欠点は、電池モジュールの電圧や残容量を均等化することで解消できる。すなわち、残容量の大きい電池モジュールを専用の均等化回路で放電することで、電池モジュールを均等化できる。ただ、電池モジュールを均等化回路に放電して均等化する電源装置は、電池モジュールの放電によって無駄に電力が消費されるばかりでなく、発生するジュール熱を放熱する必要がある。ここで、複数の電池モジュールを双方向インバータを介して並列に接続する回路構成は、大型の電源装置に最適であるから、電池モジュールの容量も大きく、均等化による放電の電力消費が大きくなって、無駄な電力消費が大きく、ジュール熱による発熱量も相当に大きくなって放熱が難しく、さらに放電に使用する負荷抵抗にも大電力に耐える大きなものを使用する必要があるなど、種々の弊害がある。 Moreover, the fault that the voltage or the remaining capacity of the battery module becomes unbalanced can be solved by equalizing the voltage and the remaining capacity of the battery module. That is, a battery module can be equalized by discharging a battery module with a large remaining capacity with a dedicated equalization circuit. However, the power supply apparatus that discharges and equalizes the battery module to the equalizing circuit not only wastes power by discharging the battery module but also needs to dissipate the generated Joule heat. Here, the circuit configuration in which a plurality of battery modules are connected in parallel via a bidirectional inverter is optimal for a large-sized power supply device, so that the capacity of the battery modules is large, and the power consumption of discharge due to equalization increases. There are various adverse effects such as wasteful power consumption, large amount of heat generated by Joule heat, making it difficult to dissipate heat, and the use of a large load resistance that can withstand high power. is there.
本発明の他の大切な目的は、均等化のための無駄な電力消費を解消し、またジュール熱による発熱を防止できると共に、放電に使用する大容量の負荷抵抗を省略して、いずれの電池モジュールをも過放電することなく、全ての電池モジュールを均等化しながら放電できる電源装置を提供することにある。 Another important object of the present invention is to eliminate wasteful power consumption for equalization, to prevent heat generation due to Joule heat, and to eliminate any large-capacity load resistance used for discharge, so that any battery can be used. An object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can discharge all battery modules while equalizing them without overdischarging the modules.
本発明の電源装置は、電池モジュール１の直流を出力側の交流に変換し、かつ出力側の交流を電池側の直流に変換する双方向インバータ２を介して複数の電池モジュール１を並列に接続し、各々の電池モジュール１の直流電力を、これに接続している各々の双方向インバータ２を介して出力側に出力している。さらに、電源装置は、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を検出して、双方向インバータ２の電流制限値を制御する制御回路３を備えており、制御回路３が、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を、電圧が高く又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化している。
The power supply apparatus of the present invention connects a plurality of
以上の電源装置は、いずれかの電池モジュールの電圧又は残容量がアンバランスな状態であっても、いずれの電池モジュールをも過放電させることなく、特定の電池モジュールが劣化するのを有効に防止できると共に、各々の電池モジュールの劣化度合いのバラツキを少なくしながら、全ての電池モジュールに蓄電される電力を効率よく出力できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、電圧が低下し、又は残容量が小さい電池モジュールの放電電流制限値を小さく制限して、均等化させながら放電するので、この電池モジュールの過放電を防止しながら、全ての電池モジュールを放電して、全ての電池モジュールに蓄電される電力を効率よく出力できるからである。 The above power supply device effectively prevents the deterioration of a specific battery module without over-discharging any battery module even when the voltage or remaining capacity of any battery module is unbalanced. In addition, there is a feature that power stored in all the battery modules can be efficiently output while reducing variation in the degree of deterioration of each battery module. That is, the above-mentioned power supply device reduces the discharge current limit value of the battery module whose voltage is low or the remaining capacity is small, and discharges it while equalizing it, while preventing overdischarge of this battery module, This is because all the battery modules can be discharged and the power stored in all the battery modules can be output efficiently.
以上の電源装置は、いずれかの電池モジュールの電圧が低下し、又は残容量が小さくなってアンバランスが生じた場合に、特定の電池モジュールが過放電される状態となるまで放電するのではなく、電圧が低下し、又は残容量が小さくなった電池モジュールの放電電流制限値を小さく制限しながら、全ての電池モジュールから放電する。このため、特定の電池モジュールが過放電されるのを有効に防止し、かつ、他の電池モジュールと均等化しながら理想的な放電が実現できる。このように、複数の電池モジュールを備える電源装置において、全ての電池モジュールの電気特性を同じ状態に揃えて、各電池モジュールが負担する負荷を等しくしながら放電することは理想的であり、これにより、各電池モジュール間に劣化度合いのバラツキが発生するのを有効に防止して、長寿命にできる。 The above power supply device does not discharge until a specific battery module is overdischarged when the voltage of any battery module decreases or the remaining capacity becomes small and unbalance occurs. The battery module is discharged from all the battery modules while limiting the discharge current limit value of the battery module whose voltage is decreased or whose remaining capacity is small. For this reason, it is possible to effectively prevent the specific battery module from being overdischarged, and to realize an ideal discharge while equalizing with other battery modules. In this way, in a power supply device including a plurality of battery modules, it is ideal that the electrical characteristics of all the battery modules are aligned in the same state, and discharging is performed while equalizing the load borne by each battery module. Thus, it is possible to effectively prevent the variation in the degree of deterioration between the battery modules and to extend the life.
さらに、以上の電源装置は、各々の電池モジュールを均等化するために無駄な電力を消費せず、また電池モジュールを抵抗放電して均等化しないので、均等化のためのジュール熱による発熱を防止できる。さらに、電池モジュールを抵抗放電して均等化する必要がないので、電池モジュールを均等化するために使用する大容量の負荷抵抗を省略することができる。 Furthermore, the above power supply apparatus does not consume wasteful power to equalize each battery module, and does not equalize the battery module by resistance discharge, thus preventing heat generation due to Joule heat for equalization. it can. Furthermore, since it is not necessary to equalize the battery module by resistance discharge, a large-capacity load resistor used for equalizing the battery module can be omitted.
本発明の電源装置は、制御回路３が、電圧が高く又は残容量が大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制御して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。
以上の電源装置は、電圧が高く、あるいは残容量の大きい電池モジュールを過充電することなく、電池モジュールの電圧又は残容量を均等化しながら、効率よく全ての電池モジュールを充電できる。
In the power supply device of the present invention, the
The above power supply device can efficiently charge all the battery modules while equalizing the voltage or the remaining capacity of the battery modules without overcharging the battery modules having a high voltage or a large remaining capacity.
本発明の電源装置は、制御回路３が、電圧が最も低く又は残容量の最も小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を他の電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限して放電することで、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。
以上の電源装置は、制御回路が簡単な制御で電池モジュールを均等化しながら放電できる。
In the power supply device of the present invention, the
In the above power supply device, the control circuit can discharge while equalizing the battery modules by simple control.
本発明の電源装置は、制御回路３が、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量の比率に相当するように、各々の電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の電流制限値をコントロールして、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。
以上の電源装置は、電池モジュールを速やかに均等化しながら効率よく放電できる。
In the power supply device of the present invention, the
The above power supply apparatus can discharge efficiently, equalizing a battery module rapidly.
本発明の電源装置は、制御回路３が、全ての電池モジュール１の電圧又は残容量の平均値を演算し、演算される平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を他の双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。
以上の電源装置は、制御回路の簡単な制御で電池モジュールを均等化しながら効率よく放電できる。
In the power supply device of the present invention, the
The above power supply apparatus can discharge efficiently while equalizing the battery modules by simple control of the control circuit.
本発明の電源装置は、制御回路３が、全ての電池モジュール１の電圧又は残容量の平均値を演算し、演算された平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を他の双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限すると共に、平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を、平均値からの差が大きくなるにしたがって小さく制限することができる。
以上の電源装置は、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュールを過放電することなく速やかに均等化しながら全ての電池モジュールを効率よく放電してトータル出力を大きくできる。
In the power supply device of the present invention, the
The power supply apparatus described above can efficiently discharge all battery modules and increase the total output while quickly equalizing the battery modules having a low voltage or a small remaining capacity without overdischarge.
本発明の電源装置は、制御回路３が、全ての電池モジュール１の電圧又は残容量の平均値を演算し、演算される平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を他の双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。
以上の電源装置は、制御回路の簡単な制御で電池モジュールを均等化しながら効率よく充電できる。
In the power supply device of the present invention, the
The above power supply apparatus can be efficiently charged while equalizing the battery modules by simple control of the control circuit.
本発明の電源装置は、制御回路３が、全ての電池モジュール１の電圧又は残容量の平均値を演算し、演算された平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を他の双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制限すると共に、平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を、平均値からの差が大きくなるにしたがって小さく制限することができる。
以上の電源装置は、電圧が高く又は残容量の大きい電池モジュールを過充電することなく速やかに均等化しながら全ての電池モジュールを効率よく充電できる。
In the power supply device of the present invention, the
The above power supply device can efficiently charge all the battery modules while quickly equalizing the battery modules having a high voltage or a large remaining capacity without overcharging.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a power supply device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the power supply device as follows. Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図１に示す電源装置は、複数の電池モジュール１を双方向インバータ２を介して並列に接続している。電池モジュール１は、充電できる複数の電池４を備える。複数の電池４は直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して出力電流を大きくしている。電池モジュール１の電池４には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛電池などが使用できる。電池モジュール１は、直列に接続する電池４の数で出力電圧を用途に適した電圧としている。電池モジュール１は、たとえば、出力電圧を１０Ｖ〜３００Ｖ、好ましくは３０Ｖ〜２００Ｖとするように、直列に接続する電池４の個数を調整している。さらに、電池モジュール１は、複数の電池４を並列に接続して出力電流を大きくしている。複数の電池モジュール１を双方向インバータ２を介して並列に接続する電源装置は、大出力な用途に使用されることから、電池４を直列に接続して出力電圧を高く、また、電池４を並列に接続し、あるいは大容量の電池４を使用して出力電流を大きくしている。
The power supply device shown in FIG. 1 has a plurality of
双方向インバータ２は、電池モジュール１の直流を出力側の交流に変換して出力し、また出力側の交流を電池４側の直流に変換して電池モジュール１を充電する。図２は双方向インバータ２の回路図を示している。この双方向インバータ２は、直流を交流に変換し、また、交流を直流に変換するスイッチング素子５を備えている。この双方向インバータ２は、スイッチング素子５をオンオフに切り換えて、直流を交流に変換して出力し、また入力される交流を直流に変換して電池モジュール１を充電する。この双方向インバータ２は、電池モジュール１の電圧が出力側よりも高い状態でスイッチング素子５をオンオフに切り換えて、電池モジュール１の直流を交流に変換して出力側に出力し、出力側の電圧が電池モジュール１よりも高い状態でスイッチング素子５をオンオフに切り換えて、交流を直流に変換して電池モジュール１を充電する。
The
図２の双方向インバータ２は、スイッチング素子５の出力を直接に出力側の出力ライン７に接続しているが、スイッチング素子の出力側にトランスを設け、このトランスで電圧変換して交流を出力ラインに出力することもできる。また、スイッチング素子の出力側にフィルターを設け、出力波形をサイン波として出力ラインに出力することもできる。
In the
図１の電源装置は、複数の双方向インバータ２を介して並列に接続されるので、各々の双方向インバータ２のスイッチング素子５は、互いに同期してスイッチングされて、直流を交流に変換して出力ライン７に出力し、また出力ライン７の交流を直流に変換して電池モジュール１を充電する。
Since the power supply device of FIG. 1 is connected in parallel via a plurality of
双方向インバータ２は、スイッチング素子５をオンオフに切り換えるスイッチング回路６を備えている。スイッチング回路６は、スイッチング素子５をオンオフに切り換えるデューティーを制御して、双方向インバータ２の放電電流制限値と充電電流制限値とを制御する。スイッチング回路６は、スイッチング素子５をオンに切り換えるタイミングを長く、すなわちデューティーを大きくして、放電電流制限値と充電電流制限値とを大きくする。
The
各々の双方向インバータ２のスイッチング素子５を同期してオンオフに切り換え、また、双方向インバータ２の充電電流制限値と放電電流制限値とをコントロールするために、スイッチング回路６には制御回路３から同期信号と制御信号とが入力される。
In order to switch the
制御回路３は、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量から各々の双方向インバータ２の放電電流制限値と充電電流制限値とを演算して、スイッチング回路６に制御信号を出力する。また、全ての双方向インバータ２が同期してスイッチング素子５をオンオフに切り換えて、同相の交流を出力するように、各々の双方向インバータ２に同期信号を出力する。双方向インバータ２のスイッチング回路６は、入力される制御信号でもって、スイッチング素子５をオンオフに切り換えるデューティーを制御して、放電電流制限値と充電電流制限値とをコントロールする。また、同期信号でスイッチング素子５をオンオフに切り換えて、同相の交流を出力側に出力する。
The
制御回路３は、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を検出して、双方向インバータ２の電流制限値をコントロールする。図２の電源装置は、電池モジュール１の電圧又は残容量を検出する検出回路８を各々の電池モジュール１に設けている。電池モジュール１の電圧を検出して、双方向インバータ２の電流制限値をコントロールする制御回路３は、電池モジュール１に検出回路８を設けることなく、電池モジュール１の電圧を検出して双方向インバータ２の電流制限値をコントロールすることもできる。残容量を検出して双方向インバータ２の電流制限値をコントロールする電源装置は、検出回路８で電池モジュール１の残容量を検出し、検出した残容量を制御回路３に出力する。この検出回路８は、電池モジュール１の充放電電流を積算して残容量を演算し、あるいは電池モジュール１の電圧から残容量を演算し、さらに充放電電流で演算する残容量を電圧で補正して残容量を検出する。
The
制御回路３は、電池モジュール１を放電する状態においては、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を、電圧が高く又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化しながら放電する。
In a state where the
図３は、残容量が異なる４組の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを放電して均等化する状態を示している。この図は、残容量が７０％の電池モジュールＢと、残容量が８０％の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄを放電して均等化する状態を示している。残容量が小さい電池モジュールＢは、これに接続している双方向インバータの放電電流制限値を１０Ａと他の双方向インバータよりも小さく制限し、その他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄに接続している双方向インバータの放電電流制限値を４０Ａとし、トータルの放電電流を１００Ａとする状態で、均等化する状態を例示している。残容量を７０％とする電池モジュールＢは、放電電流制限値を１０Ａとする双方向インバータを介して放電されるので、トータル放電電流を１００Ａとする状態において、１０Ａで放電される。他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄは３０Ａで放電されて、トータル放電電流は１００Ａとなる。 FIG. 3 shows a state where four battery modules A, B, C, and D having different remaining capacities are discharged and equalized. This figure shows a state in which the battery module B having a remaining capacity of 70% and the battery modules A, C, and D having a remaining capacity of 80% are discharged and equalized. The battery module B having a small remaining capacity is connected to other battery modules A, C, and D by limiting the discharge current limit value of the bidirectional inverter connected thereto to be smaller than 10A and the other bidirectional inverters. In the state where the discharge current limit value of the bidirectional inverter is 40A and the total discharge current is 100A, the state of equalization is illustrated. Since the battery module B having a remaining capacity of 70% is discharged through a bidirectional inverter having a discharge current limit value of 10A, the battery module B is discharged at 10A in a state where the total discharge current is 100A. The other battery modules A, C, and D are discharged at 30A, and the total discharge current becomes 100A.
以上の状態で放電されると、放電電流の小さい電池モジュールＢは、放電電流が大きい他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄに比較して残容量の減少が少なくなる。したがって、所定の時間経過すると、残容量が小さかった電池モジュールＢの残容量は、他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄの残容量に等しくなる。残容量が等しくなって均等化されると、その後は放電電流制限値を同じ４０Ａに設定して、全ての電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを同じ電流、すなわち２５Ａで放電して、トータル放電電流を１００Ａとする。この状態で放電される各々の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、残容量が等しいので、同時に残容量を０％とするまで放電される。すなわち、特定の電池モジュールを過放電することなく、全ての電池モジュールを一緒に完全に放電できる。 When discharged in the above state, the battery module B with a small discharge current is less reduced in remaining capacity than the other battery modules A, C, and D with a large discharge current. Therefore, when a predetermined time elapses, the remaining capacity of the battery module B having a small remaining capacity becomes equal to the remaining capacity of the other battery modules A, C, and D. When the remaining capacities are equalized and equalized, the discharge current limit value is set to the same 40A, and all battery modules A, B, C, D are discharged at the same current, that is, 25A, and the total discharge The current is 100A. Since each battery module A, B, C, D discharged in this state has the same remaining capacity, it is discharged until the remaining capacity is reduced to 0% at the same time. That is, all battery modules can be completely discharged together without over-discharging specific battery modules.
図４は、残容量が異なる４組の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを充電して均等化する状態を示している。この図は、残容量が３０％の電池モジュールＢと、残容量が２０％の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄを充電して均等化する状態を示している。残容量が大きい電池モジュールＢは、これに接続している双方向インバータの充電電流制限値を１０Ａとし、その他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄに接続している双方向インバータの充電電流制限値を４０Ａとし、トータルの充電電流を１００Ａとする状態で、充電しながら均等化する状態を例示している。残容量を３０％とする電池モジュールＢは、充電電流制限値を１０Ａとする双方向インバータを介して充電されるので、トータル充電電流を１００Ａとする状態において、１０Ａで充電される。他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄは３０Ａで充電されて、トータル充電電流は１００Ａとなる。 FIG. 4 shows a state in which four battery modules A, B, C, and D having different remaining capacities are charged and equalized. This figure shows a state in which the battery module B having a remaining capacity of 30% and the battery modules A, C, and D having a remaining capacity of 20% are charged and equalized. Battery module B with a large remaining capacity has a charging current limit value of the bidirectional inverter connected to 10A, and a charging current limit value of the bidirectional inverter connected to the other battery modules A, C, D. An example is shown in which the current is equalized while charging, with 40A and a total charging current of 100A. Since the battery module B having a remaining capacity of 30% is charged through a bidirectional inverter having a charging current limit value of 10A, the battery module B is charged at 10A in a state where the total charging current is 100A. The other battery modules A, C, and D are charged at 30A, and the total charging current is 100A.
以上の状態で充電されると、充電電流の小さい電池モジュールＢは、充電電流が大きい他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄに比較して残容量の増加が少なくなる。したがって、所定の時間経過すると、残容量が大きかった電池モジュールＢの残容量は、他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄの残容量に等しくなる。残容量が等しくなって均等化されると、その後は充電電流制限値を同じ４０Ａに設定して、全ての電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを同じ電流、すなわち２５Ａで充電して、トータル充電電流を１００Ａとする。この状態で充電される各々の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、残容量が等しいので、同時に残容量を１００％となるまで充電される。すなわち、特定の電池モジュールを過充電することなく、全ての電池モジュールを一緒に満充電できる。 When charged in the above state, the battery module B having a small charging current has a smaller increase in remaining capacity than the other battery modules A, C, and D having a large charging current. Therefore, when a predetermined time elapses, the remaining capacity of the battery module B having a large remaining capacity becomes equal to the remaining capacity of the other battery modules A, C, and D. When the remaining capacity is equalized and equalized, the charging current limit value is set to the same 40A, and all the battery modules A, B, C, and D are charged with the same current, that is, 25A, and the total charging is performed. The current is 100A. Since each battery module A, B, C, D charged in this state has the same remaining capacity, it is charged until the remaining capacity reaches 100% at the same time. That is, all battery modules can be fully charged together without overcharging a specific battery module.
双方向インバータ２の放電電流制限値や充電電流制限値は、制御回路３が双方向インバータ２のスイッチング回路６を介してスイッチング素子５をオンオフに切り換えるデューティーをコントロールして制御される。図１と図２の電源装置の制御回路３は、電池モジュール１の残容量を検出し、この残容量でもって、双方向インバータ２の電流制限値をコントロールして、各々の電池モジュール１の残容量を均等化しながら放電し、あるいは充電する。
The discharge current limit value and the charge current limit value of the
図５は、図３に示す状態の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを放電する双方向インバータの放電電流制限値と放電電流を示している。この図に示すように、電源装置は、制御回路３でもって、最も残容量の小さい電池モジュールＢに接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を、他の電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄに設定している双方向インバータ２の放電電流制限値よりも小さく制限して放電して、各々の電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの残容量を均等化している。図５のグラフにおいて、外枠部分が放電電流制限値を示し、斜線部分が、実際の放電電流値を示している。
FIG. 5 shows the discharge current limit value and the discharge current of the bidirectional inverter that discharges the battery modules A, B, C, and D in the state shown in FIG. As shown in this figure, the power supply device uses the
電源装置は、図６に示すように、制御回路３でもって、各々の電池モジュール１の残容量の比率に相当するように、各々の電池モジュールに接続している双方向インバータの電流制限値をコントロールして、各々の電池モジュールの残容量を均等化することができる。この図は、残容量を８０％とする電池モジュールＡと、残容量を７０％とする電池モジュールＢと、残容量を７５％とする電池モジュールＣと、残容量を８０％とする電池モジュールＤとを放電して均等化する状態を示している。この電源装置は、電池モジュールＢ、Ｃの残容量が小さいので、残容量の比率に相当するように、電池モジュールＢ、Ｃに接続している双方向インバータの電流制限値を小さく制御して、すなわち、電池モジュールＢに接続している双方向インバータの放電電流制限値を１０Ａ、電池モジュールＣに接続している双方向インバータの放電電流制限値を２０Ａに制限し、電池モジュールＡ、Ｄに接続している双方向インバータの放電電流制限値を４０Ａに設定して放電して、全ての電池モジュールの残容量を均等化する。放電のトータル電流を１００Ａとする状態において、電池モジュールＢの放電電流を１０Ａ、電池モジュールＣの放電電流を２０Ａ、電池モジュールＡ、Ｄの放電電流を３５Ａとしている。この状態で放電されると、電池モジュールＢ、Ｃは残容量が減少する割合が電池モジュールＡ、Ｄに比較して少なく、さらに、電池モジュールＢは、電池モジュールＣよりも残容量の減少する割合が少なく、所定時間放電して残容量が均等化される。
As shown in FIG. 6, the power supply device sets the current limit value of the bidirectional inverter connected to each battery module so as to correspond to the ratio of the remaining capacity of each
さらに、電源装置の制御回路３は、全ての電池モジュールの電圧又は残容量の平均値を演算し、演算される平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュールに接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を他の双方向インバータ２よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。電源装置は、制御回路３でもって、演算された平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を他の双方向インバータ２よりも小さく制限すると共に、平均値よりも電圧又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の放電電流制限値を、平均値からの差が大きくなるにしたがって小さく制限することで、電池モジュール１を放電しながら均等化することができる。
Furthermore, the
この状態を図７に示している。この図は、電池モジュールＡ、Ｃ、Ｄの残容量を８０％、電池モジュールＢの残容量を７０％とする状態で、均等化する状態を示している。電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの残容量の平均値は７７．５％となるので、電池モジュールＢの残容量が平均値よりも７．５％小さくなる。したがって、残容量が平均値よりも小さい電池モジュールＢに接続している双方向インバータの放電電流制限値を小さく制限し放電することで、電池モジュールを均等化できる。また、電池モジュールＢの放電電流制限値は、平均値からの差が大きくなるにしたがって小さく制限することで、電池モジュールを放電しながら速やかに均等化できる。 This state is shown in FIG. This figure shows a state in which the remaining capacity of the battery modules A, C, and D is equal to 80% and the remaining capacity of the battery module B is equal to 70%. Since the average value of the remaining capacity of the battery modules A, B, C, and D is 77.5%, the remaining capacity of the battery module B is 7.5% smaller than the average value. Therefore, the battery modules can be equalized by limiting the discharge current limit value of the bidirectional inverter connected to the battery module B whose remaining capacity is smaller than the average value to be small and discharging. Moreover, the discharge current limit value of the battery module B can be equalized quickly while discharging the battery module by limiting it to a smaller value as the difference from the average value increases.
以上は、電池モジュール１の残容量で双方向インバータ２の放電電流制限値をコントロールするが、残容量と同じように電池モジュール１の電圧で双方向インバータ２の放電電流制限値をコントロールして、電池モジュール１を均等化することができる。
As described above, the discharge current limit value of the
さらに、電源装置は、電池モジュール１を充電しながら均等化することもできる。この電源装置は、制御回路３でもって、電圧が高く又は残容量が大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制御して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化する。
Further, the power supply device can equalize while charging the
以上の電源装置は、前述したように放電して均等化するのと同じようにして、制御回路３でもって、全ての電池モジュール１の電圧又は残容量の平均値を演算し、演算される平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を他の双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール１の電圧又は残容量を均等化することができる。この電源装置は、制御回路３でもって、演算された平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を他の双方向インバータ２の充電電流制限値よりも小さく制限すると共に、平均値よりも電圧又は残容量の大きい電池モジュール１に接続している双方向インバータ２の充電電流制限値を、平均値からの差が大きくなるにしたがって小さく制限するようにして、電池モジュール１の電圧又は残容量を速やかに均等化しながら充電できる。
The above power supply apparatus calculates the average value of the voltages or remaining capacities of all the
１…電池モジュール
２…双方向インバータ
３…制御回路
４…電池
５…スイッチング素子
６…スイッチング回路
７…出力ライン
８…検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
各々の電池モジュール(1)の電圧又は残容量を検出して、双方向インバータ(2)の電流制限値を制御する制御回路(3)を備えており、
前記制御回路(3)が、電圧が低く又は残容量の小さい電池モジュール(1)に接続している双方向インバータ(2)の放電電流制限値を、電圧が高く又は残容量の大きい電池モジュール(1)に接続している双方向インバータ(2)の放電電流制限値よりも小さく制限して、各々の電池モジュール(1)の電圧又は残容量を均等化するようにしてなる電源装置。 A plurality of battery modules (1) convert a direct current of the battery module (1) into an alternating current on the output side, and a bidirectional inverter (2) that converts the alternating current on the output side into a direct current on the battery (4) side. A power supply device connected in parallel so that the DC power of each battery module (1) is output to the output side via each bidirectional inverter (2) connected thereto,
It has a control circuit (3) that detects the voltage or remaining capacity of each battery module (1) and controls the current limit value of the bidirectional inverter (2).
The control circuit (3), the discharge current limit value of the bidirectional inverter (2) connected to the battery module (1) having a low voltage or a small remaining capacity, a battery module having a high voltage or a large remaining capacity ( A power supply device configured to equalize the voltage or remaining capacity of each battery module (1) by limiting it to a value smaller than the discharge current limit value of the bidirectional inverter (2) connected to 1).
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