JP2016154423A - Voltage balance device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直列接続された複数の二次電池の出力電圧を均一化する電圧バランス装置に関する。 The present invention relates to a voltage balance device that equalizes output voltages of a plurality of secondary batteries connected in series.
一般に知られているように、直列接続された複数の二次電池の出力電圧のばらつきは、二次電池の過充電及び過放電の原因になる。これに対し、出力電圧が相対的に高い二次電池に抵抗放電回路を接続して強制的に放電させることで、複数の二次電池の出力電圧の均一化を図った電圧バランス装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As is generally known, variations in output voltage of a plurality of secondary batteries connected in series cause overcharge and overdischarge of the secondary battery. On the other hand, there is known a voltage balance device that equalizes the output voltage of a plurality of secondary batteries by connecting a resistance discharge circuit to a secondary battery having a relatively high output voltage and forcibly discharging it. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記した従来の電圧バランス装置では、電力が無駄に消費されることが問題になっていた。 However, the conventional voltage balance device described above has a problem that power is wasted.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複数の二次電池の出力電圧を均一化する際の無駄な電力消費を抑えることが可能な電圧バランス装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a voltage balance device capable of suppressing wasteful power consumption when equalizing output voltages of a plurality of secondary batteries.
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明は、直列接続された複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の高電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の高電位側充電回路と、前記複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の低電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の低電位側充電回路と、隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら隣り合う二次電池のうち出力電圧が高い二次電池を前記電源とする前記高電位側充電回路又は前記低電位側充電回路を作動させて、出力電圧が低い前記二次電池を充電させる充電統括制御回路と、を有する電圧バランス装置である。 The invention of claim 1 made to achieve the above object is provided corresponding to each of a plurality of secondary batteries connected in series, and using the corresponding secondary battery as a power source, A plurality of high potential side charging circuits capable of charging the secondary battery adjacent to the high potential side and the plurality of secondary batteries are provided corresponding to each of the plurality of secondary batteries. A plurality of low-potential-side charging circuits capable of charging a secondary battery on the low-potential side of the secondary battery and the adjacent secondary batteries when the output voltages of the adjacent secondary batteries are different. A charge control circuit for charging the secondary battery having a low output voltage by operating the high-potential side charging circuit or the low-potential side charging circuit having a secondary battery having a high output voltage as the power source. A voltage balance device.
請求項2の発明は、前記高電位側充電回路は、前記電源となる前記当該二次電池の負極と前記高電位側の隣の二次電池である高電位側二次電池の正極との間に接続され、前記当該二次電池の負極側から第1スイッチ素子、第1ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第1ダイオードのアノードが前記第1スイッチ素子側に配置された第1スイッチ・コイル回路と、前記第1ダイオードのアノードと前記高電位側二次電池の負極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第1スイッチ素子をオンオフする第1スイッチ制御部と、を有する昇圧型DC−DCコンバータであり、前記低電位側充電回路は、前記電源となる前記当該二次電池の正極と前記低電位側の隣の二次電池である低電位側二次電池の負極との間に接続され、前記当該二次電池の正極側から第2スイッチ素子、第2ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第2ダイオードのカソードが前記第2スイッチ素子側に配置された第2スイッチ・コイル回路と、前記第2ダイオードのカソードと前記低電位側二次電池の正極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第2スイッチ素子をオンオフする第2スイッチ制御部と、を有する昇圧型DC−DCコンバータである請求項1に記載の電圧バランス装置である。 According to a second aspect of the present invention, the high potential side charging circuit is provided between a negative electrode of the secondary battery serving as the power source and a positive electrode of a high potential side secondary battery that is a secondary battery adjacent to the high potential side. The first switch coil is connected to the negative electrode side of the secondary battery, the first switch element and the first diode are arranged in series in this order, and the anode of the first diode is arranged on the first switch element side A step-up type comprising: a circuit; a step-up coil connected between an anode of the first diode and a negative electrode of the high-potential side secondary battery; and a first switch control unit for turning on and off the first switch element. A low-potential side charging circuit between a positive electrode of the secondary battery serving as the power source and a negative electrode of a low-potential side secondary battery that is a secondary battery adjacent to the low-potential side; Connected to the secondary battery A second switch coil circuit in which the second switch element and the second diode are arranged in series in this order from the pole side, and the cathode of the second diode is disposed on the second switch element side; and the cathode of the second diode The step-up DC-DC converter having a step-up coil connected between the positive electrode of the low-potential side secondary battery and a second switch control unit for turning on and off the second switch element. It is a voltage balance apparatus of description.
請求項3の発明は、電源となる前記当該二次電池が共通する前記高電位側充電回路及び前記低電位側充電回路は、前記当該二次電池の正極と負極との間に接続されかつその負極側から前記第1スイッチ素子、前記昇圧用コイル及び前記第2スイッチ素子が順番に直列に並んだダブルスイッチ・コイル回路を共有し、前記第1ダイオードは、アノードが前記第1スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、カソードが前記高電位側二次電池の正極に接続され、前記第2ダイオードは、カソードが前記第2スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、アノードが前記低電位側二次電池の負極に接続され、前記第2スイッチ素子がオフ状態で前記第1スイッチ素子がオンオフされることで前記低電位側充電回路が停止状態で前記高電位側充電回路が作動し、前記第1スイッチ素子がオフ状態で前記第2スイッチ素子がオンオフされることで前記高電位側充電回路が停止状態で前記低電位側充電回路が作動する請求項2に記載の電圧バランス装置である。 According to a third aspect of the present invention, the high potential side charging circuit and the low potential side charging circuit shared by the secondary battery serving as a power source are connected between a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery and The first switch element, the boosting coil, and the second switch element share a double switch coil circuit in order from the negative electrode side, and the first diode has an anode connected to the first switch element and the first switch element. The cathode is connected to the positive electrode of the high-potential side secondary battery while the cathode is connected to the second switching element and the boosting coil while being connected to a common connection portion with the boosting coil. While being connected to the connection portion, the anode is connected to the negative electrode of the low-potential side secondary battery, and the first switch element is turned on / off while the second switch element is in the off state. The high-potential side charging circuit operates in a stopped state, the high-potential-side charging circuit operates, and the first switch element is in an off-state and the second switch element is turned on and off, so that the high-potential-side charging circuit is in a stopped state and the low-side charging circuit The voltage balance device according to claim 2, wherein the potential side charging circuit operates.
請求項4の発明は、前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路には、共通の基準電源電流が予め設定されると共に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、前記基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられ、その電流制御手段は、前記電源となる前記当該二次電池と前記昇圧用コイルとを含む閉回路に設けられた電流検出用抵抗と、前記第1スイッチ制御部及び前記第2スイッチ制御部とからなり、前記第1スイッチ制御部及び前記第2スイッチ制御部が、前記基準電源電流の代用値である基準電圧と、前記当該二次電池からの電流の代用値である前記電流検出用抵抗の端末間電圧との偏差に基づいて前記第1スイッチ素子のオンオフのDUTY比を変更し、前記当該二次電池からの電流が前記基準電源電流となるようにフィードバック制御する請求項3に記載の電圧バランス装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, a common reference power supply current is preset in the plurality of high potential side charging circuits and the plurality of low potential side charging circuits, and flows out of the secondary battery serving as the power source. Current control means for controlling the current to be the reference power supply current is provided, and the current control means is provided in a closed circuit including the secondary battery serving as the power supply and the boosting coil. A current detection resistor; and the first switch control unit and the second switch control unit, wherein the first switch control unit and the second switch control unit include a reference voltage that is a substitute value of the reference power supply current; Changing the ON / OFF DUTY ratio of the first switch element based on the deviation from the terminal voltage of the current detection resistor, which is a substitute value of the current from the secondary battery, Current A voltage balancing device according to claim 3, the feedback control so that the serial reference source current.
請求項5の発明は、前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、予め定められた共通の基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられた請求項1乃至3に記載の電圧バランス装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, a current flowing out from the secondary battery serving as the power source is a predetermined common reference power source current for the plurality of high potential side charging circuits and the plurality of low potential side charging circuits. The voltage balance device according to claim 1, further comprising a current control unit that performs control so that
請求項6の発明は、前記充電統括制御回路は、前記複数の二次電池のうち出力電圧が異常に低い第1の二次電池と、出力電圧が異常に高い第2の二次電池との間に、通常の出力電圧の第3の二次電池が存在する場合に、それら第1、第2、第3の二次電池に対応した全ての前記高電位側充電回路又は全ての前記低電位側充電回路を同時に作動させて、前記第2の二次電池から前記第1の二次電池へと前記第3の二次電池を中継して電力を受け渡し、前記第1の二次電池を充電する請求項1乃至5に記載の電圧バランス装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, the charge control circuit includes: a first secondary battery having an abnormally low output voltage among the plurality of secondary batteries; and a second secondary battery having an abnormally high output voltage. When there is a third secondary battery having a normal output voltage between them, all the high potential side charging circuits corresponding to the first, second and third secondary batteries or all the low potentials are provided. Side-side charging circuit is simultaneously operated to relay the third secondary battery from the second secondary battery to the first secondary battery to deliver power, and charge the first secondary battery. The voltage balance device according to claim 1.
請求項1の電圧バランス装置では、直列接続された複数の二次電池に対応して複数の高電位側充電回路と複数の低電位側充電回路とが備えられ、隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら両二次電池のうち出力電圧が高い当該二次電池の高電位側充電回路又は低電位側充電回路がその当該二次電池を電源として、出力電圧が低い二次電池を充電する。即ち、本発明の電圧バランス装置では、相対的に出力電圧が高い二次電池の電力を、出力電圧が低い二次電池に補充して複数の二次電池の出力電圧を均一化するので、従来のものに比べて、二次電池群の出力電圧の均一化に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。 The voltage balance device according to claim 1 is provided with a plurality of high potential side charging circuits and a plurality of low potential side charging circuits corresponding to the plurality of secondary batteries connected in series, and the output voltage of adjacent secondary batteries. Are different from each other, the high-potential side charging circuit or the low-potential side charging circuit of the secondary battery having a high output voltage is used as a power source for the secondary battery having a low output voltage. Charge. That is, in the voltage balance device of the present invention, the power of the secondary battery having a relatively high output voltage is supplemented to the secondary battery having a low output voltage to equalize the output voltages of the plurality of secondary batteries. Compared to the above, it is possible to suppress wasteful power consumption accompanying the equalization of the output voltage of the secondary battery group.
ここで、高電位側充電回路及び低電位側充電回路は、昇圧型DC−DCコンバータであるので、トランスで電力変換するものに比べて効率良く充電を行うことができる。また、請求項2の構成によれば、高電位側充電回路及び低電位側充電回路の間で、昇圧用コイルを共有したので、電圧バランス装置の低コスト化、小型化が図られる。 Here, since the high-potential side charging circuit and the low-potential side charging circuit are step-up DC-DC converters, charging can be performed more efficiently than those in which power is converted by a transformer. According to the second aspect of the present invention, since the boosting coil is shared between the high-potential side charging circuit and the low-potential side charging circuit, the cost and size of the voltage balance device can be reduced.
さらに、請求項4及び5の発明によれば、電源となる当該二次電池から流出する電流が一定の基準電源電流になるように制御して充電を行うので、充電する二次電池から充電される二次電池へと過剰な電流が流れ込む事態が防がれる。また、その基準電源電流は、複数の高電位側充電回路及び複数の低電位側充電回路の間で共通しているので、請求項6の発明のように、第1、第2、第3の二次電池に対応した全ての高電位側充電回路又は全ての低電位側充電回路を同時に作動させて、第2の二次電池から第1の二次電池へと第3の二次電池を中継して電力を受け渡して充電を行うことができる。 Further, according to the inventions of claims 4 and 5, since charging is performed such that the current flowing out from the secondary battery serving as the power source becomes a constant reference power source current, charging is performed from the secondary battery to be charged. This prevents a situation where excessive current flows into the secondary battery. Further, since the reference power supply current is common among the plurality of high potential side charging circuits and the plurality of low potential side charging circuits, the first, second, and third as in the invention of claim 6. Relay the third secondary battery from the second secondary battery to the first secondary battery by simultaneously operating all the high potential side charging circuits or all the low potential side charging circuits corresponding to the secondary batteries. Then, power can be delivered and charged.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。図1には、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されるバッテリー10が示されている。このバッテリー10は、1対のバッテリー電極10A,10Bの間に複数のバッテリーパック11を並列接続して備え、各バッテリーパック11は、本発明の「二次電池」に相当するリチウムイオンバッテリーセルB(以下、単に「セルB」という)を複数(例えば、96個)直列接続してなる。また、1対のバッテリー電極10A,10Bには、パワーコンディショナー14が接続され、そのパワーコンディショナー14にコンバータ16を介して発電機15が接続されると共に負荷17が接続され、これによりバッテリー10の充放電が行われる。なお、各セルBの出力電圧は、約3.7Vで適正値であり、4.5[V]以上で過充電、3.5[V]以下で過放電になる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a
なお、以下の説明においてセルB同士を区別しないで説明する場合には、単に「セルB」と記載し、セルB同士を区別して説明する場合には、バッテリーパック11の低電位側のセルBから順番に末尾に通し番号1,2,3,・・・を付して、例えば「セルB1、B2,B3,・・・」と記載する。
In the following description, when the cells B are not distinguished from each other, they are simply referred to as “cell B”, and when the cells B are distinguished from each other, the cells B on the low potential side of the
本実施形態の電圧バランス装置20は、バッテリーパック11毎に1つずつ備えられ、図2には、1つのバッテリーパック11と1つの電圧バランス装置20とがブロック図で示されている。同図に示すように、電圧バランス装置20は、セルB毎に設けられた複数の電圧検出回路50及び個別充電回路21と、1つの充電統括制御回路40とを有する。そして、充電統括制御回路40が、電圧検出回路50群による各セルBの出力電圧の検出結果に基づいて複数の個別充電回路21の何れを作動させるかを制御する。
One
なお、本実施形態では、複数の電圧検出回路50が電圧バランス装置20の一部として備えられているが、電圧バランス装置20が電圧検出回路50群を備えず、車両に搭載されている他の回路が検出した各セルBの出力電圧の情報を取得する構成としてもよい。
In the present embodiment, the plurality of
各個別充電回路21は、充電統括制御回路40からの信号に応じて作動し、対応するセルBから受電して両隣のセルBの任意の一方を充電することができる。また、バッテリーパック11のうち最も高電位側のセルBに対応した個別充電回路21は、それより高電位側にはセルBがないので低電位側の隣のセルBのみを充電可能な構成をなし、最も低電位側のセルBに対応した個別充電回路21は、それより低電位側にはセルBがないので、高電位側の隣のセルBのみを充電可能な構成になっている。
Each
図3には、複数のセルBに接続された複数の個別充電回路21の回路図が示され、それら複数の個別充電回路21のうち1つのセルB49(以下、適宜、「当該セルB49」という)に対応した1つの個別充電回路21が図4に抜粋して示されている。その図4に示すように、個別充電回路21は、当該セルB49の1対の正電極と負電極の間に、本発明に係るダブルスイッチ・コイル回路24を有する。ダブルスイッチ・コイル回路24は、当該セルB49の正電極側から順番に、第2スイッチ22、昇圧用コイルL1、第1スイッチ23及び抵抗R1を直列接続してなる。なお、抵抗R1の両端末間には、バイパスコンデンサ29が接続されている。
FIG. 3 shows a circuit diagram of a plurality of
第1スイッチ23はNチャンネルのMOSFETである一方、第2スイッチ22はPチャンネルのMOSFETである。そして、第1スイッチ23としてのMOSFETのドレインと第2スイッチ22としてのMOSFETのドレインとが昇圧用コイルL1にそれぞれ接続されている。また、第1スイッチ23と昇圧用コイルL1との共通接続部分には、第1ダイオードD1のアノードが接続され、その第1ダイオードD1のカソードが高電位側の隣のセルB50(以下、適宜「高電位側セルB50」という)の正電極に接続されている。さらには、第2スイッチ22と昇圧用コイルL1との共通接続部分には、第2ダイオードD2のカソードが接続され、その第2ダイオードD2のアノードが低電位側の隣のセルB48(以下、適宜「低電位側セルB48」という)の負電極に接続されている。
The
また、各セルBの1対の正電極と負電極の間には、ダブルスイッチ・コイル回路24と並列に平滑コンデンサCが接続されている。なお、図3〜図7おいて、各平滑コンデンサCを示す符号「C」の後には、対応するセルB44,B49,B50・・・等の末尾の番号と同じ番号が付されている。
A smoothing capacitor C is connected between the pair of positive and negative electrodes of each cell B in parallel with the double
個別充電回路21には、第1と第2のスイッチ22,23をオンオフ制御するために、電源制御IC25とロジック回路26とが備えられ、これら電源制御IC25とロジック回路26とによって本発明に係る「第1スイッチ制御部」と「第2スイッチ制御部」とが構成されている。ロジック回路26は、アンドゲートG1とオアゲートG2とからなる。アンドゲートG1は、反転入力端子と非反転入力端子と有し、オアゲートG2は、1対の非反転入力端子(以下、単に「入力端子」という)を有する。また、アンドゲートG1の反転入力端子とオアゲートG2の一方の入力端子は、電源制御IC25の出力端子に共通接続されると共に、アンドゲートG1の入力端子とオアゲートG2の他方の入力端子は、フォトカプラP2(図5参照)を介して充電統括制御回路40の選択信号用出力端子に接続されている。
The
充電統括制御回路40は、各個別充電回路21に対して「HIGH」と「LOW」の二値信号である待機信号及び選択信号を出力する。充電統括制御回路40のうち選択信号を出力する選択信号用出力端子は、前述の通りでフォトカプラP2を介してロジック回路26に接続されている。一方、充電統括制御回路40のうち待機信号を出力する待機信号用出力端子は、フォトカプラP1を介して電源制御IC25に接続されている。
The charge
充電統括制御回路40が出力する待機信号が「LOW」になると、電源制御IC25は、ロジック回路26への出力を「LOW」と「HIGH」とに交互に切り替える。このとき、選択信号が「LOW」になっていると、アンドゲートG1の出力が「LOW」に保持され、オアゲートG2の出力が「LOW」と「HIGH」とに切り替わる。これにより、第2スイッチ22がONに保持され、第1スイッチ23がONとOFFとに交互に切り替わり、個別充電回路21が、図6(A)に示した本発明に係る高電位側充電回路41(図6(A)参照)になって、当該セルB49の電力で高電位側セルB50を充電する。高電位側充電回路41に関しては次述する低電位側充電回路42と併せて後に詳説する。
When the standby signal output from the
一方、待機信号が「LOW」で選択信号が「HIGH」であると、オアゲートG2の出力が「HIGH」に保持され、アンドゲートG1の出力が「LOW」と「HIGH」とに切り替わる。これにより、第1スイッチ23がONに保持され、第2スイッチ22がONとOFFとに交互に切り替わり、個別充電回路21が図7(A)に示した本発明に係る低電位側充電回路42になって、当該セルB49の電力で低電位側セルB48を充電する。
On the other hand, when the standby signal is “LOW” and the selection signal is “HIGH”, the output of the OR gate G2 is held at “HIGH”, and the output of the AND gate G1 is switched between “LOW” and “HIGH”. As a result, the
また、充電統括制御回路40は、待機信号を「HIGH」にした場合には、選択信号を「LOW」にする。待機信号が「HIGH」になると、電源制御IC25は、ロジック回路26への出力を「LOW」に保持し、ロジック回路26が、電源制御IC25と充電統括制御回路40との両方から「LOW」の信号を受けることになる。これにより、アンドゲートG1とオアゲートG2の出力が共に「LOW」になり、第1と第2のスイッチ22,23が共にオフになって、昇圧用コイルL1等が当該セルB49から切り離される。
In addition, when the standby signal is set to “HIGH”, the charge
即ち、充電統括制御回路40が待機信号を「HIGH」、選択信号を「LOW」としたことが、充電を禁じる待機指令を個別充電回路21に付与したことになり、充電統括制御回路40が待機信号を「LOW」、選択信号を「LOW」としたことが、高電位側セルB50への充電を命ずる高電位側セル充電指令を個別充電回路21に付与したことになり、さらには、充電統括制御回路40が待機信号を「LOW」、選択信号を「HIGH」としたことが、低電位側セルB48への充電を命ずる低電位側セル充電指令を個別充電回路21に付与したことになる。
That is, when the charging
充電統括制御回路40から高電位側セル充電指令を受けた個別充電回路21は、前述の如く、図6(A)の高電位側充電回路41になる。この高電位側充電回路41は、図6(B)に整理して示されており、昇圧型のDC−DCコンバータであって以下のように動作する。即ち、第1スイッチ23がONすると当該セルB49から昇圧用コイルL1に電流が流れ、その電流は昇圧用コイルL1のインダクタンスにより徐々に大きくなる。そして、昇圧用コイルL1に流れる電流が飽和する前に第1スイッチ23がOFFし、電磁誘導により昇圧用コイルL1に急峻に大きな電流が流れ込んで昇圧用コイルL1の両端に当該セルB49の出力電圧より高い誘導電圧が発生し、その誘導電圧により昇圧用コイルL1と第1ダイオードD1と高電位側セルB50とを有する閉回路に電流が流れる。そして、この動作を繰り返すことで、個別充電回路21(高電位側充電回路41)は、当該セルB49を電源として高電位側セルB50を充電する。
The
上記した第1スイッチ23のON・OFF制御は、電源制御IC25によって行われる。ここで、全ての個別充電回路21の電源制御IC25には、本発明に係る基準電源電流の代用値である共通の基準電圧が設定されている。そして、電源制御IC25は、抵抗R1の両端末間電圧を当該セルB49から流出する電流の代用値として取り込み、基準電圧との偏差を求め、その偏差に基づいて第1スイッチ23のオンオフのDUTY比(例えば、ON DUTY比)を変更し、当該セルB49からの電流が基準電源電流になるようにフィードバック制御する。
The above-described ON / OFF control of the
充電統括制御回路40から低電位側セル充電指令を受けた個別充電回路21は、前述の如く、図7(A)の低電位側充電回路42になる。この低電位側充電回路42も、昇圧型のDC−DCコンバータであって(図7(B)参照)、前述の高電位側充電回路41と同じように動作し、当該セルB49を電源として低電位側セルB48を充電する。即ち、本実施形態の構成によれば、電源制御IC25は、高電位側充電回路41と低電位側充電回路42とを区別せずに制御することができる。
The
なお、前述した通り、バッテリーパック11(図2参照)のうち高電位側の端部のセルBに対応した個別充電回路21は、低電位側の隣のセルBのみを充電できればよいので、図4に示した個別充電回路21から第1ダイオードD1と第1スイッチ23とオアゲートG2とを排除した構成をなし、バッテリーパック11のうち低電位側の端部のセルBに対応した個別充電回路21は、高電位側の隣のセルBのみを充電できればよいので、図4に示した個別充電回路21から第2ダイオードD2と第2スイッチ22とアンドゲートG1とを排除した構成になっている。
As described above, the
充電統括制御回路40は、所定周期(例えば、10[msec])で図示しない電位差検出処理を繰り返して実行し、バッテリーパック11(図2参照)の複数のセルBのうちそれぞれ隣り合ったセルB同士の出力電圧差を求め、予め定められた許容電圧差と比較して、出力電圧差が許容電圧差を超えかつ隣り合っているセルBのペア(以下、「要充放電ペア」という)を特定する。そして、要充放電ペアのうち出力電圧が高いセルBを電源とする個別充電回路21に、高電位側セル充電指令か低電位側セル充電指令かを付与して、個別充電回路21を高電位側充電回路41か低電位側充電回路42かとして作動させ、要充放電ペアのうち出力電圧が低いセルBを充電させる。また、その充電の結果、要充放電ペアの両セルBの出力電圧差が許容電圧差より小さくなったら(即ち、要充放電ペアの両セルBの出力電圧が許容電圧差の範囲で同一になったら)、充電統括制御回路40から個別充電回路21に待機指令を付与して充電を停止させる。これにより、要充放電ペアであった1対のセルBの出力電圧が、それら両セルBの出力電圧の平均に近づけられる。
The charge
また、上述の処理が行われることで、例えば、当該セルB49が低電位側セルB48を充電したために当該セルB49と高電位側セルB50との出力電圧差が許容電圧差を超えた場合には、高電位側セルB50の電力で当該セルB49が充電されることになり、さらに、その結果、高電位側セルB50とその高電位側の隣のセルB51との出力電圧差が許容電圧差を超えた場合には、セルB51の電力でセルB50が充電されることになる。このように、複数のセルBが連動して充放電されることもあり、その結果、バッテリーパック11のセルB全体の出力電圧が均一化される。
In addition, when the above-described processing is performed, for example, when the cell B49 charges the low potential side cell B48, the output voltage difference between the cell B49 and the high potential side cell B50 exceeds the allowable voltage difference. Then, the cell B49 is charged by the power of the high potential side cell B50, and as a result, the output voltage difference between the high potential side cell B50 and the adjacent cell B51 on the high potential side becomes an allowable voltage difference. When it exceeds, cell B50 will be charged with the electric power of cell B51. Thus, the plurality of cells B may be charged and discharged in conjunction with each other, and as a result, the output voltage of the entire cell B of the
また、充電統括制御回路40は、複数のセルBのうち出力電圧が異常に低い第1のセルB(過放電状態に近いセルB)と、出力電圧が異常に高い第2のセルB(過充電状態に近いセルB)とが、それらの間に通常の出力電圧の第3のセルBを挟んだ状態で検出されたときには、それら第1、第2、第3のセルBに対応した全ての高電位側充電回路41又は全ての低電位側充電回路42を同時に作動させて、第2のセルBから第1のセルBへと第3のセルBを中継して電力を受け渡す。これにより、過放電状態に近い第1のセルBと、過充電状態に近い第2のセルBとを、早急に正常な状態に戻すことができる。このとき、高電位側充電回路41又は低電位側充電回路42の全ての電源制御IC25は、電源となる当該セルBから流出する電流を一定の基準電源電流になるように制御するので、電力の中継により第3のセルBの出力電圧の変動が抑えられる。
In addition, the
このように本実施形態の電圧バランス装置20では、相対的に出力電圧が高いセルBの電力を、出力電圧が低いセルBに補充して複数のセルBの出力電圧を均一化するので、従来のものに比べて、セルB群の出力電圧の均一化に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。また、高電位側充電回路41及び低電位側充電回路42は、昇圧型DC−DCコンバータであるので、トランスで電力変換するものに比べて効率良く、小型部品で充電を行うことができる。さらに、高電位側充電回路41及び低電位側充電回路42の間で、昇圧用コイルL1、電源制御IC25及びロジック回路26を共有したので電圧バランス装置20の低コスト化、小型化が図られる。しかも、高電位側充電回路41及び低電位側充電回路42は、電源となる当該セルBから流出する電流が、一定の基準電源電流になるように制御しているので、充電するセルBから充電されるセルBへと過剰な電流が流れ込む事態が防がれる。また、その基準電源電流は、複数の高電位側充電回路41及び複数の低電位側充電回路42の間で共通しているので、複数のセルBで順繰りに電力を受け渡すように充電を行うことができる。
As described above, in the
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1)前記実施形態の電圧バランス装置20では、高電位側充電回路41と低電位側充電回路42とが昇圧用コイルL1、抵抗R1、電源制御IC25等を共有していたが、高電位側充電回路41と低電位側充電回路42とを別個に切り離して備えた構成にしてもよい。
(1) In the
(2)前記電圧バランス装置20は、車両に搭載された二次電池群(セルB群)の保護に使用されていたが、それに限定されるものではなく、例えば、家電製品や医療機器等に備えた二次電池群の保護に使用してもよい。
(2) The
(3)前記実施形態では、1つのセルBを本発明に係る1つの二次電池として、それら各二次電池毎に個別充電回路21が設けられていたが、複数のセルBを並列又は直列接続してなるセルグループを本発明に係る1つの二次電池として、それら各二次電池毎に個別充電回路21を設けてもよい。
(3) In the embodiment, one cell B is used as one secondary battery according to the present invention, and the
10 バッテリー
20 電圧バランス装置
22 第2スイッチ
23 第1スイッチ
25 電源制御IC(第1スイッチ制御部、第2スイッチ制御部)
26 ロジック回路(第1スイッチ制御部、第2スイッチ制御部)
40 充電統括制御回路
41 高電位側充電回路
42 低電位側充電回路
B セル(二次電池)
D1 第1ダイオード
D2 第2ダイオード
L1 昇圧用コイル
DESCRIPTION OF
26 Logic circuit (first switch control unit, second switch control unit)
40 charging
D1 1st diode D2 2nd diode L1 Boosting coil
Claims (6)
前記複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の低電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の低電位側充電回路と、
隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら隣り合う二次電池のうち出力電圧が高い二次電池を前記電源とする前記高電位側充電回路又は前記低電位側充電回路を作動させて、出力電圧が低い前記二次電池を充電させる充電統括制御回路と、を有する電圧バランス装置。 It is provided corresponding to each of a plurality of secondary batteries connected in series, and the secondary battery adjacent to the high potential side of the secondary battery can be charged using the corresponding secondary battery as a power source. A plurality of high potential side charging circuits;
A plurality of low batteries provided corresponding to each of the plurality of secondary batteries and capable of charging a secondary battery adjacent to the low potential side of the secondary battery using the corresponding secondary battery as a power source. A potential side charging circuit;
When the output voltages of adjacent secondary batteries are different, the high-potential side charging circuit or the low-potential side charging circuit using the secondary battery having a high output voltage as the power source among the adjacent secondary batteries is operated. And a charge control circuit for charging the secondary battery having a low output voltage.
前記電源となる前記当該二次電池の負極と前記高電位側の隣の二次電池である高電位側二次電池の正極との間に接続され、前記当該二次電池の負極側から第1スイッチ素子、第1ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第1ダイオードのアノードが前記第1スイッチ素子側に配置された第1スイッチ・コイル回路と、前記第1ダイオードのアノードと前記高電位側二次電池の負極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第1スイッチ素子をオンオフする第1スイッチ制御部と、を有する昇圧型DC−DCコンバータであり、
前記低電位側充電回路は、
前記電源となる前記当該二次電池の正極と前記低電位側の隣の二次電池である低電位側二次電池の負極との間に接続され、前記当該二次電池の正極側から第2スイッチ素子、第2ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第2ダイオードのカソードが前記第2スイッチ素子側に配置された第2スイッチ・コイル回路と、前記第2ダイオードのカソードと前記低電位側二次電池の正極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第2スイッチ素子をオンオフする第2スイッチ制御部と、を有する昇圧型DC−DCコンバータである請求項1に記載の電圧バランス装置。 The high potential side charging circuit includes:
Connected between the negative electrode of the secondary battery serving as the power source and the positive electrode of a high potential side secondary battery that is the secondary battery adjacent to the high potential side, and the first from the negative electrode side of the secondary battery A first switch coil circuit in which a switch element and a first diode are arranged in series in order and an anode of the first diode is disposed on the first switch element side; an anode of the first diode; A step-up DC-DC converter having a step-up coil connected between a negative electrode of a secondary battery and a first switch control unit for turning on and off the first switch element;
The low potential side charging circuit is:
Connected between the positive electrode of the secondary battery serving as the power source and the negative electrode of the low-potential side secondary battery, which is the secondary battery adjacent to the low-potential side, and second from the positive electrode side of the secondary battery. A second switch coil circuit in which a switch element and a second diode are arranged in series in order, and a cathode of the second diode is arranged on the second switch element side; a cathode of the second diode; 2. The voltage balance device according to claim 1, wherein the voltage balance device is a step-up DC-DC converter having a step-up coil connected between a positive electrode of a secondary battery and a second switch control unit that turns on and off the second switch element. .
前記第1ダイオードは、アノードが前記第1スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、カソードが前記高電位側二次電池の正極に接続され、
前記第2ダイオードは、カソードが前記第2スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、アノードが前記低電位側二次電池の負極に接続され、
前記第2スイッチ素子がオフ状態で前記第1スイッチ素子がオンオフされることで前記低電位側充電回路が停止状態で前記高電位側充電回路が作動し、前記第1スイッチ素子がオフ状態で前記第2スイッチ素子がオンオフされることで前記高電位側充電回路が停止状態で前記低電位側充電回路が作動する請求項2に記載の電圧バランス装置。 The high-potential side charging circuit and the low-potential side charging circuit shared by the secondary battery serving as a power source are connected between a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery and are connected to the first switch from the negative electrode side. Sharing a double switch coil circuit in which the element, the step-up coil and the second switch element are arranged in series,
The first diode has an anode connected to a common connection portion between the first switch element and the boosting coil, and a cathode connected to a positive electrode of the high potential side secondary battery,
The second diode has a cathode connected to a common connection portion between the second switch element and the boosting coil, and an anode connected to a negative electrode of the low potential side secondary battery,
When the second switch element is turned off and the first switch element is turned on and off, the low potential side charging circuit is stopped and the high potential side charging circuit is operated. When the first switch element is turned off and the 3. The voltage balance device according to claim 2, wherein the low potential side charging circuit operates while the high potential side charging circuit is stopped by turning on and off the second switch element.
その電流制御手段は、前記電源となる前記当該二次電池と前記昇圧用コイルとを含む閉回路に設けられた電流検出用抵抗と、前記第1スイッチ制御部及び前記第2スイッチ制御部とからなり、
前記第1スイッチ制御部及び前記第2スイッチ制御部が、前記基準電源電流の代用値である基準電圧と、前記当該二次電池からの電流の代用値である前記電流検出用抵抗の端末間電圧との偏差に基づいて前記第1スイッチ素子のオンオフのDUTY比を変更し、前記当該二次電池からの電流が前記基準電源電流となるようにフィードバック制御する請求項3に記載の電圧バランス装置。 A common reference power supply current is preset in the plurality of high potential side charging circuits and the plurality of low potential side charging circuits, and a current flowing out from the secondary battery serving as the power supply is the reference power supply. Current control means for controlling to become current is provided,
The current control means includes: a current detection resistor provided in a closed circuit including the secondary battery serving as the power source and the boosting coil; and the first switch control unit and the second switch control unit. Become
The first switch control unit and the second switch control unit have a reference voltage that is a substitute value of the reference power supply current and a terminal voltage of the current detection resistor that is a substitute value of the current from the secondary battery. 4. The voltage balance device according to claim 3, wherein the ON / OFF DUTY ratio of the first switch element is changed on the basis of the deviation of the first switch element and feedback control is performed so that a current from the secondary battery becomes the reference power supply current.
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