JP2017208983A - Composite battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉛蓄電池とリチウムイオン二次電池とから成る複合電池を用いた複合電池システムに関する。 The present invention relates to a composite battery system using a composite battery comprising a lead storage battery and a lithium ion secondary battery.
化石燃料を駆動エネルギの主体とする従来の自動車は、その排気ガスによって地球環境に悪影響を与えている。これに対して、排気ガスを出さない電気自動車、もしくは著しくその排出量を低減したハイブリッド自動車をより多く使用することが、環境改善の点から大きく期待され、また、夜間の余剰電力の有効利用の点からも推奨されている。さらに、電力供給の安定化のために分散型の電力貯蔵システムを備えることが望まれている。 Conventional automobiles mainly using fossil fuel as driving energy have an adverse effect on the global environment due to the exhaust gas. On the other hand, the use of more electric vehicles that do not emit exhaust gas or hybrid vehicles that significantly reduce their emissions is greatly expected from the viewpoint of environmental improvement, and effective use of surplus power at night is also expected. It is also recommended from a point of view. Furthermore, it is desired to provide a distributed power storage system for stabilizing the power supply.
一方、従来の鉛蓄電池は、非常に重いため重量あたりの保有エネルギが小さいという課題があり、この課題を解決するために、性質の異なる2種類の二次電池を組み合わせた複合電池が開示されている。例えば、特許文献1には、鉛蓄電池とリチウムイオン二次電池とを並列接続することによって、重量あたりの保有エネルギを大きくすることができると共に、特に低温パワー性能を向上させることができる複合電池が開示されている。 On the other hand, the conventional lead-acid battery has a problem that the stored energy per weight is small because it is very heavy, and in order to solve this problem, a composite battery in which two types of secondary batteries having different properties are combined is disclosed. Yes. For example, Patent Document 1 discloses a composite battery that can increase the retained energy per weight by connecting a lead storage battery and a lithium ion secondary battery in parallel, and can particularly improve low-temperature power performance. It is disclosed.
従来のリチウムイオン二次電池は、過充電などにより破裂、発火、爆発の危険があるため、保護スイッチや保護回路が必要であるという課題があり、複合電池を構成することによって鉛蓄電池がリチウムイオン二次電池の過充電を吸収することができるものの、安全性に冗長性を持たせるために従来通り保護スイッチや保護回路を設けるのが一般的であった。特許文献1には、回路部に実装された保護回路が、リチウムイオン二次電池などの補助バッテリの電圧、電流、温度等を監視して、異常時には回路を遮断することが開示されている。 Conventional lithium-ion secondary batteries have a risk of explosion, fire, and explosion due to overcharge, etc., and therefore there is a problem that a protection switch and a protection circuit are necessary. Although it is possible to absorb the overcharge of the secondary battery, it has been common to provide a protection switch and a protection circuit as usual in order to provide redundancy for safety. Patent Document 1 discloses that a protection circuit mounted on a circuit unit monitors the voltage, current, temperature, and the like of an auxiliary battery such as a lithium ion secondary battery, and shuts off the circuit when an abnormality occurs.
しかしながら、リチウムイオン二次電池に設けられた各センサが故障することは想定されてなく、その場合には、保護回路がリチウムイオン二次電池の回路を遮断できないという問題があった。 However, it is not expected that each sensor provided in the lithium ion secondary battery will fail, and in that case, there is a problem that the protection circuit cannot shut off the circuit of the lithium ion secondary battery.
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことが可能な複合電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a conventional problem, and the object of the present invention is, even when a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor or the like provided in a lithium ion secondary battery fails, It is an object of the present invention to provide a composite battery system that can maintain safety, improve user convenience, and save time and effort for system construction.
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等とは別に、各複合電池にその電圧値を検出する電圧検出器を設置し、その電圧検出器からの信号によって複合電池ユニットのユニット断路器を開閉し、複合電池ユニット単位で電気的に切り離すことによって、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができることを見出した。 In order to achieve the above object, the present inventor has conducted extensive research, and as a result, in addition to the voltage sensor, current sensor, temperature sensor, etc. provided in the lithium ion secondary battery, the voltage value is assigned to each composite battery. The voltage provided to the lithium ion secondary battery by installing a voltage detector to detect, opening and closing the unit disconnector of the composite battery unit according to the signal from the voltage detector, and electrically disconnecting in units of the composite battery unit It has been found that safety can be maintained even when a sensor, a current sensor, a temperature sensor, or the like fails.
また、本発明者は、ユーザがアクセスする必要がある機器を複数の複合電池ユニットを収納するための筐体の外部に配置することによって、ユーザの利便性を高めることができることを見出し、本発明に至ったものである。 Further, the present inventor has found that the convenience of the user can be improved by arranging the device that the user needs to access outside the housing for housing the plurality of composite battery units. Has been reached.
即ち、本発明は、互いに直列および/または並列に接続された複数の複合電池と複数の複合電池を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器とをそれぞれ備え、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニットと、複数のユニット断路器のそれぞれに接続された複合電池制御ユニットと、を有し、複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、サブモジュールは、互いに直列および/または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、複合電池制御ユニットは、電圧検出器からの信号によってユニット断路器を開閉し、サブモジュール制御装置は、サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、サブモジュール断路器を開閉する複合電池システムを提供するものである。 That is, the present invention includes a plurality of composite batteries connected in series and / or in parallel with each other and a unit disconnector capable of electrically disconnecting the plurality of composite batteries, respectively, and a plurality of power supplies connected in parallel to each other. A composite battery unit and a composite battery control unit connected to each of the plurality of unit disconnectors, each of the plurality of composite batteries, a sub-module, a lead storage battery connected in parallel to the sub-module, A voltage detector for detecting a voltage value of each composite battery, and the submodule includes a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series and / or in parallel with each other, and a plurality of lithium ion secondary batteries A sub-module disconnector that can be electrically disconnected, and a sub-module controller connected to the sub-module disconnector, and a composite battery control The knit opens and closes the unit disconnector in response to a signal from the voltage detector, and the sub-module control device has at least one of over-temperature, over-current, over-charge and over-discharge in each lithium ion secondary battery constituting the sub-module. The present invention provides a composite battery system that opens and closes a sub-module disconnector when it is detected.
ここで、上記においては、さらに、複数の複合電池ユニットを収納するための筐体と、外部機器を接続するための接続端子と、ユニット断路器と接続端子との間に接続されたブレーカと、を有し、複合電池制御ユニット、接続端子およびブレーカは、筐体の外部に配置されるのが好ましい。
サブモジュール制御装置は、サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、そのサブモジュールを構成する複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すように、そのサブモジュールに対応するサブモジュール断路器を動作させ、複合電池制御ユニットは、電圧検出器によって過充電および過放電の少なくとも1つが検出された場合に、その電圧検出器を備えた複合電池と同じ複合電池ユニットに含まれる複数の複合電池を電気的に切り離すように、その複合電池ユニットに対応するユニット断路器を動作させるのが好ましい。
サブモジュール断路器、サブモジュール制御装置および電圧検出器の耐電圧は、複合電池の最大電圧よりも高くかつ複合電池システムの最大電圧よりも低いのが好ましい。
Here, in the above, a housing for housing a plurality of composite battery units, a connection terminal for connecting an external device, a breaker connected between the unit disconnector and the connection terminal, The composite battery control unit, the connection terminal, and the breaker are preferably disposed outside the housing.
When at least one of overtemperature, overcurrent, overcharge, and overdischarge is detected in each lithium ion secondary battery that constitutes the submodule, the submodule control device includes a plurality of lithium ion secondary batteries that constitute the submodule. The sub-module disconnector corresponding to the sub-module is operated so as to electrically disconnect the secondary battery, and the composite battery control unit detects that at least one of overcharge and overdischarge is detected by the voltage detector. It is preferable to operate the unit disconnector corresponding to the composite battery unit so as to electrically disconnect a plurality of composite batteries included in the same composite battery unit as the composite battery including the voltage detector.
The withstand voltages of the submodule disconnector, the submodule controller and the voltage detector are preferably higher than the maximum voltage of the composite battery and lower than the maximum voltage of the composite battery system.
本発明によれば、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことができる。 According to the present invention, safety can be maintained even when a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor, or the like provided in a lithium ion secondary battery fails, and the convenience of the user is improved and the time and labor for system construction are increased. And save time.
以下に、本発明の複合電池システムを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の複合電池システムを示すブロック図であり、図2は、図1の複合電池システムを構成する複合電池を示すブロック図である。 Hereinafter, a composite battery system of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a composite battery system of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a composite battery constituting the composite battery system of FIG.
本発明の複合電池システム10は、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニット20と、複合電池制御ユニット22と、を有する。複数の複合電池ユニット20のそれぞれは、互いに直列および/または並列に接続された複数の複合電池30と、複数の複合電池30を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器32と、を備えるものである。複合電池制御ユニット22は、複数のユニット断路器32のそれぞれに接続されるものである。一例として、図1には、互いに並列に接続された3つの複合電池ユニット20、および4つ直列に6つ並列に接続された24個の複合電池30が示されている。
The
複数の複合電池30のそれぞれは、サブモジュール40と、サブモジュール40に並列に接続された鉛蓄電池52と、各複合電池30の電圧値を検出するための電圧検出器54と、を備えるものである。サブモジュール40は、互いに直列および/または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池42と、複数のリチウムイオン二次電池42を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器44と、サブモジュール断路器44に接続されたサブモジュール制御装置46と、を備えるものである。本発明のサブモジュール40を構成する複数のリチウムイオン二次電池42は、リチウムイオン二次電池セルを含んでも良い。本発明の複合電池30を構成する鉛蓄電池52は、互いに直列および/または並列に接続された複数の鉛蓄電池でも良い。
Each of the plurality of
複合電池制御ユニット22は、電圧検出器54からの信号によってユニット断路器32を開閉するものである。サブモジュール制御装置46は、サブモジュール40を構成する各リチウムイオン二次電池42で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、サブモジュール断路器44を開閉するものである。
The composite
例えば、複合電池30の中のサブモジュール40として、定格電圧が24Vになるように接続した複数のリチウムイオン二次電池42をそれぞれ備えた2つのサブモジュール40を並列に接続して使用することができる。また、複合電池30の中の鉛蓄電池52として、互いに直列に接続した定格電圧12Vの2つの鉛蓄電池を2組並列に接続して使用することができる。
For example, as the
過温度としては、例えば、61℃以上または0℃以下を検知するように設定され、過電流としては、例えば、81〜117A以上を検知するように設定され、過充電としては、例えば、単セル当たり4.2V以上を検知するように設定され、過放電としては、例えば、単セル当たり2.4V以下を検知するように設定される。 The overtemperature is set to detect, for example, 61 ° C. or more or 0 ° C. or less, the overcurrent is set to detect, for example, 81 to 117 A or more, and the overcharge is, for example, a single cell For example, the overdischarge is set to detect 2.4 V or less per unit cell.
このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができる。 With such a configuration, the composite battery system of the present invention can maintain safety even when a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor, or the like provided in the lithium ion secondary battery fails.
本発明の複合電池システム10は、さらに、筐体62と、接続端子64と、ブレーカ66と、を有しても良い。筐体62は、複数の複合電池ユニット20を収納するためのものである。接続端子64は、外部機器70を接続するためのものである。ブレーカ66は、ユニット断路器32と接続端子64との間に接続されるものである。複合電池制御ユニット22、接続端子64およびブレーカ66は、筐体62の外部に配置される。外部機器70は、例えばPCS(Power Conditioning System)である。
The
即ち、複合電池制御ユニット22が筐体62の外部に配置されている方が、ソフト変更やプログラム入力の時にアクセスし易い。接続端子64が筐体62の外部に配置されている方が、接続端子64に外部機器70を接続し易い。ブレーカ66が筐体62の外部に配置されている方が、手動で複合電池システム10を切り離す時にアクセスし易い。このような構成とすることで、ユーザの利便性を高めることができる。
That is, when the composite
本発明の複合電池システム10のサブモジュール制御装置46は、サブモジュール40を構成する各リチウムイオン二次電池42で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、そのサブモジュール40を構成する複数のリチウムイオン二次電池42を電気的に切り離すように、そのサブモジュール40に対応するサブモジュール断路器44を動作させても良い。
The
また、複合電池制御ユニット22は、電圧検出器54によって過充電および過放電の少なくとも1つが検出された場合に、その電圧検出器54を備えた複合電池30と同じ複合電池ユニット20に含まれる複数の複合電池30を電気的に切り離すように、その複合電池ユニット20に対応するユニット断路器32を動作させても良い。その場合、残りの複合電池ユニット20は、継続して使用することができる。
The composite
このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができる。 With such a configuration, the composite battery system of the present invention can maintain safety even when a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor, or the like provided in the lithium ion secondary battery fails.
本発明の複合電池システム10は、互いに直列および/または並列に接続された複数の複合電池30を有する。複数の複合電池30のそれぞれは、サブモジュール40と、サブモジュール40に並列に接続された鉛蓄電池52と、各複合電池30の電圧値を検出するための電圧検出器54と、を備えるものである。サブモジュール40は、互いに直列および/または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池42と、複数のリチウムイオン二次電池42を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器44と、サブモジュール断路器44に接続されたサブモジュール制御装置46と、を備えるものである。
The
サブモジュール制御装置46は、サブモジュール40を構成する各リチウムイオン二次電池42で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、サブモジュール断路器44を開閉するものである。サブモジュール断路器44、サブモジュール制御装置46および電圧検出器54の耐電圧は、複合電池30の最大電圧よりも高くかつ複合電池システム10の最大電圧よりも低い。
The
通常、リチウムイオン二次電池を備えたシステムの電気回路の耐電圧は、そのシステムの最大電圧よりも高い必要がある。しかしながら、複合電池30では、常に鉛蓄電池52が電源として複合電池30の最大電圧を規制しているので、複合電池システム10の電気回路の耐電圧は、複合電池30の最大電圧よりも高くかつ複合電池システム10の最大電圧よりも低くすることができる。例えば、サブモジュール断路器44、サブモジュール制御装置46および電圧検出器54の耐電圧は、50V未満であり、複合電池30の最大電圧28.8Vよりも高くかつシステム電圧72〜1000Vよりも低い。
Usually, the withstand voltage of an electric circuit of a system including a lithium ion secondary battery needs to be higher than the maximum voltage of the system. However, in the
このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、システム構築の度にシステム電圧を考慮して電気回路を設計する必要がないので、システム構築の手間と時間を省くことができる。
本発明の複合電池システムは、基本的に以上のように構成される。
By adopting such a configuration, the composite battery system of the present invention does not need to design an electric circuit in consideration of the system voltage every time the system is constructed, so that it is possible to save time and effort for system construction.
The composite battery system of the present invention is basically configured as described above.
以上、本発明の複合電池システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。 The composite battery system of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above description, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. .
本発明の複合電池システムは、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことができるという効果があるので、産業上有用である。 The composite battery system of the present invention can maintain safety even when a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor or the like provided in a lithium ion secondary battery breaks down, and enhances user convenience and system construction. This is industrially useful because it can save labor and time.
10 複合電池システム
20 複合電池ユニット
22 複合電池制御ユニット
30 複合電池
32 ユニット断路器
40 サブモジュール
42 リチウムイオン二次電池
44 サブモジュール断路器
46 サブモジュール制御装置
52 鉛蓄電池
54 電圧検出器
62 筐体
64 接続端子
66 ブレーカ
70 外部機器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の前記ユニット断路器のそれぞれに接続された複合電池制御ユニットと、を有し、
前記複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、前記サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、
前記サブモジュールは、互いに直列および/または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、前記複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、前記サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、
前記複合電池制御ユニットは、前記電圧検出器からの信号によって前記ユニット断路器を開閉し、
前記サブモジュール制御装置は、前記サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、前記サブモジュール断路器を開閉する複合電池システム。 A plurality of composite battery units connected in parallel with each other, each comprising a plurality of composite batteries connected in series and / or in parallel and a unit disconnector capable of electrically disconnecting the plurality of composite batteries;
A composite battery control unit connected to each of the plurality of unit disconnectors,
Each of the plurality of composite batteries includes a sub module, a lead storage battery connected in parallel to the sub module, and a voltage detector for detecting a voltage value of each composite battery,
The submodule includes a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series and / or in parallel to each other, a submodule disconnector capable of electrically disconnecting the plurality of lithium ion secondary batteries, and the submodule. A sub-module control device connected to the disconnector,
The composite battery control unit opens and closes the unit disconnector by a signal from the voltage detector,
The sub-module control device is a composite that opens and closes the sub-module disconnector when at least one of over-temperature, over-current, over-charge and over-discharge is detected in each lithium ion secondary battery constituting the sub-module. Battery system.
前記複合電池制御ユニット、前記接続端子および前記ブレーカは、前記筐体の外部に配置される請求項1に記載の複合電池システム。 Furthermore, a housing for storing the plurality of composite battery units, a connection terminal for connecting an external device, and a breaker connected between the unit disconnector and the connection terminal,
The composite battery system according to claim 1, wherein the composite battery control unit, the connection terminal, and the breaker are disposed outside the housing.
前記複合電池制御ユニットは、前記電圧検出器によって過充電および過放電の少なくとも1つが検出された場合に、その電圧検出器を備えた複合電池と同じ複合電池ユニットに含まれる複数の複合電池を電気的に切り離すように、その複合電池ユニットに対応するユニット断路器を動作させる請求項1または2に記載の複合電池システム。 The submodule control device is configured to detect a plurality of lithium ions constituting a submodule when at least one of overtemperature, overcurrent, overcharge and overdischarge is detected in each lithium ion secondary battery constituting the submodule. Operate the sub-module disconnector corresponding to the sub-module so as to electrically disconnect the ion secondary battery,
When at least one of overcharge and overdischarge is detected by the voltage detector, the composite battery control unit electrically connects a plurality of composite batteries included in the same composite battery unit as the composite battery including the voltage detector. The combined battery system according to claim 1 or 2, wherein the unit disconnector corresponding to the combined battery unit is operated so as to be disconnected.
前記複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、前記サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、
前記サブモジュールは、互いに直列および/または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、前記複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、前記サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、
前記サブモジュール制御装置は、前記サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも1つが検知された場合に、前記サブモジュール断路器を開閉し、
前記サブモジュール断路器、前記サブモジュール制御装置および前記電圧検出器の耐電圧は、前記複合電池の最大電圧よりも高くかつ前記複合電池システムの最大電圧よりも低い複合電池システム。 A composite battery system having a plurality of composite batteries connected in series and / or in parallel with each other,
Each of the plurality of composite batteries includes a sub module, a lead storage battery connected in parallel to the sub module, and a voltage detector for detecting a voltage value of each composite battery,
The submodule includes a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series and / or in parallel to each other, a submodule disconnector capable of electrically disconnecting the plurality of lithium ion secondary batteries, and the submodule. A sub-module control device connected to the disconnector,
The submodule control device opens and closes the submodule disconnector when at least one of overtemperature, overcurrent, overcharge and overdischarge is detected in each lithium ion secondary battery constituting the submodule,
A combined battery system in which a withstand voltage of the submodule disconnector, the submodule control device, and the voltage detector is higher than a maximum voltage of the composite battery and lower than a maximum voltage of the composite battery system.
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