JP2021132517A - Switching device, power storage system including switching device, vehicle including power storage system, and switching method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、切替装置、その装置を含む蓄電システム、そのシステムを含む車両、及び、切替方法に関する。 The present disclosure relates to a switching device, a power storage system including the device, a vehicle including the system, and a switching method.
車両を始め、種々の電気装置及び電気設備において、蓄電池(以下、バッテリという)が使用されている。例えば、PHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle)又はEV(Electric Vehicle)等の車両には、車載バッテリ、車載充電器、DC/DCコンバータ及び電力変換ユニットが搭載されている。これにより、系統の交流電力を直流電力に変換して車載バッテリを充電し、走行時等には、車載バッテリの出力電圧を適切な電圧に変換し、車両内部の各機器に供給できる。 Storage batteries (hereinafter referred to as batteries) are used in various electric devices and equipment including vehicles. For example, a vehicle such as a PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) or an EV (Electric Vehicle) is equipped with an in-vehicle battery, an in-vehicle charger, a DC / DC converter, and a power conversion unit. As a result, the AC power of the system can be converted into DC power to charge the in-vehicle battery, and the output voltage of the in-vehicle battery can be converted into an appropriate voltage and supplied to each device inside the vehicle during traveling or the like.
車載バッテリの充電時間を短縮するためには、より高い電圧で充電することが好ましい。したがって、現在一般に使用されている車載バッテリの充電器(例えば400V)よりも高圧(例えば800V)の充電器が、今後使用されることが予想される。将来的には、より高圧の充電器に統一されるとしても、過渡的には充電電圧が異なる2種類の充電器が混在することになる。これに対応するために、車両に複数の車載バッテリを備え、低圧で充電する場合には複数の車載バッテリを並列接続し、高圧で充電する場合には、複数の車載バッテリを直列に接続することが考えられる。 In order to shorten the charging time of the in-vehicle battery, it is preferable to charge the vehicle at a higher voltage. Therefore, it is expected that a charger having a higher voltage (for example, 800V) than the charger for an in-vehicle battery currently generally used (for example, 400V) will be used in the future. In the future, even if the chargers are unified to higher voltage, two types of chargers with different charging voltages will be mixed transiently. To deal with this, the vehicle should be equipped with multiple in-vehicle batteries, and multiple in-vehicle batteries should be connected in parallel when charging at low voltage, and multiple in-vehicle batteries should be connected in series when charging at high voltage. Can be considered.
また、これ以外にも、複数の蓄電モジュールを直列接続又は並列接続に切替可能とした蓄電システムが知られている。リレーを用いて複数のバッテリを直列及び並列に切替える場合、複数のバッテリ間に電圧のアンバランス(不均衡)が存在していれば、そのままリレーを切替えると、短絡電流が流れることによるエネルギー損失が生じる。また、接点においてアークが発生し、リレーの寿命が低下する問題もある。これらを解決するために、下記特許文献1及び2には、複数の蓄電池モジュールの電圧を均等化する蓄電システムが開示されている。特許文献1に開示された蓄電システムでは、車載充電器を用いて複数のバッテリ間で放電を行い、複数のバッテリの電圧を均衡させる。特許文献2に開示された蓄電システムでは、充電器でバッテリを充電し、又は、負荷により放電を行い、複数のバッテリの電圧を均衡させる。 In addition to this, there is known a power storage system in which a plurality of power storage modules can be switched between series connection and parallel connection. When switching multiple batteries in series or in parallel using a relay, if there is a voltage imbalance between the multiple batteries, if the relay is switched as it is, energy loss due to short-circuit current flowing will occur. Occurs. There is also a problem that an arc is generated at the contacts and the life of the relay is shortened. In order to solve these problems, the following Patent Documents 1 and 2 disclose a power storage system that equalizes the voltages of a plurality of storage battery modules. In the power storage system disclosed in Patent Document 1, an in-vehicle charger is used to discharge between a plurality of batteries to balance the voltages of the plurality of batteries. In the power storage system disclosed in Patent Document 2, a battery is charged by a charger or discharged by a load to balance the voltages of a plurality of batteries.
しかし、特許文献1においては、車載充電器にバッテリの充放電機能に加えてリレーを追加することが必要であり、コストアップの要因となる問題がある。また、複数のバッテリの電圧を均衡化するために、複雑な電力変換器の制御が必要であり、制御及び機能が複雑になる問題がある。特許文献2においては、物理的に外部充電器との接続が必要であり、外部との通信制御も必要になり、煩雑である。負荷でバッテリの電圧を均衡化する場合には、無駄なエネルギー損失が発生する問題がある。 However, in Patent Document 1, it is necessary to add a relay in addition to the battery charging / discharging function to the in-vehicle charger, which causes a problem of increasing the cost. Further, in order to balance the voltages of a plurality of batteries, it is necessary to control a complicated power converter, and there is a problem that the control and the function become complicated. In Patent Document 2, it is necessary to physically connect to an external charger, and it is also necessary to control communication with the outside, which is complicated. When the voltage of the battery is balanced by the load, there is a problem that wasteful energy loss occurs.
したがって、本開示は、複数のバッテリを並列接続する際に、リレー等のスイッチによるエネルギー損失の発生、及び、スイッチの寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる切替装置、その装置を含む蓄電システム、そのシステムを含む車両、及び、切替方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure can suppress the occurrence of energy loss due to a switch such as a relay and the decrease in the life of the switch when connecting a plurality of batteries in parallel, and can balance the voltages of the plurality of batteries by simple control. It is an object of the present invention to provide an apparatus, a power storage system including the apparatus, a vehicle including the system, and a switching method.
本開示のある局面に係る切替装置は、複数のバッテリの接続状態を、当該複数のバッテリが並列接続された第1状態と第1状態以外の第2状態との間で切替える切替部と、切替部を制御する制御部と、複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する検出部とを含み、制御部は、検出部により検出される電流値、及び、第1しきい値に基づいて、複数のバッテリの接続状態が第1状態又は第2状態になるように切替部を制御する。 The switching device according to a certain aspect of the present disclosure switches between a switching unit that switches the connection state of a plurality of batteries between a first state in which the plurality of batteries are connected in parallel and a second state other than the first state. The control unit includes a control unit that controls the unit and a detection unit that detects the current value of the circulating current flowing through the closed circuit formed by connecting a plurality of batteries in parallel, and the control unit is the current detected by the detection unit. Based on the value and the first threshold value, the switching unit is controlled so that the connection state of the plurality of batteries becomes the first state or the second state.
本開示の別の局面に係る蓄電システムは、複数のバッテリと、当該複数のバッテリの相互間の接続状態を切替える上記の切替装置とを含む。 A power storage system according to another aspect of the present disclosure includes a plurality of batteries and the above-mentioned switching device for switching a connection state between the plurality of batteries.
本開示のさらに別の局面に係る車両は、上記の蓄電システムと、複数のバッテリから電力が供給される駆動装置とを含む。 Vehicles according to yet another aspect of the present disclosure include the power storage system described above and a drive unit powered by a plurality of batteries.
本開示のさらに別の局面に係る切替方法は、複数のバッテリの接続状態を切替える切替方法であって、複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する第1ステップと、第1ステップにより検出される電流値、及び、第1しきい値に基づいて、複数のバッテリの接続状態を、当該複数のバッテリが並列接続された第1状態と第1状態以外の第2状態との間で切替える第2ステップとを含み、第1ステップ及び第2ステップを繰返す。 The switching method according to still another aspect of the present disclosure is a switching method for switching the connection state of a plurality of batteries, in which the current value of the circulating current flowing through the closed circuit formed by connecting the plurality of batteries in parallel is used. Based on the first step to be detected, the current value detected by the first step, and the first threshold value, the connection states of the plurality of batteries are determined by the first state and the first state in which the plurality of batteries are connected in parallel. The first step and the second step are repeated, including a second step of switching between the second state other than the first state.
本開示によれば、複数のバッテリを並列接続する際に、リレー等のスイッチによるエネルギー損失の発生、及び、スイッチの寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる。 According to the present disclosure, when a plurality of batteries are connected in parallel, it is possible to suppress the occurrence of energy loss due to a switch such as a relay and the decrease in the life of the switch, and it is possible to balance the voltages of the plurality of batteries by simple control.
[本開示の実施形態の説明]
本開示の実施形態の内容を列記して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組合せてもよい。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
The contents of the embodiments of the present disclosure will be listed and described. At least a part of the embodiments described below may be arbitrarily combined.
(1)本開示の第1の局面に係る切替装置は、複数のバッテリの接続状態を、当該複数のバッテリが並列接続された第1状態と第1状態以外の第2状態との間で切替える切替部と、切替部を制御する制御部と、複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する検出部とを含み、制御部は、検出部により検出される電流値、及び、第1しきい値に基づいて、複数のバッテリの接続状態が第1状態又は第2状態になるように切替部を制御する。 (1) The switching device according to the first aspect of the present disclosure switches the connection state of a plurality of batteries between a first state in which the plurality of batteries are connected in parallel and a second state other than the first state. The control unit includes a switching unit, a control unit that controls the switching unit, and a detection unit that detects the current value of the circulating current flowing through the closed circuit formed by connecting a plurality of batteries in parallel. The switching unit is controlled so that the connection state of the plurality of batteries becomes the first state or the second state based on the current value detected by the above and the first threshold value.
これにより、複数のバッテリを並列接続する際に、過大な循環電流の発生を抑制できる。したがって、切替部によるエネルギー損失、及び、切替部の寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる。 As a result, when a plurality of batteries are connected in parallel, it is possible to suppress the generation of an excessive circulating current. Therefore, the energy loss due to the switching unit and the decrease in the life of the switching unit can be suppressed, and the voltages of a plurality of batteries can be balanced by simple control.
(2)好ましくは、制御部は、複数のバッテリが直列接続されるように切替部をさらに制御し、第1状態において、並列接続された複数のバッテリの両端に第1電圧が印加され、直列接続された複数のバッテリの両端に、第1電圧よりも大きい第2電圧が印加される。これにより、充電電圧が異なる2種類の充電器に対応できる。 (2) Preferably, the control unit further controls the switching unit so that a plurality of batteries are connected in series, and in the first state, a first voltage is applied to both ends of the plurality of batteries connected in parallel, and the first voltage is applied in series. A second voltage larger than the first voltage is applied to both ends of the plurality of connected batteries. This makes it possible to support two types of chargers having different charging voltages.
(3)より好ましくは、制御部は、電流値が第1しきい値以下であれば、複数のバッテリの接続状態が第1状態になるように、切替部を制御し、電流値が第1しきい値より大きければ、複数のバッテリの接続状態が第2状態になるように、切替部を制御する。これにより、複数のバッテリを並列接続する場合に過大な循環電流の発生を容易に抑制できる。 More preferably, the control unit controls the switching unit so that the connection state of the plurality of batteries is in the first state when the current value is equal to or less than the first threshold value, and the current value is the first. If it is larger than the threshold value, the switching unit is controlled so that the connection state of the plurality of batteries becomes the second state. As a result, it is possible to easily suppress the generation of an excessive circulating current when a plurality of batteries are connected in parallel.
(4)さらに好ましくは、制御部は、複数のバッテリの電圧差が第2しきい値以下であるか否かを判定し、電圧差が第2しきい値以下であると判定したことを受けて、切替部の制御を停止する。これにより、複数のバッテリの電圧が均衡化された後に無駄な制御が行なわれることによるエネルギー損失を抑制できる。 (4) More preferably, the control unit determines whether or not the voltage difference between the plurality of batteries is equal to or less than the second threshold value, and receives the determination that the voltage difference is equal to or less than the second threshold value. Then, the control of the switching unit is stopped. As a result, energy loss due to unnecessary control after the voltages of the plurality of batteries are balanced can be suppressed.
(5)好ましくは、第1しきい値は、切替部の寿命及びエネルギー損失の少なくとも一方に基づいて設定される。これにより、切替部の寿命に影響を及ぼす過大な循環電流が流れることを適切に抑制できる。 (5) Preferably, the first threshold value is set based on at least one of the life of the switching unit and the energy loss. As a result, it is possible to appropriately suppress the flow of an excessive circulating current that affects the life of the switching unit.
(6)より好ましくは、切替部は、半導体スイッチング素子を含み、制御部は、半導体スイッチング素子をオンすることにより、複数のバッテリの接続状態を第1状態にし、半導体スイッチング素子をオフすることにより、複数のバッテリの接続状態を第2状態にする。これにより、複数のバッテリの接続状態を高速に切替えることができ、急峻に増大する循環電流を適切に抑制できる。また、低消費電力の切替装置を実現できる。 (6) More preferably, the switching unit includes a semiconductor switching element, and the control unit turns on the semiconductor switching element to set the connection state of a plurality of batteries to the first state and turns off the semiconductor switching element. , Set the connection state of multiple batteries to the second state. As a result, the connection state of the plurality of batteries can be switched at high speed, and the rapidly increasing circulating current can be appropriately suppressed. In addition, a switching device with low power consumption can be realized.
(7)さらに好ましくは、検出部は、電流検出回路である。これにより、複数のバッテリの接続状態を切替える判定に用いる循環電流の電流値を直接検出でき、切替部の速やかな制御が可能になる。 (7) More preferably, the detection unit is a current detection circuit. As a result, the current value of the circulating current used for determining the connection state of the plurality of batteries can be directly detected, and the switching unit can be quickly controlled.
(8)好ましくは、切替部は、複数のスイッチング素子を含み、検出部は、複数のスイッチング素子のうち、第1状態及び第2状態のいずれにおいてもオンされるスイッチング素子の両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を含み、制御部は、電圧検出回路により検出された電圧値に基づき電流値を算出する。これにより、既設の蓄電システムにおいて、循環電流の電流値を容易に取得できる。 (8) Preferably, the switching unit includes a plurality of switching elements, and the detection unit is a voltage between both terminals of the switching element that is turned on in both the first state and the second state of the plurality of switching elements. The control unit calculates the current value based on the voltage value detected by the voltage detection circuit, including the voltage detection circuit for detecting the voltage. As a result, the current value of the circulating current can be easily obtained in the existing power storage system.
(9)より好ましくは、切替部は、複数のスイッチング素子を含み、検出部は、複数のスイッチング素子のうち、第1状態及び第2状態のいずれにおいてもオンされるスイッチング素子の両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を含み、電流値を検出することに代えて、電圧検出回路により電圧値を検出し、制御部は、電流値に代えて、検出回路により検出される電圧値を使用し、第1しきい値に代えて、電圧に関する第3しきい値を使用する。これにより、既設の蓄電システムにおいて、循環電流による電圧値を容易に検出でき、切替部の速やかな制御が可能になる。 (9) More preferably, the switching unit includes a plurality of switching elements, and the detection unit is located between both terminals of the switching element that are turned on in both the first state and the second state of the plurality of switching elements. It includes a voltage detection circuit that detects the voltage, and instead of detecting the current value, the voltage value is detected by the voltage detection circuit, and the control unit uses the voltage value detected by the detection circuit instead of the current value. Then, instead of the first threshold, a third threshold for voltage is used. As a result, in the existing power storage system, the voltage value due to the circulating current can be easily detected, and the switching unit can be quickly controlled.
(10)さらに好ましくは、切替部は、3つ以上のバッテリの接続状態を切替える。これにより、3つ以上のバッテリを直列接続でき、より高電圧でバッテリを充電可能になるので、バッテリの充電時間をより短縮できる。 (10) More preferably, the switching unit switches the connection state of three or more batteries. As a result, three or more batteries can be connected in series, and the batteries can be charged at a higher voltage, so that the charging time of the batteries can be further shortened.
(11)好ましくは、制御部は、半導体集積回路又はコンピュータプログラムを実行する演算素子を含む。半導体集積回路により制御部の機能を実現することにより、高速に処理を実行でき、過大な循環電流を精度よく抑制できる。コンピュータプログラムにより制御部の機能を実現することにより、処理の修正(タイミングの変更等)が容易であり、部品の変更等に容易に対応できる。 (11) Preferably, the control unit includes a semiconductor integrated circuit or an arithmetic element that executes a computer program. By realizing the function of the control unit with a semiconductor integrated circuit, processing can be executed at high speed, and excessive circulating current can be suppressed with high accuracy. By realizing the function of the control unit by a computer program, it is easy to modify the process (change the timing, etc.), and it is possible to easily respond to the change of parts, etc.
(12)本開示の第2の局面に係る蓄電システムは、複数のバッテリと、当該複数のバッテリの相互間の接続状態を切替える上記の切替装置とを含む。これにより、蓄電システムにおいて、複数のバッテリを並列接続する場合に、過大な循環電流の発生を抑制できる。したがって、切替部によるエネルギー損失、及び、切替部の寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる。 (12) The power storage system according to the second aspect of the present disclosure includes a plurality of batteries and the above-mentioned switching device for switching the connection state between the plurality of batteries. As a result, in the power storage system, when a plurality of batteries are connected in parallel, it is possible to suppress the generation of an excessive circulating current. Therefore, the energy loss due to the switching unit and the decrease in the life of the switching unit can be suppressed, and the voltages of a plurality of batteries can be balanced by simple control.
(13)本開示の第3の局面に係る車両は、上記の蓄電システムと、複数のバッテリから電力が供給される駆動装置とを含む。これにより、車両において、複数のバッテリを並列接続する場合に、過大な循環電流の発生を抑制できる。したがって、切替部によるエネルギー損失、及び、切替部の寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる。 (13) The vehicle according to the third aspect of the present disclosure includes the above-mentioned power storage system and a drive device to which electric power is supplied from a plurality of batteries. As a result, in a vehicle, when a plurality of batteries are connected in parallel, it is possible to suppress the generation of an excessive circulating current. Therefore, the energy loss due to the switching unit and the decrease in the life of the switching unit can be suppressed, and the voltages of a plurality of batteries can be balanced by simple control.
(14)本開示の第4の局面に係る切替方法は、複数のバッテリの接続状態を切替える切替方法であって、複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する第1ステップと、第1ステップにより検出される電流値、及び、第1しきい値に基づいて、複数のバッテリの接続状態を、当該複数のバッテリが並列接続された第1状態と第1状態以外の第2状態との間で切替える第2ステップとを含み、第1ステップ及び第2ステップを繰返す。これにより、複数のバッテリを並列接続する場合に、過大な循環電流の発生を抑制できる。したがって、切替部によるエネルギー損失、及び、切替部の寿命低下を抑制でき、簡単な制御により複数のバッテリの電圧を均衡化できる。 (14) The switching method according to the fourth aspect of the present disclosure is a switching method for switching the connection state of a plurality of batteries, and is a switching method of circulating current flowing in a closed circuit formed by connecting a plurality of batteries in parallel. Based on the first step of detecting the current value, the current value detected by the first step, and the first threshold value, the connection state of the plurality of batteries is determined by the first step in which the plurality of batteries are connected in parallel. The first step and the second step are repeated, including a second step of switching between the state and the second state other than the first state. As a result, when a plurality of batteries are connected in parallel, it is possible to suppress the generation of an excessive circulating current. Therefore, the energy loss due to the switching unit and the decrease in the life of the switching unit can be suppressed, and the voltages of a plurality of batteries can be balanced by simple control.
[本開示の実施形態の詳細]
以下の実施形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[Details of Embodiments of the present disclosure]
In the following embodiments, the same parts are given the same reference numbers. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
(第1実施形態)
図1を参照して本開示の第1実施形態に係る蓄電システム100は、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104、第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、スイッチ制御部112、電流検出回路114、並びに、端子120及び122を含む。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は、充放電可能な蓄電池で構成された、同じ仕様のユニットである。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は、例えば、400V仕様(充電電圧及び出力電圧の定格が400V)のバッテリユニットである。なお、バッテリユニットは、複数のバッテリにより構成される場合に限らず、1つのバッテリで構成される場合も含む。第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、スイッチ制御部112及び電流検出回路114は、蓄電システム100の状態(後述する循環電流)に応じて第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の接続状態を切替える機能を有する切替装置116を構成する。
(First Embodiment)
The
第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110は、スイッチ制御部112の制御を受けて、それぞれの両端子を短絡(以下、オンという)又は開放(以下、オフという)する。第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110は、例えばリレーである。第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110は、FET(Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング機能を有する半導体素子であってもよい。
Under the control of the
第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の各々の一方の端子(同極性(正極)の端子)は、第1スイッチ106を介して接続されている。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の各々の他方の端子(一方の端子と異なる極性(負極)の端子)は、第3スイッチ110を介して接続されている。第1バッテリユニット102の他方の端子及び第2バッテリユニット104の一方の端子(異なる極性の端子)は、第2スイッチ108を介して接続されている。このように接続されることにより、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の接続状態を切替える切替部として機能する。即ち、第1スイッチ106及び第3スイッチ110がオフし、第2スイッチ108がオンすることにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は直列接続される。第1スイッチ106及び第3スイッチ110がオンし、第2スイッチ108がオフすることにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は並列接続される。
One terminal (terminal of the same polarity (positive electrode)) of each of the
端子120及び122には、充電器又は負荷が接続され得る。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を充電する場合には、充電器が接続される。負荷が接続された場合には、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の放電により、負荷に電力を供給できる。
Chargers or loads may be connected to
電流検出回路114は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が並列接続された場合に、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を含む閉回路を構成する接続ライン(電気配線)に配置されている。電流検出回路114は、検出部の具体例である。電流検出回路114は、例えば、閉回路に直列に接続された電流計である。電流検出回路114は、電気配線をクランプして、電磁気的に電流を測定するクランプ型の電流計であってもよい。電流検出回路114は、第1スイッチ106及び第3スイッチ110がオンされて第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が並列接続された場合に形成される閉回路に、過渡的に流れる電流(以下、循環電流という)を検出する。電流検出回路114は、循環電流の電流値をスイッチ制御部112に入力する。具体的には、電流検出回路114は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の同極性の端子間を接続するラインに流れる電流を検出する。電流検出回路を用いることにより、後述するように、複数のバッテリの接続状態を切替える判定に用いる循環電流の電流値を直接取得できる。したがって、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110(切替部)の速やかな制御が可能になる。
When the
スイッチ制御部112は、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110のオン及びオフを制御し、上記したように、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続又は直列接続する。スイッチ制御部112は、後述するように、予め設定されたタイミングで第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110の制御信号を出力すればよく、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はプログラマブルロジックデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)等)等の半導体集積回路により実現され得る。スイッチ制御部112は、演算素子(CPU:Central Processing Unit)及び記憶素子(メモリ)を含む制御装置(コンピュータ)として構成され、演算素子がコンピュータプログラムを実行することにより、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110のオン及びオフ制御を行ってもよい。半導体集積回路により実現することにより、高速に処理を実行でき、後述するように、過大な循環電流を精度よく抑制できる。コンピュータプログラムにより実現することにより、処理の修正(タイミングの変更等)が容易であり、部品の変更等に容易に対応できる。
The
(動作)
図2及び図3を参照して、蓄電システム100の動作に関して説明する。図2を参照して、ここでは、図1に示した蓄電システム100の端子120及び122には充電器124が接続され、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は、スイッチ制御部112により並列接続され、充電されるとする。即ち、スイッチ制御部112により、第1スイッチ106及び第3スイッチ110はオン、第2スイッチ108はオフに設定される。第1バッテリユニット102の電圧及び第2バッテリユニット104の電圧に差(電圧差)があると、循環電流が流れる。図2では、第2バッテリユニット104の電圧が第1バッテリユニット102の電圧よりも大きい場合に流れる循環電流i及びその方向を破線の矢印で示す。
(motion)
The operation of the
図3は、スイッチ制御部112が実行する処理を示す。蓄電システム100の初期状態においては、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110はオフであるとする。また、スイッチ制御部112は内部にフラグを備えている。例えば、スイッチ制御部112は、読出し及び書込み可能なメモリを含み、メモリの一部の領域(例えば1ビット)をフラグとして用いる。
FIG. 3 shows a process executed by the
ステップ300において、スイッチ制御部112は、上記したように、第1スイッチ106及び第3スイッチ110をオンし、フラグに“1”をセットする。フラグは、第3スイッチ110のオン/オフ状態を記憶するためのものであり、ここではフラグが“1”であればオン、“0”であればオフとする。このとき、スイッチ制御部112は、第2スイッチ108の初期状態(オフ)を維持する。これにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は並列接続される。その後、制御はステップ302に移行する。
In
ステップ302において、スイッチ制御部112は、電流検出回路114により検出された循環電流の電流値を取得する。その後、制御はステップ304に移行する。
In
ステップ304において、スイッチ制御部112は、ステップ302で取得した電流値が、予め定められた第1しきい値以下(電流値≦第1しきい値)であるか否かを判定する。第1しきい値は、スイッチ制御部112のメモリに記憶されていればよい。第1しきい値以下であると判定された場合、制御はステップ308に移行する。そうでなければ(電流値>第1しきい値)、制御はステップ306に移行する。
In
ステップ306において、スイッチ制御部112は、第3スイッチ110をオフにし、フラグに“0”をセットする。その後、制御はステップ302に戻る。
In
ステップ308において、スイッチ制御部112は、フラグが“1”であるか否かを判定する。フラグが“1”であれば、制御はステップ310に移行する。そうでなければ(フラグが“0”)、制御はステップ300に戻り、上記した処理を繰返す。ステップ300が再度実行されることにより、オフであった第3スイッチ110はオンになる。このとき、第1スイッチ106は既にオンであるので、その状態が維持される。
In
ステップ310において、スイッチ制御部112は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値以下(電圧差≦第2しきい値)であるか否かを判定する。第2しきい値は、スイッチ制御部112のメモリに記憶されていればよい。第2しきい値以下であると判定された場合、本処理を終了する。そうでなければ(電圧>第2しきい値)、制御はステップ302に戻る。
In
以上により、第1スイッチ106及び第3スイッチ110がオンされて第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が並列接続された後、循環電流が第1しきい値以下であり、かつ、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値より大きい間は、循環電流が流れる閉回路が維持される(ステップ302、304、308及び310の繰返し)。循環電流の電流値が第1しきい値より大きくなれば(ステップ304の判定結果がNO)、第3スイッチ110はオフされ、閉回路が開放されて循環電流は減少する(ステップ306)。これにより、複数のバッテリを並列接続する場合に過大な循環電流の発生を容易に抑制できる。
As described above, after the
その後再度、循環電流が第1しきい値よりも小さくなれば、第3スイッチ110がオンされ(ステップ308の判定結果がYESとなり、ステップ300が実行される)、再度閉回路が形成され、循環電流が増大する。その後、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値以下になるまで、上記の処理が繰返される。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値以下になれば、処理を終了する。これにより、複数のバッテリの電圧が均衡化された後に無駄な制御が行なわれることによるエネルギー損失を抑制できる。
After that, when the circulating current becomes smaller than the first threshold value again, the
図4を参照して、上記の処理が実行されるときの循環電流の変化に関して説明する。破線は、第1スイッチ106及び第3スイッチ110をオンして第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続した後、第3スイッチ110を、オン及びオフ制御せずにオンに維持した場合の循環電流を示す。実線は、上記したように、第3スイッチ110をオン及びオフ制御した場合の循環電流を示す。第3スイッチ110をオン及びオフ制御しなければ、循環電流は、第1スイッチ106及び第3スイッチ110をオンした直後に急峻に増大し、リレー寿命に影響を及ぼす電流値よりも大きくなり、その後減衰する。一方、第3スイッチ110をオン及びオフ制御すれば、循環電流は急峻に増大するが、第1しきい値よりも大きくなれば、第3スイッチ110はオフされ、循環電流は、リレー寿命に影響を及ぼす電流値になる前に減少する。その後、上記したように、第3スイッチ110のオン及びオフが繰返され(期間Tcの間)、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値よりも小さくなれば(期間Tc経過後)、第3スイッチ110のオン及びオフ制御は終了し、第1スイッチ106及び第3スイッチ110がオンされた状態が維持され、循環電流は減衰する。したがって、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧が均衡化された状態(電圧差が第2しきい値以下)で、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を充電器124により充電できる。
With reference to FIG. 4, the change in the circulating current when the above processing is executed will be described. The broken line indicates that after the
このように、第1スイッチ106及び第3スイッチ110をオンして第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続した直後から、循環電流の大きさに応じて第3スイッチ110をオン及びオフ制御することにより、リレー寿命に影響を及ぼす過大な循環電流の発生を抑制でき、スイッチ(リレー)によるエネルギー損失の発生、及び、スイッチの寿命低下を抑制できる。また、循環電流の大きさに応じて第3スイッチ110のオン及びオフを制御するだけの簡単な制御により複数のバッテリユニットの電圧を均衡化できる。
In this way, immediately after the
第1しきい値は、使用する第1スイッチ106及び第3スイッチ110の仕様を考慮して設定すればよい。例えば、第1スイッチ106及び第3スイッチ110の寿命(耐久性)に基づいて、第1しきい値を設定できる。第1しきい値は、循環電流が流れることより、第1スイッチ106及び第3スイッチ110で消費されるエネルギー(エネルギー損失)に基づいて設定されてもよい。また、第1スイッチ106及び第3スイッチ110の寿命及びエネルギー損失に基づいて設定されてもよい。これにより、スイッチ(リレー)の寿命に影響を及ぼす過大な循環電流が流れることを適切に抑制できる。
The first threshold value may be set in consideration of the specifications of the
循環電流は急峻に増大するので、第3スイッチ110は高速にオン及びオフ制御されることが好しい。例えば、数kHz〜数十kHzでスイッチングできることが好ましい。したがって、第3スイッチ110には、機械式のリレー(有接点リレー)よりも応答速度が速い半導体スイッチング素子(FET、IGBT等)を使用することが好ましい。半導体スイッチング素子を使用することにより、複数のバッテリの接続状態を高速に切替えることができ、急峻に増大する循環電流を適切に抑制できる。また、低消費電力の切替装置を実現できる。
Since the circulating current increases sharply, it is preferable that the
上記では、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の低圧側(負極)を接続するための第3スイッチ110を、循環電流の大きさに応じてオン及びオフ制御する場合を説明したが、これに限定されない。第3スイッチ110をオン状態に維持し、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の高圧側(正極)を接続するための第1スイッチ106を、循環電流の大きさに応じてオン及びオフ制御してもよい。第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が並列接続された場合に形成される閉回路を開放できればよいので、第1スイッチ106及び第3スイッチ110の少なくとも一方を、循環電流の大きさに応じてオン及びオフ制御すればよい。第1スイッチ106及び第3スイッチ110のうち、循環電流の大きさに応じてオン及びオフ制御されるスイッチには、上記したように、半導体スイッチング素子を使用することが好ましい。
In the above, the case where the
上記では、端子120及び122に充電器124を接続し、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を充電する場合に、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を均衡化する場合を説明したが、これに限定されない。端子120及び122に負荷を接続し、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続して第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の放電電力を負荷に供給する場合にも、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104に電圧差があれば、第1スイッチ106及び第3スイッチ110をオンするときに大きい循環電流が流れる。したがって、そのような場合にも第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を均衡化することが好ましい。上記したように、循環電流と第1しきい値との比較結果に応じで、第3スイッチ110をオン及びオフ制御することにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を均衡化した後に、負荷に電力を供給できる。
In the above, when the
(車両への搭載)
図5を参照して、図1に示した蓄電システム100は、例えばPHEV又はEV等の車両150に搭載され得る。車両150に搭載される蓄電システム100は、電源部を構成する。車両150の走行中は、蓄電システム100(スイッチ制御部112)は、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110をオン及びオフ制御して、例えば第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続し、その出力電圧(直流)は電力変換器152に供給される。電力変換器152はDC/DCコンバータの機能及びAC/DCコンバータの機能を有する。電力変換器152に供給された電圧は、電力変換器152のDC/DCコンバータの機能により所定の電圧(直流)に変換されてインバータ154に供給される。インバータ154に供給された電圧は、インバータ154により交流電力に変換され、モータ等の駆動装置156を駆動するために使用される。なお、蓄電システム100の出力電圧は、電力変換器152を介さずに直接、インバータ154に供給されてもよい。
(Installation on vehicle)
With reference to FIG. 5, the
また、蓄電システム100の出力電圧は、電力変換器152のDC/DCコンバータの機能により低電圧に変換されて補機系負荷158に供給される。これにより、補機系負荷158が作動する。補機系負荷158は、エンジン及びモータ等を稼動するのに必要な付属機器であり、主としてセルモータ、オルタネータ、ラジエータクーリングファン等を含む。補機系負荷158は、照明、ワイパー駆動部、ナビゲーション装置、エアコン、ヒータ等を含んでもよい。なお、補機系負荷158の一部(例えば、エアコン、ヒータ等)に対しては、蓄電システム100の出力電圧は、電力変換器152を介さずに直接、供給されてもよい。
Further, the output voltage of the
車両150の充電時(蓄電システム100の第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の充電時)には、電力変換器152は、AC/DCコンバータの機能により、外部の充電器(交流電源)から供給される交流電力を第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の充電電圧に変換する。蓄電システム100(スイッチ制御部112)は、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110をオン及びオフ制御して、外部電源から供給される電圧に応じて、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続又は直列接続する。例えば、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が400V仕様であり、充電器から400Vが供給される場合、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は並列接続される。充電器から800Vが供給される場合、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は直列接続される。これにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104は、充電電圧が異なる2種類の充電器に対応でき、適切な充電電圧で充電される。
When charging the vehicle 150 (when charging the
(第2実施形態)
第1実施形態では、循環電流を電流検出回路で直接検出する場合を説明したが、これに限定されない。本開示の第2実施形態に係る蓄電システム140は、電圧検出回路を使用する。図6を参照して、蓄電システム140は、図1に示した蓄電システム100と同様に構成されている。蓄電システム140が蓄電システム100(図1)と異なるのは、電流検出回路114に代えて電圧検出回路142を含み、スイッチ制御部118はスイッチ制御部112にさらに付加された機能を有する点だけである。蓄電システム140のその他の構成要素は、蓄電システム100と同じである。したがって、重複説明を繰返さず、主として異なる点に関して説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the case where the circulating current is directly detected by the current detection circuit has been described, but the present invention is not limited to this. The
第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、スイッチ制御部118及び電圧検出回路142は、蓄電システム140の状態(循環電流)に応じて第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の接続状態を切替える機能を有する切替装置144を構成する。電圧検出回路142は、第1スイッチ106の両端に接続され、第1スイッチ106の両端の電圧を検出する。電圧検出回路142は、検出部の具体例であり、例えば電圧計である。第1スイッチ106は、オンされた場合に所定の抵抗を有するので、上記したように、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を含む閉回路を構成する接続ラインに循環電流が流れると、第1スイッチ106の両端間には電位差(抵抗による電圧降下)が発生する。ここでは、第1実施形態と同様に、第3スイッチ110をオン及びオフ制御し、第1スイッチ106はオンに維持されるとする。電圧検出回路142は、検出した電圧値をスイッチ制御部118に入力する。
The
スイッチ制御部118は、スイッチ制御部112と同様に、第1スイッチ106、第2スイッチ108及び第3スイッチ110のオン及びオフを制御する。スイッチ制御部118は、これに加えて、電圧検出回路142から入力される電圧値を電流値に変換する。予めスイッチ制御部118のメモリに、第1スイッチ106がオンしたときの抵抗値が記憶されており、スイッチ制御部118は、これを読出し、切替装置144から取得した電圧値を抵抗値で除して電流値を算出する。電圧検出回路を使用することにより、既設の蓄電システムにおいて、循環電流の電流値を容易に取得できる。既設の蓄電システムに、循環電流を検出するための電流検出回路を設ける場合、既設の回路の一部を加工することが必要になる。
The
スイッチ制御部118は、図3に示したフローチャートにより表される制御構造を持つプログラムを実行する。ステップ302においては、スイッチ制御部118は、上記したように、電圧検出回路142から取得した電圧値から循環電流の電流値を算出する。その他の処理は、第1実施形態と同じである。
The
したがって、蓄電システム140においても、図4において実線で示したように循環電流は抑制される。即ち、リレー寿命に影響を及ぼす過大な循環電流の発生を抑制でき、エネルギー損失、及び、リレーの寿命低下を抑制できる。また、循環電流の大きさに応じて第3スイッチ110のオン及びオフを制御するだけの簡単な制御により複数のバッテリユニットの電圧を均衡化できる。
Therefore, also in the
上記では、スイッチ制御部118が電圧検出回路142により検出された電圧値から循環電流の電流値を算出する場合を説明したが、これに限定されない。循環電流を制限するための第1しきい値に対応する電圧値(以下、第3しきい値という)を用いて、図3のステップ304の判定処理に代えて、電圧検出回路142により検出された電圧値が第3しきい値以下であるか否かを判定してもよい。第3しきい値には、例えば、第1しきい値と第1スイッチ106の抵抗値との積を使用すればよい。これにより、既設の蓄電システムにおいて、循環電流による電圧値を容易に取得でき、電圧検出回路により検出された電圧値を使用することにより、切替部の速やかな制御が可能になる。
In the above, the case where the
(第3実施形態)
第1及び第2実施形態の蓄電システムは、バッテリユニットを2つ含む構成であったが、これに限定されない。蓄電システムにおいて、3つ以上のバッテリユニットが並列接続されて使用される場合がある。本開示の第3実施形態に係る蓄電システム200は、3つのバッテリユニットを並列接続して使用する。
(Third Embodiment)
The power storage system of the first and second embodiments has a configuration including two battery units, but is not limited thereto. In a power storage system, three or more battery units may be connected and used in parallel. The
図7を参照して、蓄電システム200は、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202を含む。蓄電システム200は、切替部として、第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、第4スイッチ206、第5スイッチ208及び第6スイッチ210を含む。蓄電システム200はさらに、第1電流検出回路204、第2電流検出回路214、スイッチ制御部216、並びに、端子120及び122を含む。第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、第4スイッチ206、第5スイッチ208、第6スイッチ210、第1電流検出回路204、第2電流検出回路214及びスイッチ制御部216は、蓄電システム200の状態(循環電流)に応じて第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202の接続状態を切替える機能を有する切替装置218を構成する。
With reference to FIG. 7, the
蓄電システム200は、図1に示した蓄電システム100に、第3バッテリユニット202、第4スイッチ206、第5スイッチ208、第6スイッチ210及び第2電流検出回路214が追加され、電流検出回路114が第1電流検出回路204で代替され、スイッチ制御部112がスイッチ制御部216で代替された構成である。図7において、図1と同じ符号を付した要素は、上記と同じ機能を有するので、重複説明を繰返さず、主として異なる点に関して説明する。
In the
第3バッテリユニット202は、充放電可能な蓄電池で構成されたユニットであり、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104と同じ仕様のユニットである。第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202は、例えば、400V仕様のバッテリユニットである。
The
第1スイッチ106、第3スイッチ110、第4スイッチ206及び第6スイッチ210がオンされ、第1スイッチ106及び第5スイッチ208がオフされて、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202が並列接続されると、3つの閉回路が形成される。したがって、3種類の循環電流が流れ得る。例えば、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202が並列接続される前には、それぞれの電圧V1、V2及びV3の大小関係が、V1<V2<V3であるとする。このとき、図7に破線で示した循環電流i1〜i3(矢印は電流方向を示す)のうち、電圧差(V1、V2及びV3間の差)に応じて、循環電流i1及びi2が流れる場合と、循環電流i2及びi3が流れる場合とがある。
The
第1電流検出回路204は、電流検出回路114と同じ機能を有し、電流検出回路114と同じ位置に配置されている。即ち、第1電流検出回路204は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104が並列接続されることにより形成される閉回路(循環電流i1の経路)を構成する接続ラインに配置されている。第2電流検出回路214は、第1電流検出回路204と同じ機能を有し、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202が並列接続されることにより形成される閉回路(循環電流i2の経路)を構成する接続ラインに配置されている。第1電流検出回路204及び第2電流検出回路214は、例えば電流計である。上記したように、循環電流は、第1バッテリユニット102及び第3バッテリユニット202が並列接続されることにより形成される閉回路(循環電流i3の経路)にも流れる。したがって、循環電流i1及びi2が流れる場合、第1電流検出回路204が検出する電流は、循環電流i1であり、第2電流検出回路214が検出する電流は、循環電流i2である。循環電流i2及びi3が流れる場合、第1電流検出回路204が検出する電流は、循環電流i3であり、第2電流検出回路214が検出する電流は、循環電流i2及びi3の和(i2+i3)である。いずれの場合にも、第1電流検出回路204及び第2電流検出回路214の各々は、検出した電流値をスイッチ制御部216に入力する。
The first
スイッチ制御部216は、スイッチ制御部112と同様に、第1スイッチ106、第2スイッチ108、第3スイッチ110、第4スイッチ206、第5スイッチ208及び第6スイッチ210のオン及びオフを制御する。これにより、スイッチ制御部216は、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202を並列接続又は直列接続する。スイッチ制御部216は、スイッチ制御部112と同様に、半導体集積回路又はコンピュータプログラムにより実現される。
The
また、スイッチ制御部216は、スイッチ制御部112と同様に、第1電流検出回路204及び第2電流検出回路214から入力される電流値を用いて、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202が並列接続される場合に発生する循環電流i1〜i3を抑制する制御を行う。具体的には、スイッチ制御部216は、スイッチ制御部112と同様に、第1電流検出回路204から入力される電流値(i1又はi3)と第1しきい値とを比較し、その比較結果に応じて、第3スイッチ110をオン及びオフ制御する。また、スイッチ制御部216は、第2電流検出回路214から入力される電流値(i2又はi2+i3)と第1しきい値とを比較し、その比較結果に応じて、第6スイッチ210をオン及びオフ制御する。
Further, the
これにより、第1電流検出回路204及び第2電流検出回路214の各々により検出される電流は、図4に実線で示したように変化し、蓄電システム200においても過大な循環電流の発生を抑制できる。即ち、リレー寿命に影響を及ぼす過大な循環電流の発生を抑制でき、スイッチ(リレー)によるエネルギー損失、及び、スイッチの寿命低下を抑制できる。また、第1電流検出回路204及び第2電流検出回路214により検出される電流(循環電流)の大きさに応じて、第3スイッチ110及び第6スイッチ210のオン及びオフを制御するだけの簡単な制御により3つのバッテリユニットの電圧を均衡化できる。したがって、端子120及び122に充電器が接続されている場合には、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202の電圧が均衡化された後、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202は充電される。端子120及び122に負荷が接続されている場合には、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202の電圧が均衡化された後、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202の放電電圧が負荷に供給される。また、3つのバッテリを直列接続でき、より高電圧でバッテリを充電可能になるので、バッテリの充電時間をより短縮できる。
As a result, the current detected by each of the first
なお、スイッチ制御部216によりオン及びオフ制御される第3スイッチ110及び第6スイッチ210は、半導体スイッチング素子(FET、IGBT等)であることが好ましい。スイッチ制御部216は、第3スイッチ110をオン及びオフ制御する代わりに、第1スイッチ106をオン及びオフ制御してもよい。また、スイッチ制御部216は、第6スイッチ210をオン及びオフ制御する代わりに、第4スイッチ206をオン及びオフ制御してもよい。
The
上記では、第1バッテリユニット102、第2バッテリユニット104及び第3バッテリユニット202が並列接続される前、V1<V2<V3である場合を説明したが、これに限定されない。電圧V1、V2及びV3が、V1<V2<V3以外の大小関係にあってもよい。即ち、電圧V1、V2及びV3の大小関係に依らず、第1電流検出回路204により検出される電流と第1しきい値との比較結果に応じて、第3スイッチ110をオン及びオフ制御すればよい。また、第2電流検出回路214により検出される電流と第1しきい値との比較結果に応じて、第6スイッチ210をオン及びオフ制御すればよい。
In the above, the case where V1 <V2 <V3 is described before the
上記では、3つのバッテリユニットを並列接続する場合を説明したが、これに限定されない。4つ以上のバッテリユニットを並列接続する場合にも、上記と同様の構成及び制御を行うことにより、過大な循環電流の発生を抑制できる。例えば、4つのバッテリユニットを並列接続する場合の回路構成は、図1から図7への変更と同様に、図7の回路の右側に、第4バッテリユニット、電流検出回路及び3つのスイッチを追加すればよい。 In the above, the case where three battery units are connected in parallel has been described, but the present invention is not limited to this. Even when four or more battery units are connected in parallel, the generation of an excessive circulating current can be suppressed by performing the same configuration and control as described above. For example, in the circuit configuration when four battery units are connected in parallel, a fourth battery unit, a current detection circuit, and three switches are added to the right side of the circuit of FIG. 7, similar to the change from FIG. 1 to FIG. do it.
バッテリユニットの数をNとし、それら全てを並列接続する場合、循環電流を検出するための電流検出回路は、2つのバッテリユニット間の接続ラインに配置すればよい。例えば、2つのバッテリユニットの高圧側(正極)の接続ラインに電流検出回路を配置する。並列接続するための切替部は、2つのバッテリユニットの高圧側(正極)を接続するためのN−1のスイッチ、及び、低圧側(負極)を接続するためのN−1のスイッチから構成される(合計2×(N−1))。したがって、各電流検出回路により検出した電流値と第1しきい値とを比較し、その比較結果に応じて、その電流検出回路を含み他の電流検出回路を含まない閉回路に配置されたスイッチをオン及びオフ制御すれば、上記したように、過大な循環電流の発生を抑制できる。4つ以上のバッテリを直列接続でき、より一層高電圧でバッテリを充電可能になるので、バッテリの充電時間をより一層短縮できる。 When the number of battery units is N and all of them are connected in parallel, the current detection circuit for detecting the circulating current may be arranged on the connection line between the two battery units. For example, a current detection circuit is arranged on the connection line on the high voltage side (positive electrode) of the two battery units. The switching unit for parallel connection is composed of an N-1 switch for connecting the high voltage side (positive electrode) of the two battery units and an N-1 switch for connecting the low voltage side (negative electrode). (Total 2 × (N-1)). Therefore, the current value detected by each current detection circuit is compared with the first threshold value, and according to the comparison result, a switch arranged in a closed circuit including the current detection circuit and not including another current detection circuit. By controlling the on and off, the generation of an excessive circulating current can be suppressed as described above. Since four or more batteries can be connected in series and the batteries can be charged at a higher voltage, the charging time of the batteries can be further shortened.
(第1変形例)
上記の図3に示したフローチャートの処理は、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値以下になれば、終了する。しかし、これに限定されない。安全上の観点から、例えば、図8に示すように、ステップ310(図3)の処理はなくてもよい。図8のフローチャートにおいては、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の電圧差が第2しきい値以下になったか否かを判定しない。したがって、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を含む閉回路に流れる電流と第1しきい値とを比較した結果に応じて、第3スイッチ110をオン及びオフ制御する処理が繰返される。
(First modification)
The processing of the flowchart shown in FIG. 3 above ends when the voltage difference between the
第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続したときに発生する循環電流が消滅した後に、何らかの要因により過電流が発生することが考えられる。図8に示した処理を常に繰返すことにより、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104を並列接続したときに発生する循環電流が消滅した後に、過電流が生じる何らかの要因が発生したとしても、過電流を防止できる。例えば、負荷側で短絡事故が発生した際、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104から過電流が流れることを防止できる。
It is conceivable that an overcurrent will occur for some reason after the circulating current generated when the
(第2変形例)
図1及び図2では、電流検出回路114が第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の高圧側(正極)の接続ラインに配置されているが、これに限定されない。電流検出回路114を配置する位置は、循環電流を検出できる位置であればよい。例えば、図9に示すように、第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の低圧側(負極)の接続ラインに配置されてもよい。図9の蓄電システム230は、図1の蓄電システム100において、電流検出回路114の位置を変更したものである。このように、電流検出回路114を第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の低圧側(負極)に設けることにより、制御回路(スイッチ制御部等)のグランドが第1バッテリユニット102及び第2バッテリユニット104の低圧側と共通であれば、電流検出回路114を絶縁する必要がないので、実現が容易になる。
(Second modification)
In FIGS. 1 and 2, the
上記では、複数のバッテリユニットを並列接続又は直列接続する蓄電システムに関して説明したが、これに限定されない。例えば、同じ仕様の複数のバッテリユニットが常に並列接続されて使用されるシステムにおいても、過大な循環電流が発生する場合がある。例えば、メンテナンス等により1つのバッテリユニットを交換した場合には、再度並列接続する必要があり、そのときに過大な循環電流が発生し得る。したがって、そのような場合にも、上記したように、循環電流としきい値との比較結果に応じて、スイッチをオン及びオフ制御することにより、過大な循環電流の発生を抑制できる。 In the above, the power storage system in which a plurality of battery units are connected in parallel or in series has been described, but the present invention is not limited to this. For example, even in a system in which a plurality of battery units having the same specifications are always connected in parallel, an excessive circulating current may occur. For example, when one battery unit is replaced due to maintenance or the like, it is necessary to connect them in parallel again, and an excessive circulating current may be generated at that time. Therefore, even in such a case, as described above, the generation of an excessive circulating current can be suppressed by controlling the switch on and off according to the comparison result between the circulating current and the threshold value.
以上、実施の形態を説明することにより本開示を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本開示は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本開示の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。 Although the present disclosure has been described above by explaining the embodiments, the above-described embodiments are examples, and the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. The scope of the present disclosure is indicated by each claim of the claims, taking into consideration the description of the detailed description of the invention, and all changes within the meaning and scope equivalent to the wording described therein. include.
100、140、200、230 蓄電システム
102 第1バッテリユニット
104 第2バッテリユニット
106 第1スイッチ
108 第2スイッチ
110 第3スイッチ
112、118、216 スイッチ制御部
114 電流検出回路(検出部)
116、144、218 切替装置
120、122 端子
124 充電器
142 電圧検出回路(検出部)
150 車両
152 電力変換器
154 インバータ
156 駆動装置
158 補機系負荷
202 第3バッテリユニット
204 第1電流検出回路
206 第4スイッチ
208 第5スイッチ
210 第6スイッチ
214 第2電流検出回路
300、302、304、306、308、310 ステップ
i、i1、i2、i3 循環電流
V1、V2、V3 電圧
100, 140, 200, 230
116, 144, 218
150
Claims (14)
前記切替部を制御する制御部と、
前記複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する検出部とを含み、
前記制御部は、前記検出部により検出される前記電流値、及び、第1しきい値に基づいて、前記複数のバッテリの接続状態が前記第1状態又は前記第2状態になるように前記切替部を制御する、切替装置。 A switching unit that switches the connection state of a plurality of batteries between a first state in which the plurality of batteries are connected in parallel and a second state other than the first state.
A control unit that controls the switching unit and
Includes a detector that detects the current value of the circulating current flowing through the closed circuit formed by connecting the plurality of batteries in parallel.
The control unit switches the connection state of the plurality of batteries to the first state or the second state based on the current value detected by the detection unit and the first threshold value. A switching device that controls the unit.
前記第1状態において、並列接続された前記複数のバッテリの両端に第1電圧が印加され、
直列接続された前記複数のバッテリの両端に、前記第1電圧よりも大きい第2電圧が印加される、請求項1に記載の切替装置。 The control unit further controls the switching unit so that the plurality of batteries are connected in series.
In the first state, a first voltage is applied to both ends of the plurality of batteries connected in parallel, and the first voltage is applied.
The switching device according to claim 1, wherein a second voltage larger than the first voltage is applied to both ends of the plurality of batteries connected in series.
前記電流値が第1しきい値以下であれば、前記複数のバッテリの接続状態が前記第1状態になるように、前記切替部を制御し、
前記電流値が第1しきい値より大きければ、前記複数のバッテリの接続状態が前記第2状態になるように、前記切替部を制御する、請求項1又は請求項2に記載の切替装置。 The control unit
When the current value is equal to or less than the first threshold value, the switching unit is controlled so that the connection state of the plurality of batteries becomes the first state.
The switching device according to claim 1 or 2, wherein if the current value is larger than the first threshold value, the switching unit is controlled so that the connection state of the plurality of batteries becomes the second state.
前記複数のバッテリの電圧差が第2しきい値以下であるか否かを判定し、
前記電圧差が前記第2しきい値以下であると判定したことを受けて、前記切替部の制御を停止する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の切替装置。 The control unit
It is determined whether or not the voltage difference between the plurality of batteries is equal to or less than the second threshold value.
The switching device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control of the switching unit is stopped in response to the determination that the voltage difference is equal to or less than the second threshold value.
前記制御部は、
前記半導体スイッチング素子をオンすることにより、前記複数のバッテリの接続状態を前記第1状態にし、
前記半導体スイッチング素子をオフすることにより、前記複数のバッテリの接続状態を前記第2状態にする、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の切替装置。 The switching unit includes a semiconductor switching element.
The control unit
By turning on the semiconductor switching element, the connection state of the plurality of batteries is changed to the first state.
The switching device according to any one of claims 1 to 5, wherein the connection state of the plurality of batteries is changed to the second state by turning off the semiconductor switching element.
前記検出部は、前記複数のスイッチング素子のうち、前記第1状態及び前記第2状態のいずれにおいてもオンされるスイッチング素子の両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を含み、
前記制御部は、前記電圧検出回路により検出された電圧値に基づき前記電流値を算出する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の切替装置。 The switching unit includes a plurality of switching elements.
The detection unit includes a voltage detection circuit that detects a voltage between both terminals of the switching element that is turned on in both the first state and the second state among the plurality of switching elements.
The switching device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit calculates the current value based on the voltage value detected by the voltage detection circuit.
前記検出部は、
前記複数のスイッチング素子のうち、前記第1状態及び前記第2状態のいずれにおいてもオンされるスイッチング素子の両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を含み、
前記電流値を検出することに代えて、前記電圧検出回路により電圧値を検出し、
前記制御部は、
前記電流値に代えて、前記電圧検出回路により検出される前記電圧値を使用し、
前記第1しきい値に代えて、電圧に関する第3しきい値を使用する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の切替装置。 The switching unit includes a plurality of switching elements.
The detection unit
Among the plurality of switching elements, a voltage detection circuit that detects a voltage between both terminals of the switching element that is turned on in both the first state and the second state is included.
Instead of detecting the current value, the voltage value is detected by the voltage detection circuit, and the voltage value is detected.
The control unit
Instead of the current value, the voltage value detected by the voltage detection circuit is used.
The switching device according to any one of claims 1 to 6, which uses a third threshold value for voltage instead of the first threshold value.
当該複数のバッテリの相互間の接続状態を切替える請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の切替装置とを含む、蓄電システム。 With multiple batteries
A power storage system including the switching device according to any one of claims 1 to 11, which switches a connection state between the plurality of batteries.
前記複数のバッテリから電力が供給される駆動装置とを含む、車両。 The power storage system according to claim 12,
A vehicle including a drive device powered by the plurality of batteries.
前記複数のバッテリが並列接続されることにより形成される閉回路に流れる循環電流の電流値を検出する第1ステップと、
前記第1ステップにより検出される前記電流値、及び、第1しきい値に基づいて、前記複数のバッテリの接続状態を、当該複数のバッテリが並列接続された第1状態と前記第1状態以外の第2状態との間で切替える第2ステップとを含み、
前記第1ステップ及び前記第2ステップを繰返す、切替方法。 This is a switching method for switching the connection status of multiple batteries.
The first step of detecting the current value of the circulating current flowing through the closed circuit formed by connecting the plurality of batteries in parallel, and
Based on the current value detected by the first step and the first threshold value, the connection states of the plurality of batteries are set to other than the first state in which the plurality of batteries are connected in parallel and the first state. Includes a second step to switch between and the second state of
A switching method in which the first step and the second step are repeated.
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