JP2021151181A - バッテリーの充放電装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
定電流モード充電の後に、定電圧モード充電のために、多数のバッテリーセル100を直列に連結し、その両端に電源装置400を連結してバッテリーセル100を充電し、この際、全バッテリーセル100のうち最も容量が大きい一つ以上のバッテリーセル100または最も電圧が低い一つ以上のバッテリーセル100の充電スイッチ200を常に入れ、各バッテリーセルの電圧が終止電圧になるように電源装置400の出力電流を制御し、残りのバッテリーセル100は、それぞれのバッテリーセルの電圧が終止電圧になるように充電スイッチ200の動作時間とバイパススイッチ300の動作時間の比率を調節するステップとを含み、直列に連結された各バッテリーセル100のバランシングを行う。
定電圧モード充電のために、多数のバッテリーセル100を直列に連結し、予め貯蔵されたバッテリーセル100の特性を用いて充電電流命令値プロファイルを作り、電源装置400の出力電流が電流命令値に従うように制御し、各バッテリーセル100の容量偏差に応じて各バッテリーセル100の充電スイッチ200の動作時間とバイパススイッチ300の動作時間の時比率を調節し、各バッテリーセル100が終止電圧に達するように制御するステップとを含み、直列に連結された各バッテリーセル100のバランシングを行うことができる。
200、Sc1、Sc2、Sc3 充電スイッチ
300、Sb1、Sb2、Sb3 バイパススイッチ
400 電源装置
500 制御器
600 電流センサ
700 スイッチ選択部
Ic1〜Icn バッテリーセル充電電流
S1〜Sn スイッチ
Vc1、Vc2、Vc3 バッテリーセルの電圧
Ic 充電電流
Icref 充電電流命令値
Vcm 最大容量バッテリーセルの電圧
Vcmref 最大容量バッテリーセルの電圧の命令値
Fc1、Fc11、Fb1 能動素子
Dc1、Dc11、Db1 ダイオード
Fc1_g スイッチングロジック信号
Vb1 バッテリー電圧
△V1、△V2 電圧変化量
SW1〜SW4 スイッチ
DC Source 電源
Claims (22)
- 多数のバッテリーセルを直列連結して充放電するバッテリーの充放電装置であって、
前記バッテリーセルそれぞれに直列連結された充電スイッチと、
前記直列連結されたバッテリーセルと前記充電スイッチの両端を短絡させるバイパススイッチと、
前記バッテリーセルそれぞれの電圧をセンシングする電圧センサと、
充放電電流を測定する電流センサと、
前記充放電電流を提供する電源装置と、
制御器とを含み、
前記制御器は、
定電流モード充電の後に、定電圧モード充電のために、前記多数のバッテリーセルを直列に連結し、その両端に前記電源装置を連結して充電し、この際、全バッテリーセルのうち最も容量が大きい一つ以上のバッテリーセルまたは最も電圧が低い一つ以上のバッテリーセルの充電スイッチを常に入れて前記一つ以上のバッテリーセルを直列連結し、その両端の電圧が直列連結されたバッテリーセルの数にバッテリーセルの終止電圧を乗じた値になるように前記電源装置の出力電流を制御し、残りのバッテリーセルは、それぞれのバッテリーセルの電圧が前記終止電圧になるように前記充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間との比率を調節してバッテリーセルのバランシングを行うことを特徴とする、バッテリーの充放電装置。 - 多数のバッテリーセルを直列連結して充放電するバッテリーの充放電装置であって、
前記バッテリーセルそれぞれに直列連結された充電スイッチと、
前記直列連結されたバッテリーセルと前記充電スイッチの両端を短絡させるバイパススイッチと、
前記バッテリーセルそれぞれの電圧をセンシングする電圧センサと、
充放電電流を測定する電流センサと、
前記充放電電流を提供する電源装置と、
制御器とを含み、
前記制御器は、
定電流モード充電の後に、定電圧モード充電のために、前記多数のバッテリーセルを直列に連結し、予め貯蔵されたバッテリーセルの特性を用いて充電電流命令値プロファイルを作り、前記電源装置の出力電流が充電電流命令値に従うように制御し、前記各バッテリーセルの容量偏差に応じて前記各バッテリーセルの充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間の時比率を調節して各バッテリーセルに終止電圧が印加されるように制御することを特徴とする、バッテリーの充放電装置。 - 前記制御器は、
定電圧モード充電で前記多数のバッテリーセルのうち特定のバッテリーセルの時比率が1になっても、当該バッテリーセルの電圧が終止電圧よりも小さい場合に、前記充電電流命令値を段階的に上げることを特徴とする、請求項2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記制御器は、
定電流モード充電のときには、前記充電スイッチをすべて入れて前記すべてのバッテリーセルを直列連結し、その両端に前記電源装置を連結して充電し、この際、すべてのバッテリーセルに一定の電流が流れるように前記電源装置の出力電流を制御し、終止電圧に達したバッテリーセルは、前記当該バッテリーセルに直列連結された充電スイッチは切り、バイパススイッチは入れて、前記当該バッテリーセルの充電電流をバイパスさせ、残りのバッテリーセルは一定の電流で充電し続けることを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記各バッテリーセルの容量は、
前記定電流モード充電のときに、各バッテリーセルの電圧上昇勾配に基づいて計算することを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記定電圧モード充電で前記最も容量が大きい一つ以上のバッテリーセルまたは前記最も電圧が低い一つ以上のバッテリーセルは、所定の誤差範囲内に入る多数のバッテリーセルになることを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーの充放電装置。
- 前記定電圧モード充電で前記各バッテリーセルの充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間の比率は、各バッテリーセルの容量に比例することを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。
- 前記定電圧モード充電で前記各バッテリーセルの充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間の比率は、各バッテリーセルの電圧に反比例することを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。
- 前記制御器は、
多数のバッテリーセルが同時にバイパスしないように、各バッテリーセルのバイパス区間を分散させることを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記充電スイッチと前記バイパススイッチは、
能動素子と前記能動素子に対して逆方向に並列に連結されたダイオードを含むスイッチセットであることを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記充電スイッチは、
能動素子と前記能動素子に対して逆方向に並列に連結されたダイオードを含むスイッチセット2個が互いに逆方向に直列に連結された両方向スイッチ構造であることを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記両方向スイッチ構造の充電スイッチは、各能動素子を独立して駆動する個別駆動回路を備えることを特徴とする、請求項11に記載のバッテリーの充放電装置。
- 前記充電スイッチと前記バイパススイッチは、
前記ダイオードが導通する場合に、前記ダイオードと並列に連結された能動素子をオンにしてダイオードに流れる電流が能動素子に流れるようにし、ダイオードの導通損失を減少させることを特徴とする、請求項10に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記充電スイッチと前記バイパススイッチは、
前記ダイオードが導通する場合に、前記ダイオードと並列に連結された能動素子をオンにしてダイオードに流れる電流が能動素子に流れるようにし、ダイオードの導通損失を減少させることを特徴とする、請求項11に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記制御器は、
前記電源装置の出力電流と前記各バッテリーセルの充電スイッチのスイッチングロジックを乗じて前記各バッテリーセルの充電電流を計算することを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記制御器は、
前記電源装置の出力電流と前記各バッテリーセルの充電スイッチのスイッチングロジックを乗じて充電電流を計算し、この際、繰り返し学習により充電電流を補正することを特徴とする、請求項15に記載のバッテリーの充放電装置。 - 前記制御器は、
前記各バッテリーセルの充電スイッチ状態による全バッテリーセルの電圧に関する情報を前記電源装置の電流制御器にフィードフォワード反映することを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーの充放電装置。 - 多数のバッテリーセルを直列連結して充放電するバッテリーの充放電装置であって、
前記バッテリーセルそれぞれに直列連結された充電スイッチと、
前記直列連結されたバッテリーセルと前記充電スイッチの両端を短絡させるバイパススイッチと、
前記バッテリーセルそれぞれの電圧をセンシングする電圧センサと、
充放電電流を測定する電流センサと、
前記充放電電流を提供する電源装置と、
制御器とを含み、
前記制御器は、
前記バッテリーセルの放電のときに、前記充電スイッチをすべて入れて前記すべてのバッテリーセルを直列連結し、その両端に前記電源装置を連結して放電し、この際、すべてのバッテリーセルに一定の電流が流れるように前記電源装置の出力電流を制御し、バッテリーセルの電圧が最低電圧に達した当該バッテリーセルは、前記当該バッテリーセルの充電スイッチは切り、バイパススイッチは入れて、前記一定の電流が当該バッテリーセルのバイパススイッチに流れるようにし、残りのバッテリーセルは前記一定の電流で放電し続け、すべてのバッテリーセルがバイパスすると放電を終了することを特徴とする、バッテリーの充放電装置。 - 前記電源装置は、
出力端にフルブリッジ形態のチョッパを含むことを特徴とする、請求項1、請求項2および請求項18のいずれか一項に記載のバッテリーの充放電装置。 - 多数のバッテリーセルそれぞれに直列連結された充電スイッチと、前記直列連結されたバッテリーセルと前記充電スイッチの両端を短絡させるバイパススイッチと、前記バッテリーセルそれぞれの電圧をセンシングする電圧センサと、充放電電流を測定する電流センサと、前記充放電電流を提供する電源装置とを含むバッテリーの充放電装置を用いて、多数のバッテリーセルを直列連結して充放電するバッテリーの充放電方法であって、
定電流モード充電のときには、前記充電スイッチをすべて入れて前記すべてのバッテリーセルを直列連結し、その両端に前記電源装置を連結して充電し、この際、すべてのバッテリーセルに一定の電流が流れるように前記電源装置の出力電流を制御し、終止電圧に達したバッテリーセルは、前記当該バッテリーセルに直列連結された充電スイッチは切り、バイパススイッチは入れて、前記当該バッテリーセルの充電電流をバイパスさせ、残りのバッテリーセルは一定の電流で充電し続けるステップと、
定電流モード充電の後に、定電圧モード充電のために前記多数のバッテリーセルを直列に連結し、その両端に前記電源装置を連結して充電し、この際、全バッテリーセルのうち最も容量が大きい一つ以上のバッテリーセルまたは最も電圧が低い一つ以上のバッテリーセルの充電スイッチを常に入れ、各バッテリーセルの電圧が終止電圧になるように前記電源装置の出力電流を制御し、残りのバッテリーセルはそれぞれのバッテリーセルの電圧が前記終止電圧になるように前記充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間の比率を調節するステップとを含み、直列に連結された各バッテリーセルのバランシングを行うことを特徴とする、バッテリーの充放電方法。 - 定電流モード充電のときには、前記充電スイッチをすべて入れて前記すべてのバッテリーセルを直列連結し、その両端に前記電源装置を連結して充電し、この際、すべてのバッテリーセルに一定の電流が流れるように前記電源装置の出力電流を制御し、終止電圧に達したバッテリーセルは、前記当該バッテリーセルに直列連結された充電スイッチは切り、バイパススイッチは入れて、前記当該バッテリーセルの充電電流をバイパスさせ、残りのバッテリーセルは一定の電流で充電し続けるステップと、
定電流モード充電の後に、定電圧モード充電のために、前記多数のバッテリーセルを直列に連結し、予め貯蔵されたバッテリーセルの特性を用いて充電電流命令値プロファイルを作り、前記電源装置の出力電流が充電電流命令値に従うように制御し、前記各バッテリーセルの容量偏差に応じて前記各バッテリーセルの充電スイッチの動作時間とバイパススイッチの動作時間の時比率を調節して各バッテリーセルが終止電圧に達するように制御するステップとをさらに含み、直列に連結された各バッテリーセルのバランシングを行うことを特徴とする、請求項20に記載のバッテリーの充放電方法。 - 多数のバッテリーセルそれぞれに直列連結された充電スイッチと、前記直列連結されたバッテリーセルと前記充電スイッチの両端を短絡させるバイパススイッチと、前記バッテリーセルそれぞれの電圧をセンシングする電圧センサと、充放電電流を測定する電流センサと、前記充放電電流を提供する電源装置とを含むバッテリーの充放電装置を用いて、多数のバッテリーセルを直列連結して充放電するバッテリーの充放電方法であって、
前記バッテリーセルの放電のときには、前記充電スイッチをすべて入れて前記すべてのバッテリーセルを直列連結し、その両端に前記電源装置を連結して放電し、この際、すべてのバッテリーセルに一定の電流が流れるように前記電源装置の出力電流を制御するステップと、
前記バッテリーセルの放電のときには、バッテリーセルの電圧が最低電圧に達した当該バッテリーセルは、前記当該バッテリーセルの充電スイッチは切り、バイパススイッチは入れて、前記一定の電流が当該バッテリーセルのバイパススイッチで流れるようにし、残りのバッテリーセルは前記一定の電流で放電し続けるステップとを含み、
すべてのバッテリーセルがバイパスすると放電を終了することを特徴とする、バッテリーの充放電方法。
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