JP3175574U - Discharge-type battery management device - Google Patents
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Abstract
【課題】同時に少なくとも一つの高電位の電池セルを放電させ、各電池セルの電位を均等化する放電方式の電池管理装置を提供する。
【解決手段】モニタモジュールによって、複数の電池セルを監視し、いずれの電池セルの電位、電流及び温度が変化したとき、制御モジュールによって、隔離式の複数のエネルギー貯蔵モジュールを制御し、バッテリパックを充電すると共に、相対的に高電位の少なくとも一つの電池セルを放電させ、バッテリパック全体の電位の均等化を取り、装置のエネルギー変換効率を向上する。
【選択図】図2Disclosed is a discharge-type battery management device that discharges at least one high-potential battery cell at the same time and equalizes the potential of each battery cell.
A plurality of battery cells are monitored by a monitor module, and when a potential, current and temperature of any of the battery cells change, a plurality of isolated energy storage modules are controlled by a control module, and a battery pack is installed. While charging, at least one battery cell having a relatively high potential is discharged to equalize the potential of the entire battery pack, thereby improving the energy conversion efficiency of the apparatus.
[Selection] Figure 2
Description
本考案は電気エネルギー変換調整回路技術に関し、特に制御モジュールによって、放電スイッチを制御し、独立のエネルギー貯蔵モジュールを介して、同時に少なくとも一つの高電位の電池セルを放電させ、各電池セルの電位を均等化する放電方式の電池管理装置に関する。 The present invention relates to an electric energy conversion adjustment circuit technology, and in particular, controls a discharge switch by a control module and simultaneously discharges at least one high-potential battery cell through an independent energy storage module, thereby controlling the potential of each battery cell. The present invention relates to a discharge-type battery management device for equalization.
現在、電気自動車またはハイブリッドカーなどグリーン交通器具は、リチウムイオン電池を繰り返し充放電に対応する運動エネルギーのバッテリパックとして大量に使用されている。さらに、一つのリチウムイオン電池セルは一般として、電圧が3〜4ボルトに低いため、電気自動車またはハイブリッドカーなどに要求された100ボルト以上の駆動電圧はるかに及ばない。よって、運動エネルギーに供給するバッテリパックは、複数のリチウムイオン電池セルを直列接続して仕上げる必要がある。
しかし、常識からいうと、各電池セルは特性上、もともと微妙な違いが存在している。例えば内部抵抗の違いに加えて、充放電時に貯蔵及び出力できる電気エネルギーが異なっていて、その後、繰り返し充放電を複数回行った後、各電池セルに電位差を形成し、各電池セルの電圧の不均衡を引き起して、電気エネルギーの性能と効率が低下する。仮に、電池セルの電位が高すぎると、電気の劣化を加速するかまたは焼損する。逆に、電位が低すぎるときは、電池セルが劣化し破損する恐れがある。
Currently, green traffic appliances such as electric vehicles and hybrid cars are used in large quantities as kinetic energy battery packs that can repeatedly charge and discharge lithium ion batteries. Furthermore, since one lithium ion battery cell generally has a voltage as low as 3 to 4 volts, it does not reach the driving voltage of 100 volts or more required for an electric vehicle or a hybrid car. Therefore, it is necessary to finish the battery pack that supplies kinetic energy by connecting a plurality of lithium ion battery cells in series.
However, from a common sense, each battery cell originally has a subtle difference in characteristics. For example, in addition to the difference in internal resistance, the electrical energy that can be stored and output at the time of charging / discharging is different, and then after repeated charging / discharging multiple times, a potential difference is formed in each battery cell, and the voltage of each battery cell is Electrical energy performance and efficiency are reduced, causing imbalances. If the potential of the battery cell is too high, the deterioration of electricity is accelerated or burned out. Conversely, when the potential is too low, the battery cell may deteriorate and be damaged.
またはインダクターあるいは変圧器などの変換装置によって、電池セルの余分な電気エネルギーを他の電池セルに出力することもできる。図1の公知技術の主動式の電池電位の均等化装置の電気回路図を参照する。図に示すように、電池管理装置1は、バッテリパック2の充放電回路より独立している。エネルギー変換素子として変圧器10を使用されている。一次側は第1スイッチ11に直列接続した後、制御モジュール12に結合されている。二次側は複数の第2スイッチ13を介して、それぞれ複数の電池セル20に結合されている。さらに、第2スイッチ13は制御モジュール12によって制御される。検知モジュール14によって、そのうち一つの電池セル20の電位、電圧または温度の異常を検出し、調節が必要なとき、制御モジュール12によって、第1スイッチ11を導通し、バッテリパック2の電気エネルギーを変圧器10の一次側に伝送させ、導通サイクルを経過した後、制御モジュール12によって、第1スイッチ11をオフにすると同時に、比較的低電位の電池セル20が対応する第2スイッチ13を導通させ、変圧器10の二次側を介して、電気エネルギーを貯蔵して置き、各電池セル20の電位を均等化させる。
以上の説明より、前述方法は各電池セル20同士の電位の均等化はできるものの、充電回路に取り付けるスイッチが複雑であり、かつ電気回路のコストを増加させる。さらに、この手段は、バッテリパック2全体を放電させた後、電気エネルギーを低電位の電池セル20に伝送されている。よって、調節必要な電池セル20があれば、すべての電池セル20とも放電が必要となり、充電効率を低下させ、電池の劣化が加速する。
Alternatively, excess electrical energy of the battery cell can be output to another battery cell by a conversion device such as an inductor or a transformer. Reference is made to the electrical circuit diagram of the prior art main battery leveling device of FIG. As shown in the figure, the
From the above description, although the above-described method can equalize the potentials of the
前述問題を解決するため、公知技術はバイパス抵抗器(Bypass Resistor)を高い電気エネルギーの電池セルに並列接続する方式で余分な電気エネルギーを消費することによって、各電池セルの電位を均等化させる。しかし、この種の受動式による電池の均等化は、抵抗器が電気を消費して熱を形成するため、電池セルの温度上昇によって、寿命を短縮し、エネルギー変換効率を低下させるほか、拡張が難しい。 In order to solve the above-mentioned problem, the known technique equalizes the potential of each battery cell by consuming excess electrical energy in a system in which a bypass resistor is connected in parallel to a battery cell having high electrical energy. However, this type of battery equalization by passive type consumes electricity to form heat, so the temperature rise of the battery cell shortens the lifetime, lowers the energy conversion efficiency and expands. difficult.
公知技術の問題について、本考案の目的は、放電方式の電池管理装置を提供する。モニタモジュールによって、複数電池セルの電位、電流及び温度を監視するとともに、モニタモジュールによって電池セルの電位のバランス状態を照合する。そのうち、少なくとも一つの電池セルが相対的高電位のとき、モニタモジュールより放電信号を制御モジュールに出力される。制御モジュールが前記充電信号を受信したとき、ただちに対応の第1スイッチを導通させ、対応の電池セルが充電すると同時に、電気エネルギーを対応のエネルギー貯蔵モジュールの第2コイル放出する。第2コイルと対応の第1コイルとの相互誘導作用によって、放出された電気エネルギーを対応の第1コイルに伝送した後、対応のエネルギー貯蔵モジュールに貯蔵しておき、システムにフィードバックする。このように、隔離式のエネルギー貯蔵モジュールを介して、電池セルを同時または単独に放電し各電池セルの電位を均等化することによって、バッテリパックの変換効率を向上させ、電池セルの劣化を遅延する効果を達成できる。 Regarding the problems of the known technology, the object of the present invention is to provide a discharge-type battery management device. The monitor module monitors the potential, current, and temperature of the plurality of battery cells, and the monitor module verifies the balance state of the battery cell potential. Among these, when at least one battery cell is at a relatively high potential, a discharge signal is output from the monitor module to the control module. When the control module receives the charging signal, the corresponding first switch is immediately turned on, and the corresponding battery cell is charged, and at the same time, the electric energy is discharged from the second coil of the corresponding energy storage module. Due to the mutual inductive action between the second coil and the corresponding first coil, the emitted electrical energy is transmitted to the corresponding first coil, stored in the corresponding energy storage module, and fed back to the system. In this way, the battery cells are discharged simultaneously or independently through the isolated energy storage module to equalize the potential of each battery cell, thereby improving the conversion efficiency of the battery pack and delaying the deterioration of the battery cells. Effect can be achieved.
さらに、本考案の放電方式の電池管理装置は過充電によるバッテリパックの損傷を避けるため、モニタモジュールよりバッテリパックの過大な充電電流または電気一エネルギーの飽和を検出し停電信号を制御モジュールに出力されたとき、制御モジュールを介して、電源と、制御モジュールと、エネルギー貯蔵モジュールの間に結合された第2スイッチをオフにし、電源の供給を中止する。 Furthermore, in order to avoid damage to the battery pack due to overcharging, the battery management device of the present invention detects an excessive charging current of the battery pack or electrical energy saturation from the monitor module and outputs a power failure signal to the control module. Then, the second switch coupled between the power source, the control module, and the energy storage module is turned off via the control module, and the supply of the power source is stopped.
電池セルの過放電による電池セルの劣化を避けるため、本考案の放電方式の電池管理装置は、モニタモジュールが電池セルの電位が低すぎることを検出し、異常信号を制御モジュールに出力させ、制御モジュールが放電抑止モジュールを介して、バッテリパックの放電を停止する。
さらに、バッテリパックの電気貯蔵効率を向上させるため、各第1コイルは第3スイッチを介して同期整流器に結合することによって、エネルギー貯蔵モジュールが同期して、電流と電圧を整流した上、電池セルに充電する。
In order to avoid the deterioration of the battery cell due to overdischarge of the battery cell, the discharge type battery management device of the present invention detects that the potential of the battery cell is too low and outputs an abnormal signal to the control module for control. The module stops discharging the battery pack via the discharge suppression module.
Furthermore, in order to improve the electrical storage efficiency of the battery pack, each first coil is coupled to a synchronous rectifier through a third switch so that the energy storage module synchronizes and rectifies the current and voltage, and then the battery cell. To charge.
本考案の内容のさらなる理解を図るため、下記の説明に図式を組み合わせ、説明する。 In order to further understand the content of the present invention, the following description is combined with a diagram for explanation.
図2〜図4の、本考案の好ましい実施例1のブロック図と、実施例1の電気回路態様図と、実施例2の電気回路態様図とを参照する。図に示すように、バッテリパック4の複数電池セル40に充電及び監視する放電式の電池管理装置3は、複数のエネルギー貯蔵モジュール30と、一つのモニタモジュール31と、制御モジュール32と、第2スイッチ33と放電抑止モジュール34と、を備える。エネルギー貯蔵モジュール30は、第1コイル301と、磁気コア302と、第2コイル303と、を有する。各第1コイル301は、磁気コア302を介して、第2コイル303に結合され、各第2コイル303は、第1スイッチ304を介して電池セル40に結合される。モニタモジュール31は電池セル40と、制御モジュール32に接続されている。制御モジュール32は第1スイッチ304に結合され、かつ待機時の電気消費を節約するため、通常は待機状態に置き、モニタモジュール31が異常を検出し信号を出力したときのみ起動される。第2スイッチ33は電源と、エネルギー貯蔵モジュール30と、制御モジュール32との間に結合され、放電抑止モジュール34は、制御モジュール32とバッテリパック4に結合されている。
2 to 4, a block diagram of a first preferred embodiment of the present invention, an electric circuit diagram of the first embodiment, and an electric circuit diagram of the second embodiment will be referred to. As shown in the figure, the discharge-type
制御モジュール32によって、電池セル40の電位、電流及び温度を監視し、電池セル40の温度が高すぎないか、電流が高すぎないか、または電位が低すぎないか、放電電流を出力できる状態かを検出する。適合値にある場合は、制御モジュール32によって、電池セル40の放電機能を起動させ、そうでない場合は、放電機能を停止させる。引き続き、バッテリパック4の充電電流が大きすぎるあるいは温度が高すぎるとき、モニタモジュール31がバッテリパック40の電位状態が飽和状態になっているかを照合する。
そのうち一つの電池セル40_1が貯蔵した電気エネルギーが最大の電気エネルギー値、例えば3.65ボルトを超えたときは、電気休止信号及び放電信号を制御モジュール32に出力し、制御モジュール32によって、第2スイッチ33をオフにし、入力端の異常エラーによって、過充電またはバッテリパック4の焼損を防止する。同時に、制御モジュール32によって第1スイッチ304_1を導通し、対応の電池セル40_1が充電すると同時に余分な電気エネルギーを対応の第2コイル303_1に出力させ、第2コイル303と第1コイル301との相互誘導作用によって、放出された電気エネルギーを対応の第1コイル301_1に伝送して、対応のエネルギー貯蔵モジュール30_1に一時貯蔵して置き、システムにフィードバックさせる。特に注意すべきことは、第2スイッチ33は、低消費電力、かつ200アンペア異常の稼働電流に堪えられる電子スイッチを使用しており、システムのオン・オフ瞬間の火花によって電気回路の焼損を防止でき、かつ、全負荷ときの合計電気消費が50ワット以下であり、省電力に貢献し環境保護の要求に適合できる。
The
When the electrical energy stored in one of the battery cells 40_1 exceeds a maximum electrical energy value, for example, 3.65 volts, an electrical pause signal and a discharge signal are output to the
これに対して、3.65ボルトを超える電池セル40がないとき、モニタモジュール31はさらに、各電池セル40の電位の誤差が所定の誤差値、例えば0.05ボルトより小さいかを確認する。そうであれば、再び電池セル40が充電中または放電中であることを確認して、電池セル40の監視を継続するかまたは監視作業を終了して待機状態に入る。もし、各電池セル40の電位の差がプラスマイナス0.05ボルトを超えたときは、放電信号を制御モジュール32に発信し、対応の第1スイッチ304_2、304_nを起動させ、バッテリパック4の電位平均値を上回る2つの電池セル40_2、40_nを対応の2つのコイル303_2、303_nに放出した後、対応の2つの第1コイル301_2、301_nを介して、放出された電気エネルギーを対応の2つのエネルギー貯蔵モジュール30_2、30_nに一時貯蔵して置き、システムにフィードバックさせる。このように、電気エネルギーの浪費はなく、かつ電池セル40間の電位を素早く均等化でき、バッテリパック4の充電効率を向上させ、大電流の場合は、例えば電池セル40を384ボルトに直列接続して、高電圧バッテリパック4の充放電設備の主動電位の均等化システムを形成する。
On the other hand, when there is no
さらに、モニタモジュール31によって、電池セル40の電位が低すぎることを検出されたとき、異常信号を制御モジュール32に出力し、制御モジュール32が放電抑止モジュール34を介して、バッテリパック4の放電を中止し電池セル40の過度な放電による劣化や損傷を避ける。このように、放電式の電池管理装置3はモニタモジュール31と、第2スイッチ33と、放電抑止モジュール34によって、バッテリパック4に完全な保護を提供できる。
Further, when the
さらに、各第1コイル301は、例えばダイオードを非同期整流器として、充電電流のフィルタリング及び整流と同時に、充電周期の調節ができる。または、さらに各第2コイル301を酸化金属半導体電界効果トランジスターの第3スイッチ305に直列接続した後、同期整流器35に結合して置き、第3スイッチ301を導通されたとき、エネルギー貯蔵モジュール30は電源電圧を同期に整流した上、電池セル40に充電し、電気エネルギーの変換効率を70%以上に向上させることができる。
Furthermore, each
1:電池管理装置
10:変圧器
11:スイッチ
12:制御モジュール
13:第2スイッチ
14:検知モジュール
2:バッテリパック
20:電池セル
3:放電式の電池管理装置
30:エネルギー貯蔵モジュール
301:第1コイル
302:磁気コア
303:第2コイル
304:第1スイッチ
305:第3スイッチ
31:モニタモジュール
32:制御モジュール
33:第2スイッチ
34:放電抑止モジュール
35:同期整流器
4:バッテリパック
40:電池セル
1: Battery management device 10: Transformer 11: Switch 12: Control module 13: Second switch 14: Detection module 2: Battery pack 20: Battery cell 3: Dischargeable battery management device 30: Energy storage module 301: First Coil 302: Magnetic core 303: Second coil 304: First switch 305: Third switch 31: Monitor module 32: Control module 33: Second switch 34: Discharge suppression module 35: Synchronous rectifier 4: Battery pack 40: Battery cell
Claims (5)
電源とバッテリパックに結合され、第1コイルと、磁気コアと、第2コイルと、を有する、各前記第1コイルは、前記磁気コアを介して前記第2コイルに結合され、前記第2コイルは第1スイッチを介して、前記電池セルに直列接続する、複数のエネルギー貯蔵モジュールと、
複数の前記電池セルに電気接続され、前記電池セルの電位、電流及び温度を監視すると共に、前記電池セルの電位の均等化状態を照合し、少なくとも一つの前記電池セルが低い電位を示されたときに放電信号を出力する、モニタモジュールと、
エネルギー貯蔵モジュールと、前記モニタモジュールに結合され、放電信号を受信し、対応の第1スイッチを導通することによって、対応の電池セルが充電すると同時に電気エネルギーを対応の第2コイルに放出し、前記第2コイルと前記第1コイルの相互誘導作用によって、放出された電気エネルギーを対応の第1コイルに伝送した後、対応のエネルギー貯蔵モジュールに貯蔵して置き、システムにフィードバックさせる制御モジュールと、を備える、
放電方式の電池管理装置。 A discharge-type battery management device that monitors charging of a plurality of battery cells provided in a battery pack using a power source and equalizes the amount of electrical energy stored in each of the battery cells by an independent charging method,
The first coil is coupled to the power source and the battery pack, and includes a first coil, a magnetic core, and a second coil. Each of the first coils is coupled to the second coil via the magnetic core, and the second coil A plurality of energy storage modules connected in series to the battery cells via a first switch;
A plurality of the battery cells are electrically connected, and the potential, current and temperature of the battery cells are monitored, and the equalization state of the potentials of the battery cells is checked, and at least one of the battery cells has a low potential. A monitor module that sometimes outputs a discharge signal,
Coupled to the energy storage module and the monitor module, receiving a discharge signal, and conducting a corresponding first switch, so that a corresponding battery cell is charged and simultaneously discharges electric energy to a corresponding second coil; A control module for transmitting the released electrical energy to the corresponding first coil by the mutual induction action of the second coil and the first coil, and then storing it in the corresponding energy storage module and feeding it back to the system; Prepare
Discharge type battery management device.
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CN108599323A (en) * | 2018-06-08 | 2018-09-28 | 李勇 | A kind of batter-charghing system and its control method with subregion charging cooling function |
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