JP3503742B2 - 組電池 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
列接続した組電池であって、それぞれの蓄電池モジュー
ルにフライバックトランスとダイオードを備えた組電池
に関する。
装置には、複数の蓄電池モジュールを直列接続した組電
池が使用される。複数の蓄電池モジュールを直列に接続
して構成する場合、電池特性のばらつきにより、個々の
蓄電池モジュールの電圧が不規則に分布し、特定の蓄電
池モジュールの過充電や過放電が起きる。したがって、
蓄電池モジュールを組電池として使用する場合には、特
性のばらつきの少ない蓄電池モジュールを組み合わせて
使用する必要がある。
て放熱が悪くなり温度が上昇し、蓄電池モジュール特性
に影響を与えたり、長期間使用の蓄電池モジュールの劣
化の度合いが―様でないため、蓄電池モジュール特性を
揃えることは困難である。したがって、それぞれの蓄電
池モジュール電圧のばらつきを減少するために、均等充
電(組電池の個々の蓄電池モジュールに生じた充電状態
のばらつきをなくするために行う充電)が必要になる。
電池モジュールに付加する代表的構造物として、個々
の蓄電池モジュールに電流のバイパス回路を付加する構
造、個々の蓄電池モジュールに3極接点(C接点)と
3極スイッチの中点間にコンデンサを付加する構造、
蓄電池モジュールと同数の二次巻線を有する多巻き線ト
ランス(一次巻線と複数の二次巻線を同じコアに巻いた
トランス)から、ダイオードを介して個々の蓄電池モジ
ュールに二次巻線を接続する構造がある。
9号公報に示されるように蓄電池モジュールとは別に設
けた電子回路で個々の電池モジュールの電圧を検出し
て、電圧の高い蓄電池モジュールの充電電流をバイパス
構造で分流させる量を増加し、電圧の低い蓄電池モジュ
ールの充電電流をバイパス構造で分流させる量を減少し
て、各蓄電池モジュールの充電量を調整し、各電池モジ
ュールの電圧を均等化する。
tem for Automatic Series BatteryEqualization”,APE
C’97, pp.848-854]に示されるように、各蓄電池モジ
ュールには3極スイッチと3極スイッチの中点にコンデ
ンサを接続した構造物を接続し、蓄電池モジュールとは
別に設けた電子回路で、3極スイッチを切り替え、電圧
の高い蓄電池モジュールにてコンデンサを充電し、電圧
の低い蓄電池モジュールへ放電する動作を繰り返して各
蓄電池モジュールの電圧を均等化する。
ies Connected Battery Cells”,INTELEC’ 98,pp.311-
315]に示されるように、組電池の外部に各巻き線トラ
ンス(一つのコアに一個の一次巻線と複数の二次巻線を
同時に巻いたトランス)を配置し、この多巻き線トラン
スの二次巻線を引き出して、ダイオードを介して個々の
蓄電池モジュールの正極と陰極に接続し、個々の蓄電池
モジュールを充電する。
数の蓄電池モジュールに関して、低損失、かつ、簡単に
均等充電を行うための構造を蓄電池モジュールに付加す
るという点の考慮がなされておらず、蓄電池モジュール
間に複雑に配線が張り巡らされたり、多くの回路素子を
取り付ける必要があったり、損失が増大するという問題
があった。
ス回路は抵抗成分を含んだ電流可変手段である必要があ
り、この抵抗成分とバイパス電流との積がバイパス回路
の損失になる。このため、損失が増大するのみならず、
バイパス回路を蓄電池モジュールのすぐ近くに設置する
場合には、蓄電池モジュールがバイパス回路の発熱を受
けて、劣化が加速されるという問題がある。また、充電
電流をパルス的に流す場合には、交流インピーダンスが
小さいという理由で蓄電池モジュールに電流が流れ、バ
イパス回路を流れる電流の制御が困難であるという問題
があった。
構成するために、最低2個の半導体スイッチ(例えば電
力用MOS−FETを2個)とこれらのスイッチを絶縁
して動作させる駆動回路が必要となり、構造が複雑で部
品数が多いという問題があった。また、コンデンサに直
列に接続される抵抗やインダクタンスが零に近い場合に
3極スイッチを切り替えると、接点に過大電流が流れる
という問題があった。
トランスの二次巻線を個々の蓄電池モジュールまで引き
回すので配線が長くなり、混同するという問題があっ
た。また、一個のトランスコアに一次巻線から供給され
る電流エネルギーを蓄積し、複数の蓄電池モジュールに
分配するので、蓄電池モジュールを大きな電流で充電す
る場合には、トランスコアが大型化し、設置スペースが
限られるという問題があった。さらに、蓄電池モジュー
ルとトランスとが離れている場合には、二次巻き線の配
線が長くなり、電圧降下や損失が増大するという問題が
あった。
ュールに付加する構造が少なく、フライバックトランス
の一次巻線の配線を組み替えるだけで蓄電池モジュール
の均等充電電流の値を容易に可変でき、蓄電池モジュー
ルに固着可能な均等充電回路を備えた組電池を提供する
ことを目的とする。
めに、1以上の蓄電池セルを直列接続してなる蓄電池モ
ジュールを複数個接続してなる組電池において、前記蓄
電池モジュールそれぞれに少なくとも1つのフライバッ
クトランスと、ダイオードを設け、前記フライバックト
ランスの二次巻線が前記ダイオードを介して前記蓄電池
モジュールの陽極と陰極に接続され、前記蓄電池モジュ
ールにフライバックトランスとダイオードを固着して構
成する。
とは、フライバックトランスの一次巻線と二次巻線が一
対一に対応していることと、一つの蓄電池モジュール対
応に一個のフライバックトランスを設けていることとが
異なる。そのため、本願発明においては、一個のフライ
バックトランスで複数の蓄電池モジュールを均等充電す
る必要がないため、フライバックトランスが小型化で
き、蓄電池モジュールに固着できる。
ックトランスの一次巻線に簡単に着脱できるコネクタを
設け、各々のフライバックトランスの一次巻線を直列乃
至並列接続する構造を設けることが好ましい。
ることで、個々の蓄電池モジュールの均等充電電流を容
易に可変できること、一次巻線を切り離すのみで蓄電池
モジュールを容易に取り外し可能である点で異なる。
ルに近接してフライバックトランスが設置されるため、
蓄電池モジュールに接続された二次巻線を短小化でき
る。そのため、電圧降下や抵抗による電力損失を考慮す
る必要が無くなる。また、蓄電池モジュールの充電用構
造の大部分は、蓄電池モジュール直近に置かれるため、
二次巻線の引き回しは必要でなくなり、蓄電池モジュー
ルの陽極と陰極には二次巻線を予め接続しておくことも
可能となるため、誤配線の問題も避けられる。
一次巻線に電圧を加え、トランス(励磁インダクタン
ス)に励磁電流を流している期間には二次巻線には電流
を流さない(例えばダイオードなどで二次巻線からの電
流が流れないような構造とする)。従って、エネルギー
はこの期間にトランスの励磁電流として蓄積されて、一
次巻線の電圧が遮断されると同時に、この励磁電流がト
ランスの二次巻線を介して流れる。
トランスと、ダイオードの組を1組以上接続し、フライ
バックトランスの一次巻線を並列接続することで蓄電池
モジュールの均等充電電流を増加することや、一次巻線
を直列接続することで電池セル数の異なる蓄電池モジュ
ールの均等充電が可能になる。
説明する。図1に本願発明の実施例に係る組電池の回路
図を示す。本例における組電池は、蓄電池モジュール3
a,3b,3cにそれぞれダイオード2a,2b,2c
とフライバックトランス1a,1b,1cを接続して構
成されている。本図では、三組の蓄電池モジュール3
a,3b,3cを直列接続した例を示しており、この蓄
電池モジュール3a,3b,3cを充電するための外部
回路(スイッチ素子4、駆動回路5、直流電源6)も同
時に示している。なお、本図において蓄電池モジュール
3a,3b,3cと並列にそれぞれコンデンサ31a,
31b,31cを接続しているのは、フライバックトラ
ンスの脈動する電流を吸収させるためであり、このコン
デンサ31a,31b,31cは必ずしも必要では無
い。
ダイオード2a,2b,2cとは、図示の極性で個々の
蓄電池モジュール3a,3b,3cに対応して設ける。
イバックトランス1に励磁電流を蓄積し、スイッチ素子
4の非導通時に二次巻線側に均等充電電流を流すように
動作する。
トランス1とダイオード2を取り付ける場合の実装図を
示す。フライバックトランス3は―次乃至二次巻線13
と磁性体8と磁性体板7とから構成される。本トランス
は、磁気飽和を避けるために、エアーギャップ部12を
磁性体8の一部に設けており、樹脂製の枠11で絶縁板
14に固定される。トランスの二次巻線の一方は、ダイ
オード2を介して蓄電池モジュール3の陽極側と接続
し、他方の二次巻線は蓄電池モジュールの陰極と接続す
る。蓄電池モジュール3にはタブ15を設けておき、タ
ブ15と絶縁板14上のリード10とを電気的に接続す
る。絶縁板14は、蓄電池モジュール3に接合体で固着
しても良いが、フライバックトランス1やダイオード2
を含めて蓄電池モジュール3にテープ止め、チューブ外
装及びプラスチックケースで固定しても良い。
分を示すため、図2の構成を上部から俯瞰した図であ
る。本図における一次巻線及び二次巻線は板状の導体で
スパイラル形成したものであり、一次巻線18の端部に
はコネクタ19を接続して、別の一次巻線と接続するよ
うに構成する。
次巻線18をコネタタ19と接続線21を使用して直列
接続した例である。二次巻線17は、蓄電池モジュール
3に直接接続されるので、引き回す必要は全くなく、一
次巻線18のみを引き出すだけで良いため、接続は非常
に簡素である。
式、ラック形式及びパネル形式のコネクタが使用可能で
ある。
続した場合のフライバックトランス電流を示す。二次巻
線電流が、個々の蓄電池モジュールの均等充電電流に相
当する。一次巻線電流は、スイッチ素子4を導通した場
合に増加し、スイッチ素子を非導通にした際に二次巻線
に電流が移行する。電圧の低い蓄電池モジュールに流れ
る電流の流れている期間は、電圧の高い蓄電池モジュー
ルに流れる電流の期間より長いため、電圧の低い蓄電池
モジュールに流れる電流の積分値は大きな値となる。従
って、電圧の低い蓄電池モジュールが余分に充電された
結果、徐々に蓄電池モジュールの電圧差が解消される。
バックトランスの一次巻線の接続あるいは構成を変え
て、均等充電電流を調整する組電池の回路図を示してい
る。
30b,30cを全て並列に接続している。そのため、
トランスの励磁電流が増加し、蓄電池モジュール3a,
3b,3cの均等充電電流を増加する。
ジュール3cに、、フライバックトランス1c−1,1
c−2とダイオード2c−1,2c−2を2組配置して
接続した例である。本例によれば一番下の蓄電池モジュ
ール3c重点的に均等充電することができる。
設置されるため、蓄電池モジュールに接続された二次巻
線は短小化できるので、電圧降下や抵抗による電カ損失
を考慮する必要が無い。また、蓄電池モジュールの充電
用構造の大部分は、蓄電池モジュール直近に置かれるた
め、二次巻線の引き回しは必要でなくなり、蓄電池モジ
ュールの陽極と陰極には二次巻線を予め接続しておくこ
とも可能となるので、誤配線の問題も避けられる。 蓄電池モジュールにフライバックトランスと、ダイオ
ードの組を1組以上接続し、フライバッククトランスの
一次巻線を並列接続することで蓄電池モジュールの均等
充電電流を増加することや、一次巻線を直列接続するこ
とで電池セル数の異なる蓄電池モジュールの均等充電が
可能になる。
る。
側面図である。
す拡大平面図である。
した組電池の平面図である。
ある。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 1以上の蓄電池セルを直列接続してなる
蓄電池モジュールを複数個接続してなる組電池におい
て、前記蓄電池モジュールそれぞれに少なくとも1つの
フライバックトランスと、ダイオードを設け、前記フラ
イバックトランスの二次巻線が前記ダイオードを介して
前記蓄電池モジュールの陽極と陰極に接続され、前記蓄
電池モジュールにフライバックトランスとダイオードを
固着したことを特徴とする組電池。 - 【請求項2】 請求項1の組電池に置いて、前記フライ
バックトランスの―次巻線に接続端子を設け、各々のフ
ライバックトランスの―次巻線を直列乃至並列接続する
構造を有することを特徴とする組電池。
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