JP3529623B2 - Apparatus and method for detecting remaining capacity of series-parallel switching storage power supply - Google Patents

Apparatus and method for detecting remaining capacity of series-parallel switching storage power supply

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JP3529623B2
JP3529623B2 JP13484298A JP13484298A JP3529623B2 JP 3529623 B2 JP3529623 B2 JP 3529623B2 JP 13484298 A JP13484298 A JP 13484298A JP 13484298 A JP13484298 A JP 13484298A JP 3529623 B2 JP3529623 B2 JP 3529623B2
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly detect the residual energy which can be extracted from a series-parallel switching storage power supply, even if the connection is switched from a parallel to a series one, when the voltage drops. SOLUTION: As a series-parallel switching storage power supply 101, battery units are composed of a pair of storage batteries C11, C12 and C21, C22, each of which has its voltage dropped by a large amount as energy is taken out. The battery units are serially connected in a plurality of stages. As the voltage drops, the battery units are switched from a parallel connection to a series connection in stages, one step at a time, by means of switching means S11-S13, S21-S23. This system, being provided with a voltage detector for detecting the voltage, switching signal detectors S14, S24 for detecting switching signals for respective battery units, an operator 104 for making an operation, based on the detected voltage and switching signals, finds the residual energy of the series-parallel switching storage power supply 101 from the detected voltage in accordance with the switching conditions of the battery units.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギーを取り
出すにしたがい電圧が大きく低下する蓄電池を用い、1
対の蓄電池で並列接続と直列接続との切換手段を有する
電池ユニットを構成して該電池ユニットを複数段に直列
接続し、電圧の低下により前記複数段の電池ユニットを
1段ずつ段階的に並列接続から直列接続に切り換えるよ
うにした直並列切換蓄電源の残量検出装置及び残量検出
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a storage battery whose voltage drops greatly as energy is taken out.
A pair of rechargeable batteries constitutes a battery unit having switching means for parallel connection and series connection, the battery units are connected in series in a plurality of stages, and the battery units in a plurality of stages are connected in parallel one by one due to a voltage drop. The present invention relates to a remaining amount detecting device and a remaining amount detecting method for a series-parallel switching storage power source that is switched from connection to series connection.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気二重層コンデンサを使用したECS
(Energy Capacitor System) による電力貯蔵装置は、電
気自動車の電源装置や大規模な電力貯蔵装置として注目
されている。電気二重層コンデンサは、鉛電池やニッケ
ル・カドミウム電池のような充電に時間がかかる化学電
池と比較して、他のコンデンサと同様に物理的な充電で
あるため急速充電が可能になる。しかも、電気二重層コ
ンデンサの電池は、大量にエネルギーが貯蔵できるとい
う化学電池にない大きなメリットを有している。しか
し、化学電池は、定電圧デバイスであり、正常な動作範
囲では負荷に給電しても、その電池に蓄えられたエネル
ギー量にかかわらず、端子電圧はほぼ一定の定電圧特性
を示すのに対して、電気二重層コンデンサの電池は、電
力の貯蔵量を多くしてそれを有効に利用しようとする
と、Q=CV2 /2の関係に基づいて端子電圧が大きく
変動する特性を持っている。すなわち、電気二重層コン
デンサの端子電圧は、蓄積されたエネルギーを放電する
にしたがって、満充電電圧からゼロまで大きく変化し、
負荷に安定した定格電圧を供給するにはECSで大幅な
出力電圧の調整が必要になる。
2. Description of the Related Art ECS using an electric double layer capacitor
Electric power storage devices based on (Energy Capacitor System) are attracting attention as power supply devices for electric vehicles and large-scale electric power storage devices. The electric double layer capacitor, like a chemical battery such as a lead battery or a nickel-cadmium battery, which takes a long time to be charged, is a physical charge like other capacitors, and thus can be rapidly charged. In addition, the electric double layer capacitor battery has a great advantage over the chemical battery that it can store a large amount of energy. However, a chemical battery is a constant voltage device, and even if power is supplied to a load in the normal operating range, the terminal voltage shows a constant constant voltage characteristic regardless of the amount of energy stored in the battery. Te, the battery of the electric double layer capacitor, when by increasing the storage amount of the power to attempt to effectively utilize it, has the characteristic that the terminal voltage varies greatly based on the relationship Q = CV 2/2. That is, the terminal voltage of the electric double layer capacitor greatly changes from the full charge voltage to zero as the stored energy is discharged,
In order to supply a stable rated voltage to the load, it is necessary to adjust the output voltage significantly with ECS.

【0003】ECSは、コンデンサと並列モニタと電流
ポンプからなる電力エネルギー貯蔵システムとして既に
各種文献(例えば電子技術、1994−12、p1〜
3、電学論B、115巻5号、平成7年 p504〜6
10など)で紹介されている。ここで、並列モニタは、
複数のコンデンサが直並列に接続されたコンデンサバン
クの各コンデンサの端子間に接続され、コンデンサバン
クの充電電圧が並列モニタの設定値を越えると充電電流
をバイパスする装置である。
The ECS has already been used as a power energy storage system consisting of a capacitor, a parallel monitor and a current pump in various documents (eg, electronic technology, 1994-12, p1 to p1).
3, Electronics B, Vol. 115, No. 5, 1995, p504-6
10 etc.). Where the parallel monitor is
This is a device in which a plurality of capacitors are connected between the terminals of each capacitor of a capacitor bank connected in series and parallel, and the charging current is bypassed when the charging voltage of the capacitor bank exceeds the set value of the parallel monitor.

【0004】上記並列モニタを備えたコンデンサバンク
は、充電する際にコンデンサバンクの充電電圧が設定値
以上に上昇しないように充電電流をバイパスして一定に
保つので、コンデンサバンク内のすべてのコンデンサ
は、設定された電圧まで均等に充電され、コンデンサの
蓄積能力をほぼ100パーセント発揮させることができ
る。したがって、並列モニタは、コンデンサの特性のバ
ラツキや残留電荷の大小がある場合にも、最大電圧の均
等化、逆流防止、充電終止電圧の検出と制御などを行
い、耐電圧いっぱいまで使えるようにするものとして、
きわめて大きな役割を持ち、エネルギー密度の有効利用
の手段として不可欠な装置である。
Since the capacitor bank having the parallel monitor described above bypasses the charging current and keeps it constant so that the charging voltage of the capacitor bank does not rise above a set value when charging, all capacitors in the capacitor bank are , Evenly charged up to the set voltage, the storage capacity of the capacitor can be exerted almost 100%. Therefore, the parallel monitor performs equalization of maximum voltage, prevention of reverse current, detection and control of end-of-charge voltage, etc. even when there are variations in the characteristics of capacitors and the magnitude of residual charge, so that the full withstand voltage can be used. As a thing
It plays an extremely important role and is an indispensable device as a means of effectively utilizing energy density.

【0005】図10はECSの標準的な構成例を示す
図、図11はECS電流ポンプの昇圧、降圧動作領域を
示す図である。ECSによる電力貯蔵装置では、図10
に示すように電力を蓄えた電気二重層コンデンサから、
電流ポンプと呼ばれるスイッチング方式のDC/DCコ
ンバータで電力を取り出し、一定電圧にして負荷に供給
している。このときに使用する電流ポンプは、降圧チョ
ッパ、昇圧チョッパ、その他のDC/DCコンバータで
よいが、効率が高いことが必須条件であるため、トラン
スを使ったタイプは有利ではない。
FIG. 10 is a diagram showing a standard configuration example of an ECS, and FIG. 11 is a diagram showing a step-up / step-down operation region of an ECS current pump. In the power storage device by ECS, FIG.
From the electric double layer capacitor that stored the power as shown in
Electric power is taken out by a switching type DC / DC converter called a current pump, converted into a constant voltage, and supplied to a load. The current pump used at this time may be a step-down chopper, a step-up chopper, or other DC / DC converter, but high efficiency is an essential condition, so the type using a transformer is not advantageous.

【0006】いま、ECSによる電力貯蔵装置におい
て、コンデンサの電圧を満充電時の1/4の電圧まで利
用しようとすれば、電力では15/16=93.75%
を使用することになる。それを実現する場合、昇圧コン
バータでは、出力電圧VO を満充電時の電圧VO * 4と
等しく選び、図11のupに示すようにコンバータで昇
圧して出力が常にVO * 4になるよう制御すればよい。
このとき、昇圧コンバータの動作範囲は1から4倍まで
の昇圧となる。また、降圧コンバータでは、出力電圧V
O を満充電時の1/4の電圧VO * 1と等しく選び、図
11のdownに示すようにコンバータで放電開始時は
1/4に降圧し、放電に伴って降圧比を減らして出力が
常にVO * 1になるよう制御すれば、コンデンサの電圧
がはじめの1/4になるまで定格電圧を供給できる。し
たがって、このときの降圧コンバータの動作範囲は1/
4から1までの降圧となる。
[0006] Now, in an ECS power storage device, if it is attempted to utilize the voltage of the capacitor up to ¼ of the voltage when fully charged, the power is 15/16 = 93.75%.
Will be used. In order to realize it, the boost converter selects the output voltage V O equal to the voltage V O * 4 at the time of full charge, boosts it by the converter as shown in up of FIG. 11, and the output is always V O * 4. Control it.
At this time, the operating range of the boost converter is boosting from 1 to 4 times. In the step-down converter, the output voltage V
O is selected to be equal to 1/4 of the voltage V O * 1 at full charge, and as shown in down of FIG. 11, the converter steps down to 1/4 at the start of discharge, and the step-down ratio is reduced with discharge to output. Is controlled to always be V O * 1, the rated voltage can be supplied until the voltage of the capacitor becomes the first ¼. Therefore, the operating range of the buck converter at this time is 1 /
The voltage is reduced from 4 to 1.

【0007】上記のようにECSでは、利用するコンデ
ンサの電圧範囲を広くとって、貯蔵できる電力量を増や
したのであるから、コンデンサの端子電圧が大幅に変化
するのは本質的な現象である。しかし、用途によって従
来の二次電池との対比で、ECSにとって大幅に電圧が
変化するのは不都合な場合が生じる。
As described above, in the ECS, the voltage range of the capacitor used is widened to increase the amount of electric power that can be stored. Therefore, it is an essential phenomenon that the terminal voltage of the capacitor greatly changes. However, depending on the application, it may be inconvenient for the ECS to significantly change the voltage as compared with the conventional secondary battery.

【0008】そこで、満充電状態からエネルギーを取り
出すに従って電圧が漸次低下する電圧変動の大きい電
池、例えば電気二重層コンデンサを用いた電源装置とし
て、電源側電圧の定電圧化を図るため電池の直並列切り
換えを行うようにした構成が既に提案(特開平8−16
8182号公報参照)されている。これは、複数個の電
圧変動の大きい電池と、該電池を並列接続から直列に切
り換える切り換え手段と、該切り換え手段により並列直
列切り換え接続される電池を電源としてスイッチング手
段により負荷に供給する電圧又は電流を制御する制御手
段とを備え、切り換え手段により、電池を電圧の低下に
したがって並列接続から直列接続に切り換えるものであ
る。なお、切り換え手段は、例えば半導体素子を用いた
第1乃至第3の切り換えスイッチを有し、電池と第2の
切り換えスイッチとの直列回路及び第3の切り換えスイ
ッチと電池との直列回路を並列に接続し、それぞれの直
列回路の直列接続点間に第1の切り換えスイッチを接続
して、第1の切り換えスイッチに対し第2、第3の切り
換えスイッチを相補的に動作させている。
Therefore, as a power supply device using a battery having a large voltage fluctuation in which the voltage gradually decreases as the energy is taken out from the fully charged state, for example, a power supply device using an electric double layer capacitor, a series-parallel battery is used to make the voltage on the power supply side constant. A configuration for switching is already proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-16
8182). This is a voltage or current supplied to a load by a switching means using a plurality of batteries with large voltage fluctuations, switching means for switching the batteries from parallel connection to series, and batteries connected in parallel and series by the switching means as power sources. And switching means for switching the batteries from parallel connection to series connection as the voltage drops. The switching means includes, for example, first to third switching switches using semiconductor elements, and a series circuit of the battery and the second switching switch and a series circuit of the third switching switch and the battery are connected in parallel. The first changeover switch is connected between the series connection points of the respective series circuits, and the second changeover switch and the third changeover switch are operated complementarily to the first changeover switch.

【0009】上記提案の従来の装置によれば、制御手段
として、降圧コンバータを用いても昇圧コンバータを用
いても、降圧比や昇圧比を小さくすることができるの
で、安全性のみならず、電源効率の向上を図ることがで
きる。さらには、使用半導体の選択の自由度や設計の自
由度を大きくとることができるので、装置の経済性を高
めることができる。
According to the conventional device proposed above, the step-down ratio and the step-up ratio can be reduced regardless of whether the step-down converter or the step-up converter is used as the control means. It is possible to improve efficiency. Furthermore, since the degree of freedom in selecting the semiconductor to be used and the degree of freedom in design can be increased, the economical efficiency of the device can be improved.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、満充電状態か
らエネルギーを取り出すに従って電圧が漸次低下する電
圧変動の大きい電池、例えば電気二重層コンデンサを用
い、電圧の低下にしたがって並列接続から直列接続に切
り換えることによって、電圧の変動を小さくして電源電
圧の安定化を図るようにした上記電源装置では、電源の
蓄積されているエネルギーの残量を正しく表示できない
という問題が生じる。すなわち、電気二重層コンデンサ
電池では、通常、電圧計を使って端子電圧を検出し残量
として表示している。したがって、満充電状態から並列
接続でエネルギーを取り出すときと、電圧が低下して並
列接続から直列接続に切り換えたときが、ほぼ同じ電圧
であってもエネルギーの残量は後者の方が少なくなって
いるにもかかわらず、電圧計により検出したエネルギー
の残量では、同じになってしまう。
However, a battery with a large voltage fluctuation, for example, an electric double layer capacitor, in which the voltage gradually decreases as energy is taken out from the fully charged state, and parallel connection is switched to series connection as the voltage decreases, is used. As a result, in the above power supply device in which the fluctuation of the voltage is reduced and the power supply voltage is stabilized, there is a problem that the remaining amount of energy stored in the power supply cannot be displayed correctly. That is, in the electric double layer capacitor battery, the terminal voltage is usually detected using a voltmeter and displayed as the remaining amount. Therefore, when the energy is taken out in parallel connection from the fully charged state and when the voltage is lowered and the connection is switched from parallel connection to series connection, the latter has a smaller remaining amount of energy even if the voltage is almost the same. However, the amount of remaining energy detected by the voltmeter is the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、電圧が低下すると並列接続から直
列接続に切り換えても直並列切換蓄電源から取り出せる
エネルギーの残量を正しく検出できるようにするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and correctly detects the remaining amount of energy that can be extracted from a series-parallel switching accumulator even when switching from parallel connection to series connection when the voltage drops. It enables you to do it.

【0012】そのために本発明は、エネルギーの残量が
電圧の二乗に比例しエネルギーを取り出すにしたがい電
圧が低下するコンデンサからなる蓄電池を用い、1対の
蓄電池で並列接続と直列接続との切換手段を有する電池
ユニットを構成して該電池ユニットを複数段に直列接続
し、出力電圧の低下により前記複数段の電池ユニットを
1段ずつ段階的に並列接続から直列接続に切り換える
とにより前記出力電圧の変動幅を抑えるようにした直並
列切換蓄電源の残量検出装置であって、前記直並列切換
蓄電源の前記出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記
複数段の電池ユニットのそれぞれの切換信号を検出する
切換検出手段と、前記電圧検出手段により検出した電圧
と前記直並列切換蓄電源の静電容量と前記複数段の電池
ユニットの切換信号に基づき前記直並列切換蓄電源のエ
ネルギーの残量を求める演算手段とを備えたことを特徴
とし、前記演算手段は、前記切換信号により前記複数段
の電池ユニットの等価静電容量に対応する電圧に換算す
るための付加係数を変化させ該付加係数を前記電圧検出
手段により検出した電圧と演算して該電圧と前記等価静
電容量に基づき前記エネルギーの残量を求めることを特
徴とするものである。
To this end, the present invention uses a storage battery composed of a capacitor in which the remaining amount of energy is proportional to the square of the voltage and the voltage drops as energy is taken out, and a pair of storage batteries is used to switch between parallel connection and series connection. this switching connected in series the battery unit in a plurality of stages constitute a battery unit, a battery unit of the plurality of stages from stage connected in parallel by one step by reduction of the output voltage to a series connection with
A device for detecting the remaining amount of a series-parallel switching accumulator power supply configured to suppress the fluctuation range of the output voltage by means of: voltage detecting means for detecting the output voltage of the series-parallel switching accumulator power supply; Switching detection means for detecting each switching signal of the unit, and voltage detected by the voltage detection means
And the capacitance of the series-parallel switching storage power source and the plurality of stages of batteries
Calculating means for obtaining the remaining amount of energy of the series-parallel switching storage power source based on a switching signal of the unit , wherein the calculating means is equivalent capacitance of the battery units of a plurality of stages according to the switching signal. The additional coefficient for converting into a voltage corresponding to is changed and the additional coefficient is calculated with the voltage detected by the voltage detecting means to obtain the remaining amount of energy based on the voltage and the equivalent capacitance. It is what

【0013】また、前記複数段の電池ユニットのうちか
ら予め選択された1つの蓄電池の電圧を検出する電圧検
出手段と、前記電圧検出手段により検出した電圧と前記
直並列切換蓄電源の静電容量と前記複数段の電池ユニッ
トの切換信号に基づき前記直並列切換蓄電源のエネルギ
ーの残量を求める演算手段とを備えたことを特徴とする
ものである。
Further, a voltage detecting means for detecting a preselected one voltage of the storage battery from among the battery units of the plurality of stages, the voltage detected by said voltage detecting means
The capacitance of the series-parallel switching storage power source and the battery unit of the above-mentioned multiple stages.
And a calculation means for obtaining the remaining amount of energy of the series-parallel switching storage power source based on the switching signal of the power supply.

【0014】さらにエネルギーの残量が電圧の二乗に比
例しエネルギーを取り出すにしたがい電圧が低下するコ
ンデンサからなる蓄電池を用い、1対の蓄電池で並列接
続と直列接続との切換手段を有する電池ユニットを構成
して該電池ユニットを複数段に直列接続し、出力電圧の
低下により前記複数段の電池ユニットを1段ずつ段階的
に並列接続から直列接続に切り換えることにより前記出
力電圧の変動幅を抑えるようにした直並列切換蓄電源の
残量検出方法であって、前記直並列切換蓄電源の前記出
電圧または予め選択された電池ユニットの蓄電池の電
圧を検出し、前記検出した電圧と前記直並列切換蓄電源
の静電容量と前記複数段の電池ユニットの切換信号に基
づき前記直並列切換蓄電源のエネルギーの残量を求める
ことを特徴とするものである。
Further, using a storage battery composed of a capacitor whose remaining amount of energy is proportional to the square of the voltage and voltage drops as energy is taken out, a battery unit having a pair of storage batteries and having switching means for parallel connection and series connection is provided. connected in series the battery unit in a plurality of stages constituting the output by switching to a series connection of the battery units of the plurality of stages from stage connected in parallel by one step by reduction of the output voltage
A serial-parallel switching換蓄remaining power detecting method which is to suppress the fluctuation range of the power voltage, the output of the serial-parallel switching換蓄power
Power voltage or the voltage of the storage battery of a preselected battery unit is detected, and the detected voltage and the series-parallel switching storage power source
Based on the electrostatic capacity of the
It is characterized in that determining the remaining energy level of the Hazuki the serial-parallel switching換蓄power.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る直並列切換
蓄電源の残量検出装置及び残量検出方法の実施の形態を
説明するための図であり、101は直並列切換蓄電源回
路、102は出力調整回路、103は負荷、104は係
数付加演算回路、105は残量表示器、C11、C1
2、C21、C22は蓄電池、S11〜S13、S21
〜S23は直並列切換スイッチ、S14、S24は補助
スイッチを示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a remaining amount detecting device and a remaining amount detecting method for a series-parallel switching storage power source according to the present invention, 101 is a series-parallel switching storage power circuit, 102 is an output adjusting circuit, 103 is a load, 104 is a coefficient addition arithmetic circuit, 105 is a remaining amount indicator, C11, C1
2, C21, C22 are storage batteries, S11-S13, S21
S23 are serial / parallel changeover switches, and S14 and S24 are auxiliary switches.

【0016】図1において、直並列切換蓄電源回路10
1は、例えば電気二重層コンデンサを必要に応じて1個
または複数個を直並列接続したバンクからなる蓄電池C
11、C12、C21、C22、及びこれらを放電に伴
う電圧の低下に応じて直並列切り換えする直並列切換ス
イッチS11〜S13、S21〜S23からなる。直並
列切換スイッチS11とS12に対してS13が、同様
に、直並列切換スイッチS21とS22に対してS23
がそれぞれ相補的に動作し、図示のように直並列切換ス
イッチS11、S12、S21、S22がオンのとき
に、直並列切換スイッチS13、S23がオフになって
蓄電池C11とC12、C21とC22を並列に接続
し、逆に直並列切換スイッチS11、S12、S21、
S22をオフにし、直並列切換スイッチS13、S23
をオンにすることにより、蓄電池C11とC12、C2
1とC22を直列に接続する。補助スイッチ14は、直
並列切換スイッチS11〜S13の動作と連動し、補助
スイッチ24は、直並列切換スイッチS21〜S23の
動作と連動するものであり、直並列切換スイッチS11
〜S13、S21〜S23のそれぞれの動作状態、つま
り切換信号を検出するのに用いられる。
In FIG. 1, a serial / parallel switching power storage circuit 10 is shown.
Reference numeral 1 denotes a storage battery C composed of, for example, one or a plurality of electric double layer capacitors connected in series and parallel as necessary.
11, C12, C21, C22, and serial / parallel changeover switches S11 to S13 and S21 to S23 for switching these in serial / parallel according to the voltage drop due to discharge. S13 for the serial / parallel selector switches S11 and S12, and similarly S23 for the serial / parallel selector switches S21 and S22.
Respectively operate complementarily, and when the serial / parallel changeover switches S11, S12, S21, S22 are turned on as shown in the figure, the serial / parallel changeover switches S13, S23 are turned off and the storage batteries C11 and C12, C21 and C22 are turned on. Connect in parallel, and conversely, serial / parallel changeover switches S11, S12, S21,
S22 is turned off, and serial / parallel changeover switches S13, S23
By turning on the storage batteries C11, C12, C2
1 and C22 are connected in series. The auxiliary switch 14 is interlocked with the operation of the serial / parallel changeover switches S11 to S13, and the auxiliary switch 24 is interlocked with the operation of the serial / parallel changeover switches S21 to S23.
.About.S13 and S21 to S23 are used to detect the respective operating states, that is, the switching signals.

【0017】直並列切換蓄電源回路101では、満充電
状態でそれぞれ対の蓄電池C11とC12、C21とC
22を並列接続し、エネルギーを取り出すことにより電
圧が低下すると例えば次のような切換制御を行う。ま
ず、満充電時の2/3の電圧まで低下すると、第1番目
の対の蓄電池C11とC12を直列接続に切り換える。
この切り換えにより、直並列切換蓄電源回路101の電
圧は、再びほぼ満充電時の電圧となる。ここから再び満
充電時の2/3の電圧まで低下すると、第2番目の対の
蓄電池C21とC22を直列接続に切り換える。このよ
うに直並列切換蓄電源回路101は、1対の蓄電池C1
1とC12、C21とC22で並列接続と直列接続との
切換手段S11〜S13、S21〜S23を有する電池
ユニットを構成して該電池ユニットを複数段に直列接続
し、電圧の低下により複数段の電池ユニットを1段ずつ
段階的に並列接続から直列接続に切り換えるようにする
ことにより、エネルギーを取り出すにしたがい電圧が大
きく低下する蓄電池を用いても、電圧変動を小さくしな
がら蓄電池から大量のエネルギーを取り出せるようにし
たものである。
In the series-parallel switching storage power supply circuit 101, the pair of storage batteries C11 and C12 and C21 and C are fully charged.
When the voltage is lowered by connecting 22 in parallel and extracting energy, for example, the following switching control is performed. First, when the voltage drops to ⅔ of full charge, the first pair of storage batteries C11 and C12 are switched to series connection.
By this switching, the voltage of the series-parallel switching storage power supply circuit 101 becomes the voltage at the time of full charge again. When the voltage drops from here to 2/3 of the fully charged voltage, the second pair of storage batteries C21 and C22 are switched to series connection. As described above, the series-parallel switching storage power supply circuit 101 includes the pair of storage batteries C1.
1 and C12, C21 and C22 constitute a battery unit having switching means S11 to S13 and S21 to S23 for parallel connection and series connection, the battery units are connected in series in a plurality of stages, and a plurality of stages are formed due to a decrease in voltage. By switching the battery unit from parallel connection to serial connection step by step, even if a storage battery whose voltage drops significantly as energy is taken out, a large amount of energy is stored in the storage battery while reducing the voltage fluctuation. It is designed so that it can be taken out.

【0018】出力調整回路102は、先に述べたように
エネルギーを取り出すにしたがい変動する直並列切換蓄
電源回路101の電圧を安定化して負荷103に供給す
る昇圧コンバータや降圧コンバータなどを用いた電圧調
整回路である。直並列切換蓄電源回路101の電圧、つ
まり蓄積されたエネルギーの残量の変化に対応して変化
する電圧を検出すると共に、補助スイッチ14、24の
状態を電池ユニットの切換信号として検出することによ
り、係数付加演算回路104は、検出した切換信号に基
づき付加係数を変え、検出した電圧と付加係数との演算
を行って直並列切換蓄電源回路101のエネルギーの残
量を求めるものである。一般にコンデンサに蓄えられる
エネルギー、つまり、エネルギーの残量は、
The output adjustment circuit 102 stabilizes the voltage of the series-parallel switching storage power supply circuit 101 that fluctuates as energy is extracted as described above and supplies it to the load 103 by using a step-up converter or step-down converter. It is an adjustment circuit. By detecting the voltage of the series-parallel switching power storage circuit 101, that is, the voltage that changes in accordance with the change in the remaining amount of stored energy, and by detecting the states of the auxiliary switches 14 and 24 as the battery unit switching signal. The coefficient addition calculation circuit 104 changes the addition coefficient based on the detected switching signal, calculates the detected voltage and the additional coefficient, and obtains the remaining energy of the series-parallel switching power storage circuit 101. Generally, the energy stored in a capacitor, that is, the remaining amount of energy is

【0019】[0019]

【数1】C0 0 2/2≒C0nn 2 /2 C0 (Kn n 2 /2=C0 0 2/2 C0 、V0 :基準となる元の直並列回路の等価静電容量
と電圧 C0n、Vn :直並列切換後の等価静電容量と電圧 Kn :Kn n =V0 とするための係数 により演算される。例えば図1に示す直並列切換蓄電源
回路101において、満充電時電圧から2/3まで電圧
が低下すると蓄電池C11とC12を直列接続し、ここ
から再び満充電時電圧の2/3まで電圧が低下すると蓄
電池C21とC22を直列接続することにより、蓄電池
C11、C12、C21、C22の直列回路とするよう
に2段階の制御を行うとする。この場合、係数付加演算
回路104では、満充電時にKn を1とし、第1段階の
制御が行われると、つまり、補助スイッチS14がオン
になると、Kn を0.667に変え、第2段階の制御が
行われ補助スイッチS24がオンになると、Kn を0.
5とする。このような付加係数を用いた演算を行い、そ
の係数付加演算回路104の出力を残量表示器105に
より残量として表示すると、並列接続から直列接続に切
り換わって同じ電圧が検出されても、残量表示器105
では、満充電時に100%の残量表示を行い、第1段階
の制御を行った時点で検出電圧の0.667倍となり、
エネルギーの残量は44%となる。
[Number 1] C 0 V 0 2/2 ≒ C 0n V n 2/2 C 0 (K n V n) 2/2 = C 0 V 0 2/2 C 0, V 0: reference made original straight Equivalent capacitance of parallel circuit and voltage C 0n , V n : Equivalent capacitance after serial-parallel switching and voltage K n : K n V n = V 0 = calculated by a coefficient. For example, in the series-parallel switching storage power supply circuit 101 shown in FIG. 1, when the voltage drops from the full-charge voltage to 2/3, the storage batteries C11 and C12 are connected in series, and the voltage again rises to 2/3 of the full-charge voltage. When the battery voltage decreases, the storage batteries C21 and C22 are connected in series, and two-stage control is performed so as to form a series circuit of the storage batteries C11, C12, C21, C22. In this case, in the coefficient addition arithmetic circuit 104, when K n is set to 1 at the time of full charge and the control of the first stage is performed, that is, when the auxiliary switch S14 is turned on, K n is changed to 0.667 and the second When the step control is performed and the auxiliary switch S24 is turned on, K n is set to 0.
Set to 5. When a calculation using such an additional coefficient is performed and the output of the coefficient addition calculation circuit 104 is displayed as the remaining amount by the remaining amount indicator 105, even if the parallel connection is switched to the series connection and the same voltage is detected, Remaining amount indicator 105
Then, when the battery is fully charged, the remaining amount of 100% is displayed, and when the control in the first stage is performed, it becomes 0.667 times the detected voltage,
The remaining amount of energy is 44%.

【0020】図2は本発明に係る直並列切換蓄電源の残
量検出装置及び方法の他の実施の形態を説明するための
図、図3は本発明に係る直並列切換蓄電源の残量検出装
置及び方法のさらに他の実施の形態を説明するための図
である。図中、107は二乗回路、111は中央制御装
置、112はインターフェース回路を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the remaining amount detecting apparatus and method of the serial / parallel switching storage power source according to the present invention, and FIG. 3 is the remaining amount of the serial / parallel switching storage power source according to the present invention. It is a figure for explaining other embodiment of a detecting device and a method. In the figure, 107 is a squaring circuit, 111 is a central controller, and 112 is an interface circuit.

【0021】図2において、二乗回路107は、付加係
数演算回路104の出力を二乗演算するものである。こ
の演算を行った信号を残量表示器105の残量表示に用
いることにより、エネルギーの残量を直線、つまり残量
に比例した目盛で表示することができる。
In FIG. 2, a squaring circuit 107 squares the output of the additional coefficient computing circuit 104. By using the signal obtained by this calculation for the remaining amount display of the remaining amount indicator 105, the remaining amount of energy can be displayed in a straight line, that is, a scale proportional to the remaining amount.

【0022】図3において、中央制御装置111は、図
1に示す付加係数演算回路104による演算、図2に示
す二乗回路107による演算を行うものであり、インタ
ーフェース回路112は、直並列切換蓄電源回路101
で検出される電圧及び補助スイッチS14、S24で検
出される直並列切換信号を中央制御装置111に転送
し、それらの信号に基づき中央制御装置111で演算さ
れた残量信号を中央制御装置111から残量表示器10
5に送出するものである。
In FIG. 3, the central control unit 111 performs the calculation by the additional coefficient calculation circuit 104 shown in FIG. 1 and the calculation by the square circuit 107 shown in FIG. 2, and the interface circuit 112 is the serial / parallel switching storage power source. Circuit 101
The voltage detected in step S14 and the serial / parallel switching signals detected by the auxiliary switches S14 and S24 are transferred to the central control device 111, and the residual amount signal calculated by the central control device 111 based on these signals is transferred from the central control device 111. Remaining amount indicator 10
5 is to be sent.

【0023】直並列切換蓄電源回路についてさらに具体
的な構成により詳述する。図4は電池ユニットをn段に
直列接続した直並列切換蓄電源回路の構成例を示す図、
図5は動作範囲を説明するための図である。図中、1〜
nは直並列切換コンデンサユニット、C11〜Cn2は
コンデンサバンク、S11〜Sn3は切換スイッチ、V
O は出力電圧を示す。
The serial / parallel switching power storage circuit will be described in more detail with a more specific configuration. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a series-parallel switching power storage circuit in which battery units are serially connected in n stages,
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation range. 1 in the figure
n is a serial / parallel switching capacitor unit, C11 to Cn2 are capacitor banks, S11 to Sn3 are changeover switches, and V
O indicates the output voltage.

【0024】図4において、直並列切換コンデンサユニ
ット1〜nは、1対のコンデンサバンクと並列接続ー直
列接続の切り換えを行う切換スイッチからなる先に説明
した電池ユニットであり、それらを複数段に縦続接続し
て直並列切換蓄電源回路のコンデンサ電力貯蔵装置を構
成し出力電圧VO を取り出している。なお、コンデンサ
バンクC11〜Cn2は、複数個の例えば並列モニタを
有する電気二重層コンデンサを直並列に接続してなる。
並列モニタは、先に紹介した文献や出願等により既に知
られているように充電電流をバイパスする、例えば半導
体制御素子を有し、その制御により充電電圧が設定値を
越えるとその設定値の電圧に保って充電電流をバイパス
すると共に、並列接続した電気二重層コンデンサが故障
して充電異常の状態となった場合には、ターンオンして
電気二重層コンデンサを短絡する装置であり、充電電流
に対して逆極性に電気二重層コンデンサに並列接続され
る半導体整流素子、充電電流をバイパスするように電気
二重層コンデンサに並列接続される半導体制御素子、そ
の半導体制御素子を制御するモニタ制御回路からなる。
In FIG. 4, the series-parallel switching capacitor units 1 to n are the battery units described above which are composed of a pair of capacitor banks and a switching switch for switching between parallel connection and series connection. The capacitors are connected in cascade to form a capacitor power storage device for a series-parallel switching power storage circuit, and output voltage V O is taken out. The capacitor banks C11 to Cn2 are formed by connecting a plurality of electric double layer capacitors having, for example, parallel monitors in series and parallel.
The parallel monitor has, for example, a semiconductor control element that bypasses the charging current as already known from the documents and applications introduced above, and when the charging voltage exceeds the set value by the control, the voltage of the set value is set. This is a device that bypasses the charging current while keeping the current at the same time, and turns on to short-circuit the electric double layer capacitor when the electric double layer capacitor connected in parallel fails and becomes in the abnormal charging state. The semiconductor rectifying device is connected in reverse polarity to the electric double layer capacitor in parallel, the semiconductor control device is connected in parallel to the electric double layer capacitor so as to bypass the charging current, and the monitor control circuit controls the semiconductor control device.

【0025】上記のように構成された直並列切換蓄電源
回路では、まず、同じ定格電圧、容量の各コンデンサバ
ンクC11〜Cn2が満充電されていると、図4(A)
に示すように各直並列切換コンデンサユニット1〜n
は、第1の切換スイッチS11、S21、……、Sn
1、第2の切換スイッチS12、S22、……、Sn2
がオン、第3の切換スイッチS13、S23、……、S
n3がオフになっている。つまり、すべての直並列切換
コンデンサユニット1〜nが並列に接続された状態とな
る。
In the series-parallel switching storage power supply circuit configured as described above, first, when each of the capacitor banks C11 to Cn2 having the same rated voltage and capacity is fully charged, FIG.
As shown in FIG.
Is the first changeover switch S11, S21, ..., Sn
1, 2nd changeover switch S12, S22, ..., Sn2
Is on, the third changeover switch S13, S23, ..., S
n3 is off. That is, all the serial / parallel switching capacitor units 1 to n are connected in parallel.

【0026】次に、放電により各コンデンサバンクC1
1〜Cn2の充電電圧が低下し出力電圧VO の低下が少
なくともコンデンサバンクC11〜Cn2の1個分の電
圧になると、図4(B)に示すように第1の直並列切換
コンデンサユニット1のみが第1の切換スイッチS1
1、第2の切換スイッチS12をオフ、第3の切換スイ
ッチS13をオンにする。このことにより、第1の直並
列切換コンデンサユニット1のみがコンデンサバンクC
11とC12との直列接続回路となり、全体としてコン
デンサバンクC11の充電電圧分が上昇する。
Next, each capacitor bank C1 is discharged.
When the charging voltage of 1 to Cn2 is reduced and the output voltage V O is reduced to at least one capacitor bank C11 to Cn2, only the first series-parallel switching capacitor unit 1 is provided as shown in FIG. 4B. Is the first changeover switch S1
The first and second changeover switches S12 are turned off and the third changeover switch S13 is turned on. As a result, only the first series-parallel switching capacitor unit 1 has the capacitor bank C.
This is a circuit in which 11 and C12 are connected in series, and the charging voltage of the capacitor bank C11 increases as a whole.

【0027】さらに、放電により各コンデンサバンクC
11〜Cn2の充電電圧が低下し、出力電圧VO の低下
が少なくとも並列接続状態のコンデンサバンクC21〜
Cn2の1個分の電圧になると、図4(C)に示すよう
に第2の直並列切換コンデンサユニット2が第1の切換
スイッチS21、第2の切換スイッチS22をオフ、第
3の切換スイッチS23をオンにする。このことによ
り、第1の直並列切換コンデンサユニット1に続いて第
2の直並列切換コンデンサユニット2がコンデンサバン
クC21とC22との直列接続回路となり、全体として
コンデンサバンクC21の充電電圧分が上昇する。
Further, by discharging, each capacitor bank C
The charging voltage of 11 to Cn2 decreases and the output voltage V O decreases at least in parallel connected capacitor banks C21 to C21.
When the voltage of one Cn2 is reached, as shown in FIG. 4C, the second series-parallel switching capacitor unit 2 turns off the first switching switch S21 and the second switching switch S22, and the third switching switch. Turn on S23. As a result, the second series-parallel switching capacitor unit 2 following the first series-parallel switching capacitor unit 1 becomes a series connection circuit of the capacitor banks C21 and C22, and the charging voltage of the capacitor bank C21 increases as a whole. .

【0028】以下同様に、放電により各コンデンサバン
クC11〜Cn2の充電電圧が低下し、出力電圧VO
少なくとも並列接続状態のコンデンサバンクの1個分の
電圧だけ低下する毎に、コンデンサバンクを並列接続か
ら直列接続に切り換える直並列切換コンデンサユニット
を逐次増やしてゆく。このような多段切り換えによる電
圧変動の様子を示したのが図5である。このことによ
り、出力電圧VO は、図5に示すようにVU 〜VL の範
囲内で変動することになる。
Similarly, each time the charging voltage of each of the capacitor banks C11 to Cn2 drops due to discharging, and the output voltage V O drops by at least one capacitor bank in parallel connection, the capacitor banks are paralleled. The number of series-parallel switching capacitor units that switch from connection to series connection will be gradually increased. FIG. 5 shows how the voltage changes due to such multistage switching. As a result, the output voltage V O fluctuates within the range of V U to V L as shown in FIG.

【0029】ここで、変動する電圧の上限値VU は、コ
ンデンサバンクC11〜Cn2の満充電電圧VCFと直並
列切換コンデンサユニット1〜nの段数nから、その直
列接続電圧としてVU =VCF×nで求めることができ
る。また、変動する電圧の下限値VL は、第1の直並列
切換コンデンサユニット1のみがコンデンサバンクC1
1とC12との直列接続回路となったときの出力電圧が
L からVU になるので、VL =VU −VU /(n+
1)で求めることができる。つまり、出力電圧VOの変
動幅(VU −VL )は、1/(n+1)に抑えることが
できる。例えば段数nが4であれば、変動幅は20%と
なる。
Here, the upper limit value V U of the fluctuating voltage is V U = V as a series connection voltage from the full charge voltage V CF of the capacitor banks C11 to Cn2 and the number n of stages of the serial / parallel switching capacitor units 1 to n. It can be determined by CF × n. Further, the lower limit value V L of the fluctuating voltage is such that only the first series-parallel switching capacitor unit 1 has the capacitor bank C1.
Since the output voltage of the circuit in which 1 and C12 are connected in series changes from V L to V U , V L = V U −V U / (n +
It can be obtained in 1). That is, the fluctuation range (V U −V L ) of the output voltage V O can be suppressed to 1 / (n + 1). For example, if the number of stages n is 4, the fluctuation range is 20%.

【0030】図6は直並列切換蓄電源回路の4段切り換
えの回路の構成例を示す図、図7は従来のコンデンサ電
源装置との動作比較例を説明するための図である。直並
列切換蓄電源回路として、例えば図6に示すように直並
列切換コンデンサユニットの段数nが4で、各コンデン
サバンクの満充電電圧VCFが30Vであるとすると、こ
の場合の変動する電圧の上限値VU は120Vとなり、
変動する電圧の下限値VL はその1/5に相当する電圧
だけ低い96Vとなる。したがって、従来の装置では、
120Vとその1/2の60Vとの範囲、つまり50%
で変動したものが、本発明では、120Vと96Vとの
変動の範囲、つまり20%に抑えることができる。実際
には、第1の直並列切換コンデンサユニット1の直並列
切り換えでは、24Vの変動があるが、第2の直並列切
換コンデンサユニット2、それ以降は、さらに各コンデ
ンサバンクが放電されるので、図7に示すように徐々に
変動幅が小さくなってゆく。なお、図7において、0が
直並列切り換えのない装置、1が従来の直並列切り換え
を行う装置、4が直並列切換コンデンサユニットの4段
切り換えを行う装置のそれぞれの電圧変動の例を示して
いる。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a four-stage switching circuit of a series-parallel switching storage power supply circuit, and FIG. 7 is a diagram for explaining an operation comparison example with a conventional capacitor power supply device. As a series-parallel switching power storage circuit, for example, assuming that the number of stages n of the series-parallel switching capacitor unit is 4 and the full charge voltage V CF of each capacitor bank is 30 V as shown in FIG. The upper limit value V U is 120 V,
The lower limit value V L of the fluctuating voltage is 96 V, which is lower by a voltage corresponding to 1/5 of the lower limit value V L. Therefore, in the conventional device,
Range of 120V and 60V which is 1/2 of that, that is, 50%
However, in the present invention, the fluctuation range between 120 V and 96 V, that is, 20% can be suppressed. Actually, in the series-parallel switching of the first series-parallel switching capacitor unit 1, there is a fluctuation of 24V, but since the second series-parallel switching capacitor unit 2 and thereafter each capacitor bank are discharged, As shown in FIG. 7, the fluctuation range gradually becomes smaller. In FIG. 7, 0 is a device without serial / parallel switching, 1 is a device for performing conventional serial / parallel switching, and 4 is a device for performing four-stage switching of a serial / parallel switching capacitor unit. There is.

【0031】また、図6に示すようにそれぞれの直並列
切換コンデンサユニットにコンパレータA1〜A4を接
続して切り換え電圧を検出する場合、各コンパレータA
1〜A4の切り換え電圧の設定は、例えば第1段目が2
4.2V、第2段目が21.3V、第3段目が19.5
V、そして第4段目が13.2Vとなる。このように各
コンデンサバンクが満充電に均等充電されていても、放
電に伴って各段のコンデンサバンクの充電状態が不均等
になるので、充電の際に放電のときとまったく逆に各段
の直並列切り換えを行えばよい。つまり、充電と放電で
各段とも可逆的に動作させればよい。なお、可逆充電を
行う場合には、直列から並列に切り換える際に、それら
のコンデンサバンク間に電圧の差があると、その差電圧
に基づき大きな短絡電流が流れる。そこで、このような
過渡的に大電流が流れるのを避けるためには、FETを
使ったスイッチ全部に定電圧電源で使われているような
電流制限回路が接続される。これは、電流検出部とトラ
ンジスタとを用いた簡単な回路からなるものである。
Further, as shown in FIG. 6, when the comparators A1 to A4 are connected to the respective serial / parallel switching capacitor units to detect the switching voltage, each comparator A is connected.
The setting of the switching voltage of 1 to A4 is, for example, 2 in the first stage.
4.2V, 2nd stage 21.3V, 3rd stage 19.5
V, and the third stage is 13.2V. Thus, even if each capacitor bank is evenly charged to full charge, the charging state of the capacitor banks in each stage becomes uneven as the battery is discharged. Serial / parallel switching may be performed. That is, each stage may be reversibly operated by charging and discharging. When performing reversible charging, if there is a voltage difference between the capacitor banks when switching from series to parallel, a large short circuit current will flow based on the voltage difference. Therefore, in order to avoid such a large current transiently flowing, a current limiting circuit as used in a constant voltage power source is connected to all switches using FETs. This is composed of a simple circuit using a current detector and a transistor.

【0032】次に、直並列切換蓄電源回路の切換スイッ
チを制御する直並列切換制御回路について説明する。図
8は直並列切換制御回路の構成例を示す図、図9は直並
列切換制御回路の他の構成例を示す図であり、11、2
2、27は比較器、12−1〜12−nはアンドゲー
ト、13−1〜13−nは切換制御器、21、26は減
算回路、VREF は基準電圧、VO は出力電圧、VCnはコ
ンデンサバンク電圧を示す。
Next, a series-parallel switching control circuit for controlling the change-over switch of the series-parallel switching power storage circuit will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the serial / parallel switching control circuit, and FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the serial / parallel switching control circuit.
Reference numerals 2 and 27 are comparators, 12-1 to 12-n are AND gates, 13-1 to 13-n are switching controllers, 21 and 26 are subtraction circuits, V REF is a reference voltage, V O is an output voltage, and V O is an output voltage. Cn indicates the capacitor bank voltage.

【0033】上記実施例では、放電による電圧の低下に
伴って各コンデンサユニット毎にコンパレータにより切
り換え電圧を検出してコンデンサバンクを並列から直列
に接続切り換えを行ったが、出力電圧VO を検出して切
り換え電圧を判断することもできる。その例を示したの
が図8であり、この場合には、比較器11で出力電圧V
O を基準電圧VREF と比較してコンデンサバンクの並列
から直列への切り換えを順次行うようにする。すなわ
ち、図8に示す回路では、まず、基準電圧VREFを図5
に示した変動する電圧の下限値VL に設定して、比較器
11では、出力電圧VO が基準電圧VREF 、つまり下限
値VL より小さくなると切換信号(例えば論理「1」の
信号)を出力する。アンドゲート12−1と切換制御器
13−1は、第1段目のコンデンサユニット1の切り換
えを制御する回路を構成し、アンドゲート12−2と切
換制御器13−2は、第2段目のコンデンサユニット2
の切り換えを制御する回路を、アンドゲート12−3と
切換制御器13−3は、第3段目のコンデンサユニット
3の切り換えを制御する回路を、……、アンドゲート1
2−nと切換制御器13−nは、第n段目のコンデンサ
ユニットnの切り換えを制御する回路をそれぞれ構成し
ている。そして、アンドゲート12−1〜12−nは、
前段のコンデンサユニットの切換制御信号と比較器11
の切換信号を入力信号とし、前段のコンデンサユニット
が直列接続に切り換わっていること及び出力電圧が基準
電圧より小さくなったことを条件に、出力信号が論理
「1」となりそのコンデンサユニットの切換制御器を動
作させる。切換制御器13−1〜13−nは、アンドゲ
ート12−1〜12−nの論理条件が満足したときの出
力信号により動作し、そのコンデンサユニットのコンデ
ンサバンクの接続を並列から直列に切り換える。
In the above embodiment, the switching voltage is detected by the comparator for each capacitor unit in accordance with the voltage drop due to the discharge, and the capacitor banks are connected and switched in series, but the output voltage V O is detected. It is also possible to judge the switching voltage. FIG. 8 shows an example thereof, and in this case, the output voltage V
O is compared with the reference voltage V REF to sequentially switch the capacitor banks from parallel to series. That is, in the circuit shown in FIG. 8, first, the reference voltage V REF is set to the value shown in FIG.
Is set to the lower limit value V L of the fluctuating voltage, and in the comparator 11, when the output voltage V O becomes smaller than the reference voltage V REF , that is, the lower limit value V L , a switching signal (for example, a signal of logic “1”). Is output. The AND gate 12-1 and the switching controller 13-1 constitute a circuit that controls switching of the capacitor unit 1 in the first stage, and the AND gate 12-2 and the switching controller 13-2 in the second stage. Capacitor unit 2
The AND gate 12-3 and the switching controller 13-3 are circuits for controlling the switching of the third-stage capacitor unit 3 ... And gate 1
The 2-n and the switching controller 13-n respectively configure circuits that control switching of the capacitor unit n at the n-th stage. And the AND gates 12-1 to 12-n are
Switching control signal of the condenser unit of the previous stage and the comparator 11
Is used as an input signal, and the output signal becomes logic "1" on the condition that the preceding capacitor unit is switched to the series connection and the output voltage is lower than the reference voltage, and the switching control of that capacitor unit is performed. Operate the vessel. The switching controllers 13-1 to 13-n operate according to the output signal when the logical conditions of the AND gates 12-1 to 12-n are satisfied, and switch the connection of the capacitor bank of the capacitor unit from parallel to series.

【0034】切り換え電圧として変動する電圧の下限値
L を用いた上記の例に対し、図9(A)に示す例は、
切り換え電圧を変動する電圧の上限値VU とするもので
ある。この場合、図9(A)において、減算回路21
は、基準電圧VREF から出力電圧VO を減算し、比較器
22は、この減算した値と最終段のコンデンサユニット
のコンデンサバンク電圧VCnとを比較する。ここで、基
準電圧VREF は、上限値VU に設定し、出力電圧VO
最終段のコンデンサユニットのコンデンサバンク電圧V
Cnより低下すると切換信号を比較器22から出力するよ
うに構成している。つまり、最終段のコンデンサユニッ
トのコンデンサバンク電圧VCnは、各コンデンサユニッ
トのうち、並列接続されているコンデンサユニットのコ
ンデンサバンク電圧の代表値として用いている。
In contrast to the above example using the lower limit value V L of the fluctuating voltage as the switching voltage, the example shown in FIG.
The switching voltage is set to the upper limit value V U of the fluctuating voltage. In this case, the subtraction circuit 21 in FIG.
Subtracts the output voltage V O from the reference voltage V REF , and the comparator 22 compares the subtracted value with the capacitor bank voltage V Cn of the final stage capacitor unit. Here, the reference voltage V REF is set to an upper limit value V U , and the output voltage V O is the capacitor bank voltage V of the final stage capacitor unit.
When it becomes lower than Cn , the switching signal is output from the comparator 22. That is, the capacitor bank voltage V Cn of the final-stage capacitor unit is used as a representative value of the capacitor bank voltage of the capacitor units connected in parallel among the capacitor units.

【0035】また、図9(B)に示す例は、変動する電
圧の平均値が一定になるように切り換え電圧を制御する
ものである。そのため、図9(B)において、減算回路
26は、基準電圧VREF から出力電圧VO を減算し、比
較器27は、この減算した値と最終段のコンデンサユニ
ットのコンデンサバンク電圧VCnの1/2の値とを比較
する。そして、基準電圧VREF は、上限値VU と下限値
L との中間の値、つまり変動する電圧の平均値VM
(VU +VL )/2とする。このようにすることによ
り、出力電圧VO が平均値VM よりVCn/2以上低下す
ると、コンデンサユニットが並列から直列に接続が切り
換わるので、その直後の出力電圧VO は、逆にVCn/2
大きくなる。
In the example shown in FIG. 9B, the switching voltage is controlled so that the average value of the fluctuating voltage becomes constant. Therefore, in FIG. 9B, the subtraction circuit 26 subtracts the output voltage V O from the reference voltage V REF , and the comparator 27 subtracts 1 from the subtracted value and the capacitor bank voltage V Cn of the final-stage capacitor unit. Compare with the value of / 2. The reference voltage V REF is an intermediate value between the upper limit value V U and the lower limit value V L , that is, the average value V M of the fluctuating voltage =
(V U + V L ) / 2. By doing so, when the output voltage V O decreases from the average value V M by V Cn / 2 or more, the connection of the capacitor units is switched from parallel to series, so that the output voltage V O immediately after that is V V conversely. Cn / 2
growing.

【0036】上記のようにコンデンサユニットの段数を
増やすことにより、出力電圧の変動幅は小さくなるの
で、±10%あるいはそれ以内という電池並みの電圧安
定度のある電源装置が実現できる。しかも、高効率で、
大きなチョークコイルや高圧大電流・高速のスイッチな
どを要求することなく実現できる。勿論、従来の装置と
同様に降圧チョッパ回路や昇圧チョッパ回路を用いてさ
らに出力電圧を安定化するように構成してもよい。
By increasing the number of stages of the capacitor unit as described above, the fluctuation range of the output voltage is reduced, so that a power supply device having a voltage stability of ± 10% or less, which is equivalent to that of a battery, can be realized. Moreover, with high efficiency,
It can be realized without requiring a large choke coil or high-voltage / high-current / high-speed switch. Of course, similarly to the conventional device, a step-down chopper circuit or a step-up chopper circuit may be used to further stabilize the output voltage.

【0037】図5及び図7に示す直並列切換蓄電源回路
の電圧特性から明らかなように、直列接続する電池ユニ
ットの段数が多くなるほど電圧の変動幅は小さくなり、
エネルギーを取り出し一段ずつ電池ユニットを直列接続
に切り換える毎に繰り返して示す同じ電圧がある。この
同じ電圧に対して直列接続に切り換えた電池ユニットの
段数により係数を変えて演算することにより、正しいエ
ネルギーの残量を求めることができる。図4に示すn段
の電池ユニットの切り換えの構成とした場合、m番目
(m<n)までが直列接続に切り換わった状態での付加
係数Knmは、例えば次のような式を用いて設定すること
ができる。
As is clear from the voltage characteristics of the series-parallel switching power storage circuits shown in FIGS. 5 and 7, the larger the number of battery units connected in series, the smaller the voltage fluctuation range.
There is the same voltage that is repeated every time energy is taken out and the battery units are switched to series connection step by step. The correct remaining amount of energy can be calculated by changing the coefficient for the same voltage depending on the number of stages of the battery units switched to series connection. When the configuration is such that the n-stage battery unit is switched as shown in FIG. 4, the additional coefficient K nm in the state where the m-th (m <n) is switched to the series connection is calculated by using, for example, the following formula. Can be set.

【0038】[0038]

【数2】Knm=n/(n+m) また、電池ユニットを構成する個々の蓄電池に着目する
と、それぞれの蓄電池は、直並列切換蓄電源回路全体の
エネルギーの残量に対応して固有の電圧を有する。すな
わち、図4に示す直並列切換蓄電源回路において、コン
デンサバンクC11、C12の電圧は、直並列切換蓄電
源回路全体のエネルギーの各残量に対して唯一つの値を
持つ。しかも、その電圧は、電池ユニットの各段が直列
に接続される設定値によって異なり、コンデンサバンク
C11、C12とコンデンサバンクCn1、Cn2でも
異なる。したがって、これらのいずれかを選択して、あ
るいは任意のサンプル数でその電圧を検出し、それらの
電圧から直並列切換蓄電源回路におけるエネルギーの残
量を求めることもできる。この場合、選択されたコンデ
ンサバンクの電圧と各電池ユニットの切換信号に基づき
選択される係数との演算により求めることもできるが、
選択されたコンデンサバンクの電圧とエネルギーの残量
の対応テーブル、例えばLUT(ルックアップテーブ
ル)などを用いて選択されたコンデンサバンクの電圧か
ら一義的にエネルギーの残量を求めるようにすることも
できる。また、コンデンサバンクC11、C12のいず
れかとコンデンサバンクCn1、Cn2のいずれか、さ
らには、その中間のコンデンサバンクのいずれかの電圧
をエネルギーの残量に応じて切り換えて採用することも
できる。
## EQU00002 ## K nm = n / (n + m) Further, focusing on the individual storage batteries constituting the battery unit, each storage battery has a unique voltage corresponding to the remaining energy of the entire series-parallel switching storage power supply circuit. Have. That is, in the series-parallel switching storage power supply circuit shown in FIG. 4, the voltage of the capacitor banks C11 and C12 has only one value for each remaining energy of the series-parallel switching storage power supply circuit. Moreover, the voltage varies depending on the set value in which each stage of the battery unit is connected in series, and also varies between the capacitor banks C11 and C12 and the capacitor banks Cn1 and Cn2. Therefore, it is possible to select any one of them or detect the voltage with an arbitrary number of samples, and obtain the remaining amount of energy in the series-parallel switching power storage circuit from those voltages. In this case, the voltage of the selected capacitor bank and the coefficient selected based on the switching signal of each battery unit can be calculated,
It is also possible to uniquely determine the remaining amount of energy from the voltage of the selected capacitor bank using a correspondence table of the voltage of the selected capacitor bank and the remaining amount of energy, for example, LUT (look-up table). . Further, any one of the capacitor banks C11 and C12, any one of the capacitor banks Cn1 and Cn2, and further, any one of the intermediate capacitor banks can be switched and used according to the remaining amount of energy.

【0039】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、検出したエネルギーの残量を表示す
る例を示したが、検出したエネルギーの残量の信号を、
そのレベルに応じて充電制御や負荷制御などの制御信号
として用いたり、所定以下の残量になったことを条件に
報知する報知信号として用いてもよい。また、係数付加
演算回路の出力をさらに図2では二乗回路で演算して残
量表示したが、折れ線近似回路を用いてもよい。さら
に、直並列切換スイッチと連動する補助スイッチの状態
を複数段の電池ユニットのそれぞれの切換信号として検
出したが、直並列切換スイッチを制御する信号を切換信
号として検出してもよいし、直並列切換スイッチは、リ
レーなどの機械的なスイッチだけでなく、パワーMOS
FET、サイリスタなどの半導体スイッチを用い、補助
スイッチは、その動作状態を検出する他の手段を用いて
もよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, in the above embodiment, an example of displaying the remaining amount of detected energy is shown, but the signal of the remaining amount of detected energy is
It may be used as a control signal for charging control, load control, or the like according to the level, or as a notification signal for notifying that the remaining amount is below a predetermined level. Further, the output of the coefficient addition calculation circuit is further calculated by the squaring circuit in FIG. 2 to display the remaining amount, but a polygonal line approximation circuit may be used. Further, although the state of the auxiliary switch that works in conjunction with the serial / parallel changeover switch is detected as the changeover signal of each of the battery units of a plurality of stages, the signal controlling the serial / parallel changeover switch may be detected as the changeover signal, or the serial / parallel changeover switch may be detected. The changeover switch is not only a mechanical switch such as a relay but also a power MOS.
A semiconductor switch such as a FET or a thyristor may be used, and the auxiliary switch may use other means for detecting its operating state.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、エネルギーを取り出すにしたがい電圧が大き
く低下する蓄電池を用い、1対の蓄電池で並列接続と直
列接続との切換手段を有する電池ユニットを構成して該
電池ユニットを複数段に直列接続し、電圧の低下により
複数段の電池ユニットを1段ずつ段階的に並列接続から
直列接続に切り換えるようにした直並列切換蓄電源にお
いて、直並列切換蓄電源の電圧を検出し、複数段の電池
ユニットのそれぞれの切換信号を検出して、これら検出
した電圧と切換信号に基づき演算し直並列切換蓄電源の
エネルギーの残量を求めるので、複数段の電池ユニット
を1段ずつ段階的に並列接続から直列接続にして出力電
圧が繰り返し変動しても、直並列切換蓄電源のエネルギ
ーの残量を正確に検出することができる。また、複数段
の電池ユニットのうちから予め選択された1つの蓄電池
の電圧を検出するだけでも、複数段の電池ユニットのそ
れぞれの切換条件に基づき直並列切換蓄電源のエネルギ
ーの残量を求めることにより、直並列切換蓄電源のエネ
ルギーの残量を正確に検出することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a storage battery whose voltage greatly decreases as energy is taken out is used, and a pair of storage batteries has switching means for parallel connection and series connection. In a series-parallel switching storage power source in which a battery unit is configured and the battery units are connected in series in a plurality of stages, and the battery units in a plurality of stages are stepwise switched from parallel connection to series connection due to a voltage drop, The voltage of the series-parallel switching storage power source is detected, the switching signals of the battery units of multiple stages are detected, and the calculation is performed based on these detected voltages and switching signals to obtain the remaining energy of the series-parallel switching storage power source. , Even if the output voltage repeatedly changes from a parallel connection to a series connection with a multi-stage battery unit step by step, the remaining energy of the series-parallel switching storage power source can be accurately measured. It can be out. Further, by simply detecting the voltage of one storage battery selected in advance from the plurality of stages of battery units, the remaining amount of energy of the series-parallel switching storage power source can be obtained based on each switching condition of the plurality of stages of battery units. As a result, it is possible to accurately detect the remaining amount of energy of the series-parallel switching storage power source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る直並列切換蓄電源の残量検出装
置及び残量検出方法の実施の形態を説明するための図で
ある。
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a remaining amount detecting device and a remaining amount detecting method for a series-parallel switching storage power source according to the present invention.

【図2】 本発明に係る直並列切換蓄電源の残量検出装
置及び方法の他の実施の形態を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the remaining amount detecting apparatus and method for a series-parallel switching storage power source according to the present invention.

【図3】 本発明に係る直並列切換蓄電源の残量検出装
置及び方法のさらに他の実施の形態を説明するための図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining still another embodiment of the remaining amount detecting apparatus and method for a series-parallel switching storage power source according to the present invention.

【図4】 電池ユニットをn段に直列接続した直並列切
換蓄電源回路の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a series-parallel switching power storage circuit in which battery units are connected in series in n stages.

【図5】 動作範囲を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an operation range.

【図6】 直並列切換蓄電源回路の4段切り換えの回路
の構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a four-stage switching circuit of a series-parallel switching power storage circuit.

【図7】 従来のコンデンサ電源装置との動作比較例を
説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining an operation comparison example with a conventional capacitor power supply device.

【図8】 直並列切換制御回路の構成例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a serial / parallel switching control circuit.

【図9】 直並列切換制御回路の他の構成例を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the serial / parallel switching control circuit.

【図10】 ECSの標準的な構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a standard configuration example of ECS.

【図11】 ECS電流ポンプの昇圧、降圧動作領域を
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a step-up / step-down operation region of an ECS current pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…直並列切換蓄電源回路、102…出力調整回
路、103…負荷、104…係数付加演算回路、105
…残量表示器、C11、C12、C21、C22…蓄電
池、S11〜S13、S21〜S23…直並列切換スイ
ッチ、S14、S24…補助スイッチ
101 ... Serial / parallel switching power storage circuit, 102 ... Output adjusting circuit, 103 ... Load, 104 ... Coefficient addition arithmetic circuit, 105
... remaining amount indicator, C11, C12, C21, C22 ... storage battery, S11-S13, S21-S23 ... serial / parallel changeover switch, S14, S24 ... auxiliary switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−140081(JP,A) 特開 平9−298805(JP,A) 特開 平6−261452(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 G01R 31/36 H02J 1/00 304 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-140081 (JP, A) JP-A-9-298805 (JP, A) JP-A-6-261452 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H02J 7/ 00-7/12 H02J 7 /34-7/36 G01R 31/36 H02J 1/00 304

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 エネルギーの残量が電圧の二乗に比例し
エネルギーを取り出すにしたがい電圧が低下するコンデ
ンサからなる蓄電池を用い、1対の蓄電池で並列接続と
直列接続との切換手段を有する電池ユニットを構成して
該電池ユニットを複数段に直列接続し、出力電圧の低下
により前記複数段の電池ユニットを1段ずつ段階的に並
列接続から直列接続に切り換えることにより前記出力電
圧の変動幅を抑えるようにした直並列切換蓄電源の残量
検出装置であって、 前記直並列切換蓄電源の前記出力電圧を検出する電圧検
出手段と、 前記複数段の電池ユニットのそれぞれの切換信号を検出
する切換検出手段と、 前記電圧検出手段により検出した電圧と前記直並列切換
蓄電源の静電容量と前記複数段の電池ユニットの切換信
号に基づき前記直並列切換蓄電源のエネルギーの残量を
求める演算手段とを備えたことを特徴とする直並列切換
蓄電源の残量検出装置。
1. A battery unit comprising a pair of storage batteries and switching means for switching between parallel connection and series connection, using a storage battery comprising a capacitor in which the remaining amount of energy is proportional to the square of the voltage and the voltage drops as energy is taken out. connected in series the battery unit in a plurality of stages constitute the output voltage by switching the series connection from the plurality of stages cell units stages connected in parallel by one step of the reduction of the output voltage
A remaining amount detection device for a series-parallel switching storage power supply configured to suppress a fluctuation range of pressure , wherein voltage detection means for detecting the output voltage of the series-parallel switching storage power supply, and each of the plurality of stages of battery units Switching detection means for detecting a switching signal, the voltage detected by the voltage detection means and the serial / parallel switching
Capacitance of the storage power source and switching signal of the above-mentioned battery units of multiple stages
And a calculating means for obtaining the remaining energy amount of the series-parallel switching storage power source based on the above-mentioned number .
【請求項2】 前記演算手段は、前記切換信号により前
記複数段の電池ユニットの等価静電容量に対応する電圧
に換算するための付加係数を変化させ該付加係数を前記
電圧検出手段により検出した電圧と演算して該電圧と前
記等価静電容量に基づき前記エネルギーの残量を求める
ことを特徴とする請求項1記載の直並列切換蓄電源の残
量検出装置。
2. The calculating means changes the additional coefficient for converting into a voltage corresponding to the equivalent electrostatic capacity of the battery units of the plurality of stages by the switching signal, and the additional coefficient is detected by the voltage detecting means. 2. The residual amount detecting device for a series-parallel switching storage power source according to claim 1, wherein the residual amount of the energy is calculated based on the voltage and the equivalent capacitance by calculating the voltage.
【請求項3】 エネルギーの残量が電圧の二乗に比例し
エネルギーを取り出すにしたがい電圧が低下するコンデ
ンサからなる蓄電池を用い、1対の蓄電池で並列接続と
直列接続との切換手段を有する電池ユニットを構成して
該電池ユニットを複数段に直列接続し、出力電圧の低下
により前記複数段の電池ユニットを1段ずつ段階的に並
列接続から直列接続に切り換えることにより前記出力電
圧の変動幅を抑えるようにした直並列切換蓄電源の残量
検出装置であって、 前記複数段の電池ユニットのうちから予め選択された1
つの蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段により検出した電圧と前記直並列切換
蓄電源の静電容量と前記複数段の電池ユニットの切換信
号に基づき前記直並列切換蓄電源のエネルギーの残量を
求める演算手段とを備えたことを特徴とする直並列切換
蓄電源の残量検出装置。
3. A battery unit having a means for switching between parallel connection and series connection with a pair of storage batteries, which uses a storage battery composed of a capacitor whose remaining amount of energy is proportional to the square of voltage and whose voltage drops as energy is taken out. connected in series the battery unit in a plurality of stages constitute the output voltage by switching the series connection from the plurality of stages cell units stages connected in parallel by one step of the reduction of the output voltage
A remaining amount detecting device for a series-parallel switching storage power source configured to suppress a fluctuation range of pressure , which is selected in advance from one of the plurality of stages of battery units.
Voltage detecting means for detecting the voltage of one storage battery, the voltage detected by the voltage detecting means and the serial / parallel switching
Capacitance of the storage power source and switching signal of the above-mentioned battery units of multiple stages
And a calculating means for obtaining the remaining energy amount of the series-parallel switching storage power source based on the above-mentioned number .
【請求項4】 エネルギーの残量が電圧の二乗に比例し
エネルギーを取り出すにしたがい電圧が低下するコンデ
ンサからなる蓄電池を用い、1対の蓄電池で並列接続と
直列接続との切換手段を有する電池ユニットを構成して
該電池ユニットを複数段に直列接続し、出力電圧の低下
により前記複数段の電池ユニットを1段ずつ段階的に並
列接続から直列接続に切り換えることにより前記出力電
圧の変動幅を抑えるようにした直並列切換蓄電源の残量
検出方法であって、 前記直並列切換蓄電源の前記出力電圧または予め選択さ
れた電池ユニットの蓄電池の電圧を検出し、前記検出し
た電圧と前記直並列切換蓄電源の静電容量と前記複数段
の電池ユニットの切換信号に基づき前記直並列切換蓄電
源のエネルギーの残量を求めることを特徴とする直並列
切換蓄電源の残量検出方法。
4. A battery unit having a pair of storage batteries and a switching means for switching between parallel connection and series connection, using a storage battery composed of a capacitor in which the remaining amount of energy is proportional to the square of the voltage and the voltage drops as the energy is taken out. connected in series the battery unit in a plurality of stages constitute the output voltage by switching the series connection from the plurality of stages cell units stages connected in parallel by one step of the reduction of the output voltage
A method for detecting a remaining amount of a series-parallel switching storage power source, which is configured to suppress a fluctuation range of pressure, wherein the output voltage of the series-parallel switching storage power source or a voltage of a storage battery of a preselected battery unit is detected, and the detection is performed. Voltage and capacitance of the series-parallel switching storage power source and the plurality of stages
The method for detecting the remaining amount of energy of the series-parallel switching storage power source, which is obtained based on the switching signal of the battery unit .
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