JP3764633B2 - Electric energy storage device, cell energy amount adjusting device, and cell energy amount adjusting method - Google Patents

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のキャパシタセルまたは二次電池セル等の、複数の電気エネルギ貯蔵セルを、直列に接続して構成されるエネルギ貯蔵装置に関し、特に、貯蔵されたエネルギ量に対して、それぞれの単体のセルおよび複数のセルを一つの貯蔵単位としたエネルギ貯蔵量を目標の値に設定するエネルギ配分回路を備えた電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およびその調節方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャパシタなどの電気エネルギ貯蔵セルを直列に接続して、単体のセルより端子電圧が高くエネルギ貯蔵量が大きい電気エネルギ貯蔵システムを構成する際に、それぞれのセルに抵抗体を並列に接続したり、例えばツェナーダイオードのような定電圧素子を並列に接続したりすることにより、各セルの電圧を均一にして、エネルギ貯蔵量を高める装置が従来から用いられている。
【０００３】
しかし、これらの従来の方法では、エネルギ効率が低いために、複数個のコイルを持つトランスの各コイルをスイッチング回路を介してキャパシタに接続し、均一な電圧で充電を行う方式が提案されている（特開平8-214454）。しかしながら、この方法では、充電の際には電圧が均一に揃えられるが、その後、放電するまでの放置の状態もしくは放電の状態で電圧を均一にすることが出来ず、常にエネルギを有効に利用しているとは言えない。
【０００４】
そこで、新規なエネルギ貯蔵装置として各セルのエネルギ量を管理し、エネルギの再配分を行う機構を備えたセルエネルギ量調節装置が非常に有望である。該セルエネルギ量調節装置においては、実用的にはセルを複数個直列に接続した単位エネルギ貯蔵装置をさらに複数個直列に接続してエネルギ貯蔵装置を構成し、全体のエネルギ量を高めてセルエネルギ量調節装置が運用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記セルエネルギ量調節装置において、実際にはエネルギを移送する際に用いるダイドードなどの整流素子の順電圧がおよそ０.７Ｖであり、１Ｖ乃至３Ｖほどであるキャパシタセルや二次電池セルの電圧に比べて無視できないので、電圧を高くして複数個直列にセルを接続したエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送する方法がとられる。
【０００６】
しかしながら、複数個直列にキャパシタあるいは二次電池セルを接続した構成の単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続してエネルギ貯蔵装置を構成した場合に、前記のようにエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送するためには、電圧を大幅に高くする必要があり、問題が多かった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、充電、放電、待機中にかかわらず、単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルのエネルギ貯蔵装置を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つことができるセルエネルギ量調節装置、およびセルエネルギ量調節方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キャパシタセルもしくは二次電池セルを複数個直列に接続して任意のセルから該セルに充電されているエネルギを移送する機構を備えた一つの単位を単位エネルギ貯蔵装置として、単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列接続して構成したエネルギ量調節装置において、任意のセルもしくは任意の単位エネルギ貯蔵装置から該セルもしくは該貯蔵装置が貯蔵しているエネルギを任意の別のセルもしくは任意の別の単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送することによって、充電、放電、待機中に関わらず、それぞれのセルもしくは単位エネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つ手段を提供する。
【０００９】
本発明によれば、キャパシタセルもしくは二次電池で構成したエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続した電気エネルギ貯蔵システムにおいて、複数のコイルを持つトランスと、任意のエネルギ貯蔵装置に接続された該トランスのコイルの回路を開閉もしくは整流器を備えた回路に切替するスイッチング回路と、任意のエネルギ貯蔵装置をスイッチング回路によって選択できる機構を備えかつ、該スイッチング回路を動作させることによって任意のエネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ量を該エネルギ貯蔵装置が貯蔵するエネルギ量に対して特定の比率に調節する制御回路を備えたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１０】
また本発明によれば、複数個のそれぞれのエネルギ貯蔵装置が単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続された構成になっている場合に、前記のエネルギ貯蔵装置が備える装置及び回路を単位エネルギ貯蔵装置にも備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から該単位エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置に移送することにより全体の電気エネルギ貯蔵システムのエネルギ量を調節することを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記の電気エネルギ貯蔵システム、エネルギ貯蔵装置、単位エネルギ貯蔵装置の関係の階数を拡大して大きな電気エネルギ貯蔵システムを構成した場合に、同様な構成を階数を拡大して適用することにより、全体の電気エネルギ貯蔵システムのエネルギ量を調節することを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置がキャパシタセルもしくは二次電池セルを複数個直列の接続された構成になっている場合に、前記のエネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置の関係と単位エネルギ貯蔵装置と該セルの関係と相似にして、任意のセルから該セルに充電されているエネルギを任意の別のセルもしくは単位エネルギ貯蔵装置もしくはエネルギ貯蔵装置に移送する装置および回路を備え、これらの関係がさらに大きなエネルギ貯蔵装置を階数を拡大して構成した場合でも適用されることを特徴としたセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１３】
即ち、本発明は、単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置が複数個直列接続され、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置に対応してエネルギを移送するためのコイルとスイッチング回路と整流回路が設置され、前記コイルは相互間で電磁結合するトランスを構成し、前記スイッチング回路は前記トランスの前記コイルの回路を開閉もしくは前記整流回路に切替を行い、前記トランスに、前記コイルと前記スイッチング回路とに連携してエネルギ量を測定するための他のコイルが設けられ、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置について、エネルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量をメモリし、処理する装置が配置され、該装置によって前記スイッチング回路を動作させることによって、任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを他のエネルギ貯蔵装置に前記トランスを介して直接移送されることを特徴とするセルエネルギ量調節装置である。
【００１４】
また、本発明は、前記電気エネルギ貯蔵セルは、キャパシタセルまたは二次電池セルとするセルエネルギ量調節装置である。
【００１５】
また、本発明は、前記エネルギ貯蔵装置が複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送されるセルエネルギ量調節装置である。
【００１７】
また、本発明は、前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置に移送されるセルエネルギ量調節装置である。
【００１８】
また、単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列接続し、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置に対応してエネルギを移送するためのコイルとスイッチング回路と整流回路を設置し、前記コイルは相互間で電磁結合するトランスを構成し、前記スイッチング回路は前記トランスの前記コイルの回路を開閉もしくは前記整流回路に切替を行い、前記トランスに、前記コイルと前記スイッチング回路とに連携してエネルギ量を測定するための他のコイルを設け、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置について、エネルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量をメモリし、処理する装置を配置し、該装置によって前記スイッチング回路を動作させることによって、任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを他のエネルギ貯蔵装置に前記トランスを介して直接移送することを特徴とするセルエネルギ量調節方法である。
【００１９】
また、本発明は、前記電気エネルギ貯蔵セルが複数のキャパシタセルまたは二次電池セルであるセルエネルギ量調節方法である。
【００２０】
また、本発明は、前記エネルギ貯蔵装置は、複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送するセルエネルギ量調節方法である。
【００２２】
また、本発明は、前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置に移送されるセルエネルギ量調節方法である。また、本発明は、上記セルエネルギ量調節装置を備えた電気エネルギ貯蔵装置である。
【００２３】
【実施例】
本発明の実施例による電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およびセルエネルギ量調節方法について、以下に説明する。
【００２４】
図１は、本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて４個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気エネルギ貯蔵装置を示している。以下、本文では、電気エネルギ貯蔵装置は、複数個のエネルギ貯蔵装置で構成され、エネルギ貯蔵装置は複数個の単位エネルギ貯蔵装置で構成され、単位エネルギ貯蔵装置は、単体あるいは複数個のキャパシタで構成されている関係にある。
【００２５】
エネルギ貯蔵装置１は、蓄積できるエネルギ量を大きくするために、かつ電気エネルギ貯蔵システム全体の電圧を高くするために直列に接続され、それぞれのエネルギ貯蔵装置にスイッチング回路６を介してエネルギを別のエネルギ貯蔵装置に移送するため、および別の貯蔵装置から移送するためのコイルが接続されている。ここでのコイルは、すべて一つのトランスの構成要素となっているが、エネルギ貯蔵装置の数が多い場合は、いくつかのトランスを用いて構成要素を分割して取り扱っても構わない。
【００２６】
すべてのスイッチング回路をＯＦＦにして、電圧を測定したいエネルギ貯蔵装置１に接続されているスイッチング回路をＯＮにすることにより、トランスの二次側のコイルに電圧が誘起され電圧すなわち蓄積されているエネルギ量を測定できる。スイッチング回路６を順番に動作させて電圧入力回路４ですべてのエネルギ貯蔵装置のエネルギ量を測定し、制御装置のメモリに記録してそのデータから最適なエネルギの再配分を行う。ここでは、電圧が高い、すなわちエネルギ量が多いエネルギ貯蔵装置からエネルギを抜き取り、電圧が低い、すなわちエネルギ量が少ないエネルギ貯蔵装置にエネルギを分配する。
【００２７】
実際には、エネルギを抜き取るエネルギ貯蔵装置のスイッチング回路をＯＮにし、エネルギを分配するエネルギ貯蔵装置のスイッチング回路を整流器７に接続し、その他のスイッチング回路はＯＦＦにする。例えば、１つ目のエネルギ貯蔵装置の電圧が高く、３つ目のエネルギ貯蔵装置の電圧が低いとすると、図５のように、スイッチング回路を接続する。通常、一回のスイッチングで移送できるエネルギ量が必要とするエネルギ量に比べて少ないので、図５の場合は、１つ目のエネルギ貯蔵装置のスイッチング回路のＯＮ−ＯＦＦ動作を複数回繰り返して所望のエネルギ量を移送する。
【００２８】
このような動作を行うことによって、複数個のエネルギ貯蔵装置の電圧を均一にすることができ、その結果、電気エネルギ貯蔵システム全体のエネルギ量を大きくすることが可能である。しかしながら、エネルギ貯蔵装置が１Ｖ乃至３Ｖの耐電圧を持つキャパシタ１個で構成されていたとすると、図１のような構成では、通常ダイオードで構成されている整流器の順電圧Ｖｆが０.７Ｖで、整流器での電圧降下が無視できなくなる。
【００２９】
したがって、その場合には、図４のように抜き取ったエネルギの電圧をトランス５で高くして、エネルギの分配先を電気エネルギ貯蔵システム全体とすることにより、整流器のＶｆを無視できるようにするのが有効である。しかし、全体にエネルギを分配すると、エネルギ量が多いエネルギ貯蔵装置にも、その一部が返還され、抜き取ったエネルギのすべてが均一化に生かされない。本発明では、エネルギの移送を行う単位を拡大した際に、エネルギの分配先を電気エネルギ貯蔵システム全体にではなく、個々のエネルギ貯蔵装置に設定することにより、速やかにかつ効率よくエネルギを移送することを可能にした。
【００３０】
また、ここでは、エネルギの移送はフォワード方式を用いているが、スイッチング回路６と整流器７をブリッジ型等に構成することによってバックワード方式でエネルギ移送を行っても構わない。
【００３１】
図８に、本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えた電気エネルギ量調節装置のブロック図の代表例を示す。先の図１に示した電気エネルギ量調節装置を、図８のブロック図にあてはめることができる。
【００３２】
図２は、本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて単位エネルギ貯蔵装置２が３個直列に接続されたエネルギ貯蔵装置１を３個直列に接続して構成された電気エネルギ量調節装置を示している。本発明によって、単位エネルギ貯蔵装置から別の単位エネルギ貯蔵装置にエネルギを移送することができ、単位エネルギ貯蔵装置からその単位エネルギ貯蔵装置を含まない他のエネルギ貯蔵装置にエネルギを移送することもできる。
【００３３】
例えば、１つ目のエネルギ貯蔵装置内の１つ目の単位エネルギ貯蔵装置から３つ目のエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送する場合のスイッチング回路の接続を図６に示す。さらに、例えば、１つ目のエネルギ貯蔵装置内の１つ目の単位エネルギ貯蔵装置から１つ目のエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送する場合のスイッチング回路の接続を図７に示す。その際の電流の流れを、それぞれ図６、図７にて太い線の矢印で表す。それぞれのエネルギ貯蔵装置１に内蔵の電圧入力回路４で取得した単位エネルギ貯蔵装置２のエネルギ量のデータを総括して処理し、全体のスイッチング回路６を制御しても良いし、それぞれのエネルギ貯蔵装置内で一つの制御装置を備え、３個のエネルギ貯蔵装置間のエネルギの移送を専用の制御装置にさせても良い。
【００３４】
図９に、本発明によるセルエネルギ量調節装置の動作時のフローチャートを示す。先に説明したセルエネルギ量調節装置の動作は、図９のフローチャートに従って行われる。
【００３５】
なお、電気エネルギ貯蔵装置をセルエネルギ量調節装置を備えた複数個のエネルギ貯蔵装置で構成し、エネルギ貯蔵装置をセルエネルギ量調節装置を備えた複数個のエネルギ貯蔵装置で構成する関係を、階数を拡大することによって、更に大きな貯蔵システムを構成することが可能である。その際には、本発明を同様に拡張すれば、同じ効率でエネルギの移送が可能になる。
【００３６】
図３は、本発明による４個のキャパシタセル３で構成した単位エネルギ貯蔵装置を示している。図１の電気エネルギ貯蔵システムと同様の動作が可能である。ただし、キャパシタセルは、一般的に１Ｖ乃至３Ｖの端子電圧を持ち、整流器の順電圧Ｖｆに比べて充分ではないために、その損失を無視できず、実際には、キャパシタセル間のエネルギ移送は有効ではなく、単位エネルギ貯蔵装置の端子にエネルギを移送するのがよい。図３の回路は、どちらでも選択できるような構成になっている。また、先に説明した図２のセルエネルギ量調節装置では、エネルギ移送の際にフォワード方式を用いていたが、図３の単位エネルギ貯蔵装置では、バックワード方式で回路を構成した。この場合も、当然どちらの方式を用いても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、複数個のエネルギ貯蔵装置を直列に接続して構成したセルエネルギ量調節装置において、エネルギ貯蔵装置間のエネルギの移送を可能にし、さらにエネルギ貯蔵装置を構成する単位エネルギ貯蔵装置から単位エネルギ貯蔵装置もしくはエネルギ貯蔵装置にエネルギが移送することが可能になり、効率よく、かつ原理的な損失を伴わずにシステムのエネルギ量を最適な目標値に保つ手段を有する電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およびセルエネルギ量調節方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて４個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気エネルギ貯蔵装置を示す図。
【図２】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて単位エネルギ貯蔵装置が３個直列に接続されたエネルギ貯蔵装置を３個直列に接続して構成された電気エネルギ貯蔵装置を示す図。
【図３】本発明による４個のキャパシタセルで構成した単位エネルギ貯蔵装置を示す図。
【図４】従来のキャパシタセル間でエネルギを移送しない場合の４個のキャパシタセルで構成した単位エネルギ貯蔵装置を示す図。
【図５】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて４個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気エネルギ貯蔵装置において、１つ目のエネルギ貯蔵装置から３つ目のエネルギ貯蔵装置にエネルギを移送する場合の構成の説明図。
【図６】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて単位エネルギ貯蔵装置が３個直列に接続されたエネルギ貯蔵装置を３個直列に接続して構成された電気エネルギ貯蔵装置のエネルギ移送例１を示す図。
【図７】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えて単位エネルギ貯蔵装置が３個直列に接続されたエネルギ貯蔵装置を３個直列に接続して構成された電気エネルギ貯蔵装置のエネルギ移送例２を示す図。
【図８】本発明によるセルエネルギ量調節装置を備えた電気エネルギ量調節装置のブロック図の代表例を示す図。
【図９】本発明によるセルエネルギ量調節装置の動作時のフローチャートを示す図。
【符号の説明】
１ エネルギ貯蔵装置
２ 単位エネルギ貯蔵装置
３ キャパシタ
４ 電圧入力回路及び調節部
５ トランス
６ スイッチング回路
７ 整流器
８，９ 電気エネルギ貯蔵システムの出力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy storage device configured by connecting a plurality of electrical energy storage cells such as a plurality of capacitor cells or secondary battery cells in series, and in particular, for each amount of stored energy. The present invention relates to an electric energy storage device including an energy distribution circuit that sets a single cell and a plurality of cells as one storage unit to a target value and an energy distribution circuit, a cell energy amount adjustment device, and an adjustment method thereof.
[0002]
[Prior art]
When connecting an electrical energy storage cell such as a capacitor in series and configuring an electrical energy storage system with a higher terminal voltage and a larger energy storage capacity than a single cell, a resistor is connected in parallel to each cell, For example, a device has been conventionally used in which constant voltage elements such as Zener diodes are connected in parallel to make the voltage of each cell uniform and increase the energy storage amount.
[0003]
However, in these conventional methods, since energy efficiency is low, a method is proposed in which each coil of a transformer having a plurality of coils is connected to a capacitor via a switching circuit and charged with a uniform voltage. (Japanese Patent Laid-Open No. 8-214454). However, in this method, the voltages are uniformly arranged at the time of charging, but after that, the voltage cannot be made uniform in a state of being left until discharging or in a discharging state, and energy is always effectively used. I can't say that.
[0004]
Therefore, as a new energy storage device, a cell energy amount adjusting device having a mechanism for managing the energy amount of each cell and redistributing energy is very promising. In the cell energy amount adjusting device, practically, a plurality of unit energy storage devices in which a plurality of cells are connected in series are connected in series to constitute an energy storage device, and the overall energy amount is increased to increase the cell energy. A quantity adjusting device is operated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the cell energy amount adjusting device, the forward voltage of a rectifying element such as a diode is actually about 0.7V, and the voltage of the capacitor cell or the secondary battery cell is about 1V to 3V. Since it cannot be ignored in comparison, a method is adopted in which energy is transferred to the entire energy storage device in which a plurality of cells are connected in series by increasing the voltage.
[0006]
However, when the energy storage device is configured by connecting a plurality of unit energy storage devices in which a plurality of capacitors or secondary battery cells are connected in series, energy is transferred to the entire energy storage device as described above. In order to do this, it was necessary to raise the voltage significantly, and there were many problems.
[0007]
Therefore, the object of the present invention is to maintain the energy storage device of each cell constituting the unit energy storage device at an optimum target value without any principle loss regardless of whether it is charged, discharged or in standby. The present invention is to provide a cell energy amount adjusting device and a cell energy amount adjusting method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a unit energy storage device having a unit energy storage device having a mechanism for transferring a plurality of capacitor cells or secondary battery cells connected in series and transferring energy charged in the cells from an arbitrary cell. In an energy amount adjusting device configured by connecting a plurality of storage devices in series, energy stored in the cell or the storage device from any cell or any unit energy storage device may be stored in any other cell or any other device. By transferring to the input / output terminal of the unit energy storage device, the energy storage amount of each cell or unit energy storage device, regardless of charging, discharging or standby, can be optimized without any loss in principle. Provides a means to keep the value.
[0009]
According to the present invention, in an electrical energy storage system in which a plurality of energy storage devices composed of capacitor cells or secondary batteries are connected in series, a transformer having a plurality of coils and the transformer connected to an arbitrary energy storage device. A switching circuit for switching the circuit of the coil to a circuit having a switch or a rectifier, and a mechanism capable of selecting an arbitrary energy storage device by the switching circuit, and storing the arbitrary energy storage device by operating the switching circuit A cell energy amount adjusting device comprising a control circuit for adjusting the amount of energy being adjusted to a specific ratio with respect to the energy amount stored in the energy storage device is obtained.
[0010]
According to the present invention, when a plurality of unit energy storage devices are connected in series to each other, a plurality of unit energy storage devices and circuits provided in the energy storage device are unit energy storage units. The apparatus is also equipped with an apparatus for transferring the energy charged in the unit energy storage device from any unit energy storage device to any other unit energy storage device or any energy storage device. A cell energy amount adjusting device characterized by adjusting the energy amount is obtained.
[0011]
Further, according to the present invention, when a large electric energy storage system is configured by expanding the number of floors related to the electric energy storage system, the energy storage device, and the unit energy storage device, the number of floors is increased to the same configuration. Application of the cell energy amount adjusting device is characterized by adjusting the energy amount of the entire electrical energy storage system.
[0012]
Furthermore, according to the present invention, when each unit energy storage device has a configuration in which a plurality of capacitor cells or secondary battery cells are connected in series, the relationship between the energy storage device and the unit energy storage device. Similar to the relationship between the unit energy storage device and the cell, and a device and a circuit for transferring the energy charged in the cell from any cell to any other cell or unit energy storage device or energy storage device Thus, a cell energy amount adjusting device can be obtained, which is applicable even when an energy storage device having a larger relationship is enlarged in the number of floors.
[0013]
That is, according to the present invention, a plurality of energy storage devices composed of a single or a plurality of electrical energy storage cells are connected in series, and a coil, a switching circuit, and a rectifier for transferring energy corresponding to each of the energy storage devices. circuit is installed, the coil constitutes a transformer which electromagnetic coupling between each other, the switching circuit performs a switching circuit of the coil of the transformer to the opening and closing or the rectifier circuit, the transformer, the said coil switching Another coil for measuring the amount of energy in cooperation with the circuit is provided, and for each of the energy storage devices, a device for measuring the amount of energy, storing the measured amount of energy and processing is arranged. Any energy storage device by operating the switching circuit with the device Is a cell energy amount adjusting apparatus characterized by being transported directly through the transformer the energy is charged into the energy storage device to another energy storage device.
[0014]
Moreover, this invention is a cell energy amount adjustment apparatus which uses the said electrical energy storage cell as a capacitor cell or a secondary battery cell.
[0015]
According to the present invention, the energy storage device includes a plurality of unit energy storage devices connected in series, each unit energy storage device having the same mechanism as the energy storage device, and from any unit energy storage device. A cell energy amount adjustment device in which energy is transferred directly to any other unit energy storage device or any energy storage device within the same energy storage device.
[0017]
Further, the present invention provides an arbitrary capacitor cell and secondary battery cell, assuming that the relationship between the energy storage device and the unit energy storage device is similar to the relationship between the unit energy storage device and the capacitor cell or the secondary battery cell. Is a cell energy adjustment device in which any energy is transferred to any other cell or any energy storage device.
[0018]
In addition, a plurality of energy storage devices composed of a single or a plurality of electrical energy storage cells are connected in series, and a coil, a switching circuit, and a rectifier circuit are installed for transferring energy corresponding to each energy storage device. The coil constitutes a transformer electromagnetically coupled to each other, the switching circuit opens and closes the circuit of the coil of the transformer or switches to the rectifier circuit, and the transformer is linked to the coil and the switching circuit. Providing another coil for measuring the amount of energy , and for each of the energy storage devices, arranging an apparatus for measuring the amount of energy, storing the measured amount of energy and processing, By operating the switching circuit, the energy storage device from any energy storage device Is a cell energy amount adjusting method characterized by transferring the energy that has been charged directly through the transformer to the other energy storage devices.
[0019]
The present invention is also a cell energy amount adjustment method in which the electrical energy storage cell is a plurality of capacitor cells or secondary battery cells.
[0020]
According to the present invention, the energy storage device has a configuration in which a plurality of unit energy storage devices are connected in series, each unit energy storage device having the same mechanism as the energy storage device, and any unit energy storage device A cell energy amount adjustment method in which energy is directly transferred from one to another unit energy storage device or any energy storage device in the same energy storage device.
[0022]
Further, the present invention provides an arbitrary capacitor cell and secondary battery cell, assuming that the relationship between the energy storage device and the unit energy storage device is similar to the relationship between the unit energy storage device and the capacitor cell or the secondary battery cell. Is a method of adjusting the amount of cell energy that is transferred to any other cell or any energy storage device. Moreover, this invention is an electrical energy storage apparatus provided with the said cell energy amount adjustment apparatus.
[0023]
【Example】
An electric energy storage device, a cell energy amount adjusting device, and a cell energy amount adjusting method according to embodiments of the present invention will be described below.
[0024]
FIG. 1 shows an electric energy storage device comprising a cell energy amount adjusting device according to the present invention and comprising four energy storage devices. Hereinafter, in this text, the electrical energy storage device is composed of a plurality of energy storage devices, the energy storage device is composed of a plurality of unit energy storage devices, and the unit energy storage device is composed of a single unit or a plurality of capacitors. Is in a relationship.
[0025]
The energy storage devices 1 are connected in series in order to increase the amount of energy that can be stored and to increase the voltage of the entire electrical energy storage system, and each energy storage device receives energy separately via a switching circuit 6. Coils are connected for transfer to the energy storage device and for transfer from another storage device. The coils here are all components of a single transformer. However, if the number of energy storage devices is large, the components may be divided and handled using several transformers.
[0026]
By turning off all the switching circuits and turning on the switching circuit connected to the energy storage device 1 whose voltage is to be measured, a voltage is induced in the secondary coil of the transformer, that is, the accumulated energy. The amount can be measured. The switching circuit 6 is operated in order to measure the energy amounts of all the energy storage devices by the voltage input circuit 4 and recorded in the memory of the control device, and the optimum energy is redistributed from the data. Here, energy is extracted from an energy storage device having a high voltage, that is, a large amount of energy, and energy is distributed to an energy storage device having a low voltage, that is, a low amount of energy.
[0027]
In practice, the switching circuit of the energy storage device that extracts energy is turned on, the switching circuit of the energy storage device that distributes energy is connected to the rectifier 7, and the other switching circuits are turned off. For example, if the voltage of the first energy storage device is high and the voltage of the third energy storage device is low, a switching circuit is connected as shown in FIG. Usually, since the amount of energy that can be transferred by one switching is smaller than the required amount of energy, in the case of FIG. 5, the ON-OFF operation of the switching circuit of the first energy storage device is repeated a plurality of times as desired. The amount of energy is transferred.
[0028]
By performing such an operation, the voltages of the plurality of energy storage devices can be made uniform, and as a result, the energy amount of the entire electrical energy storage system can be increased. However, if the energy storage device is composed of one capacitor having a withstand voltage of 1V to 3V, in the configuration as shown in FIG. 1, the forward voltage Vf of the rectifier usually composed of a diode is 0.7V, The voltage drop at the rectifier cannot be ignored.
[0029]
Therefore, in such a case, the voltage of the extracted energy is increased by the transformer 5 as shown in FIG. 4 so that the energy distribution destination is the entire electric energy storage system so that the Vf of the rectifier can be ignored. Is effective. However, when energy is distributed to the whole, a part of the energy storage device having a large amount of energy is returned and not all of the extracted energy is utilized for equalization. In the present invention, when the unit for transferring energy is expanded, energy is transferred quickly and efficiently by setting the energy distribution destination not to the entire electric energy storage system but to individual energy storage devices. Made it possible.
[0030]
Further, here, the energy transfer is performed using the forward method, but the energy transfer may be performed using the backward method by configuring the switching circuit 6 and the rectifier 7 in a bridge type or the like.
[0031]
FIG. 8 shows a representative example of a block diagram of an electric energy amount adjusting device provided with a cell energy amount adjusting device according to the present invention. The electric energy adjustment device shown in FIG. 1 can be applied to the block diagram of FIG.
[0032]
FIG. 2 shows an electric energy amount adjusting device comprising a cell energy amount adjusting device according to the present invention and three energy storage devices 1 in which three unit energy storage devices 2 are connected in series. ing. According to the present invention, energy can be transferred from a unit energy storage device to another unit energy storage device, and energy can also be transferred from a unit energy storage device to another energy storage device that does not include the unit energy storage device. .
[0033]
For example, FIG. 6 shows the connection of the switching circuit when energy is transferred from the first unit energy storage device in the first energy storage device to the entire third energy storage device. Further, for example, FIG. 7 shows the connection of the switching circuit when energy is transferred from the first unit energy storage device in the first energy storage device to the entire first energy storage device. The flow of current at that time is indicated by thick arrows in FIGS. 6 and 7, respectively. The energy amount data of the unit energy storage device 2 acquired by the voltage input circuit 4 built in each energy storage device 1 may be processed collectively, and the entire switching circuit 6 may be controlled. A single control device may be provided in the apparatus, and a dedicated control device may be used to transfer energy between the three energy storage devices.
[0034]
FIG. 9 shows a flowchart of the operation of the cell energy amount adjusting apparatus according to the present invention. The operation of the cell energy amount adjusting device described above is performed according to the flowchart of FIG.
[0035]
It should be noted that the electrical energy storage device is composed of a plurality of energy storage devices equipped with a cell energy amount adjusting device, and the energy storage device is composed of a plurality of energy storage devices equipped with a cell energy amount adjusting device. By enlarging, it is possible to construct a larger storage system. In that case, if the present invention is similarly extended, the energy can be transferred with the same efficiency.
[0036]
FIG. 3 shows a unit energy storage device comprising four capacitor cells 3 according to the present invention. Operation similar to the electrical energy storage system of FIG. 1 is possible. However, since the capacitor cell generally has a terminal voltage of 1V to 3V and is not sufficient compared with the forward voltage Vf of the rectifier, the loss cannot be ignored. In fact, the energy transfer between the capacitor cells is not performed. It is not effective, and energy should be transferred to the terminal of the unit energy storage device. The circuit of FIG. 3 is configured so that either can be selected. In the cell energy amount adjusting device shown in FIG. 2 described above, the forward method is used for energy transfer. In the unit energy storage device shown in FIG. 3, the circuit is configured in the backward method. Also in this case, of course, either method may be used.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the cell energy amount adjustment device configured by connecting a plurality of energy storage devices in series, energy transfer between the energy storage devices is enabled, and the energy storage device The energy can be transferred from the unit energy storage device constituting the unit to the unit energy storage device or the energy storage device, and the energy amount of the system is maintained at the optimum target value efficiently and without any principle loss. An electric energy storage device, a cell energy amount adjusting device and a cell energy amount adjusting method having means can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electric energy storage device including four energy storage devices including a cell energy amount adjusting device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an electric energy storage device that is configured by connecting three energy storage devices each having a unit energy storage device connected in series and having a cell energy amount adjusting device according to the present invention;
FIG. 3 is a diagram illustrating a unit energy storage device including four capacitor cells according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a unit energy storage device composed of four capacitor cells when energy is not transferred between conventional capacitor cells.
FIG. 5 is an electrical energy storage device comprising four energy storage devices with a cell energy amount adjustment device according to the present invention, and transferring energy from the first energy storage device to the third energy storage device. Explanatory drawing of the structure in the case of doing.
FIG. 6 shows an energy transfer example 1 of an electrical energy storage device comprising a cell energy amount adjustment device according to the present invention and three energy storage devices connected in series to each other and three unit energy storage devices connected in series. FIG.
FIG. 7 shows an energy transfer example 2 of an electrical energy storage device comprising the cell energy amount adjusting device according to the present invention and three unit energy storage devices connected in series, and three energy storage devices connected in series. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a representative example of a block diagram of an electric energy adjustment device including a cell energy adjustment device according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the cell energy amount adjusting apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Energy storage device 2 Unit energy storage device 3 Capacitor 4 Voltage input circuit and adjustment part 5 Transformer 6 Switching circuit 7 Rectifier 8, 9 Output terminal of electrical energy storage system

Claims (9)

単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置が複数個直列接続され、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置に対応してエネルギを移送するためのコイルとスイッチング回路と整流回路が設置され、前記コイルは相互間で電磁結合するトランスを構成し、前記スイッチング回路は前記トランスの前記コイルの回路を開閉もしくは前記整流回路に切替を行い、前記トランスに、前記コイルと前記スイッチング回路とに連携してエネルギ量を測定するための他のコイルが設けられ、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置について、エネルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量をメモリし、処理する装置が配置され、該装置によって前記スイッチング回路を動作させることによって、任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを他のエネルギ貯蔵装置に前記トランスを介して直接移送されることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。A plurality of energy storage devices composed of a single or a plurality of electrical energy storage cells are connected in series, and a coil, a switching circuit and a rectifier circuit for transferring energy are installed corresponding to each of the energy storage devices, The coil constitutes a transformer that electromagnetically couples to each other, the switching circuit opens and closes the circuit of the coil of the transformer or switches to the rectifier circuit, and the transformer is linked to the coil and the switching circuit. Another coil is provided for measuring the amount of energy , and for each of the energy storage devices, a device is provided for measuring the amount of energy, storing the measured amount of energy, and processing, the device switching the switching By operating the circuit, the energy storage from any energy storage device Cell energy amount adjusting apparatus characterized by being transported directly through the transformer the energy charged in the location to other energy storage device. 前記電気エネルギ貯蔵セルは、キャパシタセルまたは二次電池セルであることを特徴とする請求項１記載のセルエネルギ量調節装置。  2. The cell energy amount adjusting device according to claim 1, wherein the electrical energy storage cell is a capacitor cell or a secondary battery cell. 前記エネルギ貯蔵装置は、複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送されることを特徴とする請求項１または２に記載のセルエネルギ量調節装置。  The energy storage device has a configuration in which a plurality of unit energy storage devices are connected in series, each unit energy storage device having the same mechanism as the energy storage device, and from any unit energy storage device to the same energy storage device. 3. The cell energy amount adjustment device according to claim 1, wherein energy is directly transferred to any other unit energy storage device or any energy storage device. 前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置に移送されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセルエネルギ量調節装置。  Assuming that the relationship between the energy storage device and the unit energy storage device is similar to the relationship between the unit energy storage device and the capacitor cell or the secondary battery cell, the energy of any capacitor cell and secondary battery cell is arbitrary 4. The cell energy amount adjusting device according to claim 1, wherein the cell energy amount adjusting device is transferred to another cell or an arbitrary energy storage device. 単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列接続し、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置に対応してエネルギを移送するためのコイルとスイッチング回路と整流回路を設置し、前記コイルは相互間で電磁結合するトランスを構成し、前記スイッチング回路は前記トランスの前記コイルの回路を開閉もしくは前記整流回路に切替を行い、前記トランスに、前記コイルと前記スイッチング回路とに連携してエネルギ量を測定するための他のコイルを設け、それぞれの前記エネルギ貯蔵装置について、エネルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量をメモリし、処理する装置を配置し、該装置によって前記スイッチング回路を動作させることによって、任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを他のエネルギ貯蔵装置に前記トランスを介して直接移送することを特徴とするセルエネルギ量調節方法。A plurality of energy storage devices composed of a single or a plurality of electric energy storage cells are connected in series, and a coil, a switching circuit and a rectifier circuit for transferring energy corresponding to each of the energy storage devices are installed, The coil constitutes a transformer that electromagnetically couples to each other, the switching circuit opens and closes the circuit of the coil of the transformer or switches to the rectifier circuit, and the transformer is linked to the coil and the switching circuit. Another coil for measuring the amount of energy is provided, and for each of the energy storage devices, a device is provided for measuring the amount of energy, storing the measured amount of energy, and processing the device, by means of the device. Charge the energy storage device from any energy storage device by operating Cell energy amount adjusting method characterized by transferring directly through the transformer to the other energy storage device energy being. 前記電気エネルギ貯蔵セルは、複数のキャパシタセルまたは二次電池セルとすることを特徴とする請求項５記載のセルエネルギ量調節方法。  6. The cell energy amount adjustment method according to claim 5, wherein the electrical energy storage cell is a plurality of capacitor cells or secondary battery cells. 前記エネルギ貯蔵装置は、複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送することを特徴とする請求項５または６に記載のセルエネルギ量調節方法。  The energy storage device has a configuration in which a plurality of unit energy storage devices are connected in series, each unit energy storage device having the same mechanism as the energy storage device, and from any unit energy storage device to the same energy storage device. The cell energy amount adjustment method according to claim 5 or 6, wherein energy is directly transferred to any other unit energy storage device or any energy storage device. 前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置に移送されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のセルエネルギ量調節方法。  Assuming that the relationship between the energy storage device and the unit energy storage device is similar to the relationship between the unit energy storage device and the capacitor cell or the secondary battery cell, the energy of any capacitor cell and secondary battery cell is arbitrary The cell energy amount adjusting method according to any one of claims 5 to 7, wherein the cell energy amount is transferred to another cell or an arbitrary energy storage device. 請求項１ないし４のいずれかに記載のセルエネルギ量調節装置を備えたことを特徴とする電気エネルギ貯蔵装置。  An electric energy storage device comprising the cell energy amount adjusting device according to any one of claims 1 to 4.
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