JP5361529B2 - Lithium-ion battery charge control device and lithium-ion battery system - Google Patents

Lithium-ion battery charge control device and lithium-ion battery system Download PDF

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Description

この発明は、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続した組電池の充電を制御するリチウムイオン組電池用充電制御装置および、この装置を備えたリチウムイオン組電池システムに関する。   The present invention relates to a charge control device for a lithium ion assembled battery that controls charging of an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series, and a lithium ion assembled battery system including the device.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、自動車用蓄電池や電気・電子機器用蓄電池などとして広く使用されている。また、使用目的に応じた電圧や容量を得るために、単電池であるリチウムイオンセルを複数接続して組電池を構成し、使用する場合がある。このようにして組電池として使用する場合、充電時において各リチウムイオンセルの充電状態にバラツキが生じる場合がある。すなわち、一部のリチウムイオンセルの充電電圧が高く過充電状態となり、他の一部のリチウムイオンセルの充電電圧が低く亜充電状態(満充電に至らない状態)となる場合がある。一方、リチウムイオン二次電池は、過充電状態の継続・進行などによって異常発熱が生じ、さらには、電解液が有機溶剤であるために発火事故が発生するおそれがある。   Lithium ion secondary batteries have advantages such as high energy density and low self-discharge, and are widely used as storage batteries for automobiles, storage batteries for electric / electronic devices, and the like. In addition, in order to obtain a voltage and capacity according to the purpose of use, a battery pack may be configured and used by connecting a plurality of single-cell lithium ion cells. Thus, when using as an assembled battery, the charge state of each lithium ion cell may vary at the time of charge. That is, the charge voltage of some lithium ion cells is high and the battery is overcharged, and the charge voltages of some other lithium ion cells are low and may be in a subcharged state (a state that does not reach full charge). On the other hand, in lithium ion secondary batteries, abnormal heat generation occurs due to continuation / progress of an overcharged state, and further, there is a risk of ignition accidents because the electrolyte is an organic solvent.

このため、リチウムイオン二次電池を組電池として使用する場合に、バラツキをなくして各リチウムイオンセルを適正に充電するために、バランス回路を設けた技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この技術は、複数のリチウムイオンセルが直列に接続され、各リチウムイオンセルにバランス回路が設けられている。そして、あるリチウムイオンセルの充電電圧が所定電圧以上の場合に、対応するバランス回路によってこのリチウムイオンセルを放電させ、充電電圧を下げることで、リチウムイオンセルの過充電を防止する、というものである。   For this reason, when using a lithium ion secondary battery as an assembled battery, in order to charge each lithium ion cell appropriately without a variation, the technique which provided the balance circuit is known (for example, patent document 1). reference.). In this technique, a plurality of lithium ion cells are connected in series, and each lithium ion cell is provided with a balance circuit. And, when the charging voltage of a certain lithium ion cell is higher than a predetermined voltage, this lithium ion cell is discharged by the corresponding balance circuit, and the charging voltage is lowered to prevent overcharging of the lithium ion cell. is there.

特開2002−064947号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-064947

ところで、組電池全体が充電状態中に、バランス回路によってリチウムイオンセルを放電させると、バランス回路には、組電池全体を流れる充電電流と、リチウムイオンセルからの放電による放電電流とが流れることになる。換言すると、電圧が高い(過充電の)リチウムイオンセルの電圧を下げるには、組電池全体を流れる充電電流とリチウムイオンセルからの放電電流とを流せるバランス回路が必要となる。このため、容量、放熱などの点からバランス回路を大きくする必要があり、設備の大型化、コスト高を招くことになる。   By the way, when the lithium ion cell is discharged by the balance circuit while the entire assembled battery is in a charged state, a charging current flowing through the entire assembled battery and a discharge current due to discharging from the lithium ion cell flow through the balanced circuit. Become. In other words, in order to reduce the voltage of a lithium ion cell having a high voltage (overcharged), a balance circuit capable of flowing a charging current flowing through the entire assembled battery and a discharging current from the lithium ion cell is required. For this reason, it is necessary to enlarge the balance circuit in terms of capacity, heat dissipation, and the like, which leads to an increase in equipment size and cost.

そこでこの発明は、個々のリチウムイオン二次電池の電圧を下げるバランス回路を小型化することが可能なリチウムイオン組電池用充電制御装置およびリチウムイオン組電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a charge control device for a lithium ion assembled battery and a lithium ion assembled battery system capable of downsizing a balance circuit that lowers the voltage of each lithium ion secondary battery.

上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、リチウムイオン二次電池が複数直列に接続されたリチウムイオン組電池の充電を制御するリチウムイオン組電池用充電制御装置であって、前記各リチウムイオン二次電池に設けられ、前記リチウムイオン二次電池を個々に放電させて電圧を下げるバランス回路と、前記リチウムイオン組電池に電力を供給する充電回路に設けられ、前記リチウムイオン組電池への充電電流を抑制する電流抑制手段と、を備え、いずれかの前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧よりも高い場合に、前記電流抑制手段を作動させて前記リチウムイオン組電池への充電電流を下げてから、対応するバランス回路によって該リチウムイオン二次電池を放電させる、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a charge control device for a lithium ion assembled battery for controlling charging of a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series, Provided in each lithium ion secondary battery, provided in a balance circuit for individually discharging the lithium ion secondary battery to lower the voltage, and in a charging circuit for supplying power to the lithium ion assembled battery, the lithium ion assembled battery Current suppressing means for suppressing the charging current to the lithium ion secondary battery when the charging voltage of any one of the lithium ion secondary batteries is higher than a predetermined voltage to activate the current suppressing means lower the charging current by a corresponding balance circuit to discharge the lithium ion secondary battery, characterized in that.

この発明によれば、各リチウムイオン二次電池の充電状態にバラツキが生じ、一部のリチウムイオン二次電池の充電電圧が高くなると、電流抑制手段が作動してリチウムイオン組電池への充電電流が下がる。そして、この状態で、対応するバランス回路によって、充電電圧が高いリチウムイオン二次電池が放電され、電圧が下げられる。   According to the present invention, when the charging state of each lithium ion secondary battery varies and the charging voltage of some of the lithium ion secondary batteries increases, the current suppressing means operates to charge the charging current to the lithium ion assembled battery. Goes down. In this state, the lithium ion secondary battery having a high charging voltage is discharged by the corresponding balance circuit, and the voltage is lowered.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリチウムイオン組電池用充電制御装置において、前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧以下に下がった場合に、対応するバランス回路による放電を停止し、かつ前記電流抑制手段の作動を停止する、ことを特徴とする。ここで、「所定電圧」は、請求項1における「所定電圧」と同電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。   According to a second aspect of the present invention, in the charge control device for a lithium ion assembled battery according to the first aspect, when the charging voltage of the lithium ion secondary battery falls below a predetermined voltage, the discharge by the corresponding balance circuit And the operation of the current suppressing means is stopped. Here, the “predetermined voltage” may be the same voltage as the “predetermined voltage” in claim 1 or a different voltage.

この発明によれば、充電電圧が高かったリチウムイオン二次電池の電圧が所定電圧以下に下がると、バランス回路による放電および電流抑制手段による抑制が停止され、リチウムイオン組電池への充電電流が上昇復帰する。   According to the present invention, when the voltage of the lithium ion secondary battery having a high charging voltage drops below a predetermined voltage, the discharging by the balance circuit and the suppression by the current suppressing means are stopped, and the charging current to the lithium ion assembled battery increases. Return.

請求項3に記載の発明は、リチウムイオン二次電池が複数直列に接続されたリチウムイオン組電池システムであって、前記各リチウムイオン二次電池に設けられ、前記リチウムイオン二次電池を個々に放電させて電圧を下げるバランス回路と、前記リチウムイオン組電池に電力を供給する充電回路に設けられ、前記リチウムイオン組電池への充電電流を抑制する電流抑制手段と、を備え、いずれかの前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧よりも高い場合に、前記電流抑制手段を作動させて前記リチウムイオン組電池への充電電流を下げてから、対応するバランス回路によって該リチウムイオン二次電池を放電させる、ことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is a lithium ion assembled battery system in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series, and is provided in each lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary batteries are individually connected. a balancing circuit to lower the voltage to discharge, provided in the charging circuit for supplying electric power to the lithium-ion battery pack, and a suppressing current suppressing means the charging current to the lithium ion battery pack, either the when the charging voltage of the lithium ion secondary battery is higher than a predetermined voltage, the current suppressing means is operated after lowering the charging current to the lithium ion battery pack, corresponding the lithium ion secondary battery by a balance circuit It is characterized by discharging.

請求項1および3に記載の発明によれば、充電電圧が高いリチウムイオン二次電池を放電させる際には、リチウムイオン組電池全体に流れる充電電流が抑制されて低くなる。このため、バランス回路には、対応するリチウムイオン二次電池からの放電電流と、組電池全体を流れる低い充電電流のみが流れることになり、バランス回路を小型化することが可能となる。また、充電電圧が高いリチウムイオン二次電池の放電中でも、リチウムイオン組電池全体に対して充電電流が供給されているため、他のリチウムイオン二次電池を効率的、迅速に充電することができる。   According to invention of Claim 1 and 3, when discharging a lithium ion secondary battery with a high charge voltage, the charging current which flows into the whole lithium ion assembled battery is suppressed, and becomes low. For this reason, only the discharge current from the corresponding lithium ion secondary battery and the low charging current flowing through the entire assembled battery flow in the balance circuit, and the balance circuit can be miniaturized. In addition, even during discharge of a lithium ion secondary battery having a high charging voltage, the charging current is supplied to the entire lithium ion assembled battery, so that other lithium ion secondary batteries can be charged efficiently and quickly. .

請求項2に記載の発明によれば、充電電圧が高かったリチウムイオン二次電池の電圧が下がると、リチウムイオン組電池全体への充電電流が上昇復帰されるため、リチウムイオン組電池全体の充電を迅速、適正に行うことが可能となる。そして、このような充電電流の抑制を伴った電圧調整と充電電流復帰とが、充電電圧のバラツキが生じるごとに行われることで、リチウムイオン組電池全体を適正に充電することが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, when the voltage of the lithium ion secondary battery having a high charging voltage is decreased, the charging current to the entire lithium ion assembled battery is increased and restored, so that the entire lithium ion assembled battery is charged. Can be performed promptly and appropriately. Then, the voltage adjustment accompanied by the suppression of the charging current and the restoration of the charging current are performed every time the charging voltage varies, so that the entire lithium ion assembled battery can be appropriately charged.

この発明の実施の形態に係るリチウムイオン組電池システムを整流装置に適用した状態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the state which applied the lithium ion assembled battery system which concerns on embodiment of this invention to the rectifier. 図1の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of FIG.

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。   The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.

図1は、この発明の実施の形態に係るリチウムイオン組電池システム1を整流装置に適用した状態を示す概略構成図である。このリチウムイオン組電池システム1は、単電池であるリチウムイオンセル(リチウムイオン二次電池)2が複数直列に接続されてリチウムイオン組電池20が構成され、このようなリチウムイオン組電池20の充電を制御するリチウムイオン組電池用充電制御装置を備えるものである。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a state in which a lithium ion assembled battery system 1 according to an embodiment of the present invention is applied to a rectifier. In this lithium ion assembled battery system 1, a plurality of lithium ion cells (lithium ion secondary batteries) 2, which are single cells, are connected in series to form a lithium ion assembled battery 20, and charging of such a lithium ion assembled battery 20 is performed. The charging control apparatus for lithium ion assembled batteries which controls is provided.

このリチウムイオン組電池用充電制御装置は、主として、各リチウムイオンセル2に設けられたバランス回路3および電圧計4と、単一の充電電流切替器5および処理装置6とを備えている。また、各バランス回路3、各電圧計4および充電電流切替器5は、それぞれ処理装置6と通信(データ伝送)可能に接続されている。   The lithium ion battery charge control device mainly includes a balance circuit 3 and a voltmeter 4 provided in each lithium ion cell 2, a single charging current switch 5, and a processing device 6. Each balance circuit 3, each voltmeter 4, and charging current switch 5 are connected to the processing device 6 so that they can communicate (data transmission).

バランス回路3は、対応するリチウムイオンセル2を放電させて電圧を下げる回路である。具体的には、放電用抵抗31と放電スイッチ32とが直列に接続された回路であり、リチウムイオンセル2と並列に接続されている。そして、後述するように、通常の充電時においては、放電スイッチ32がオフ(開)状態で、処理装置6からの閉指令を受けて放電スイッチ32がオンする(閉じる)。これにより、負荷としての放電用抵抗31によってリチウムイオンセル2が放電し、電圧が下がるようになっている。また、放電スイッチ32がオンの状態では、後述するように充電電流も流れ、放電電流と充電電流の双方が流れるようになっている。   The balance circuit 3 is a circuit that discharges the corresponding lithium ion cell 2 to lower the voltage. Specifically, the discharge resistor 31 and the discharge switch 32 are connected in series, and are connected in parallel with the lithium ion cell 2. Then, as will be described later, during normal charging, the discharge switch 32 is turned on (closed) in response to a close command from the processing device 6 while the discharge switch 32 is turned off (opened). Thereby, the lithium ion cell 2 is discharged by the discharge resistor 31 as a load, and the voltage is lowered. In addition, when the discharge switch 32 is on, a charging current flows as will be described later, and both the discharging current and the charging current flow.

電圧計4は、対応するリチウムイオンセル2に並列に接続され、充電中および放電中のリチウムイオンセル2の電圧を計測し、計測結果をリアルタイムに処理装置6に送信するものである。   The voltmeter 4 is connected in parallel to the corresponding lithium ion cell 2, measures the voltage of the lithium ion cell 2 being charged and discharged, and transmits the measurement result to the processing device 6 in real time.

充電電流切替器5は、リチウムイオン組電池20全体への充電電流を抑制、制御するものであり、リチウムイオン組電池20に電力を供給する充電回路に設けられている。すなわち、スイッチ部51と、第1の接点52と、第2の接点53とを備え、第1の接点52は、リチウムイオン組電池20に直接接続され、第2の接点53は、抑制用抵抗(電流抑制手段)54を介してリチウムイオン組電池20に接続されている。このような充電電流切替器5が、交流直流変換器101とリチウムイオン組電池20との間(充電回路)に接続され、商用電源100からの電力が交流直流変換器101で直流に変換され、充電電流切替器5を介してリチウムイオン組電池20に供給されるようになっている。   The charging current switch 5 controls and controls the charging current to the entire lithium ion assembled battery 20, and is provided in a charging circuit that supplies power to the lithium ion assembled battery 20. That is, the switch part 51, the 1st contact 52, and the 2nd contact 53 are provided, the 1st contact 52 is directly connected to the lithium ion assembled battery 20, and the 2nd contact 53 is resistance for suppression. It is connected to the lithium ion assembled battery 20 via (current suppressing means) 54. Such a charging current switch 5 is connected between the AC / DC converter 101 and the lithium ion assembled battery 20 (charging circuit), and the electric power from the commercial power source 100 is converted to DC by the AC / DC converter 101, It is supplied to the lithium ion assembled battery 20 via the charging current switch 5.

そして、後述するように、通常の充電時においては、スイッチ部51が第1の接点52に接続され、交流直流変換器101からの電流が、そのまま充電電流としてリチウムイオン組電池20に供給される。また、処理装置6からの切替指令を受けると、スイッチ部51が第2の接点53に接続され、交流直流変換器101からの電流が、抑制用抵抗54を流れることで抑制、降下される。そして、降下した電流が、充電電流としてリチウムイオン組電池20に供給されるようになっている。ここで、抑制用抵抗54の大きさは、抑制用抵抗54が作用した際に、後述するようにバランス回路3の放電用抵抗31に流れる電流が小さく(放電用抵抗31を小さくでき)、かつ、リチウムイオンセル2を充電するのに要する最小限の充電電流が流れるように設定されている。   As will be described later, during normal charging, the switch unit 51 is connected to the first contact 52, and the current from the AC / DC converter 101 is supplied as it is to the lithium ion assembled battery 20 as a charging current. . When the switching command is received from the processing device 6, the switch unit 51 is connected to the second contact 53, and the current from the AC / DC converter 101 is suppressed and lowered by flowing through the suppression resistor 54. Then, the lowered current is supplied to the lithium ion assembled battery 20 as a charging current. Here, the size of the suppression resistor 54 is such that when the suppression resistor 54 acts, the current flowing through the discharge resistor 31 of the balance circuit 3 is small as described later (the discharge resistor 31 can be reduced), and The minimum charging current required to charge the lithium ion cell 2 is set to flow.

また、充電電流切替器5と並列にバイパスダイオード7が接続されている。このバイパスダイオード7は、リチウムイオン組電池20からの電流の流れのみを許容する機能を有し、リチウムイオン組電池20へは電流が流れないようになっている。これにより、リチウムイオン組電池20からの放電が常時可能で、バイパスダイオード7を介してリチウムイオン組電池20から負荷設備102に電力が供給されるようになっている。ここで、交流直流変換器101と負荷設備102とは接続され、通常時においては、商用電源100からの電力が、交流直流変換器101で直流に変換されて、負荷設備102に供給されるようになっている。   A bypass diode 7 is connected in parallel with the charging current switch 5. The bypass diode 7 has a function of allowing only a current flow from the lithium ion assembled battery 20 and prevents a current from flowing to the lithium ion assembled battery 20. Thereby, the discharge from the lithium ion assembled battery 20 is always possible, and power is supplied from the lithium ion assembled battery 20 to the load facility 102 via the bypass diode 7. Here, the AC / DC converter 101 and the load facility 102 are connected, and in normal times, the power from the commercial power supply 100 is converted into direct current by the AC / DC converter 101 and supplied to the load facility 102. It has become.

処理装置6は、各電圧計4からの計測結果などに基づいて、各バランス回路3および充電電流切替器5を制御する装置である。具体的には、充電中において、いずれかのリチウムイオンセル2の充電電圧が所定電圧よりも高い場合には、まず、充電電流切替器5に対してスイッチを第2の接点53に切り替える切替指令を送信する。これにより、充電電流切替器5が作動して、スイッチ部51が第2の接点53に接続され、上記のようにして、リチウムイオン組電池20全体に流れる充電電流が、抑制用抵抗54によって抑制、降下される。続いて、充電電圧が所定電圧よりも高いリチウムイオンセル2のバランス回路3に対して、閉指令を送信する。これにより、上記のようにして、放電スイッチ32が閉じ、リチウムイオンセル2が放電して、充電電圧が下がる。   The processing device 6 is a device that controls each balance circuit 3 and the charging current switch 5 based on the measurement result from each voltmeter 4 and the like. Specifically, when the charging voltage of any lithium ion cell 2 is higher than a predetermined voltage during charging, first, a switching command to switch the switch to the second contact 53 with respect to the charging current switch 5. Send. As a result, the charging current switch 5 is activated, the switch unit 51 is connected to the second contact 53, and the charging current flowing through the entire lithium ion assembled battery 20 is suppressed by the suppression resistor 54 as described above. , Will be lowered. Subsequently, a close command is transmitted to the balance circuit 3 of the lithium ion cell 2 whose charging voltage is higher than a predetermined voltage. Thereby, as described above, the discharge switch 32 is closed, the lithium ion cell 2 is discharged, and the charging voltage is lowered.

ここで、充電電圧が所定電圧よりも高いか否かの判断は、所定電圧の値やその持続時間などに基づいて判断する。例えば、充電電圧が電圧V1よりも高い場合には、即座に充電電圧が所定電圧よりも高いと判断したり、充電電圧が電圧V2(V1>V2)よりも高い状態が所定時間以上継続している場合に、充電電圧が所定電圧よりも高いと判断したりする。なお、電圧V2は、リチウムイオンセル2の継続する充電電圧として許容される最大電圧値以上とする。   Here, whether or not the charging voltage is higher than the predetermined voltage is determined based on the value of the predetermined voltage, its duration, or the like. For example, when the charging voltage is higher than the voltage V1, it is immediately determined that the charging voltage is higher than the predetermined voltage, or the state where the charging voltage is higher than the voltage V2 (V1> V2) continues for a predetermined time or longer. If it is, the charging voltage is determined to be higher than the predetermined voltage. The voltage V2 is set to be equal to or higher than the maximum voltage value allowed as a continuous charging voltage of the lithium ion cell 2.

また、上記のようにして放電されたリチウムイオンセル2の充電電圧が、所定電圧以下に下がった場合には、まず、処理装置6から対応するバランス回路3に対して、開指令を送信する。これにより、放電スイッチ32が開き、リチウムイオンセル2の放電が停止される。続いて、充電電流切替器5に対してスイッチを第1の接点52に切り替える切替指令を送信する。これにより、スイッチ部51が第1の接点52に接続され、抑制用抵抗54による抑制が停止して、リチウムイオン組電池20全体に流れる充電電流が上昇復帰される。   When the charging voltage of the lithium ion cell 2 discharged as described above falls below a predetermined voltage, first, an opening command is transmitted from the processing device 6 to the corresponding balance circuit 3. Thereby, the discharge switch 32 is opened and the discharge of the lithium ion cell 2 is stopped. Subsequently, a switching command for switching the switch to the first contact 52 is transmitted to the charging current switch 5. As a result, the switch unit 51 is connected to the first contact 52, the suppression by the suppression resistor 54 is stopped, and the charging current flowing through the entire lithium ion assembled battery 20 is raised and returned.

ここで、リチウムイオンセル2の放電を停止する際の所定電圧(以下、「放電停止電圧」という)は、放電を開始する際の所定電圧(以下、「放電開始電圧」という)と同電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。例えば、放電停止電圧を放電開始電圧よりも低く設定し、リチウムイオンセル2の充電電圧を放電開始電圧よりも確実に低い値にすることで、再び充電電圧が放電開始電圧を超えることによる放電・調整の頻発化を防止するようにしてもよい。さらに、放電停止電圧と放電開始電圧とを同電圧とし、リチウムイオンセル2の充電電圧が放電停止電圧よりも低い状態が所定時間継続している場合に、リチウムイオンセル2の放電を停止するようにしてもよい。   Here, the predetermined voltage when the discharge of the lithium ion cell 2 is stopped (hereinafter referred to as “discharge stop voltage”) is the same voltage as the predetermined voltage when the discharge is started (hereinafter referred to as “discharge start voltage”). There may be a different voltage. For example, the discharge stop voltage is set lower than the discharge start voltage, and the charge voltage of the lithium ion cell 2 is surely set to a value lower than the discharge start voltage. You may make it prevent frequent adjustment. Further, the discharge stop voltage and the discharge start voltage are set to the same voltage, and the discharge of the lithium ion cell 2 is stopped when the state where the charge voltage of the lithium ion cell 2 is lower than the discharge stop voltage continues for a predetermined time. It may be.

また、スイッチ部51が第2の接点53に接続されている状態で、リチウムイオン組電池20の放電が開始された場合には、処理装置6から充電電流切替器5に対して、スイッチを第1の接点52に切り替える切替指令を送信する。これにより、バイパスダイオード7を介して放電が開始された後に、第1の接点52を介して放電が続行される。   Further, when the discharge of the lithium ion assembled battery 20 is started in a state where the switch unit 51 is connected to the second contact 53, the switch is switched from the processing device 6 to the charging current switch 5. A switching command for switching to one contact 52 is transmitted. Thereby, after the discharge is started through the bypass diode 7, the discharge is continued through the first contact 52.

次に、このような構成のリチウムイオン組電池用充電制御装置およびリチウムイオン組電池システム1の作用などについて、説明する。   Next, the operation of the charge control device for a lithium ion assembled battery and the lithium ion assembled battery system 1 having such a configuration will be described.

まず、通常のフロート充電時においては、充電電流切替器5のスイッチ部51が第1の接点52に接続され、すべてのバランス回路3の放電スイッチ32が開いた状態となっている。この状態では、商用電源100からの電力が、交流直流変換器101を介して負荷設備102に供給されるとともに、充電電流切替器5を介してリチウムイオン組電池20に供給される。このとき、交流直流変換器101からの電流I1が、そのまま充電電流として各リチウムイオンセル2に供給され、また、各バランス回路3の放電用抵抗31には、電流が流れない。   First, during normal float charging, the switch portion 51 of the charging current switch 5 is connected to the first contact 52, and the discharge switches 32 of all the balance circuits 3 are open. In this state, power from the commercial power source 100 is supplied to the load facility 102 via the AC / DC converter 101 and also supplied to the lithium ion assembled battery 20 via the charging current switch 5. At this time, the current I1 from the AC / DC converter 101 is directly supplied to each lithium ion cell 2 as a charging current, and no current flows through the discharging resistor 31 of each balance circuit 3.

このような充電状態では、常に各電圧計4によってリチウムイオンセル2の電圧が計測され、その計測結果がリアルタイムに処理装置6に送信される。そして、処理装置6によっていずれかのリチウムイオンセル2の充電電圧が所定電圧よりも高いと判断した場合には、処理装置6から充電電流切替器5に対して切替指令が送信され、上記のようにして、リチウムイオン組電池20全体に流れる充電電流が、電流I1から電流I2に抑制、降下される。さらに、充電電圧が高いリチウムイオンセル2のバランス回路3に対して、処理装置6から閉指令が送信され、上記のようにして、このリチウムイオンセル2が放電して、充電電圧が下がる。   In such a charged state, the voltage of the lithium ion cell 2 is always measured by each voltmeter 4 and the measurement result is transmitted to the processing device 6 in real time. When the processing device 6 determines that the charging voltage of any one of the lithium ion cells 2 is higher than the predetermined voltage, a switching command is transmitted from the processing device 6 to the charging current switch 5, as described above. Thus, the charging current flowing through the entire lithium ion assembled battery 20 is suppressed and lowered from the current I1 to the current I2. Further, a closing command is transmitted from the processing device 6 to the balance circuit 3 of the lithium ion cell 2 having a high charging voltage, and as described above, the lithium ion cell 2 is discharged and the charging voltage is lowered.

このとき、このバランス回路3の放電用抵抗31に流れる電流は、リチウムイオン組電池20全体に流れる充電電流I2と、リチウムイオンセル2からの放電電流I3となる。また、他のリチウムイオンセル2には充電電流I2が供給されている。   At this time, the current flowing through the discharging resistor 31 of the balance circuit 3 becomes a charging current I2 flowing through the entire lithium ion assembled battery 20 and a discharging current I3 from the lithium ion cell 2. The other lithium ion cell 2 is supplied with a charging current I2.

このような一部放電時においても、各リチウムイオンセル2の電圧がリアルタイムに処理装置6に送信され、放電されたリチウムイオンセル2の充電電圧が、所定電圧以下に下がった場合には、対応するバランス回路3に対して処理装置6から開指令が送信され、上記のようにして、リチウムイオンセル2の放電が停止される。さらに、処理装置6から充電電流切替器5に対して切替指令が送信され、上記のようにして、リチウムイオン組電池20全体に流れる充電電流が、電流I2から電流I1に上昇復帰する。このようにして、すべてのリチウムイオンセル2の充電電圧が適正値内になるように、つまりバラツキが解消されるように、電圧調整が行われるものである。   Even during such partial discharge, when the voltage of each lithium ion cell 2 is transmitted to the processing device 6 in real time and the charged voltage of the discharged lithium ion cell 2 falls below a predetermined voltage, An opening command is transmitted from the processing device 6 to the balancing circuit 3 that performs the above, and the discharge of the lithium ion cell 2 is stopped as described above. Furthermore, a switching command is transmitted from the processing device 6 to the charging current switch 5, and the charging current flowing through the entire lithium ion assembled battery 20 rises and returns from the current I2 to the current I1 as described above. In this way, the voltage adjustment is performed so that the charging voltages of all the lithium ion cells 2 are within an appropriate value, that is, the variation is eliminated.

一方、充電電流切替器5のスイッチ部51が第1の接点52に接続されている状態で、商用電源100からの電力供給が停止(停電)すると、バイパスダイオード7を介して瞬時に(無瞬断で)リチウムイオン組電池20が放電を開始し、リチウムイオン組電池20からの電力が第1の接点52を介して負荷設備102に供給される。また、充電電流切替器5のスイッチ部51が第2の接点53に接続されている状態で、停止が発生すると、バイパスダイオード7を介して瞬時にリチウムイオン組電池20が放電を開始する。その後、上記のように、処理装置6から充電電流切替器5に対して切替指令が送信され、第1の接点52を介して放電が続行される。このように、第1の接点52を介して放電が行われることで、バイパスダイオード7のエネルギー損を軽減できるものである。なお、この放電状態においても、各リチウムイオンセル2の電圧がリアルタイムに処理装置6に送信される。   On the other hand, when the power supply from the commercial power supply 100 is stopped (power failure) in a state where the switch unit 51 of the charging current switching device 5 is connected to the first contact 52, The lithium ion battery pack 20 starts discharging, and the power from the lithium ion battery pack 20 is supplied to the load facility 102 via the first contact 52. Further, when the stop occurs in a state where the switch unit 51 of the charging current switch 5 is connected to the second contact 53, the lithium ion assembled battery 20 starts to be discharged instantaneously via the bypass diode 7. Thereafter, a switching command is transmitted from the processing device 6 to the charging current switch 5 as described above, and discharging is continued through the first contact 52. In this way, the energy loss of the bypass diode 7 can be reduced by discharging through the first contact 52. Even in this discharge state, the voltage of each lithium ion cell 2 is transmitted to the processing device 6 in real time.

以上のように、このリチウムイオン組電池用充電制御装置およびリチウムイオン組電池システム1によれば、上記のような電圧調整(一部放電)時において、バランス回路3の放電用抵抗31には、抑制された低い充電電流I2とリチウムイオンセル2からの放電電流I3のみが流れる。つまり、通常の充電電流I1よりも小さい充電電流I2が流れるため、容量、放熱などの点から、放電用抵抗31を小型化することが可能となる。また、電圧調整中においても、リチウムイオン組電池20全体に対して充電電流I2が供給されているため、他のリチウムイオンセル2を効率的、迅速に充電することができる。   As described above, according to the charge control device for a lithium ion assembled battery and the lithium ion assembled battery system 1, during the voltage adjustment (partial discharge) as described above, the discharging resistor 31 of the balance circuit 3 includes Only the suppressed low charging current I2 and the discharge current I3 from the lithium ion cell 2 flow. That is, since the charging current I2 smaller than the normal charging current I1 flows, the discharging resistor 31 can be reduced in terms of capacity, heat dissipation, and the like. Further, since the charging current I2 is supplied to the entire lithium ion assembled battery 20 even during voltage adjustment, the other lithium ion cells 2 can be charged efficiently and quickly.

さらに、充電電圧が高かったリチウムイオンセル2の電圧が下がると、リチウムイオン組電池20全体への充電電流が電流I1に上昇復帰されるため、リチウムイオン組電池20全体の充電を迅速、適正に行うことが可能となる。そして、このような充電電流の抑制を伴った電圧調整と充電電流復帰とが、充電電圧のバラツキが生じるごとに行われることで、リチウムイオン組電池20全体を適正かつ迅速に充電することが可能となる。   Furthermore, when the voltage of the lithium ion cell 2 having a high charging voltage is lowered, the charging current to the entire lithium ion assembled battery 20 is returned to the current I1, so that the charging of the entire lithium ion assembled battery 20 can be performed quickly and appropriately. Can be done. Then, the voltage adjustment and the charging current recovery accompanied by the suppression of the charging current are performed every time the charging voltage varies, so that the entire lithium ion assembled battery 20 can be appropriately and quickly charged. It becomes.

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、電流抑制手段として抑制用抵抗54を配設しているが、図2に示すように、電流を抑制・制限する電流制限コンバータ55を配設してもよい。ここで、電流制限コンバータ55の容量は、電流制限コンバータ55が作用した際に、放電用抵抗31に流れる電流が小さく(放電用抵抗31を小さくでき)、かつ、リチウムイオンセル2を充電するのに要する最小限の充電電流が流れるように設定する。また、1組のリチウムイオン組電池20を有するシステムについて説明したが、リチウムイオン組電池20を複数接続したシステムにも適用することができる。この場合、上記のようなリチウムイオン組電池用充電制御装置を複数配設する。さらに、リチウムイオン組電池システム1を整流装置に適用した場合について説明したが、無停電電源装置(UPS:Uniterruptible Power Sypply)や自動車用蓄電池などにも適用することができる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above embodiment, the suppression resistor 54 is provided as the current suppression means. However, as shown in FIG. 2, a current limiting converter 55 that suppresses and limits the current may be provided. Here, the capacity of the current limiting converter 55 is such that when the current limiting converter 55 acts, the current flowing through the discharging resistor 31 is small (the discharging resistor 31 can be reduced), and the lithium ion cell 2 is charged. It is set so that the minimum charging current required for the flow. Moreover, although the system which has one set of lithium ion assembled batteries 20 was demonstrated, it is applicable also to the system which connected multiple lithium ion assembled batteries 20. In this case, a plurality of lithium ion battery charge control devices as described above are provided. Furthermore, although the case where the lithium ion assembled battery system 1 was applied to the rectifier has been described, it can also be applied to an uninterruptible power supply (UPS), an automobile storage battery, and the like.

1 リチウムイオン組電池システム
2 リチウムイオンセル(リチウムイオン二次電池)
20 リチウムイオン組電池
3 バランス回路
31 放電用抵抗
32 放電スイッチ
4 電圧計
5 充電電流切替器
54 抑制用抵抗(電流抑制手段)
55 電流制限コンバータ(電流抑制手段)
6 処理装置
7 バイパスダイオード
1 Lithium ion battery system 2 Lithium ion cell (lithium ion secondary battery)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Lithium ion assembled battery 3 Balance circuit 31 Discharge resistance 32 Discharge switch 4 Voltmeter 5 Charging current switching device 54 Resistive resistance (current suppression means)
55 Current limit converter (current suppression means)
6 Processing equipment 7 Bypass diode

Claims (3)

リチウムイオン二次電池が複数直列に接続されたリチウムイオン組電池の充電を制御するリチウムイオン組電池用充電制御装置であって、
前記各リチウムイオン二次電池に設けられ、前記リチウムイオン二次電池を個々に放電させて電圧を下げるバランス回路と、
前記リチウムイオン組電池に電力を供給する充電回路に設けられ、前記リチウムイオン組電池への充電電流を抑制する電流抑制手段と、を備え、
いずれかの前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧よりも高い場合に、前記電流抑制手段を作動させて前記リチウムイオン組電池への充電電流を下げてから、対応するバランス回路によって該リチウムイオン二次電池を放電させる、ことを特徴とするリチウムイオン組電池用充電制御装置。
A charge control device for a lithium ion assembled battery that controls charging of a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series,
A balance circuit that is provided in each of the lithium ion secondary batteries and discharges the lithium ion secondary batteries individually to lower the voltage;
Provided in a charging circuit for supplying power to the lithium ion assembled battery, and comprising a current suppressing means for suppressing a charging current to the lithium ion assembled battery,
If any of the charging voltage of the lithium ion secondary battery is higher than a predetermined voltage, the lithium from by operating the current suppressing means lowers the charging current to the lithium ion battery pack, by a corresponding balance circuit A charge control device for a lithium ion assembled battery, characterized by discharging an ion secondary battery.
前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧以下に下がった場合に、対応するバランス回路による放電を停止し、かつ前記電流抑制手段の作動を停止する、ことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン組電池用充電制御装置。   2. The device according to claim 1, wherein when the charging voltage of the lithium ion secondary battery drops below a predetermined voltage, the discharge by the corresponding balance circuit is stopped and the operation of the current suppressing means is stopped. Charge control device for lithium-ion battery packs. リチウムイオン二次電池が複数直列に接続されたリチウムイオン組電池システムであって、
前記各リチウムイオン二次電池に設けられ、前記リチウムイオン二次電池を個々に放電させて電圧を下げるバランス回路と、
前記リチウムイオン組電池に電力を供給する充電回路に設けられ、前記リチウムイオン組電池への充電電流を抑制する電流抑制手段と、を備え、
いずれかの前記リチウムイオン二次電池の充電電圧が所定電圧よりも高い場合に、前記電流抑制手段を作動させて前記リチウムイオン組電池への充電電流を下げてから、対応するバランス回路によって該リチウムイオン二次電池を放電させる、ことを特徴とするリチウムイオン組電池システム。
A lithium ion assembled battery system in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series,
A balance circuit that is provided in each of the lithium ion secondary batteries and discharges the lithium ion secondary batteries individually to lower the voltage;
Provided in a charging circuit for supplying power to the lithium ion assembled battery, and comprising a current suppressing means for suppressing a charging current to the lithium ion assembled battery,
If any of the charging voltage of the lithium ion secondary battery is higher than a predetermined voltage, the lithium from by operating the current suppressing means lowers the charging current to the lithium ion battery pack, by a corresponding balance circuit A lithium ion battery system characterized by discharging an ion secondary battery.
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