JP5609476B2 - Secondary battery charge / discharge device and power storage system - Google Patents
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Description
本発明は、充電して繰り返し使用可能な二次電池に充電する装置及び、充電された二次電池から放電させる装置に関する。 The present invention relates to a device that charges and charges a rechargeable secondary battery, and a device that discharges the charged secondary battery.
充電して繰り返し使用可能な二次電池を用いて電力を貯蔵し、必要時に二次電池から系統へ電力を供給する電力貯蔵技術の開発が進んでいる(例えば、非特許文献1参照。)。このような電力貯蔵技術は、電力需要の変動を緩和して発電設備の利用率を高める用途の他、太陽光発電や風力発電のように発電量の変動が大きい発電設備を補完する用途にも適用可能である(例えば、非特許文献2参照。)。 Development of a power storage technology that stores power using a rechargeable secondary battery that can be repeatedly used and supplies power from the secondary battery to the grid when necessary (for example, see Non-Patent Document 1). Such power storage technology can be used not only to increase fluctuations in power demand and increase the utilization rate of power generation facilities, but also to supplement power generation facilities with large fluctuations in power generation, such as solar power generation and wind power generation. It is applicable (for example, refer nonpatent literature 2).
上記のような用途に用いられる二次電池は、多数の電池の集合体からなる。例えばリチウムイオン電池であれば、1個の電圧は3.6V程度であるので、多数の電池を直列に接続してストリングを構成し、さらにストリングを並列に接続した直並列接続とする。このような多数の電池を充電しておくことにより、必要な場合に、系統連系が可能な電圧・電力を供給することができる。 The secondary battery used for the above-mentioned uses consists of an aggregate of many batteries. For example, in the case of a lithium ion battery, since one voltage is about 3.6 V, a string is formed by connecting a number of batteries in series, and a series-parallel connection in which the strings are connected in parallel is used. By charging such a large number of batteries, voltage / power capable of grid connection can be supplied when necessary.
図8は、上記のようにストリングを並列に接続した状態の一例を示す接続図である。図において、縦方向に複数個の電池(二次電池)が直列接続されて1つのストリングを成している。また、3組のストリングS1,S2,S3が互いに並列に接続されている。充電時には電池に電流が流れ込み、電力が蓄えられる。放電時には、電池から電流が流れ出て、電力が外部へ供給される。 FIG. 8 is a connection diagram illustrating an example of a state in which strings are connected in parallel as described above. In the figure, a plurality of batteries (secondary batteries) are connected in series in the vertical direction to form one string. Also, three sets of strings S1, S2, S3 are connected in parallel to each other. When charging, current flows into the battery and power is stored. At the time of discharging, current flows out from the battery, and electric power is supplied to the outside.
ストリングS1,S2,S3についてそれぞれ、起電力の総和をE1,E2,E3、内部抵抗の総和をR1,R2,R3、流れる電流をi1,i2,i3とし、各ストリング両端の電圧をV、全ストリングに流れる電流の合計をIとすると、以下の式が成り立つ。
V=E1−i1・R1=E2−i2・R2=E3−i3・R3
I=i1+i2+i3
For the strings S1, S2, and S3, the sum of electromotive forces is E1, E2, and E3, the sum of internal resistances is R1, R2, and R3, the current that flows is i1, i2, and i3. When the total current flowing through the string is I, the following equation is established.
V = E1-i1 * R1 = E2-i2 * R2 = E3-i3 * R3
I = i1 + i2 + i3
各電池は内部抵抗にばらつきがあり、特に劣化の度合いによって内部抵抗が大きく異なってくる。従って、R1,R2,R3が同じ値になることはないと言ってもよい。従って、通常、電流i1,i2,i3は互いに異なる値である。電池の充電深度は、充放電時の電流の時間積分値で変化するので、電流のばらつきがあると、充電深度にもばらつきが生じる。また、充電時に、いずれか1つの電池が満充電の状態になると、過充電を防止するために他の電池は満充電でなくても充電を停止させる必要がある。従って、全ての電池を満充電の状態にすることはできない。逆に、電池から放電させて外部に電力供給する場合には、充電深度が最も低い電池が放電限界に達すると、過放電を防止するために、その他の電池は残量があっても放電を停止させる必要がある。 Each battery varies in internal resistance, and the internal resistance varies greatly depending on the degree of deterioration. Therefore, it may be said that R1, R2, and R3 do not have the same value. Therefore, the currents i1, i2, and i3 are usually different values. The depth of charge of the battery changes with the time integration value of the current at the time of charging / discharging. Therefore, if there is a variation in current, the charging depth also varies. Further, when any one of the batteries is fully charged during charging, it is necessary to stop the charging even if the other batteries are not fully charged in order to prevent overcharging. Therefore, not all batteries can be fully charged. Conversely, when discharging power from a battery and supplying power to the outside, when the battery with the lowest charge depth reaches the discharge limit, other batteries will be discharged even if there is a remaining amount to prevent overdischarge. It needs to be stopped.
このように、電池としての性能にばらつきがある多数の電池を用いて充放電を行わせる場合、いずれかの電池がいわば全体の足を引っ張る形になって、全体としての充放電性能を十分に生かせないという問題点がある。残量のばらつきを強引に解消させるには、全ての電池を個々に満充電するか、又は逆に空にすることにより、一時的に残量を揃えることは可能である。しかし、これには特殊な作業が必要であり、その間、充放電装置としては利用できない状態となるので、結果的に利用率を低下させることになる。 In this way, when charging / discharging is performed using a large number of batteries with varying performance as a battery, any one of the batteries pulls the entire foot, so that the overall charge / discharge performance is sufficient. There is a problem that it cannot be used. In order to forcibly eliminate the variation in the remaining amount, it is possible to arrange the remaining amount temporarily by fully charging all the batteries individually or conversely emptying them. However, this requires a special work, and during that time, it cannot be used as a charge / discharge device, resulting in a decrease in utilization rate.
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、性能にばらつきがある複数の二次電池を、より有効に活用することができる充放電装置及びこれを用いた電力貯蔵システムを提供することを目的とする。 In view of such conventional problems, an object of the present invention is to provide a charging / discharging device that can more effectively utilize a plurality of secondary batteries having variations in performance, and a power storage system using the same. To do.
(1)本発明の二次電池装置は、複数の二次電池と、前記二次電池を充電する電圧を出力する直流電源と、複数のキャパシタを互いに直列に接続して構成され、直列に接続された両端が、外部の変換装置と接続される蓄電部と、互いに並列に接続された状態の前記複数の二次電池を前記直流電源と接続することによって充電し、前記複数の二次電池から選択した二次電池を前記複数のキャパシタから選択した一部のキャパシタに接続することによって放電させる接続装置と
を備えたものである。
( 1 ) The secondary battery device of the present invention includes a plurality of secondary batteries, a DC power source that outputs a voltage for charging the secondary battery, and a plurality of capacitors connected in series, and connected in series. The storage battery connected to the external converter is connected at both ends, and the plurality of secondary batteries in a state of being connected in parallel with each other are connected to the DC power source to charge the plurality of secondary batteries. Ru der that a connection to the discharge device by connecting the selected secondary batteries in the plurality of portion of the capacitor selected from a capacitor.
上記のように構成された二次電池充放電装置では、外部の変換装置が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは蓄電部であり、二次電池ではない。従って、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。例えば、二次電池を放電させるときは、残量の少ない二次電池に制約を受けることなく、残量の多い二次電池を優先的に利用することができるので、より有効に複数の二次電池を活用する二次電池充放電装置を提供することができる。また、直列接続した複数のキャパシタを用いることで、蓄電部全体としては高い電圧定格であっても、個々のキャパシタの両端電圧は、二次電池で出力できる電圧にすることができる。 In the secondary battery charging / discharging device configured as described above, the external converter directly exchanges electric energy with the power storage unit, not the secondary battery. Therefore, the degree of freedom of how to use the plurality of secondary batteries is widened, and there is no need to use the plurality of secondary batteries in a fixed circuit configuration. Thereby, even a plurality of secondary batteries having different performances can be used freely. For example, when discharging a secondary battery, a secondary battery with a large remaining amount can be preferentially used without being restricted by a secondary battery with a small remaining amount. A secondary battery charging / discharging device using a battery can be provided. In addition, by using a plurality of capacitors connected in series, the voltage across each capacitor can be set to a voltage that can be output by the secondary battery even if the power storage unit as a whole has a high voltage rating.
一方、二次電池の充電は直流電源によって行うので、迅速かつ安定した充電を行うことができる。また、全並列で充電することにより、各二次電池を均等に充電することができる。しかも全並列での充電により、直流電源は各二次電池に充電できる程度の比較的低い電圧を出力できれば足り、蓄電部全体のような高電圧を出力する必要が無い。従って、このような直流電源を設けることは、容易である。 On the other hand, since the secondary battery is charged by a DC power source, quick and stable charging can be performed. Moreover, each secondary battery can be charged equally by charging in all parallel. In addition, it is sufficient that the DC power supply can output a relatively low voltage that can charge each secondary battery by charging in parallel, and it is not necessary to output a high voltage as in the entire power storage unit. Therefore, it is easy to provide such a DC power supply.
(2)また、上記(1)の二次電池充放電装置において、二次電池は、二次電池の一個体が1個のみからなるか又は、複数個直列に接続されたストリングであってもよい。
二次電池が特に複数個直列のストリングの場合には、ストリングごとの内部抵抗や充電深度のばらつきが生じやすいが、そのような場合でも、キャパシタ充電時には選択して接続することにより、問題なく使用することができる。
( 2 ) In the secondary battery charging / discharging device of (1) , the secondary battery may be a single secondary battery or a string connected in series. Good.
When there are multiple strings of secondary batteries in series, internal resistance and charging depth may vary easily from string to string. Even in such cases, it can be used without problems by selecting and connecting capacitors when charging. can do.
(3)また、上記(1)の二次電池充放電装置において、二次電池と蓄電部との間に電流を抑制する回路素子が介装されていることが好ましい。
この場合、キャパシタ充電開始時の電流が過度に大きくなるのを抑制することができる。
( 3 ) Moreover, in the secondary battery charging / discharging device of (1), it is preferable that a circuit element for suppressing current is interposed between the secondary battery and the power storage unit.
In this case, it is possible to suppress an excessive increase in current at the start of capacitor charging.
(4)また、上記(1)の二次電池充放電装置において、接続装置は、各二次電池の両端電圧を測定する回路を含むことが好ましい。
キャパシタ充電時には二次電池は選択されて使用されるので、逆に言えば、使用されていないときがある。そこで、キャパシタと接続されていない不使用時の当該二次電池の両端電圧に基づいて充電深度を求めることができる。
( 4 ) Moreover, in the secondary battery charging / discharging device of the above (1), it is preferable that the connection device includes a circuit for measuring a voltage between both ends of each secondary battery.
Since the secondary battery is selected and used when the capacitor is charged, conversely, there are times when it is not used. Therefore, the charging depth can be obtained based on the voltage across the secondary battery when not in use and not connected to the capacitor.
(5)また、上記(4)の二次電池充放電装置において、接続装置は、キャパシタとの接続用に選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を放電させるときは、充電深度が相対的に高い二次電池を優先的にキャパシタに接続するようにしてもよい。
この場合、性能の劣る電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている二次電池を適時に有効活用することができる。
( 5 ) Moreover, in the secondary battery charge / discharge device of ( 4 ), the connection device determines the charge depth based on the voltage between both ends of each unused secondary battery that is not selected for connection to the capacitor. Therefore, when any of the secondary batteries is discharged, a secondary battery having a relatively high charging depth may be preferentially connected to the capacitor.
In this case, a secondary battery having excellent performance at that time can be effectively used in a timely manner without being restricted by a battery having inferior performance.
(6)また、上記(1)の二次電池充放電装置において、二次電池とキャパシタとの接続は、半導体スイッチング素子を介して行われることが好ましい。
半導体スイッチング素子は、高速応答に適し、耐久性にも優れている。
( 6 ) In the secondary battery charge / discharge device according to (1), the connection between the secondary battery and the capacitor is preferably made through a semiconductor switching element.
The semiconductor switching element is suitable for high-speed response and excellent in durability.
(7)また、上記(6)の二次電池充放電装置において、半導体スイッチング素子は、FETであってもよい。
FETは高速応答に適し、特に、SiC−FETは、高速応答及び耐電圧の点で最も優れている。
( 7 ) In the secondary battery charge / discharge device of ( 6 ), the semiconductor switching element may be an FET.
The FET is suitable for high-speed response, and in particular, the SiC-FET is most excellent in terms of high-speed response and withstand voltage.
(8)また、上記(6)又は(7)の二次電池充放電装置において、半導体スイッチング素子は、SiC、GaN、又は、ダイヤモンドを含む材料によって構成されたワイドバンドギャップ半導体であることが好ましい。
これらの素子は、シリコンと比較して圧倒的に絶縁耐力が優れている他、オン抵抗が小さいのでスイッチング損失が少ない。また、高速応答に適し、耐久性にも優れている。
( 8 ) In the secondary battery charge / discharge device according to ( 6 ) or ( 7 ), the semiconductor switching element is preferably a wide band gap semiconductor made of a material containing SiC, GaN, or diamond. .
These devices have an overwhelmingly superior dielectric strength compared to silicon, and have low switching loss due to their low on-resistance. Also suitable for high-speed response and excellent durability.
(9)また、上記(1)の二次電池充放電装置と、当該二次電池充放電装置の出力と所望の電源系統とを仲介する変換装置とを備えた電力貯蔵システムを構成することができる。
前述の二次電池充放電装置を用いることにより、性能にばらつきがある二次電池を用いて電力貯蔵システムを構成することができる。従って、例えば、中古の二次電池を用いることにより、安価に、電力貯蔵システムを構成することができる。
( 9 ) Moreover, comprising the secondary battery charging / discharging apparatus of said (1), and the power storage system provided with the converter which mediates the output of the said secondary battery charging / discharging apparatus and a desired power supply system. it can.
By using the above-described secondary battery charging / discharging device, an electric power storage system can be configured using secondary batteries having variations in performance. Therefore, for example, by using a used secondary battery, the power storage system can be configured at low cost.
本発明の二次電池充放電装置及び電力貯蔵システムによれば、性能にばらつきがある複数の二次電池を、より有効に活用することができる。 According to the secondary battery charging / discharging device and the power storage system of the present invention, it is possible to more effectively utilize a plurality of secondary batteries having variations in performance.
《電力貯蔵システムとしての概略》
図1は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。図において、交流負荷系統に連系する電力貯蔵システムは、交流/直流を相互に変換する交直変換装置101と、二次電池充放電装置1とによって構成される。なお、図示しているのは二次電池充放電装置1の一部を成すキャパシタのみであり、詳細は後述する。
<Outline of power storage system>
FIG. 1 is a connection diagram showing a main part of an electric power storage system according to an embodiment of the present invention. In the figure, an electric power storage system linked to an AC load system includes an AC /
複数のキャパシタC1〜Cnは、互いに直列に接続され、ストリングを構成している。複数のストリングS1,S2,・・・,Smは、互いに並列に接続されている。なお、これらn,mの数値は必要に応じて自在に構成することができ、複数であること自体も一例である。すなわち、ストリングは1個でもよいし、さらに基本的にはキャパシタ1個でもよい(これについては後述する。)。 The plurality of capacitors C1 to Cn are connected in series to form a string. The plurality of strings S1, S2,..., Sm are connected to each other in parallel. Note that these numerical values of n and m can be freely configured as necessary, and a plurality of numerical values is also an example. That is, the number of strings may be one, or more basically one capacitor (this will be described later).
図2は、変換装置の構成が図1とは異なる場合の、電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この場合は、直流/直流変換装置102によって一旦電圧調整をした上で、交直変換装置101を介して交流負荷系統と連系する。変換効率を最適化するには、この構成が好ましい。
また、図3は、直流負荷系統と連系する場合の、電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この場合には、直流/直流変換装置102のみでよい。
上記のように、変換装置(101,102)は、二次電池充放電装置1の出力と所望の電源系統とを仲介する役目をする。
FIG. 2 is a connection diagram illustrating a main part of the power storage system when the configuration of the conversion device is different from that in FIG. 1. In this case, the voltage is once adjusted by the DC /
FIG. 3 is a connection diagram showing a main part of the power storage system when interconnected with a DC load system. In this case, only the DC /
As described above, the converters (101, 102) serve to mediate the output of the secondary battery charge /
《二次電池充放電装置》
図4は、二次電池充放電装置1の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。図において、この装置1は、大別して、複数の二次電池B1〜B8と、キャパシタによる蓄電部2と、接続装置3と、直流電源6とによって構成されている。上記「複数」の一例として、例えば8個の二次電池B1〜B8があるものとする。個々の二次電池は、電池としての一個体が1個のみからなるものであってもよいし、複数個直列に接続されたストリングであってもよい。
《Secondary battery charge / discharge device》
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a detailed circuit configuration of the secondary battery charging / discharging
なお、二次電池としては、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、その他各種の充電可能な電池を用いることができる。但し、8個の二次電池B1〜B8は、基本的には同一種類の電池であることが好ましい。また、直流電源6は、商用交流からの整流によって、二次電池B1〜B8を充電するに適した電圧を出力する。 In addition, as a secondary battery, a lithium ion battery, a lead acid battery, a nickel metal hydride battery, and other various rechargeable batteries can be used. However, it is preferable that the eight secondary batteries B1 to B8 are basically the same type of batteries. Moreover, the DC power supply 6 outputs a voltage suitable for charging the secondary batteries B1 to B8 by rectification from commercial AC.
一方、例えば4つの等容量のキャパシタC1〜C4は、互いに直列に接続されて1ストリングを成す蓄電部2となっている。これらのキャパシタC1〜C4は、例えば図1における1ストリングのキャパシタC1〜Cnに相当するものである。蓄電部2は、二次電池から提供される電気エネルギーを蓄えつつ外部の変換装置(101,102)に対して放出するという過程を連続的に行って、電気エネルギーの中継を行っている。
On the other hand, for example, four equal-capacitance capacitors C1 to C4 are connected to each other in series to form a
ここで、変換装置(101,102)と直接的に電気エネルギーのやりとりをするのは蓄電部2であり、また、変換装置(101,102)から見て、電圧として現れているのは、蓄電部2の両端電圧のみである。二次電池B1〜B8は、放電により蓄電部2に電気エネルギーを送り込むことを実現できればよい。そのため、複数の二次電池B1〜B8をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で使用する必要は無くなる。
Here, it is the
二次電池B1〜B8の負極は全て、共通のマイナス側電路Ln2に接続されている。また、正極はそれぞれスイッチSB1〜SB8を介してプラス側電路Lp2に接続されている。プラス側電路Lp2は、スイッチSB0を介して直流電源6と接続されている。スイッチSB1〜SB8は、どの二次電池B1〜B8をプラス側電路Lp2につなぐかを選択するスイッチである。また、プラス側電路Lp2が抵抗Rを介して、蓄電部2の図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチSP1〜SP4である。すなわち、スイッチSP1〜SP4を介した行き先はそれぞれ、蓄電部2のプラス側にあるプラス側電路Lp1、キャパシタC1,C2の相互接続点、キャパシタC2,C3の相互接続点、キャパシタC3,C4の相互接続点である。
The negative electrodes of the secondary batteries B1 to B8 are all connected to the common negative side electric circuit Ln2. The positive electrode is connected to the plus side electric circuit Lp2 via the switches SB1 to SB8, respectively. The plus side electric circuit Lp2 is connected to the DC power source 6 through the switch SB0. The switches SB1 to SB8 are switches that select which secondary batteries B1 to B8 are connected to the plus side electric circuit Lp2. The switches SP1 to SP4 select which portion of the
なお、上記の抵抗Rは、ここを流れる電流の抑制、特に、充放電開始時の電流が過度に大きくなることの抑制を目的として設けられている。但し、抵抗以外に、リアクトルでもよく、要するに、二次電池B1〜B8と蓄電部2との間に流れる電流を抑制する回路素子が介装されていればよい。
The resistor R is provided for the purpose of suppressing the current flowing therethrough, in particular, suppressing the current at the start of charging / discharging from becoming excessively large. However, in addition to the resistor, a reactor may be used. In short, it is sufficient that a circuit element that suppresses a current flowing between the secondary batteries B1 to B8 and the
さらに、マイナス側電路Ln2が、蓄電部2の図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチSN1〜SN4である。すなわち、スイッチSN1〜SN4を介した行き先はそれぞれ、キャパシタC1,C2の相互接続点、キャパシタC2,C3の相互接続点、キャパシタC3,C4の相互接続点、蓄電部2のマイナス側にあるマイナス側電路Ln1である。
Further, the switches SN1 to SN4 select which portion of the
上記スイッチSB0〜SB8、SP1〜SP4、SN1〜SN4は、高速応答に適し、耐久性にも優れている半導体スイッチング素子であり、例えば、FETが用いられる。FETは高速応答に適し、特に、SiC−FETは、高速応答及び耐電圧の点で最も優れている。また、材料としては、SiC、GaN、又は、ダイヤモンド等の材料によって構成されたワイドバンドギャップ半導体が好適である。
CPUを含む制御装置4は、上記スイッチSB0〜SB8、SP1〜SP4、SN1〜SN4を個別にオン・オフする。
The switches SB0 to SB8, SP1 to SP4, and SN1 to SN4 are semiconductor switching elements suitable for high-speed response and excellent in durability. For example, FETs are used. The FET is suitable for high-speed response, and in particular, the SiC-FET is most excellent in terms of high-speed response and withstand voltage. As a material, a wide band gap semiconductor made of a material such as SiC, GaN, or diamond is preferable.
The
一方、二次電池B1〜B8の各正極はそれぞれ、フォトカプラPc1〜Pc8を介して信号電路Lsに接続されている。信号電路Ls及び、二次電池B1〜B8の各負極が接続されたマイナス側電路Ln2は、A/Dコンバータ5の入力端子に接続されている。すなわち、いずれか1つのフォトカプラをオンにすれば、対応する二次電池の両端電圧がA/Dコンバータ5に入力される。A/Dコンバータ5は入力されたアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換して、制御装置4に提供する。制御装置4はフォトカプラPc1〜Pc8をオン・オフする。
On the other hand, the positive electrodes of the secondary batteries B1 to B8 are connected to the signal circuit Ls via the photocouplers Pc1 to Pc8, respectively. The negative electric circuit Ln2 to which the signal electric circuit Ls and the negative electrodes of the secondary batteries B1 to B8 are connected is connected to the input terminal of the A /
次に、上記の二次電池充放電装置1の動作について説明する。二次電池充放電装置の動作は、電池情報の取得に関する処理と、充電又は放電の動作に関する処理とがあり、これらの処理は平行して行われる。
フォトカプラPc1〜Pc8、A/Dコンバータ5及び制御装置4は、各二次電池B1〜B8の両端電圧を測定する回路を構成しており、この回路によって電池情報が取得される。なお、本実施形態の二次電池充放電装置1では、キャパシタ充電時に二次電池B1〜B8は、選択されて使用されるので、非選択の二次電池は使用されていない。使用されていない二次電池については、起電力の測定が可能である。
Next, operation | movement of said secondary battery charging / discharging
The photocouplers Pc1 to Pc8, the A /
図5は、電池情報の取得に関する処理の一例を示すフローチャートである。図において、まず、制御装置4は、8個のフォトカプラPc1〜Pc8のうち、いずれか1つをオン(他は全てオフ)にして(ステップS1)、対応する二次電池(以下、単に電池とも言う。)の両端電圧を測定する(ステップS2)。ここで、現在、使用されていない電池の両端電圧は内部抵抗による電圧降下が無いので、実質的に起電力を表している。一方、使用されている電池の両端電圧は、電流が内部抵抗に流れることによる電圧降下分だけ、起電力より低い値となる。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing related to acquisition of battery information. In the figure, first, the
そこで、制御装置4は、両端電圧を測定した電池が、現在使用中か否か、すなわち、選択された電池であるか否かを判定し(ステップS3)。使用中でなければ、測定値を起電力として扱う(ステップS4)。起電力がわかれば、ネルンストの式(Nernst Equation)を用いて充電深度を求めることができる(ステップS5)。一方、使用中であれば、測定値をそのまま両端電圧として扱い(ステップS6)、既に記憶している起電力との比較に基づいて内部抵抗を求める(ステップS7)。
Therefore, the
その後、制御装置4は、ステップS1に戻り、次のフォトカプラをオンにして、同様の処理を行う。ステップS1において制御装置4は、例えばフォトカプラPc1からPc8まで順番に選択し、Pc8の次は、またPc1から順番に選択する。このようにしてサイクリックに電池情報の取得を繰り返し、情報を更新していく。電池情報は、制御装置4から外部の上位システム(図示せず。)に送信され、上位システムが二次電池充放電装置1に対して充電又は放電を指示する際の判断材料となる。また、充電深度すなわち電池としての残量は、キャパシタ充電に際して、どの二次電池を選択するかの選択基準となる。なお、電池は、劣化するほど内部抵抗が大きくなるので、内部抵抗に基づいて交換時期を判断し、交換を促す警告を発する処理を行うこともできる。
Thereafter, the
図6は、充電又は放電の動作に関する処理の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置4は、電池の充電か放電かによって、動作を区別する(ステップS10)。充電/放電のどちらの動作を行うかは、上位システムからの指示による。
まず、二次電池を放電させる場合の動作について説明する。なお、放電に使用される電池は基本的に1つ(1ストリング)である。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing related to charging or discharging operation. First, the
First, the operation for discharging the secondary battery will be described. In addition, the battery used for discharge is basically one (one string).
上記の電池情報に基づいて、制御装置4は、放電用として最も充電深度が高い二次電池(B1〜B8のいずれか1つ)を、次に選択すべき電池として特定する(ステップS11)。なお、現時点で選択されている電池については、電圧降下のために正確な充電深度を把握できないので、当該電池は除外して、その他の電池のうちで最も充電深度が高い電池(B1〜B8のうち使用中の1つを除いたものの中のいずれか1つ)を特定するようにしてもよい。
Based on said battery information, the
次に、制御装置4は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ(SB1〜SB8のいずれか)をオフにして、当該電池を系統から解列する(ステップS12)。なお、この解列前に、スイッチSP1〜SP4及びSN1〜SN4は全てオフとなっている。続いて制御装置4は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ(SB1〜SB8のいずれか)をオンにして、当該電池をプラス側電路Lp2に接続する(ステップS13)。そして、制御装置4は、スイッチSP1及びSN1をオンにして、選択された電池からキャパシタC1への放電回路を構成し、キャパシタC1を充電する(ステップS14)。電池を放電させる時間はキャパシタC1の容量や電池の性能にもよるが、ごく短時間であり、当該時間経過後は、スイッチSP1及びSN1をオフにする。
Next, the
続いて、制御装置4は、スイッチSP2及びSN2をオンにして、選択された電池からキャパシタC2への放電回路を構成し、キャパシタC2を充電する(ステップS15)。また、制御装置4は、電池の放電時間経過後は、スイッチSP2及びSN2をオフにする。
続いて、制御装置4は、スイッチSP3及びSN3をオンにして、選択された電池からキャパシタC3への放電回路を構成し、キャパシタC3を充電する(ステップS16)。また、制御装置4は、電池の放電時間経過後は、スイッチSP3及びSN3をオフにする。
続いて、制御装置4は、スイッチSP4及びSN4をオンにして、選択された電池からキャパシタC4への放電回路を構成し、キャパシタC4を充電する(ステップS17)。また、制御装置4は、電池の放電時間経過後は、スイッチSP4及びSN4をオフにする。
Subsequently, the
Subsequently, the
Subsequently, the
ステップS17の後、制御装置4はステップS10に戻り、同様の処理を繰り返す。電池はその都度特定される(ステップS11)ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も高い電池が選択されることになる。このようにして、残量の多い電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も高い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も高いものでなくてもよい。例えば充電深度が1,2番手の電池からランダムに選ぶ、というような選択も可能である。
After step S17, the
要するに、充電深度が相対的に高い電池を優先的に選択することで、性能の劣る電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている電池を適時に有効活用することができる。
なお、同じ電池を連続的に選択して使用することも可能である。但し、使用中は最新の充電深度がわからないので、所定回数連続して使用した後、次の電池を選択するようにすればよい。具体的には、例えば、ステップS14〜S17の処理を所定回数繰り返してからステップS10に戻るフローチャートにすればよい。
In short, by preferentially selecting a battery having a relatively high charging depth, a battery having excellent performance at that time can be effectively utilized in a timely manner without being restricted by a battery having inferior performance.
It is also possible to select and use the same battery continuously. However, since the latest charging depth is not known during use, the next battery may be selected after being used continuously a predetermined number of times. Specifically, for example, the process of steps S14 to S17 may be repeated a predetermined number of times, and then the flowchart may return to step S10.
次に、二次電池を充電する場合の動作について説明する。
二次電池を充電するとき、制御装置4は、全てのスイッチSP1〜SP4,SN1〜SN4及びSB0〜SB8がオフである状態から、スイッチSB1〜SB8を全てオンにする。これにより、電池B1〜B8は全て並列に接続される(ステップS21)。そして、制御装置4は、スイッチSB0をオンにして、電池B1〜B8の並列体を直流電源6に接続する(ステップS22)。これにより、電池B1〜B8が、直流電源6により、充電される。並列充電により、充電深度は概ね均等化される。
Next, the operation when charging the secondary battery will be described.
When charging the secondary battery, the
制御装置4は、各電池B1〜B8の充電深度に基づいて充電完了か否かを確認する(ステップS23)。なお、この確認を行うには、例えば充電中定期的に、一定時間だけスイッチSB1〜SB8を全てオフにして、電池情報の取得に関する処理(図5)により、充電深度を測定すればよい。各電池B1〜B8の充電が完了するまでは、制御装置4は、ステップS21,S22の処理を維持し、充電を続行する。そして、充電が完了すると、スイッチSB0〜SB8をオフにして各電池B1〜B8の並列接続及び直流電源6の接続を解除する(ステップS24)。また、制御装置4は、上位システムに対して充電完了を通知する。
The
以上のように構成された二次電池充放電装置では、外部の変換装置(101,102)が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは蓄電部2であり、二次電池ではないので、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。
In the secondary battery charging / discharging device configured as described above, the external converter (101, 102) directly exchanges electric energy with the
二次電池が特に複数個直列のストリングの場合には、ストリングごとの内部抵抗や充電深度のばらつきが生じやすいが、そのような場合でも、選択して接続することにより、問題なく使用することができる。
なお、電池の種類が異なれば電圧が異なることが多いが、そのような場合でも、選択して接続することにより、使用することは可能である。但し、その場合、充電時の全並列接続により電池間で大きな循環電流が流れる可能性があるので、1ストリングのセル数を調整することにより電池間の電位差が過大にならないよう配慮すべきである。
In particular, when a plurality of secondary batteries are connected in series, the internal resistance and charging depth of each string tend to vary, but even in such a case, it can be used without problems by selecting and connecting. it can.
Note that the voltage is often different for different types of batteries, but even in such a case, it can be used by selecting and connecting. However, in that case, since a large circulating current may flow between the batteries due to full parallel connection during charging, it should be considered that the potential difference between the batteries does not become excessive by adjusting the number of cells in one string. .
また、電池からキャパシタへの充電時に、蓄電部2を構成する4つのキャパシタC1〜C4を1個ずつ順番に充電することにより、蓄電部2全体の両端電圧の1/4の電圧をもって充電することができる。また、この「4つのキャパシタ」というのは一例に過ぎず、必要に応じた数の直列キャパシタを構成すればよい。
このように、直列接続した複数のキャパシタを用いることで、蓄電部2全体としては高い電圧定格であっても、個々のキャパシタの両端電圧は、二次電池で出力できる電圧にすることができる。従って、二次電池B1〜B8としては、セルを複数個接続したモジュール単位程度でも使用可能であり、多数のモジュールを直列接続しなくてよい。
Further, at the time of charging from the battery to the capacitor, the four capacitors C1 to C4 constituting the
Thus, by using a plurality of capacitors connected in series, even if the
一方、二次電池の充電は直流電源6によって行うので、迅速かつ安定した充電を行うことができる。また、全並列で充電することにより、各電池B1〜B8を均等に充電することができる。
全並列での充電により、直流電源6は各電池B1〜B8に充電できる程度の比較的低い電圧を出力できれば足り、蓄電部2全体のような高電圧を出力する必要が無い。従って、このような直流電源6を設けることは、容易である。
On the other hand, since the secondary battery is charged by the DC power source 6, it is possible to perform quick and stable charging. Moreover, each battery B1-B8 can be charged equally by charging in all parallel.
It is sufficient that the DC power source 6 can output a relatively low voltage that can charge each of the batteries B1 to B8 by charging in parallel, and there is no need to output a high voltage as in the entire
なお、二次電池の放電すなわち、キャパシタの充電に関して、4つのキャパシタC1〜C4を1個ずつ順番に充電する、というのは一例に過ぎず、キャパシタの直列数や電圧によっては、2以上の複数個ずつ充電することも可能である。要するに、複数のキャパシタを個々に若しくは小グループに小分けして順番に、選択した二次電池と接続することにより、複数のキャパシタが充電されるようにすればよい。 In addition, regarding the discharge of the secondary battery, that is, the charging of the capacitor, charging the four capacitors C1 to C4 one by one in order is only an example, and depending on the number of capacitors in series and the voltage, two or more It is also possible to charge one by one. In short, a plurality of capacitors may be charged by connecting the plurality of capacitors individually or in small groups to the selected secondary battery in order.
また、例えば4つのキャパシタC1〜C4を1ストリングとして、これが2ストリング並列に設けられている場合(すなわち合計8つのキャパシタがある場合)には、スイッチSP1〜SP4,SN1〜SN4を別途1セット設けて、8つのキャパシタを順番に二次電池で充電するように構成すればよい。さらに多くのキャパシタが設けられる場合であっても同様である。 Further, for example, when four capacitors C1 to C4 are provided as one string and these are provided in parallel with two strings (that is, when there are a total of eight capacitors), one set of switches SP1 to SP4 and SN1 to SN4 is provided separately. Thus, the eight capacitors may be configured to be charged by the secondary battery in order. The same applies even when more capacitors are provided.
《その他》
なお、上記実施形態では、蓄電部2として複数のキャパシタが直列に接続されている構成を示したが、基本的には「複数」でなくてもよい。
図7は、二次電池充放電装置1の詳細な回路構成の他の例を示す回路図である。図4との違いは、蓄電部2が1個のキャパシタC1である点、及び、これに伴って図4のスイッチSP1〜SP4,SN1〜SN4が不要となった点である。この場合も、接続装置3は、キャパシタC1を、複数の二次電池B1〜B8から選択した二次電池と接続して充電し、また、二次電池B1〜B8は全並列で直流電源6により充電する、という基本構成・動作は同じである。但し、この場合、当該二次電池充放電装置1内では、蓄電部2の両端電圧として二次電池の電圧より高い電圧を得ることはできない。
<Others>
In the above embodiment, a configuration in which a plurality of capacitors are connected in series as the
FIG. 7 is a circuit diagram showing another example of the detailed circuit configuration of the secondary battery charging / discharging
また、上記実施形態では、二次電池の選択は充電深度に基づいて行うものとし、これが好ましいが、ランダムに二次電池を選択して放電させることも可能ではある。
また、上記実施形態では、放電(キャパシタ充電)に使用される電池は基本的に1つ(1ストリング)であるとしたが、内部抵抗が近似している場合には複数ストリングで使用することも可能であり、そのような使用を排除するものではない。
Moreover, in the said embodiment, although the selection of a secondary battery shall be performed based on a charge depth, and this is preferable, it is also possible to select a secondary battery and discharge it at random.
In the above embodiment, the number of batteries used for discharging (capacitor charging) is basically one (one string). However, when the internal resistance is approximate, it may be used for a plurality of strings. It is possible and does not exclude such use.
なお、図4及び図7では、スイッチSB1〜SB8がそれぞれ電池B1〜B8の正極側に設けられる例を示したが、負極側に設けることも可能である。例えば、電池B1〜B8の正極を、スイッチ無しで直接、プラス側電路Lp2に接続し、マイナス側電路Ln2と各電池B1〜B8の負極との間に、スイッチSB1〜SB8が設けられる回路にしてもよい。この場合も動作は同様である。 4 and 7 show examples in which the switches SB1 to SB8 are provided on the positive electrode side of the batteries B1 to B8, respectively, it is also possible to provide them on the negative electrode side. For example, the positive electrodes of the batteries B1 to B8 are directly connected to the plus side electric circuit Lp2 without a switch, and the switches SB1 to SB8 are provided between the minus side electric circuit Ln2 and the negative electrodes of the batteries B1 to B8. Also good. In this case, the operation is the same.
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の二次電池充放電装置を用いることにより、性能にばらつきがある二次電池を用いて電力貯蔵システムを構成することができる。
また、ハイブリッド車や電気自動車の普及によって近い将来に、二次電池の中古品が大量に市場に出回ることが予想される。本発明の二次電池充放電装置を用いることで、このような性能のばらついた中古品の二次電池を有効活用し、安価に、電力貯蔵システムを構成することができる。
By using the secondary battery charging / discharging device of the present invention, a power storage system can be configured using secondary batteries having variations in performance.
In the near future due to the spread of hybrid vehicles and electric vehicles, it is expected that a large number of used secondary battery products will be put on the market. By using the secondary battery charging / discharging device of the present invention, it is possible to effectively use a used secondary battery having such performance variations, and to construct a power storage system at low cost.
1:二次電池充放電装置
2:蓄電部
3:接続装置
4:制御装置
5:A/Dコンバータ
6:直流電源
101:交直変換装置
102:直流/直流変換装置
B1〜B8:二次電池
C1〜C4:キャパシタ
Pc1〜Pc8:フォトカプラ
R:抵抗(回路素子)
S1〜Sm:ストリング
SB0〜SB8,SP1〜SP4,SN1〜SN4:スイッチ(半導体スイッチング素子)
1: Secondary battery charge / discharge device 2: Power storage unit 3: Connection device 4: Control device 5: A / D converter 6: DC power supply 101: AC / DC converter 102: DC / DC converter B1-B8: Secondary battery C1 C4: Capacitors Pc1 to Pc8: Photocoupler R: Resistor (circuit element)
S1 to Sm: strings SB0 to SB8, SP1 to SP4, SN1 to SN4: switches (semiconductor switching elements)
Claims (9)
前記二次電池を充電する電圧を出力する直流電源と、
複数のキャパシタを互いに直列に接続して構成され、直列に接続された両端が、外部の変換装置と接続される蓄電部と、
互いに並列に接続された状態の前記複数の二次電池を前記直流電源と接続することによって充電し、前記複数の二次電池から選択した二次電池を前記複数のキャパシタから選択した一部のキャパシタに接続することによって放電させる接続装置と
を備えていることを特徴とする二次電池充放電装置。 A plurality of secondary batteries;
A DC power source that outputs a voltage for charging the secondary battery;
A plurality of capacitors are connected in series with each other , and both ends connected in series are connected to an external converter, a power storage unit,
The plurality of secondary batteries connected in parallel with each other are charged by connecting to the DC power source, and a part of the capacitors selected from the plurality of capacitors is selected from the plurality of secondary batteries. A secondary battery charging / discharging device comprising: a connecting device that discharges when connected to the battery.
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