JP5656154B2 - 電源システム - Google Patents
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Description
すなわち、本発明による電源システムは、N個(Nは自然数)の二次電池が直列に接続された二次電池列を含む第1の二次電池ブロック(メイン二次電池ブロック)と、A個(N>A、Aは自然数)の二次電池が直列に接続された二次電池列を含む第2の二次電池ブロック(補助二次電池ブロック)と、前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとの間で電圧変換を行う制御回路と、を具備し、前記第1の二次電池ブロックの両極が負荷に接続されているものである。
(1)柔軟な電池の容量を実現できるため、余剰容量を持つ必要がないので、安価かつ軽量な電源システムを提供することができる。
(2)メイン二次電池ブロックと補助二次電池ブロックの各二次電池の電圧バランスを常に保つことができる。
図1は本発明の実施の形態1による電源システムの構成例を示す回路図、図2は図1に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図3は本発明の実施の形態1による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
分圧抵抗R1,R2は、メイン二次電池ブロックBmの電圧Vmを検出する電圧検出手段を構成する。分圧抵抗R3,R4は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。
図4は本発明の実施の形態2による電源システムの構成例を示す回路図、図5は図4に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図6は本発明の実施の形態2による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
メイン二次電池ブロックBmの両端は、負荷に接続されている。なお、メイン二次電池ブロックBmは、直列接続されたN個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。また、補助二次電池ブロックBsは、直列接続されたB個の二次電池から成るブロックを複数個並列接続して構成することも可能である。
図7は本発明の実施の形態3による電源システムの構成例を示す回路図、図8は図7に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図9は本発明の実施の形態3による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
図10は本発明の実施の形態4による電源システムの構成例を示す回路図、図11は図10に示したDC−DCコンバータの構成例を示す回路図、図12は本発明の実施の形態4による電源システムにおいて、二次電池バランス回路の接続例を示す回路図である。
分圧抵抗R9,R10は、補助二次電池ブロックBsの電圧Vsを検出する電圧検出手段を構成する。図11のDC−DCコンバータUvcは、いわゆる双方向コンバータである。
図13は、本発明の実施の形態1による電源システムの充電特性を示す図である。図13は、メイン二次電池ブロックBmの容量が2.92Ahで、補助二次電池ブロックBsの容量が2.42Ahのリチウムイオン電池を実際にCVCC充電をした時の充電特性を示す図である。充電の全期間において常にメイン二次電池ブロックBmの二次電池電圧の平均値(a)と、補助二次電池ブロックBsの二次電池電圧の平均値(b)とが、実際に等しいことを示すものである。
実施の形態2〜4による電源システムの特性については、説明を省くが、同様の効果を得ることができる。
Bs 補助二次電池ブロック
Uvc DC−DCコンバータ(制御回路)
L1〜L6 インダクタ
S1〜S6 スイッチ
D1〜D6 ダイオード
Cv 電圧信号比較器
R1〜R12 分圧抵抗
C6 キャパシタ
Claims (10)
- N個の二次電池が直列に接続された第1の二次電池列を含む第1の二次電池ブロックと、
前記N個より少ないA個の二次電池が直列に接続された第2の二次電池列を含む第2の二次電池ブロックと、
前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとの間で電圧変換を行う制御回路と、を具備し、
前記第1の二次電池ブロックの両極が負荷に接続され、
前記制御回路は、
前記第1の二次電池ブロックの電圧を検出して第1の検出信号を出力する第1の電圧検出手段と、
前記第2の二次電池ブロックの電圧を検出して第2の検出信号を出力する第2の電圧検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較する比較器と、を具備し、
前記比較器の出力に基づいて、前記第1の二次電池ブロックの電圧又は前記第2の二次電池ブロックの電圧を降圧又は昇圧し、
前記第1の二次電池ブロックを構成する各二次電池の電圧の平均値と、前記第2の二次電池ブロックを構成する各二次電池の電圧の平均値とが常に等しくなるように制御する、ように構成されることを特徴とする電源システム。 - 前記制御回路は、
充電時に、前記第1の二次電池ブロックの電圧を降圧して前記第2の二次電池ブロックに電力を供給し、
放電時に、前記第2の二次電池ブロックの電圧を昇圧して前記負荷に電力を供給することを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 - 前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとは、前記制御回路を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電源システム。
- 前記第1の二次電池ブロックは、さらに、N個の二次電池が直列に接続された第3の二次電池列を含み、
前記第3の二次電池列は、前記第1の二次電池列に並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源システム。 - 前記第2の二次電池ブロックは、さらに、A個の二次電池が直列に接続された第4の二次電池列を含み、
前記第4の二次電池列は、前記第2の二次電池列に並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。 - 前記制御回路は、インダクタと、降圧用の第1のスイッチと、降圧用の第1のダイオードと、昇圧用の第2のスイッチと、昇圧用の第2のダイオードと、を具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記第1の二次電池ブロックと前記第2の二次電池ブロックとは、直列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
- 前記制御回路は、インダクタと、反転昇圧用の第1のスイッチと、反転昇圧用の第1のダイオードと、昇圧用の第2のスイッチと、昇圧用の第2のダイオードと、を具備することを特徴とする請求項7に記載の電源システム。
- 前記制御回路は、
放電時に、前記比較器の出力により、前記第1の二次電池ブロックの電圧と同じ電圧に、前記第2の二次電池ブロックの電圧を反転昇圧するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項8に記載の電源システム。 - 前記制御回路は、
充電時に、前記比較器の出力により、前記第2の二次電池ブロックと前記第1の二次電池ブロックの電圧とを足し合わせた電圧と同じ電圧に、前記第1の二次電池ブロックの電圧を昇圧するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項8又は9に記載の電源システム。
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