JP6128502B1 - バッテリーセルのアクティブバランシング方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1)電圧の高いセルの電圧を抵抗放電により下げるパッシブバランシング方式
2)各セルにスイッチング回路を構成し、比較的に電圧が高いセルの余計な電力を電源へ還元させ再利用するアクティブバランシング方式
本実施形態のアクティブバランシング装置では、複数のバッテリーセルを直列接続したバッテリー装置において、比較的高い電圧のバッテリーセルの電力を光エネルギーに変換して放出することにより、その電圧を低下させ全バッテリーセルの電圧を均等化させるとともに、光電変換部によるエネルギー回収を行い、電力の回生を図る。より具体的には、バッテリーセル毎に発光ダイオードと直列に接続されたコイル(インダクタ)を用いたチョッパ回路により、バッテリーセルの電圧を昇圧または降圧し、抵抗を用いることなく比較的高い電圧のバッテリーセルについてその電圧で当該発光ダイオードの発光制御を行う。各発光ダイオードに対して光電変換部を配置し、この光電変換部により生成された電力を、複数のバッテリーセルを含みうる充電池にフィードバックする。
図1は、本実施形態による、バッテリーセルのアクティブバランシング装置の概略構成を示すブロック図である。本発明によるバッテリーセルのアクティブバランシング方法はこの装置により実現される。
図4、図5に示したフローチャートにより、図1に示したアクティブバランシング装置内の制御部10の動作について説明する。本実施形態では、このフローの処理は制御部10による制御プログラムの実行により実現される。ここに示の具体的な処理ステップは、本実施形態の動作を実現するための一例であり、その内容、手順等、必ずしも提示したものに限定されるものではない。
(1)複数のバッテリーセルの測定された電圧の最大値と最小値の中間の値より大きい電圧を有するバッテリーセルを選択する。「中間の値」としては例えば、Vmin + d/2とすることができる。d/2はこれに限るものではなく、d/3、2d/3等、他の比率であってもよい。
(2)複数のバッテリーセルの測定された電圧の上位所定個のバッテリーセルを選択する。「所定個」としては例えば全セル数の半数である。半数に代えて、1/3、2/3等であってもよい。
(3)予め設定された設定電圧レベルを超える電圧を有するバッテリーセルを選択する。この「設定電圧レベル」は予測される最大値Vmaxと最小値Vminの中間の値である。
本実施形態のアクティブバランシング方法および装置によれば、すべてのバッテリーセルに絶縁トランスを必要とする従来の回路構成に比べて、各バッテリーセルに設けるチョッパ回路の構成は比較的簡単であり、発光ダイオードの光を受光する光電変換部は単一個あれば足りるので、装置構成が簡素化される。
Claims (11)
- 直列接続された複数のバッテリーセルのアクティブバランシングを行う装置であって、
前記複数のバッテリーセルにそれぞれ接続されたコイルを含む複数のチョッパ回路と、
前記複数のチョッパ回路のコイルにそれぞれ直列接続された複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードから発生する光を受ける光電変換部と、
前記光電変換部の出力を所定電圧に変換して前記複数のバッテリーセルを含みうる充電池にフィードバックするDC−DC変換部と、
直列接続された複数のバッテリーセルの各々の電圧を周期的に測定する電圧測定部と、
前記複数のチョッパ回路をそれぞれ制御する、所定のデューティー比のパルス信号を発生する複数のPWM駆動部と、
前記電圧測定部の出力に基づいて前記複数のPWM駆動部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記複数のバッテリーセルの測定された電圧の最大値と最小値の差分を求める機能と、
前記差分が第1の所定値以上となったとき、比較的高い電圧を有するバッテリーセルについて、当該コイルに直列接続された当該発光ダイオードに所定の電流を流すように、当該PWM駆動部を制御して、当該バッテリーセルの電圧を当該バッテリーセルに接続されたコイルに断続的に印加する機能と、
前記差分が前記第1の所定値より小さい第2の所定値以下となったとき、当該バッテリーセルの電圧の前記コイルへの断続的印加を停止する機能と
を有するバッテリーセルのアクティブバランシング装置。 - 前記チョッパ回路は昇圧型であり、当該バッテリーセルの正端子と当該発光ダイオードのアノード端子との間に接続されたコイルと、前記コイルの前記アノード側の端子と当該バッテリーセルの負端子との間に接続されたスイッチング素子とを含む請求項1に記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記発光ダイオードのアノード端子にカソード端子が接続され、前記コイルにアノード端子が接続されたダイオードとを含む請求項2に記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記チョッパ回路は降圧型であり、当該バッテリーセルの正端子と当該発光ダイオードのアノード端子との間に直列接続されたスイッチング素子およびコイルと、前記コイルと前記スイッチング素子との接続点にカソード端子が接続され、当該バッテリーセルの負端子にアノード端子が接続されたダイオードとを含む請求項1に記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記発光ダイオードとして、直列接続した複数の発光ダイオードを含む請求項1〜4のいずれかに記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記チョッパ回路は前記発光ダイオードに並列に接続されたキャパシタをさらに含む請求項1〜5のいずれかに記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記比較的高い電圧を有するバッテリーセルは、(1)前記複数のバッテリーセルの測定された電圧の最大値と最小値の中間の値より大きい電圧を有するバッテリーセル、(2)前記複数のバッテリーセルの測定された電圧の上位所定個のバッテリーセル、(3)予め設定された設定電圧レベルを超える電圧を有するバッテリーセル、のいずれか一つである請求項1〜6のいずれかに記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記複数の発光ダイオードは、前記光電変換部の光電変換面に対向して配置され、前記発光ダイオードの全体をほぼ密封して被覆する光非透過性のカバーをさらに備えた請求項1〜7のいずれかに記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 前記複数の発光ダイオードの各々から発する光を前記光電変換部の光電変換面に導く複数の光導電路をさらに備えた請求項1〜7のいずれかに記載のバッテリーセルのアクティブバランシング装置。
- 直列接続された複数のバッテリーセルの各々に対して、発光ダイオードと、前記発光ダイオードと直列に接続されたコイルを用いたチョッパ回路とを設け、
前記複数のバッテリーセルのうち比較的高い電圧を有するバッテリーセルの電圧を当該チョッパ回路により昇圧または降圧し、
前記チョッパ回路の出力により当該発光ダイオードを発光制御し、
前記発光ダイオードから出力された光を光電変換部により電気エネルギーに変換し、
前記光電変換部により得られた電気エネルギーを、前記複数のバッテリーセルを含みうる充電池にフィードバックする
バッテリーセルのアクティブバランシング方法。 - 直列接続された複数のバッテリーセルの各々の電圧を周期的に測定するステップと、
前記複数のバッテリーセルの測定された電圧の最大値と最小値の差分を求めるステップと、
前記差分が第1の所定値以上となったとき、比較的高い電圧を有するバッテリーセルについて、当該バッテリーセルに接続されたコイルに直列接続された発光ダイオードに所定の電流を流すように、当該バッテリーセルの電圧を当該バッテリーセルに接続された前記コイルに断続的に印加するステップと、
前記差分が前記第1の所定値より小さい第2の所定値以下となったとき、当該バッテリーセルの電圧の前記コイルへの断続的印加を停止するステップと、
前記発光ダイオードから出力する光を光電変換部により電気に変換するステップと、
前記光電変換部の出力を所定電圧に変換して、前記複数のバッテリーセルを含みうる充電池にフィードバックするステップと
を備えたバッテリーセルのアクティブバランシング方法。
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