JP7080744B2

JP7080744B2 - Storage battery device

Info

Publication number: JP7080744B2
Application number: JP2018118663A
Authority: JP
Inventors: 修一加藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2022-06-06
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP2019221103A

Description

本発明の実施形態は、蓄電池装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a storage battery device.

蓄電池装置と負荷装置とを遮断する遮断器を備えた蓄電池装置がある。従来の遮断器には、メカニカルリレーが使用されていた。しかし、近年では、装置の小型化、長寿命化を進めるために、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field effect transistor）やＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）等の半導体スイッチを使用する遮断器が増えている。 There is a storage battery device equipped with a circuit breaker that shuts off the storage battery device and the load device. Mechanical relays have been used in conventional circuit breakers. However, in recent years, in order to reduce the size and extend the life of the device, the number of breakers using semiconductor switches such as MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field effect transistor) and IGBT (Insulated gate bipolar transistor) has increased. There is.

蓄電池装置は、モータのようにインダクタンスを有する負荷装置に電力を供給することがある。蓄電池装置から大きなインダクタンスを有する負荷装置を切り離す際、負荷装置のインダクタンスに蓄えられていたエネルギーが遮断器に印加される。このエネルギーが遮断器を構成する半導体スイッチの耐電圧を超えると遮断器は故障する。故障を回避するために、遮断器に印加されるエネルギーを吸収するエネルギー吸収装置を設けた蓄電池装置が提案されている。 The storage battery device may supply electric power to a load device having an inductance such as a motor. When disconnecting the load device having a large inductance from the storage battery device, the energy stored in the inductance of the load device is applied to the circuit breaker. If this energy exceeds the withstand voltage of the semiconductor switch that constitutes the circuit breaker, the circuit breaker will fail. In order to avoid failure, a storage battery device provided with an energy absorber that absorbs energy applied to the circuit breaker has been proposed.

特開２０１４－４４９０４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-444904

しかしながら、このエネルギー吸収装置は、遮断器を構成する半導体スイッチよりもサイズが大きくなることが多く、装置の小型化を図るという観点から問題がある。 However, this energy absorbing device is often larger in size than the semiconductor switch constituting the circuit breaker, and there is a problem from the viewpoint of reducing the size of the device.

本発明は、上述の事情の下になされたもので、蓄電池装置の小型化を図ることを課題とする。 The present invention has been made under the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to reduce the size of a storage battery device.

上記課題を解決するため、実施形態に係る蓄電池装置は、負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、第１蓄電池と負荷装置とを遮断する半導体で形成された遮断器と、遮断器に並列に接続され、遮断器により第１蓄電池と負荷装置とが遮断されたとき、負荷装置が有するインダクタンスに蓄積されている電気エネルギーが放電される経路を形成する第２蓄電池と、第２蓄電池から遮断器への放電を阻止するダイオードと、を備える。第２蓄電池の出力電圧は、第１蓄電池の出力電圧をＶ１、第２蓄電池の出力電圧をＶ２、ダイオードの順方向電圧をＶｆとした場合、Ｖ２≧Ｖ１－Ｖｆを満たすように設定されている。 In order to solve the above problems, the storage battery device according to the embodiment includes a first storage battery that supplies electric power to the load device, a breaker formed of a semiconductor that cuts off the first storage battery and the load device, and a breaker in parallel. When the first storage battery and the load device are cut off by the breaker, the second storage battery forming a path for discharging the electric energy stored in the inductance of the load device and the second storage battery are cut off. It is equipped with a diode that prevents discharge to the vessel. The output voltage of the second storage battery is set so as to satisfy V2 ≧ V1-Vf when the output voltage of the first storage battery is V1, the output voltage of the second storage battery is V2, and the forward voltage of the diode is Vf. ..

第１の実施形態に係る蓄電池装置の構成図である。It is a block diagram of the storage battery apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る蓄電池装置の等価回路である。It is an equivalent circuit of the storage battery device which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る蓄電池装置の等価回路である。It is an equivalent circuit of the storage battery device which concerns on 1st Embodiment. 変形例２に係る蓄電池装置の構成図である。It is a block diagram of the storage battery apparatus which concerns on modification 2. FIG.

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る蓄電池装置１００の構成図である。蓄電池装置１００は、負荷装置２００に電力を供給するための装置である。負荷装置２００は、電動機、空調装置、照明装置等の電力を消費する電気機器である。負荷装置２００は、抵抗ＲＬ、インダクタンスＬを有している。 << First Embodiment >>
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a storage battery device 100 according to an embodiment. The storage battery device 100 is a device for supplying electric power to the load device 200. The load device 200 is an electric device that consumes electric power, such as an electric motor, an air conditioner, and a lighting device. The load device 200 has a resistance RL and an inductance L.

図１に示されるように、蓄電池装置１００は、第１蓄電池１０、遮断器２０、サブモジュール３０、第１充電器４０、第２充電器４１、計測部６０、制御部７０を備える。 As shown in FIG. 1, the storage battery device 100 includes a first storage battery 10, a circuit breaker 20, a submodule 30, a first charger 40, a second charger 41, a measurement unit 60, and a control unit 70.

蓄電池装置１００の接続構成を説明する。第１蓄電池１０の正極は、負荷装置２００の一端に接続されている。第１蓄電池１０の負極は、遮断器２０の第１端子２０ａに接続されている。遮断器２０の第２端子２０ｂは、負荷装置２００の他端に接続されている。第２蓄電池３１の負極は、遮断器２０の第１端子２０ａに接続されている。第２蓄電池３１の正極は、ダイオード３２のカソードに接続されている。ダイオード３２のアノードは、遮断器２０の第２端子２０ｂに接続されている。 The connection configuration of the storage battery device 100 will be described. The positive electrode of the first storage battery 10 is connected to one end of the load device 200. The negative electrode of the first storage battery 10 is connected to the first terminal 20a of the circuit breaker 20. The second terminal 20b of the circuit breaker 20 is connected to the other end of the load device 200. The negative electrode of the second storage battery 31 is connected to the first terminal 20a of the circuit breaker 20. The positive electrode of the second storage battery 31 is connected to the cathode of the diode 32. The anode of the diode 32 is connected to the second terminal 20b of the circuit breaker 20.

第１蓄電池１０は、負荷装置２００に電力を供給するメインの蓄電池である。第１蓄電池１０は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などで構成されている。第１蓄電池１０は、複数のバッテリーセルを直列もしくは並列に組み合わせることにより、所定の電圧を出力し、所定の電気エネルギーを蓄積できるように構成されている。 The first storage battery 10 is a main storage battery that supplies electric power to the load device 200. The first storage battery 10 is composed of a lithium ion battery, a lead storage battery, and the like. The first storage battery 10 is configured to output a predetermined voltage and store a predetermined electric energy by combining a plurality of battery cells in series or in parallel.

遮断器２０は、第１蓄電池１０から負荷装置２００を遮断する機能を備える。遮断器２０は、ＭＯＳ－ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチで構成されたスイッチＳ０を備える。スイッチＳ０は、制御部７０からの制御に従ってオン・オフ制御される。 The circuit breaker 20 has a function of disconnecting the load device 200 from the first storage battery 10. The circuit breaker 20 includes a switch S0 composed of a semiconductor switch such as a MOS-FET or an IGBT. The switch S0 is on / off controlled according to the control from the control unit 70.

サブモジュール３０は、遮断器２０に並列に接続され、遮断器２０により第１蓄電池１０と負荷装置２００とが遮断されたとき、負荷装置２００が有するインダクタンスＬに蓄積されている電気エネルギーが放電される経路を形成する。サブモジュール３０は、第２蓄電池３１とダイオード３２を有している。 The sub-module 30 is connected in parallel to the circuit breaker 20, and when the first storage battery 10 and the load device 200 are cut off by the circuit breaker 20, the electric energy stored in the inductance L of the load device 200 is discharged. Form a path. The sub-module 30 has a second storage battery 31 and a diode 32.

遮断器２０により第１蓄電池１０と負荷装置２００とが遮断された直後、負荷装置２００のインダクタンスＬは、遮断される直前の電流を継続して流そうとする。遮断器２０がオフ状態であるので、この過渡的な電流はサブモジュール３０を流れる。つまり、サブモジュール３０は、負荷装置２００が遮断された直後に流れる電流のバイパスを形成している。ダイオード３２は、第２蓄電池３１から遮断器２０への放電を阻止する機能を有している。 Immediately after the first storage battery 10 and the load device 200 are cut off by the circuit breaker 20, the inductance L of the load device 200 tries to continuously flow the current immediately before the cutoff. Since the circuit breaker 20 is in the off state, this transient current flows through the submodule 30. That is, the submodule 30 forms a bypass of the current that flows immediately after the load device 200 is cut off. The diode 32 has a function of blocking discharge from the second storage battery 31 to the circuit breaker 20.

第２蓄電池３１は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などで構成されている。第２蓄電池３１は、複数のバッテリーセルを直列もしくは並列に組み合わせることにより、所定の電圧を出力できるように構成されている。具体的には、第２蓄電池３１の出力電圧は、第１蓄電池１０の出力電圧よりも高く設定されている。第１蓄電池１０と第２蓄電池３１に同種のバッテリーセルを使用する場合、第２蓄電池３１のバッテリーセルを直列に接続する数は、第１蓄電池１０のバッテリーセルを直列に接続する数よりも多くする。これにより、第２蓄電池３１の出力電圧を第１蓄電池１０の出力電圧よりも高く設定することができる。 The second storage battery 31 is composed of a lithium ion battery, a lead storage battery, and the like. The second storage battery 31 is configured to be able to output a predetermined voltage by combining a plurality of battery cells in series or in parallel. Specifically, the output voltage of the second storage battery 31 is set higher than the output voltage of the first storage battery 10. When the same type of battery cells are used for the first storage battery 10 and the second storage battery 31, the number of connected battery cells of the second storage battery 31 in series is larger than the number of connected battery cells of the first storage battery 10 in series. do. Thereby, the output voltage of the second storage battery 31 can be set higher than the output voltage of the first storage battery 10.

第１充電器４０は、第２蓄電池３１を充電する充電器である。具体的には、第１充電器４０は、第２蓄電池３１の出力電圧が第１蓄電池１０の出力電圧よりも高くなるように第２蓄電池３１を充電する。第１充電器４０は、例えば、第１蓄電池１０の出力を入力源として動作するＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている定電流源である。詳細には、第１充電器４０は、第２蓄電池３１の出力電圧が１式を満たすように第２蓄電池３１を充電する。Ｖ１は第１蓄電池１０の出力電圧、Ｖ２は第２蓄電池３１の出力電圧、Ｖｆはダイオード３２の順方向電圧である。１式は、第１蓄電池１０から出力された負荷電流Ｉが第２蓄電池３１に流れ込まないための条件を示している。
Ｖ２≧Ｖ１－Ｖｆ（１式） The first charger 40 is a charger for charging the second storage battery 31. Specifically, the first charger 40 charges the second storage battery 31 so that the output voltage of the second storage battery 31 is higher than the output voltage of the first storage battery 10. The first charger 40 is, for example, a constant current source composed of a DC / DC converter that operates using the output of the first storage battery 10 as an input source. Specifically, the first charger 40 charges the second storage battery 31 so that the output voltage of the second storage battery 31 satisfies one set. V1 is the output voltage of the first storage battery 10, V2 is the output voltage of the second storage battery 31, and Vf is the forward voltage of the diode 32. The first set shows the conditions for preventing the load current I output from the first storage battery 10 from flowing into the second storage battery 31.
V2 ≧ V1-Vf (1 set)

第２充電器４１は、第２蓄電池３１に蓄積された電気エネルギーを使用して、第１蓄電池１０を充電する。第２充電器４１は、例えば、第２蓄電池３１の出力を入力源として動作するＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている定電流源である。第２充電器４１は、制御部７０の制御に基づいて動作する。詳細は後述する。 The second charger 41 uses the electric energy stored in the second storage battery 31 to charge the first storage battery 10. The second charger 41 is, for example, a constant current source composed of a DC / DC converter that operates using the output of the second storage battery 31 as an input source. The second charger 41 operates based on the control of the control unit 70. Details will be described later.

計測部６０は、電圧計を備え、第１蓄電池１０の出力電圧を計測する。また、計測部６０は、電流計を備え、第１蓄電池１０から充放電される電流を計測する。また、計測部６０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２及び第２蓄電池３１から充放電される電流を計測する。計測部６０は、計測結果を示すデータを制御部７０に供給する。 The measuring unit 60 includes a voltmeter and measures the output voltage of the first storage battery 10. Further, the measuring unit 60 includes an ammeter and measures the current charged and discharged from the first storage battery 10. Further, the measuring unit 60 measures the output voltage V2 of the second storage battery 31 and the current charged and discharged from the second storage battery 31. The measurement unit 60 supplies data indicating the measurement result to the control unit 70.

制御部７０は、上位装置もしくはユーザの操作に基づいて遮断器２０のスイッチＳ０を開閉制御する。また、制御部７０は、例えば、計測部６０から供給されたデータに基づいて第１蓄電池１０が過放電状態になったことを検出し、遮断器２０のスイッチＳ０を開状態に制御する。また、制御部７０は、第１蓄電池１０及び第２蓄電池３１の出力電圧を示すデータに基づいて、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が１式を満たすように第１充電器４０を制御する。また、制御部７０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２を示すデータに基づいて、第１蓄電池１０を充電するように第２充電器４１を制御する。制御部７０は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部等を備える。 The control unit 70 controls the opening / closing of the switch S0 of the circuit breaker 20 based on the operation of the host device or the user. Further, the control unit 70 detects that the first storage battery 10 is in an over-discharged state based on the data supplied from the measurement unit 60, and controls the switch S0 of the circuit breaker 20 to be in the open state. Further, the control unit 70 controls the first charger 40 so that the output voltage V2 of the second storage battery 31 satisfies one set based on the data indicating the output voltages of the first storage battery 10 and the second storage battery 31. Further, the control unit 70 controls the second charger 41 so as to charge the first storage battery 10 based on the data indicating the output voltage V2 of the second storage battery 31. The control unit 70 physically includes a CPU (Central Processing Unit), a storage unit, and the like.

次に、上述の構成を有する蓄電池装置１００の動作について説明する。図１に対応する等価回路を図２及び図３に示す。図２は、遮断器２０のスイッチＳ０がオン状態である場合の等価回路である。図３は、遮断器２０のスイッチＳ０がオフ状態である場合の等価回路である。第２蓄電池３１等価回路は、電池Ｅ、内部抵抗Ｒ_ＢＴ、等価容量Ｃ_ＢＴで表される。ここでは、第１蓄電池１０の内部抵抗及びスイッチＳ０がオン状態になった時の抵抗を０Ωとして説明する。 Next, the operation of the storage battery device 100 having the above configuration will be described. The equivalent circuit corresponding to FIG. 1 is shown in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an equivalent circuit when the switch S0 of the circuit breaker 20 is in the ON state. FIG. 3 is an equivalent circuit when the switch S0 of the circuit breaker 20 is in the off state. The second storage battery 31 equivalent circuit is represented by a _battery E, an internal resistance RBT, and an equivalent capacity _CBT . Here, the internal resistance of the first storage battery 10 and the resistance when the switch S0 is turned on will be described as 0Ω.

図２に示される等価回路の構成について説明する。第１蓄電池１０の正極は、負荷装置２００の一端に接続されている。負荷装置２００の他端は、遮断器２０の第２端子２０ｂに接続されている。遮断器２０の第１端子２０ａは、第１蓄電池１０の負極に接続されている。サブモジュール３０は、遮断器２０と並列に接続されている。遮断器２０の第２端子２０ｂは、ダイオード３２のアノードに接続されている。遮断器２０の第１端子２０ａは、電池Ｅの負極に接続されている。ダイオード３２のカソードは、並列に接続された内部抵抗Ｒ_ＢＴと等価容量Ｃ_ＢＴを介して、電池Ｅの正極に接続されている。 The configuration of the equivalent circuit shown in FIG. 2 will be described. The positive electrode of the first storage battery 10 is connected to one end of the load device 200. The other end of the load device 200 is connected to the second terminal 20b of the circuit breaker 20. The first terminal 20a of the circuit breaker 20 is connected to the negative electrode of the first storage battery 10. The submodule 30 is connected in parallel with the circuit breaker 20. The second terminal 20b of the circuit breaker 20 is connected to the anode of the diode 32. The first terminal 20a of the circuit breaker 20 is connected to the negative electrode of the battery E. The cathode of the diode 32 is connected to the positive electrode of the battery E via an internal resistance R _BT and an equivalent capacitance C _BT connected in parallel.

最初に、第１充電器４０の動作について説明する。制御部７０は、計測部６０を介して第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２を計測する。制御部７０は、第１充電器４０を制御して、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が１式を満たすように第２蓄電池３１を充電する。また、制御部７０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が第２蓄電池３１の満充電状態を示す電圧に至ると、第１充電器４０による第２蓄電池３１への充電を停止させる。制御部７０は、予め計測された第２蓄電池３１の放電深度特性を示すデータを備えている。制御部７０は、第２蓄電池３１の放電深度特性を示すデータと第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２に基づいて、第２蓄電池３１が満充電状態に至ったか否かを判断する。 First, the operation of the first charger 40 will be described. The control unit 70 measures the output voltage V2 of the second storage battery 31 via the measurement unit 60. The control unit 70 controls the first charger 40 to charge the second storage battery 31 so that the output voltage V2 of the second storage battery 31 satisfies one set. Further, when the output voltage V2 of the second storage battery 31 reaches a voltage indicating a fully charged state of the second storage battery 31, the control unit 70 stops the charging of the second storage battery 31 by the first charger 40. The control unit 70 has data indicating the discharge depth characteristic of the second storage battery 31 measured in advance. The control unit 70 determines whether or not the second storage battery 31 has reached a fully charged state based on the data indicating the discharge depth characteristic of the second storage battery 31 and the output voltage V2 of the second storage battery 31.

次に、遮断器２０のスイッチＳ０がオン状態の動作について図２を参照して説明する。第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２は、第１蓄電池１０の出力電圧よりも高くなるように充電されているので、第１蓄電池１０から流出された負荷電流Ｉが第２蓄電池３１に流れ込むことはない。負荷電流Ｉは、第１蓄電池１０、負荷装置２００、遮断器２０、第１蓄電池１０の経路で流れる。また、ダイオード３２があるので、第２蓄電池３１から遮断器２０に向かって電流が放電されることはない。 Next, the operation in the ON state of the switch S0 of the circuit breaker 20 will be described with reference to FIG. Since the output voltage V2 of the second storage battery 31 is charged so as to be higher than the output voltage of the first storage battery 10, the load current I flowing out of the first storage battery 10 does not flow into the second storage battery 31. .. The load current I flows through the path of the first storage battery 10, the load device 200, the circuit breaker 20, and the first storage battery 10. Further, since the diode 32 is provided, the current is not discharged from the second storage battery 31 toward the circuit breaker 20.

次に、遮断器２０のスイッチＳ０により負荷装置２００が遮断された直後の動作について図３を参照して説明する。負荷装置２００の有するインダクタンスＬの値をＬとすると、インダクタンスＬには、次式で表されるエネルギーが蓄積される。
ＥＬ＝０．５ＬＩ^２ (２式) Next, the operation immediately after the load device 200 is cut off by the switch S0 of the circuit breaker 20 will be described with reference to FIG. Assuming that the value of the inductance L of the load device 200 is L, the energy represented by the following equation is stored in the inductance L.
EL = 0.5LI ² (2 formulas)

負荷装置２００が遮断された直後、インダクタンスＬは遮断される直前の負荷電流Ｉを流し続けようとする。スイッチＳ０がオフ状態であるので、負荷電流Ｉは、負荷装置２００、ダイオード３２、第２蓄電池３１、第１蓄電池１０、負荷装置２００の経路で流れる。遮断器２０の両端に加わる最大電圧Ｖｍａｘは、次式で表すことができる。Ｒ_ＢＴは、第２蓄電池３１の内部抵抗である。Ｖｆは、ダイオード３２の順方向電圧である。遮断器２０の耐圧は、Ｖｍａｘ以上に設定されている。
Ｖｍａｘ＝Ｒ_ＢＴＩ＋Ｖｆ (３式) Immediately after the load device 200 is cut off, the inductance L tries to continue to flow the load current I immediately before being cut off. Since the switch S0 is in the off state, the load current I flows through the path of the load device 200, the diode 32, the second storage battery 31, the first storage battery 10, and the load device 200. The maximum voltage Vmax applied to both ends of the circuit breaker 20 can be expressed by the following equation. _RBT is the internal resistance of the second storage battery 31. Vf is the forward voltage of the diode 32. The withstand voltage of the circuit breaker 20 is set to Vmax or higher.
Vmax = R _BT I + Vf (3 formulas)

内部抵抗Ｒ_ＢＴの小さい第２蓄電池３１で構成されたサブモジュール３０を遮断器２０と並列に設けることにより、遮断器２０の両端に印加される電圧を低くすることができる。つまり、サブモジュール３０は、遮断器２０に印加される電圧を低減する機能を有している。したがって、遮断器２０に必要とされる耐圧を低減することができる。 By providing the submodule 30 composed of the second storage _battery 31 having a small internal resistance RBT in parallel with the circuit breaker 20, the voltage applied to both ends of the circuit breaker 20 can be reduced. That is, the sub-module 30 has a function of reducing the voltage applied to the circuit breaker 20. Therefore, the withstand voltage required for the circuit breaker 20 can be reduced.

ところで、負荷電流Ｉが第２蓄電池３１を流れる際、第２蓄電池３１は、負荷電流Ｉによって充電される。負荷装置２００の有するインダクタンスＬの値をＬ、インダクタンスＬに蓄積されているエネルギーをＥ、第２蓄電池３１の出力電圧をＶ２、遮断器２０を切断する直前に負荷装置２００に流れていた負荷電流をＩとした場合、第２蓄電池３１は、第２蓄電池３１の等価容量Ｃ_ＢＴが次式を満たすように構成される。
Ｃ_ＢＴ≧２Ｅ／Ｖ２^２（４式）
Ｅ＝０．５ＬＩ^２ By the way, when the load current I flows through the second storage battery 31, the second storage battery 31 is charged by the load current I. The value of the inductance L of the load device 200 is L, the energy stored in the inductance L is E, the output voltage of the second storage battery 31 is V2, and the load current flowing through the load device 200 immediately before the circuit breaker 20 is cut off. When I is assumed to be I, the second storage battery 31 is configured so that the equivalent capacity CBT of the second storage _battery 31 satisfies the following equation.
_CBT ≧ 2E / V2 ² (4 formulas)
E = 0.5LI ²

例えば、Ｌ＝１００ｍＨ、Ｉ＝１００Ａ、Ｖ２＝１０Ｖとした場合、Ｃ_ＢＴは１０Ｆ以上となる。したがって、等価容量Ｃ_ＢＴが１０Ｆ以上になるように第２蓄電池３１を構成する。 For example, when L = 100 mH, I = 100A, and V2 = 10V, the _CBT is 10F or more. Therefore, the second storage battery 31 is configured so that the equivalent capacity _CBT is 10F or more.

また、例えば、Ｌ＝１ｍＨ、Ｉ＝１Ａ、Ｖ２＝１０Ｖとした場合、Ｃ_ＢＴは１０μＦ以上となる。したがって、等価容量Ｃ_ＢＴが１０μＦ以上になるように第２蓄電池３１を構成する。 Further, for example, when L = 1 mH, I = 1A, and V2 = 10V, the _CBT is 10 μF or more. Therefore, the second storage _battery 31 is configured so that the equivalent capacity CBT is 10 μF or more.

次に、第２充電器４１の動作について説明する。制御部７０は、計測部６０を介して第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２を計測する。制御部７０は、予め計測された第２蓄電池３１の放電深度特性を示すデータを備えている。制御部７０は、第２蓄電池３１の放電深度特性を示すデータと第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２に基づいて、第２蓄電池３１に蓄積されている電気エネルギー量を推定する。制御部７０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が予め設定された閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、第２充電器４１を制御して第１蓄電池１０を充電する。閾値電圧Ｖｔｈ１は、例えば次式を満たすように設定される。
Ｖｔｈ１＞Ｖ１＋Ｖｆ（５式） Next, the operation of the second charger 41 will be described. The control unit 70 measures the output voltage V2 of the second storage battery 31 via the measurement unit 60. The control unit 70 has data indicating the discharge depth characteristic of the second storage battery 31 measured in advance. The control unit 70 estimates the amount of electric energy stored in the second storage battery 31 based on the data indicating the discharge depth characteristic of the second storage battery 31 and the output voltage V2 of the second storage battery 31. When the output voltage V2 of the second storage battery 31 exceeds the preset threshold voltage Vth1, the control unit 70 controls the second charger 41 to charge the first storage battery 10. The threshold voltage Vth1 is set so as to satisfy, for example, the following equation.
Vth1> V1 + Vf (5 formulas)

また、負荷装置２００が１回遮断されるごとに充電により上昇する第２蓄電池３１の出力電圧の上昇電圧をΔＶとした場合、閾値電圧Ｖｔｈ１は、第２蓄電池３１の満充電電圧よりもΔＶ以上低い電圧に設定される。 Further, when the rising voltage of the output voltage of the second storage battery 31 that rises due to charging each time the load device 200 is shut off is ΔV, the threshold voltage Vth1 is ΔV or more than the full charge voltage of the second storage battery 31. Set to a low voltage.

なお、制御部７０は、第２蓄電池３１から充放電される電流を積分することにより、第２蓄電池３１に蓄積されている電気エネルギー量を推定してもよい。 The control unit 70 may estimate the amount of electric energy stored in the second storage battery 31 by integrating the current charged and discharged from the second storage battery 31.

負荷装置２００が遮断されるたびに第２蓄電池３１は充電され、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２は上昇していく。制御部７０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１になったことを検知すると、第２充電器４１を制御して、第１蓄電池１０の充電を開始する。 Every time the load device 200 is shut off, the second storage battery 31 is charged, and the output voltage V2 of the second storage battery 31 increases. When the control unit 70 detects that the output voltage V2 of the second storage battery 31 has reached the threshold voltage Vth1, it controls the second charger 41 to start charging the first storage battery 10.

第１蓄電池１０への充電が進むにしたがって、第２蓄電池３１に蓄積されていた電気エネルギーは減少し、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２は低下していく。制御部７０は、第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が予め設定されている閾値電圧Ｖｔｈ２まで低下すると、第２充電器４１による第１蓄電池１０への充電を停止する。例えば、閾値電圧Ｖｔｈ２は、６式のように設定される。
Ｖｔｈ２＝Ｖ１（６式） As the charging of the first storage battery 10 progresses, the electric energy stored in the second storage battery 31 decreases, and the output voltage V2 of the second storage battery 31 decreases. When the output voltage V2 of the second storage battery 31 drops to the preset threshold voltage Vth2, the control unit 70 stops charging the first storage battery 10 by the second charger 41. For example, the threshold voltage Vth2 is set as in the equation 6.
Vth2 = V1 (6 formulas)

（変形例１）
上記の説明では、第１充電器４０を用いて第２蓄電池３１を充電する場合について説明した。変形例１では、第１充電器４０を備えない場合について説明する。制御部７０は、計測部６０による計測によって第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が所定の電圧以下に低下したことを検知すると、第２蓄電池３１を交換するようユーザに注意を喚起する。所定の電圧とは、１式の条件に基づく電圧である。例えば、制御部７０は、図示しない表示部に、第２蓄電池３１を交換するようにメッセージを表示する。そして、ユーサが第２蓄電池３１を交換することにより、１式の条件は維持される。 (Modification 1)
In the above description, the case where the second storage battery 31 is charged by using the first charger 40 has been described. In the first modification, a case where the first charger 40 is not provided will be described. When the control unit 70 detects that the output voltage V2 of the second storage battery 31 has dropped to a predetermined voltage or less by the measurement by the measurement unit 60, the control unit 70 alerts the user to replace the second storage battery 31. The predetermined voltage is a voltage based on a set of conditions. For example, the control unit 70 displays a message on a display unit (not shown) asking the user to replace the second storage battery 31. Then, when Yusa replaces the second storage battery 31, the conditions of the set are maintained.

（変形例２）
蓄電池装置１００の構成を図４に示す構成にすることもできる。蓄電池装置１００の接続構成を説明する。第１蓄電池１０の正極は、遮断器２０の第２端子２０ｂに接続されている。第１蓄電池１０の負極は、負荷装置２００の一端に接続されている。遮断器２０の第１端子２０ａは、負荷装置２００の他端に接続されている。第２蓄電池３１の負極は、遮断器２０の第１端子２０ａに接続されている。第２蓄電池３１の正極は、ダイオード３２のカソードに接続されている。ダイオード３２のアノードは、遮断器２０の第２端子２０ｂに接続されている。 (Modification 2)
The configuration of the storage battery device 100 can also be configured as shown in FIG. The connection configuration of the storage battery device 100 will be described. The positive electrode of the first storage battery 10 is connected to the second terminal 20b of the circuit breaker 20. The negative electrode of the first storage battery 10 is connected to one end of the load device 200. The first terminal 20a of the circuit breaker 20 is connected to the other end of the load device 200. The negative electrode of the second storage battery 31 is connected to the first terminal 20a of the circuit breaker 20. The positive electrode of the second storage battery 31 is connected to the cathode of the diode 32. The anode of the diode 32 is connected to the second terminal 20b of the circuit breaker 20.

動作説明は、第１の実施形態の説明と同じである。第１充電器４０を構成するＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスで１次側と２次側とを絶縁した構成にする必要がある。 The operation description is the same as the description of the first embodiment. The DC / DC converter constituting the first charger 40 needs to have a configuration in which the primary side and the secondary side are isolated by a transformer.

以上説明したように、本実施形態に係る蓄電池装置１００は、内部抵抗の小さい第２蓄電池３１を備えたサブモジュール３０を遮断器２０に並列に接続している。これにより、蓄電池装置１００は、遮断器２０により第１蓄電池１０と負荷装置２００とが遮断された直後に流れる負荷電流Ｉをサブモジュール３０にバイパスしている。遮断器２０に印加される電圧の最大値は３式で表される電圧であるので、遮断器２０に要求される耐圧は従来に比べて低減される。これにより、遮断器２０を小型化することができる。 As described above, in the storage battery device 100 according to the present embodiment, the submodule 30 provided with the second storage battery 31 having a small internal resistance is connected in parallel to the circuit breaker 20. As a result, the storage battery device 100 bypasses the load current I that flows immediately after the first storage battery 10 and the load device 200 are cut off by the circuit breaker 20 to the sub-module 30. Since the maximum value of the voltage applied to the circuit breaker 20 is the voltage represented by the three equations, the withstand voltage required for the circuit breaker 20 is reduced as compared with the conventional case. As a result, the circuit breaker 20 can be miniaturized.

第２蓄電池３１は、制御部７０等を駆動するために使用する電源である。本実施形態に係る蓄電池装置１００は、装置内で使用する電源を第２蓄電池３１として使用するので、遮断器２０専用のエネルギー吸収装置を備える必要がない。したがって、装置の小型化を図ることができる。 The second storage battery 31 is a power source used to drive the control unit 70 and the like. Since the storage battery device 100 according to the present embodiment uses the power source used in the device as the second storage battery 31, it is not necessary to provide an energy absorbing device dedicated to the circuit breaker 20. Therefore, the size of the device can be reduced.

また、第２充電器４１を備えることにより、第２蓄電池３１に蓄積された電気エネルギーを第１蓄電池１０に回生することができる。これにより、本実施形態に係る蓄電池装置１００を使用するシステムのエネルギー効率を向上させることができる。 Further, by providing the second charger 41, the electric energy stored in the second storage battery 31 can be regenerated in the first storage battery 10. Thereby, the energy efficiency of the system using the storage battery device 100 according to the present embodiment can be improved.

なお、上記の説明では、第１充電器４０が第２蓄電池３１の出力電圧Ｖ２が１式を満たすように第２蓄電池３１位を充電する説明をした。原理的には上記の説明でよいが、Ｖｆの値は、流れる電流によって変化するので、７式を満たすように設計してもよい。
Ｖ２≧Ｖ１（７式） In the above description, the first charger 40 charges the second storage battery 31st position so that the output voltage V2 of the second storage battery 31 satisfies one set. In principle, the above description may be used, but since the value of Vf changes depending on the flowing current, it may be designed to satisfy the 7 equations.
V2 ≧ V1 (7 formulas)

また、図１から４において、第２蓄電池３１とダイオード３２の位置を入れ替えてもよい。 Further, in FIGS. 1 to 4, the positions of the second storage battery 31 and the diode 32 may be exchanged.

また、上記の説明では、インダクタンスＬを負荷装置２００が有するインダクタンスとして説明したが、インダクタンスＬには負荷電流Ｉが流れる配線のインダクタンスも含まれる。 Further, in the above description, the inductance L has been described as the inductance of the load device 200, but the inductance L also includes the inductance of the wiring through which the load current I flows.

また、上記の説明では、エネルギー吸収装置を設けない場合について説明したが、エネルギー吸収装置を設ける場合においても、遮断器２０にサブモジュール３０を並列に接続することにより、エネルギー吸収装置を小さくすることができるので、装置の小型化を図ることができる。 Further, in the above description, the case where the energy absorption device is not provided has been described, but even when the energy absorption device is provided, the energy absorption device can be made smaller by connecting the submodule 30 to the circuit breaker 20 in parallel. Therefore, it is possible to reduce the size of the device.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１０…第１蓄電池
２０…遮断器
２０ａ…遮断器２０の第１端子
２０ｂ…遮断器２０の第２端子
３０…サブモジュール
３１…第２蓄電池
３２…ダイオード
４０…第１充電器
４１…第２充電器
６０…計測部
７０…制御部
１００…蓄電池装置
２００…負荷装置
Ｒ_ＢＴ…第２蓄電池の内部抵抗
Ｃ_ＢＴ…第２蓄電池の等価容量 10 ... 1st storage battery 20 ... Circuit breaker 20a ... 1st terminal of circuit breaker 20 20b ... 2nd terminal of circuit breaker 20 30 ... Submodule 31 ... 2nd storage battery 32 ... Diode 40 ... 1st charger 41 ... 2nd charging Instrument 60 ... Measurement unit 70 ... Control unit 100 ... Storage battery device 200 ... Load device
RBT ... Internal resistance of the second storage _battery _CBT ... Equivalent capacity of the second storage battery

Claims

The first storage battery that supplies power to the load device,
A circuit breaker formed of a semiconductor that cuts off the first storage battery and the load device,
It is connected in parallel to the circuit breaker, and when the first storage battery and the load device are cut off by the circuit breaker, it forms a path in which the electric energy stored in the inductance of the load device is discharged. 2 storage batteries and
A diode that blocks the discharge from the second storage battery to the circuit breaker,
Equipped with
The output voltage of the second storage battery is
When the output voltage of the first storage battery is V1, the output voltage of the second storage battery is V2, and the forward voltage of the diode is Vf, it is set to satisfy V2 ≧ V1-Vf.
Storage battery device.

The positive electrode of the first storage battery is connected to one end of the load device, and the positive electrode is connected to one end of the load device.
The negative electrode of the first storage battery is connected to the first terminal of the circuit breaker.
The second terminal of the circuit breaker is connected to the other end of the load device.
The negative electrode of the second storage battery is connected to the first terminal of the circuit breaker.
The positive electrode of the second storage battery is connected to the cathode of the diode, and the positive electrode is connected to the cathode of the diode.
The anode of the diode is connected to the second terminal of the circuit breaker,
The storage battery device according to claim 1 .

The positive electrode of the first storage battery is connected to the second terminal of the circuit breaker.
The negative electrode of the first storage battery is connected to one end of the load device.
The first terminal of the circuit breaker is connected to the other end of the load device.
The negative electrode of the second storage battery is connected to the first terminal of the circuit breaker.
The positive electrode of the second storage battery is connected to the cathode of the diode, and the positive electrode is connected to the cathode of the diode.
The anode of the diode is connected to the second terminal of the circuit breaker,
The storage battery device according to claim 1 .

When the output voltage of the first storage battery is V1, the output voltage of the second storage battery is V2, and the forward voltage of the diode is Vf, the first storage battery is charged so as to satisfy V2 ≧ V1-Vf. Equipped with a charger,
The storage battery device according to any one of claims 1 to 3 .

The first charger is a constant current source composed of a DC / DC converter that operates using the first storage battery as an input source.
The storage battery device according to claim 4 .

It is composed of a DC / DC converter that operates with the second storage battery as an input source, and includes a second charger for charging the first storage battery.
The storage battery device according to any one of claims 1 to 5 .

The inductance of the load device is L, the energy stored in the inductance is E, the output voltage of the second storage battery is V2, and the load current flowing through the load device immediately before the circuit breaker is cut is I. , The second storage battery is configured such that the equivalent capacity CBT of the second storage _battery satisfies the following equation.
The storage battery device according to any one of claims 1 to 6 .
_CBT ≧ 2E / V2 ²
E = 0.5LI ²