WO2019189161A1 - 蓄電デバイス用の放電回路、蓄電システム及びそれを備える車両 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure generally relates to a discharge circuit, a power storage system, and a vehicle including the same, and more specifically, for a power storage device including a plurality of power storage units electrically connected in series between a positive electrode and a negative electrode.
- the present invention relates to a discharge circuit, a power storage system, and a vehicle including the same.
- Patent Document 1 describes that in a power storage device in which a plurality of power storage units (power storage elements) each including an electric double layer capacitor are connected in series, a voltage equalization circuit is connected in parallel to each power storage unit.
- Each voltage equalization circuit has a resistor (balance resistor) and a switch (balance switch).
- a resistor and a switch are connected in series between both ends of the power storage unit.
- the resistance values of the plurality of resistors are substantially equal.
- the switch is a switch that can be turned on and off from the outside, such as a relay switch.
- the plurality of switches are configured to be turned on / off simultaneously. Therefore, when all the switches are turned on, resistors are connected in parallel to each power storage unit, and the voltage across each power storage unit is automatically adjusted so that the voltages across the plurality of power storage units are equal.
- the present disclosure has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a discharge circuit for an electric storage device, an electric storage system, and a vehicle including the same, which can simplify the circuit configuration.
- the discharge circuit for an electricity storage device is for an electricity storage device including a plurality of electricity storage units electrically connected in series between a positive electrode and a negative electrode.
- the discharge circuit includes a plurality of burden circuits that are electrically connected to the plurality of power storage units in parallel.
- Each of the plurality of burden circuits includes a resistor and a switch that are electrically connected in series between both ends of each of the plurality of power storage units, and a control terminal that controls the switch according to a potential.
- the plurality of burden circuits are electrically connected in series between the positive electrode and the negative electrode.
- the control terminal of the (n + 1) th load circuit from the reference point side among the plurality of load circuits is connected to the plurality of load circuits via the switch of the nth load circuit from the reference point side among the plurality of load circuits.
- the reference point is composed of the positive electrode or the negative electrode.
- a power storage system includes the discharge circuit for the power storage device and the power storage device.
- a vehicle includes the power storage system and a vehicle main body on which the power storage system is mounted.
- This disclosure has the advantage that the circuit configuration can be simplified.
- FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic view of a vehicle provided with the above power storage system.
- FIG. 3A to FIG. 3C are explanatory diagrams showing operations when the switches of the discharge circuit in the power storage system of the above are sequentially turned on.
- FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system according to a first modification of the first embodiment.
- FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system according to the second embodiment.
- FIG. 6A to FIG. 6C are explanatory diagrams showing operations when the switches of the discharge circuit in the power storage system are sequentially turned on.
- FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system according to the third embodiment.
- FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system according to a modification of the third embodiment.
- discharge circuit 1 for an electricity storage device 10 according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as “discharge circuit 1”) is used for an electricity storage device 10 including a plurality of electricity storage units 2 as shown in FIG. It is done.
- the plurality of power storage units 2 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2.
- the electricity storage device 10 is electrically connected between a power source 101 (see FIG. 2) and a load 102 (see FIG. 2).
- the power storage device 10 temporarily stores the electric energy input from the power supply 101 and supplies the stored electric energy to the load 102.
- Such an electricity storage device 10 supplies, for example, momentarily (temporarily) electrical energy larger than that of the power source 101 to the load 102, and reduces the electrical energy output to the load 102 when the electrical energy output from the power source 101 decreases. It is possible to supplement the supply.
- the discharge circuit 1 constitutes a power storage system 100 together with the power storage device 10.
- the power storage system 100 includes the discharge circuit 1 and the power storage device 10.
- the discharge circuit 1 discharges charges (electric energy) accumulated in the power storage device 10. That is, the discharge circuit 1 discharges the electricity storage device 10 by electrically connecting an element that consumes electrical energy, such as a resistor, to the electricity storage device 10.
- the discharge circuit 1 functions as a balance circuit
- Discharge circuit 1 as a balance circuit adjusts both-end voltages V1, V2, and V3 of power storage units 2 in power storage device 10 so that variations among a plurality of power storage units 2 are reduced.
- the discharge circuit 1 includes a plurality of burden circuits 3.
- the plurality of burden circuits 3 are electrically connected to the plurality of power storage units 2 in parallel, respectively.
- Each of the plurality of burden circuits 3 includes a resistor 4, a switch 5, and a control terminal 6.
- the resistor 4 and the switch 5 are electrically connected in series between both ends of each of the plurality of power storage units 2.
- the control terminal 6 controls the switch 5 according to the potential.
- the plurality of burden circuits 3 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2.
- the control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is connected to the reference of the nth power storage unit 2 from the reference point P0 side via the switch 5 of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side. It is electrically connected to the terminal on the point P0 side.
- “N” is a natural number.
- the “nth burden circuit 3 from the reference point P0 side” means the burden circuit 3 that is “nth” counted from the reference point P0 side among the plurality of burden circuits 3.
- the “nth power storage unit 2 from the reference point P0 side” means the power storage unit 2 that is “nth” counted from the reference point P0 side among the plurality of power storage units 2.
- the reference point P0 is composed of the positive electrode P1 or the negative electrode P2 of the electricity storage device 10.
- each of the plurality of power storage units 2 is referred to as “power storage unit 21”, “power storage unit 22”, and “power storage unit 23” in order from the positive electrode P1 side.
- each of the plurality of burden circuits 3 is referred to as “burden circuit 31”, “burden circuit 32”, and “burden circuit 33” in order from the positive electrode P1 side.
- the resistance 4 of each burden circuit 3 is distinguished, the resistance 4 of the burden circuits 31, 32, and 33 is referred to as “resistor 41”, “resistor 42”, and “resistor 43”, respectively.
- switches 5 of the burden circuits 31, 32, and 33 are referred to as “switch 51”, “switch 52”, and “switch 53”, respectively, and the control terminals 6 of the burden circuits 31, 32, and 33 are respectively referred to as “control terminals 61”. , “Control terminal 62” and “control terminal 63”.
- the reference point P0 is the positive electrode P1
- the second burden circuit 32 counted from the positive electrode P1 (reference point P0) among the plurality of burden circuits 31, 32, 33 is “n + from the reference point P0 side”. This is the first burden circuit 3 ”.
- the power storage unit 21 closest to the positive electrode P1 (reference point P0) is “nth from the reference point P0 side”. It becomes a power storage unit 2 ”.
- the nth burden circuit 3 and power storage unit 2 from the reference point P0 side are represented by “load circuit 3n” and “power storage unit 2n”, respectively.
- the reference point P0 side is defined as “upper” and the side opposite to the reference point P0 is defined as “lower”.
- the control terminal 6 that controls the switch 5 according to the potential in the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is the switch of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side.
- 5 is electrically connected to the nth power storage unit 2 from the reference point P0 side. That is, the control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is electrically connected to the power storage unit 2 that is one higher level through the switch 5 of the one higher load circuit 3.
- the control terminal 62 of the burden circuit 32 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 21 via the switch 51 of the burden circuit 31.
- the control terminal 63 of the burden circuit 33 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 22 via the switch 52 of the burden circuit 32.
- the switch 52 of the burden circuit 32 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 21 in conjunction with the switch 51 of the burden circuit 31 being turned on.
- the switch 53 of the burden circuit 33 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 22 in conjunction with the switch 52 of the burden circuit 32 being turned on.
- the discharge circuit 1 is configured such that the switch of the remaining burden circuit 3 is turned on only by turning on the switch 5 of the highest burden circuit 3 (the first burden circuit 3 from the reference point P0 among the plurality of burden circuits 3). 5 are automatically turned on sequentially.
- the switches 5 of the plurality of burden circuits 3 are configured to be turned on in a domino manner from the upper level to the lower level in conjunction with each other. Therefore, in the discharge circuit 1, all the switches 5 of the plurality of burden circuits 3 can be controlled only by controlling the switches 5 of the uppermost burden circuit 3, and the circuit configuration can be simplified. is there.
- the power storage system 100 is a system for a vehicle as an example, and constitutes a vehicle 9 together with a vehicle main body 91 as shown in FIG.
- the vehicle 9 includes the power storage system 100 and the vehicle main body 91.
- the vehicle main body 91 is equipped with the power storage system 100.
- the vehicle main body 91 is also equipped with a power source 101 and a load 102.
- the vehicle 9 is an automobile that travels on a road surface with a person on it.
- the vehicle 9 may be an electric vehicle, a gasoline engine vehicle, a diesel engine vehicle, a hybrid vehicle, or the like.
- the vehicle 9 may be an electric motorcycle (two-wheeled vehicle) or the like. Further, in the example of FIG.
- the vehicle 9 includes a direct connection circuit 92 for electrically connecting the power source 101 and the load 102 through a path different from the power storage system 100. That is, the direct connection circuit 92 is electrically connected between the power supply 101 and the load 102, and power can be supplied from the power supply 101 to the load 102 through the direct connection circuit 92 without the power storage system 100. Therefore, the power storage system 100 forms a path for supplying power to the load 102 separately from the path passing through the direct connection circuit 92, and realizes redundancy of power supply to the load 102.
- the power source 101 is a storage battery (vehicle battery) that is mounted on the vehicle main body 91 and outputs a DC voltage.
- This type of power supply 101 supplies, for example, power input from the outside of the vehicle main body 91, power generated by a generator while the vehicle main body 91 is running, regenerative power generated by a motor, or the like to the power supply 101.
- charging is possible.
- the load 102 is mounted on the vehicle main body 91 and is an idling stop system (including a cell motor), a brake system, a hybrid system, or the like that operates by applying a DC voltage. .
- all of the plurality of components constituting the power storage system 100 are accommodated in one housing.
- the housing is fixed to the vehicle main body 91.
- a power source 101 and a load 102 are mounted on the vehicle main body 91 together with the power storage system 100.
- the power supply 101 and the load 102 are electrically connected by a direct connection circuit 92.
- the power storage system 100 connects the power source 101 and the load 102 through a path different from the direct connection circuit 92.
- the discharge circuit 1 according to the present embodiment includes a plurality of burden circuits 3 as shown in FIG.
- the discharge circuit 1 is used in an electricity storage device 10 including three electricity storage units 21, 22, and 23. Therefore, the discharge circuit 1 includes three burden circuits 31, 32, and 33 that correspond to the three power storage units 21, 22, and 23, respectively.
- the discharge circuit 1 according to the present embodiment further includes a control circuit 71, a driver circuit 72, a detection unit 73, and an abnormality determination unit 74. At least one of the control circuit 71, the driver circuit 72, the detection unit 73, and the abnormality determination unit 74 may not be included in the components of the discharge circuit 1.
- the power storage device 10 is an electrochemical device (power storage device) having a higher output density than a lithium ion battery (LIB: Lithium Ion Battery) or the like as an example in the present embodiment.
- the electricity storage device 10 is an electric double-layer capacitor (EDLC), and a plurality of cells are electrically connected in series.
- each of the plurality of cells constitutes the power storage unit 2.
- the electricity storage device 10 has a positive electrode P1, a negative electrode P2, and a plurality of cells (electric storage unit 2) electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2. is doing.
- the rated voltage of the both-end voltages V1, V2, and V3 of each cell is, for example, 2.5 [V]. Therefore, in a configuration in which three cells (power storage units 21, 22, and 23) are electrically connected in series, if the both-end voltages V1, V2, and V3 of all the cells are at the rated voltage, the positive electrode P1 and the negative electrode P2 In the meantime, a composite voltage V10 of 7.5 [V] is generated.
- the electricity storage device 10 having such a configuration is charged by storing electrical energy supplied from the power supply 101 via the charging circuit, with the positive electrode P1 and the negative electrode P2 being connected to the power supply 101 via the charging circuit. In addition, the power storage device 10 is discharged when the positive electrode P ⁇ b> 1 and the negative electrode P ⁇ b> 2 are connected to the load 102 via the discharge circuit and supply electric energy to the load 102 via the discharge circuit.
- the plurality of burden circuits 3 are electrically connected to the corresponding power storage units 2 in parallel. That is, as shown in FIG. 1, the load circuit 31 is connected to the power storage unit 21, the load circuit 32 is connected to the power storage unit 22, and the load circuit 33 is connected to the power storage unit 23 in parallel.
- Each of the plurality of burden circuits 3 includes a resistor 4, a switch 5, and a control terminal 6.
- the resistor 4 and the switch 5 are electrically connected in series between both ends of the plurality of power storage units 2. That is, the resistor 41 and the switch 51 of the burden circuit 31 are electrically connected in series between both ends of the power storage unit 21. Similarly, the resistor 42 and the switch 52 of the load circuit 32 are electrically connected in series between both ends of the power storage unit 22, and the resistor 43 and the switch 53 of the load circuit 33 are electrically connected between both ends of the power storage unit 23. Connected in series.
- the series circuit of the resistor 4 and the switch 5 in each of the plurality of burden circuits 3 includes the switch 5 and the resistor 4 as viewed from the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 2 between both ends of the corresponding power storage unit 2. Connected in order.
- the switch 5 is electrically connected to the terminal on the positive electrode P ⁇ b> 1 side of the corresponding power storage unit 2 via the resistor 4.
- Each resistor 4 is an element (resistor) having electrical resistance.
- the discharge circuit 1 functions as a balance circuit as described above, the resistance values of the plurality of resistors 41, 42, and 43 are substantially the same. It is not essential that the resistance values of the plurality of resistors 41, 42, and 43 are completely the same, and some errors are allowed.
- the switch 5 is an element that switches between an on (conducting) state and an off (non-conducting) state in accordance with the potential of the control terminal 6 described later.
- the switch 5 is electrically connected in series with the resistor 4 between both ends of the corresponding power storage unit 2.
- the switch 5 is inserted between the power storage unit 2 and the resistor 4 and switches an electrical connection state (conductive or non-conductive) between the power storage unit 2 and the resistor 4.
- the load circuit 3 discharges the power storage unit 2.
- the switch 5 is in an OFF state, the corresponding power storage unit 2 and the resistor 4 become non-conductive, and no current flows from the power storage unit 2 to the resistor 4.
- the power storage unit 2 is not discharged by the circuit 3.
- the switch 5 is a semiconductor element made of an enhancement type n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Since the switch 5 has a parasitic diode, the cathode of the parasitic diode is on the positive electrode P1 side between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 of the power storage device 10 so that no current flows from the positive electrode P1 to the negative electrode P2 through the parasitic diode. It is connected in the direction. That is, the switch 5 is connected between both ends of the power storage unit 2 so that the drain is on the positive electrode P1 side and the source is on the negative electrode P2 side.
- MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
- the drain of the switch 51 of the burden circuit 31 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 21 (same as the positive electrode P1), and the source of the switch 51 is connected to the negative electrode P2 of the power storage unit 21 via the resistor 41. It is connected to the terminal on the side.
- the drain of the switch 52 of the burden circuit 32 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 22, and the source of the switch 52 is connected to the terminal on the negative electrode P2 side of the power storage unit 22 via the resistor 42. .
- the drain of the switch 53 of the load circuit 33 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 23, and the source of the switch 53 is connected to the terminal on the negative electrode P2 side of the power storage unit 23 (same as the negative electrode P2) through the resistor 43. Has been.
- the control terminal 6 is a terminal that controls the switch 5 in accordance with the potential. That is, the plurality of burden circuits 3 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2.
- the control terminal 6 is the gate of the switch 5 (or a terminal connected to the gate). Specifically, the switch 5 is turned off when the voltage between the gate and the source is not more than a predetermined threshold voltage, and is turned on when the voltage exceeds the threshold voltage. Therefore, when the potential of the control terminal 6 becomes a potential that causes a potential difference exceeding the threshold voltage compared to the source potential of the switch 5, the switch 5 is turned on.
- control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is connected to the nth power storage unit from the reference point P0 side via the switch 5 of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side. 2 is electrically connected to a terminal on the reference point P0 side ("n" is a natural number).
- n is a natural number.
- the nth burden circuit 3 and the power storage unit 2 from the reference point P0 side are represented by “load circuit 3n” and “power storage unit 2n”, respectively. Is done.
- the control terminal 6 passes through the switch 5 of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side, and the nth power storage from the reference point P0 side. It is electrically connected to the part 2.
- the control terminal 62 of the load circuit 32 is connected to the connection point between the switch 51 and the resistor 41 of the one higher load circuit 31, that is, the source of the switch 51.
- the control terminal 62 of the burden circuit 32 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 (positive electrode P1) side of the power storage unit 21 via the switch 51 of the burden circuit 31.
- control terminal 63 of the load circuit 33 is connected to a connection point between the switch 52 and the resistor 42 of the load circuit 32 one level higher, that is, the source of the switch 52. Accordingly, the control terminal 63 of the burden circuit 33 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 (positive electrode P1) side of the power storage unit 22 via the switch 52 of the burden circuit 32.
- the “terminal” in the present disclosure may not be a component for connecting an electric wire or the like, for example, a lead of an electronic component, or It may be a part of a conductor included in the circuit board.
- each burden circuit 3 the state of discharging the corresponding power storage unit 2 and the state of not performing the switching are switched by switching the switch 5 between the on state and the off state. Then, when the switch 5 is turned on for all of the plurality of burden circuits 3, the corresponding burden circuit 3 is discharged for all of the plurality of power storage units 2. At this time, the plurality of resistors 4 in the plurality of burden circuits 3 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 of the electricity storage device 10.
- the discharge circuit 1 functions as a balance circuit, and the both-end voltages V1, V2, and V3 of each power storage unit 2 in the power storage device 10 can be adjusted so that variations among the plurality of power storage units 2 are reduced. That is, in the present embodiment, as described above, the resistance values of the plurality of resistors 41, 42, and 43 are substantially the same, so that the combined voltage V10 (7.5 [V]) between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 is a plurality.
- the resistors 41, 42 and 43 are divided into three equal parts. Therefore, a divided reference voltage (2.5 [V]) having substantially the same magnitude is generated between both ends of each resistor 4, and this voltage is applied to each power storage unit 2.
- the voltages V1, V2, and V3 at both ends of the unit 2 are adjusted so as to approach the reference voltage.
- the control circuit 71 outputs a control signal for controlling the plurality of switches 5 in the plurality of burden circuits 3.
- the switches 52 and 53 of the remaining burden circuits 32 and 33 are automatically turned on sequentially only by turning on the switch 51 of the uppermost burden circuit 31. To do. For this reason, the control circuit 71 may perform on / off control only for the switch 51 of the uppermost burden circuit 31.
- the control circuit 71 has a function of monitoring variations in both-end voltages V1, V2, and V3 among the plurality of power storage units 2. . Specifically, the control circuit 71 monitors each of the both-end voltage V1 of the power storage unit 21, the both-ends voltage V2 of the power storage unit 22, and the both-ends voltage V3 of the power storage unit 23, and between these two end voltages V1, V2, and V3. It is determined whether or not the variation (difference) is within an allowable range. When the variation between the both-end voltages V1, V2, and V3 exceeds the allowable range, the control circuit 71 operates to turn on the switch 5 of the discharge circuit 1.
- the discharge circuit 1 is activated, and the both-end voltages V1, V2, and V3 of each power storage unit 2 are the reference voltage. It is adjusted to approach.
- the control circuit 71 since the power storage system 100 is assumed to be used in the vehicle 9, the control circuit 71, for example, according to the on / off of the power source (ignition) of the vehicle body 91, the discharge circuit 1. It further has a function of controlling the switch 5. That is, the control circuit 71 operates to turn off the switch 5 of the discharge circuit 1 when the power source of the vehicle main body 91 is off. Thereby, when the power supply of the vehicle main body 91 is off, the discharge circuit 1 does not operate, and the power consumption in the power storage system 100 can be kept small.
- the discharge circuit 1 operates only when the power source of the vehicle main body 91 is on and the variation in the voltages V1, V2, and V3 between the plurality of power storage units 2 exceeds the allowable range. To do.
- the control circuit 71 is composed of, for example, a computer system (including a microcontroller) including a CPU (Central Processing Unit) and a memory. That is, the processor (CPU) functions as the control circuit 71 by executing an appropriate program recorded in the memory.
- the control circuit 71 may be realized by an ECU (Electronic Control Unit) of the vehicle main body 91, for example.
- the driver circuit 72 is a circuit that drives the switch 51 of the uppermost burden circuit 31.
- the driver circuit 72 includes a power supply circuit 721 and a transistor 722.
- the power supply circuit 721 is a DCDC converter such as a charge pump circuit, for example.
- the power supply circuit 721 generates a voltage higher than the combined voltage V10 by boosting the combined voltage V10.
- the transistor 722 is inserted between the power supply circuit 721 and the control terminal 61 of the burden circuit 31 and is controlled by a control signal from the control circuit 71. When the transistor 722 is turned on, the output voltage of the power supply circuit 721 is applied to the control terminal 61 of the burden circuit 31 via the transistor 722.
- the detecting unit 73 detects the state of the switch 53 of the burden circuit 33 that is closest to the negative electrode P2 among the plurality of burden circuits 3 (either the on state or the off state). In other words, the detection unit 73 detects the state of the switch 53 of the burden circuit 33 farthest from the reference point P0 (positive electrode P1) among the plurality of burden circuits 3. Specifically, the detection unit 73 is connected to the connection point between the switch 53 and the resistor 43 in the burden circuit 33, that is, the source of the switch 53. The detection unit 73 detects that the switch 53 is in an ON state when a voltage of a predetermined value or more is generated between the connection point of the switch 53 and the resistor 43 and the negative electrode P2. The output of the detection unit 73 varies depending on the state of the switch 53, and becomes a high level when the switch 53 is in the on state, and becomes a low level when the switch 53 is in the off state.
- the abnormality determination unit 74 includes a state of the switch 51 of the load circuit 31 closest to the positive electrode P1 among the plurality of load circuits 3, a state of the switch 53 of the load circuit 33 closest to the negative electrode P2 of the plurality of load circuits 3, To determine whether there is an abnormality in the plurality of burden circuits 3.
- the abnormality determination unit 74 obtains the state of the switch 53 of the burden circuit 33 (either the on state or the off state) from the detection unit 73.
- the abnormality determination unit 74 acquires the state of the switch 51 of the burden circuit 31 (either the on state or the off state) from the control circuit 71. As will be described in detail later, the abnormality determination unit 74 determines that there is an abnormality if the two states do not match.
- abnormality in the present disclosure is an open failure or short-circuit failure of any switch 5, an open failure or short-circuit failure of any resistor 4, and disconnection of other circuits.
- the determination result of the abnormality determination unit 74 is output to, for example, the ECU of the vehicle main body 91, and is notified to the user from an indicator or the like of the vehicle main body 91 when there is an abnormality in the load circuit 3.
- the switch 51 of the highest burden circuit 31 is turned on by a control signal from the control circuit 71 (see FIG. 1).
- a voltage exceeding the threshold voltage needs to be applied between the gate and source of the switch 51.
- the source of the switch 51 is connected to the positive electrode P1, so that the potential of the source of the switch 51 is the same as the potential on the high potential side of the combined voltage V10. Therefore, in order to turn on the switch 51 of the burden circuit 31, it is necessary to apply at least a voltage higher than the combined voltage V ⁇ b> 10 to the control terminal 61 of the burden circuit 31.
- the transistor 722 see FIG. 1
- the voltage Vc1 voltage greater than the combined voltage V10 boosted by the power supply circuit 721 (see FIG. 1) is applied to the control terminal 61.
- the switch 51 is kept on.
- the switch 51 of the load circuit 31 If the switch 51 of the load circuit 31 is in the ON state, the current Id1 flows from the power storage unit 21 through the switch 51 to the resistor 41 of the load circuit 31 as shown in FIG. 3A. Thereby, the electrical energy accumulated in the power storage unit 21 is consumed by the resistor 41, and the power storage unit 21 is discharged.
- the switch 52 of the second burden circuit 32 is turned on from the reference point P0 (positive electrode P1).
- the switch 52 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 21 in conjunction with the switch 51 being turned on. That is, when the switch 51 of the burden circuit 31 is turned on, the switch 51 conducts between the control terminal 62 of the burden circuit 32 and the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 21. Therefore, a composite voltage of the voltage V1 across the power storage unit 21 (see FIG. 1) and the voltage V2 across the power storage unit 22 (see FIG. 1) is applied between the gate and source of the switch 52. The switch 52 is turned on.
- the resistor 41 of the load circuit 31 is connected between the gate and source of the switch 52.
- the current Id1 flows from the power storage unit 21 to the resistor 41, a potential difference is generated between both ends of the resistor 41 due to a voltage drop. Since a voltage corresponding to this potential difference is applied between the gate and source of the switch 52, the switch 52 is maintained in the ON state.
- the switch 52 of the burden circuit 32 is in the ON state, the current Id2 flows from the power storage unit 22 through the switch 52 to the resistor 42 of the burden circuit 32 as shown in FIG. 3B. As a result, the electrical energy accumulated in the power storage unit 22 is consumed by the resistor 42 and the power storage unit 22 is discharged.
- the switch 53 of the third burden circuit 33 is turned on from the reference point P0 (positive electrode P1).
- the switch 53 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 22 in conjunction with the switch 52 being turned on. That is, when the switch 52 of the burden circuit 32 is turned on, the switch 52 conducts between the control terminal 63 of the burden circuit 33 and the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 22. Therefore, a composite voltage of the voltage V2 across the power storage unit 22 (see FIG. 1) and the voltage V3 across the power storage unit 23 (see FIG. 1) is applied between the gate and source of the switch 53. The switch 53 is turned on.
- the resistor 42 of the burden circuit 32 is connected between the gate and source of the switch 53.
- the current Id2 flows from the power storage unit 22 to the resistor 42, a potential difference is generated between both ends of the resistor 42 due to a voltage drop. Since a voltage corresponding to this potential difference is applied between the gate and source of the switch 53, the switch 53 is maintained in the ON state.
- the switch 53 of the load circuit 33 If the switch 53 of the load circuit 33 is in the ON state, the current Id3 flows from the power storage unit 23 through the switch 53 to the resistor 43 of the load circuit 33 as shown in FIG. 3C. Thereby, the electrical energy accumulated in the power storage unit 23 is consumed by the resistor 43, and the power storage unit 23 is discharged.
- the combined voltage V10 between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 is divided by the plurality of resistors 41, 42, 43. The adjustment is made so that the variation in the voltage across the power storage units 2 becomes small.
- the control circuit 71 simply turns on the switch 51 of the highest burden circuit 31, and the switches 52 and 53 of the remaining burden circuits 32 and 33 are automatically turned on. .
- the control circuit 71 simply turns off the switch 51 of the uppermost burden circuit 31, and the remaining burden circuits 32 and 33.
- the switches 52 and 53 are automatically turned off.
- all the switches 5 of the plurality of burden circuits 3 can be controlled only by controlling the switches 5 of the uppermost burden circuit 3, and the circuit configuration can be simplified. Is possible.
- the abnormality determination unit 74 determines the abnormality of the plurality of burden circuits 3 as follows. That is, the abnormality determination unit 74 determines whether or not there is an abnormality in the plurality of burden circuits 3 by comparing the state of the switch 51 acquired from the control circuit 71 and the state of the switch 53 acquired from the detection unit 73. Specifically, the abnormality determination unit 74 determines as shown in Table 1 below according to the relationship between the voltage Vc1 applied to the control terminal 61 of the burden circuit 31 and the output of the detection unit 73. In Table 1, “H” indicates a high level and “L” indicates a low level.
- the voltage Vc1 reflects the state of the switch 51 of the burden circuit 31 that is closest to the positive electrode P1 among the plurality of burden circuits 3, and the output of the detection unit 73 is the most at the negative electrode P2 of the plurality of burden circuits 3.
- the state of the switch 53 of the nearby burden circuit 33 is reflected. Therefore, the abnormality determination unit 74 can indirectly compare the state of the switch 51 and the state of the switch 53 by comparing the voltage Vc1 with the output of the detection unit 73. Then, the abnormality determination unit 74 determines “normal” when the voltage Vc1 applied to the control terminal 61 and the output of the detection unit 73 are both high level or low level and coincide with each other.
- the abnormality determination unit 74 It is determined that the switch 5 is “open failure”. If the voltage Vc1 applied to the control terminal 61 is at a low level (that is, the switch 51 is off) and the output of the detection unit 73 is at a high level (that is, the switch 53 is on), the abnormality determination unit 74 It is determined that the switch 5 is “short fault”.
- Modification Example 1 is only one of various embodiments of the present disclosure.
- the first embodiment can be variously modified according to the design or the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.
- the modifications described below can be applied in appropriate combinations.
- the power storage system 100A according to the first modification of the first embodiment includes at least one burden circuit 3 among the plurality of burden circuits 3 in the discharge circuit 1A. , which is different from the power storage system 100 according to the first embodiment in that it further includes a backflow limiting element 75.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
- the power storage device 10A in the power storage system 100A has the same configuration as the power storage device 10 of the first embodiment.
- the backflow limiting element 75 limits the current that flows to the control terminal 6 through the resistor 4.
- the backflow limiting element 75 is provided in all of the plurality of burden circuits 31, 32, 33.
- the backflow limiting element 75 is realized by a diode inserted between the resistor 4 and the switch 5 in each burden circuit 3.
- the anode of the backflow limiting element 75 is electrically connected to the switch 5 (the source thereof), and the cathode of the backflow limiting element 75 is electrically connected to the resistor 4.
- control terminals 62 and 63 electrically connected to the connection point between the switch 5 and the resistor 4 are electrically connected to the anode of the backflow limiting element 75 (that is, the connection point between the switch 5 and the backflow limiting element 75). Connected.
- the backflow limiting element 75 forms a path of currents Id1, Id2, Id3 (see FIG. 3C) that flows to the resistor 4 through the switch 5 when the switch 5 is in the on state in each burden circuit 3.
- the current flowing backward from 4 to the switch 5 is limited (blocked).
- the state in which the backflow limiting element 75 blocks current is conceptually represented by indicating the current with a dotted line and adding an “x” mark. That is, due to the backflow limiting element 75, in the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side, the current from the (n + 1) th power storage unit 2 from the reference point P0 side is nth from the reference point P0 side. It is prevented from flowing into the control terminal 6 via the resistor 4 of the burden circuit 3. As a result, the potential difference between the gate and source of the switch 5 can be secured without being affected by the current flowing back from the resistor 4 to the switch 5, and the switch 5 can be stably maintained in the ON state.
- the electricity storage device 10 is not limited to an electric double layer capacitor, and may be, for example, an electrochemical device having a configuration described below.
- the electrochemical device here includes a positive electrode member, a negative electrode member, and a non-aqueous electrolyte.
- the positive electrode member includes a positive electrode current collector and a positive electrode material layer that is supported on the positive electrode current collector and includes a positive electrode active material.
- the positive electrode material layer includes a conductive polymer as a positive electrode active material for doping and dedoping an anion (dopant).
- the negative electrode member has a negative electrode material layer containing a negative electrode active material.
- the negative electrode active material is a material that undergoes a redox reaction that accompanies occlusion and release of lithium ions, and specifically includes a carbon material, a metal compound, an alloy, or a ceramic material.
- the nonaqueous electrolytic solution has lithium ion conductivity.
- This type of non-aqueous electrolyte contains a lithium salt and a non-aqueous solution in which the lithium salt is dissolved.
- the electrochemical device having such a configuration has a higher energy density than an electric double layer capacitor or the like.
- the electricity storage device 10 is not limited to the electrochemical device having the above-described configuration, and may be, for example, a lithium ion capacitor or the like, and is not limited to a capacitor, but a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, or a lithium battery It may be. Furthermore, the electricity storage device 10 may be configured by connecting a plurality of cells in series or in parallel.
- each resistor 4 is not limited to a fixed resistor having a constant resistance value, but may be a variable resistor having a variable resistance value.
- Each resistor 4 may be a resistance component formed in a semiconductor device, such as a diffused resistor.
- Each resistor 4 is not limited to a single element, and may be realized by, for example, a combined resistor in which a plurality of electric resistance elements are electrically connected in series or in parallel. Further, for example, a configuration in which a plurality of resistors 41, 42, and 43 are integrated like a collective resistor may be adopted.
- Each switch 5 is not limited to an enhancement type n-channel MOSFET, but may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a thyristor. Further, each switch 5 may be a semiconductor switching element using a wide band gap semiconductor material such as GaN (gallium nitride). Each switch 5 is not limited to a semiconductor element, and may be configured by, for example, a semiconductor relay (SSR: Solid-StateSRRelay) using a semiconductor switching element or a contact of a mechanical relay. Furthermore, each switch 5 is not limited to a single element, and may be realized, for example, by a configuration in which a plurality of semiconductor switching elements are electrically connected in series.
- SSR Solid-StateSRRelay
- the discharge circuit 1 is not limited to the configuration including the three burden circuits 3 and may include two or four or more burden circuits 3.
- the power storage device 10 is not limited to the configuration including the three power storage units 2 (cells), and may include two or four or more power storage units 2.
- the discharge circuit 1 is not limited to a configuration including the same number of burden circuits 3 as a plurality of cells included in the power storage device 10. That is, when only a part of the plurality of cells constitutes the plurality of power storage units 2, the discharge circuit 1 may include a plurality of burden circuits 3 respectively corresponding to the plurality of power storage units 2.
- the power storage system 100 is not limited to automobiles (four-wheeled vehicles) and two-wheeled vehicles, and may be mounted on vehicles such as trains or electric carts, for example. Furthermore, the power storage system 100 is not limited to a vehicle, and may be mounted on a moving body such as an aircraft, a drone, a construction machine, or a ship.
- the power storage system 100 is not limited to a mobile body, and for example, converts DC power from a distributed power source such as a solar battery or a storage battery into AC power and outputs the AC power to a load 102 (equipment equipment such as home appliances or a power system). You may use for a power conditioner etc.
- a distributed power source such as a solar battery or a storage battery
- a load 102 equipment such as home appliances or a power system. You may use for a power conditioner etc.
- the power storage system 100 it is not essential for the power storage system 100 that a plurality of components of the power storage system 100 are accommodated in one housing, and the components of the power storage system 100 are provided in a plurality of housings. It may be done.
- the power storage device 10 and the discharge circuit 1 may be provided in separate housings.
- the discharge circuit 1 is not limited to a configuration that functions as a balance circuit, and may be a configuration that simply discharges the power storage device 10, for example.
- the power storage system 100B according to the present embodiment is different from the power storage system 100 according to the first embodiment in that the reference point P0 is the negative electrode P2.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
- the power storage device 10B in the power storage system 100B has the same configuration as the power storage device 10 of the first embodiment.
- each of the plurality of burden circuits 3 in the discharge circuit 1B includes a resistor 4 and a switch 5B, and a control terminal 6.
- the resistor 4 and the switch 5B are electrically connected in series between both ends of the plurality of power storage units 2 in the same manner as the resistor 4 and the switch 5 of the first embodiment.
- the series circuit of the resistor 4 and the switch 5B in each of the plurality of burden circuits 3 has a resistance 4 between both ends of the corresponding power storage unit 2 as viewed from the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 2.
- the resistor 4 is electrically connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the corresponding power storage unit 2 via the switch 5B.
- the switch 5B is a semiconductor element made of an enhancement type p-channel MOSFET, for example. Since this switch 5B has a parasitic diode, the cathode of the parasitic diode is on the positive electrode P1 side between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 of the power storage device 10 so that no current flows from the positive electrode P1 to the negative electrode P2 through the parasitic diode. It is connected in the direction. That is, the switch 5B is connected between both ends of the power storage unit 2 so that the source is on the positive electrode P1 side and the drain is on the negative electrode P2 side.
- the source of the switch 51B of the burden circuit 31 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side (the same as the positive electrode P1) of the power storage unit 21 via the resistor 41, and the drain of the switch 51B is the negative electrode P2 of the power storage unit 21. It is connected to the terminal on the side.
- the source of the switch 52B of the burden circuit 32 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 22 via the resistor 42, and the drain of the switch 52B is connected to the terminal on the negative electrode P2 side of the power storage unit 22.
- the source of the switch 53B of the burden circuit 33 is connected to the terminal on the positive electrode P1 side of the power storage unit 23 via the resistor 43, and the drain of the switch 53B is connected to the terminal on the negative electrode P2 side of the power storage unit 23 (same as the negative electrode P2). Has been.
- the control terminal 6 is the gate of the switch 5B (or a terminal connected to the gate). Specifically, the switch 5B is turned off when the voltage between the source and the gate is equal to or lower than a predetermined threshold voltage, and turned on when the voltage exceeds the threshold voltage. Therefore, when the potential of the control terminal 6 becomes a potential that causes a potential difference exceeding the threshold voltage compared to the source potential of the switch 5B, the switch 5B is turned on.
- control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is connected to the nth power storage unit from the reference point P0 side via the switch 5B of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side. 2 is electrically connected to a terminal on the reference point P0 side ("n" is a natural number).
- n is a natural number.
- the control terminal 6 is connected to the nth storage from the reference point P0 side via the switch 5B of the nth burden circuit 3 from the reference point P0 side. It is electrically connected to the part 2.
- the control terminal 62 of the load circuit 32 is connected to the connection point between the switch 53B and the resistor 43 of the load circuit 33 one level higher, that is, the source of the switch 53B.
- the control terminal 62 of the burden circuit 32 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 (negative electrode P2) side of the power storage unit 23 via the switch 53B of the burden circuit 33.
- control terminal 61 of the load circuit 31 is connected to a connection point between the switch 52B and the resistor 42 of the load circuit 32 that is one higher level, that is, the source of the switch 52B. Accordingly, the control terminal 61 of the burden circuit 31 is electrically connected to the terminal on the reference point P0 (negative electrode P2) side of the power storage unit 22 via the switch 52B of the burden circuit 32.
- the control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side becomes the reference point P0. Is electrically connected to the terminal on the reference point P0 side of the nth power storage unit 2 from the side. At this time, the potential of the control terminal 6 of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is changed by the power storage unit 2, so that the switch 5B of the (n + 1) th burden circuit 3 from the reference point P0 side is changed. Turn on.
- each of the plurality of switches 5B is turned on using the electrical energy accumulated in the one higher power storage unit 2 when the switch 5 of the one higher load circuit 3 is turned on.
- the switch 52 ⁇ / b> B of the burden circuit 32 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 23 in conjunction with the switch 53 ⁇ / b> B of the burden circuit 33 being turned on.
- the switch 51B of the burden circuit 31 is turned on using the electrical energy of the power storage unit 22 in conjunction with the switch 52B of the burden circuit 32 being turned on.
- the driver circuit 72 is a circuit that drives the switch 53B of the uppermost burden circuit 33.
- the driver circuit 72 includes a transistor 722 and a resistor 723.
- a connection point between the transistor 722 and the resistor 723 is electrically connected to the control terminal 63 of the burden circuit 33.
- a reference voltage Vcc is applied to the series circuit of the transistor 722 and the resistor 723.
- the control terminal 63 of the burden circuit 33 is electrically connected to the reference point P0 (negative electrode P2).
- FIGS. 6A to 6C the operation of the discharge circuit 1B configured as described above will be described with reference to FIGS. 6A to 6C.
- 6A to 6C only the power storage units 21, 22, 23 and the burden circuits 31, 32, 33 are illustrated, and the control circuit 71, the driver circuit 72, the detection unit 73, the abnormality determination unit 74, and the like are appropriately omitted. is doing.
- the switch 5B is schematically shown by a general switch circuit symbol.
- the switch 53B of the highest burden circuit 33 is turned on by a control signal from the control circuit 71 (see FIG. 5).
- the transistor 722 see FIG. 5
- the voltage V3 across the power storage unit 23 see FIG. 5
- the switch 53B is turned on. Maintained in a state.
- the switch 53B of the burden circuit 33 is in the ON state, as shown in FIG. 6A, the current Id3 flows from the power storage unit 23 through the switch 53B to the resistor 43 of the burden circuit 33. Thereby, the electrical energy accumulated in the power storage unit 23 is consumed by the resistor 43, and the power storage unit 23 is discharged.
- the switch 52B of the second burden circuit 32 is turned on from the reference point P0 (negative electrode P2).
- the switch 52B is turned on using the electric energy of the power storage unit 23 in conjunction with the switch 53B being turned on. That is, when the switch 53B of the burden circuit 33 is turned on, the switch 53B conducts between the control terminal 62 of the burden circuit 32 and the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 23. For this reason, a composite voltage of the voltage V3 across the power storage unit 23 (see FIG. 5) and the voltage V2 across the power storage unit 22 (see FIG. 5) is applied between the gate and source of the switch 52B. The switch 52B is turned on.
- the resistor 43 of the burden circuit 33 is connected between the gate and source of the switch 52B.
- the current Id3 flows from the power storage unit 23 to the resistor 43, a potential difference is generated between both ends of the resistor 43 due to a voltage drop. Since a voltage corresponding to this potential difference is applied between the gate and source of the switch 52B, the switch 52B is maintained in the ON state.
- the switch 52B of the burden circuit 32 is in the ON state, as shown in FIG. 6B, the current Id2 flows from the power storage unit 22 through the switch 52B to the resistor 42 of the burden circuit 32. As a result, the electrical energy accumulated in the power storage unit 22 is consumed by the resistor 42 and the power storage unit 22 is discharged.
- the switch 51B of the third burden circuit 31 from the reference point P0 (negative electrode P2) is turned on.
- the switch 51B is turned on using the electrical energy of the power storage unit 22 in conjunction with the switch 52B being turned on. That is, when the switch 52B of the burden circuit 32 is turned on, the switch 52B conducts between the control terminal 61 of the burden circuit 31 and the terminal on the reference point P0 side of the power storage unit 22. Therefore, a composite voltage of the voltage V2 across the power storage unit 22 (see FIG. 5) and the voltage V1 across the power storage unit 21 (see FIG. 5) is applied between the gate and source of the switch 51B. The switch 51B is turned on.
- the resistor 42 of the burden circuit 32 is connected between the gate and source of the switch 51B.
- the current Id2 flows from the power storage unit 22 to the resistor 42, a potential difference is generated between both ends of the resistor 42 due to a voltage drop. Since a voltage corresponding to this potential difference is applied between the gate and source of the switch 51B, the switch 51B is maintained in the ON state.
- the switch 51B of the load circuit 31 is in the ON state, as shown in FIG. 6C, the current Id1 flows from the power storage unit 21 through the switch 51B to the resistor 41 of the load circuit 31. Thereby, the electrical energy accumulated in the power storage unit 21 is consumed by the resistor 41, and the power storage unit 21 is discharged.
- the control circuit 71 simply turns on the switch 53B of the highest burden circuit 33, and the switches 52B and 51B of the remaining burden circuits 32 and 31 are automatically turned on. .
- the control circuit 71 simply turns off the switch 53B of the uppermost burden circuit 33, and the remaining burden circuits 32, 31 The switches 52B and 51B are automatically turned off.
- the discharge circuit 1B it is possible to control all the switches 5 of the plurality of burden circuits 3 only by controlling the switches 5 of the uppermost burden circuit 3, thereby simplifying the circuit configuration. Is possible.
- the gate of the switch 53B may be connected to the reference point P0 (negative electrode P2).
- Such a power supply circuit 721 becomes unnecessary. Therefore, the configuration of the driver circuit 72 can be simplified.
- At least one of the plurality of burden circuits 3 further includes a backflow limiting element 75 (see FIG. 4). May be.
- the backflow limiting element 75 is realized by a diode inserted between the resistor 4 and the switch 5B in each burden circuit 3.
- the cathode of the backflow limiting element 75 is electrically connected to (the source of) the switch 5B, and the anode of the backflow limiting element 75 is electrically connected to the resistor 4.
- control terminals 61 and 62 electrically connected to the connection point between the switch 5B and the resistor 4 are electrically connected to the cathode of the backflow limiting element 75 (that is, the connection point between the switch 5B and the backflow limiting element 75).
- the backflow limiting element 75 forms a path of currents Id1, Id2, and Id3 (see FIG. 6C) that flows to the resistor 4 through the switch 5B when the switch 5B is in the on state in each burden circuit 3 while The current flowing backward from 4 to the switch 5B is limited (blocked).
- the configuration (including modifications) described in the second embodiment can be applied in appropriate combination with the configuration (including modifications) described in the first embodiment.
- the power storage system 100C As shown in FIG. 7, the power storage system 100C according to the present embodiment relates to the first embodiment in that the plurality of power storage units 2 include a first power storage unit 201 and a second power storage unit 202. This is different from the power storage system 100.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
- FIG. 7 only the power storage device 10C and the burden circuits 31, 32, and 33 are illustrated, and the control circuit 71, the driver circuit 72, the detection unit 73, the abnormality determination unit 74, and the like are appropriately omitted. Further, in FIG. 7, the switch 5 is schematically shown by a general switch circuit symbol.
- the 1st electrical storage part 201 consists of a pair of 1st cell C1 electrically connected in series.
- the second power storage unit 202 includes a pair of second cells C2 that are electrically connected in series.
- the power storage device 10C further includes a third power storage unit 203 including a pair of third cells C3 that are electrically connected in series.
- the pair of first cells C1 is electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2.
- the pair of second cells C2 is electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2, and the pair of third cells C3 is electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2. ing. That is, in the first embodiment, each of the plurality of cells constitutes the power storage unit 2, whereas in this embodiment, each set of cells when the plurality of cells are divided into two pairs is the power storage unit 2. Configure.
- the first power storage unit 201 and the second power storage unit 202 are directly connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 so that the first power storage unit 201 is on the reference point P0 (positive electrode P1) side. It is connected to the. That is, the terminal on the positive electrode P1 side of the second power storage unit 202 is directly connected to the terminal on the negative electrode P2 side of the first power storage unit 201.
- the third power storage unit 203 is electrically connected between the second power storage unit 202 and the negative electrode P2.
- the first power storage unit 201, the second power storage unit 202, and the third power storage unit 203 are between the positive electrode P1 and the negative electrode P2, as viewed from the positive electrode P1, the first power storage unit 201 and the second power storage unit 202.
- the third power storage unit 203 is electrically connected in series in this order.
- the rated voltage of the both-ends voltage of each cell is 2.5 [V], for example. Therefore, the rated voltage of the both-end voltages V1, V2, and V3 of each power storage unit 2 (first power storage unit 201, second power storage unit 202, and third power storage unit 203) is, for example, 5.0 [V]. is there. Therefore, in a configuration in which the three power storage units 2 are electrically connected in series, if the both-end voltages V1, V2, and V3 of all the power storage units 2 are at the rated voltage, there are 15 between the positive electrode P1 and the negative electrode P2. A composite voltage V10 of [V] is generated.
- the configuration of the discharge circuit 1C is basically the same as that of the discharge circuit 1 according to the first embodiment. That is, the plurality of burden circuits 3 in the discharge circuit 1 ⁇ / b> C are electrically connected to the corresponding power storage units 2 in parallel. That is, as shown in FIG. 7, the load circuit 31 is provided in the first power storage unit 201, the load circuit 32 is provided in the second power storage unit 202, and the load circuit 33 is provided in the third power storage unit 203. Are connected in parallel.
- the resistors 41, 42, 43 of the plurality of burden circuits 31, 32, 33 are electrically connected in series. It becomes a plurality of voltage dividing resistors. Then, the voltage between the positive electrode P ⁇ b> 1 and the negative electrode P ⁇ b> 2 is divided by a plurality of voltage dividing resistors (resistors 41, 42, 43) and applied to each of the plurality of power storage units 2.
- the discharge circuit 1 functions as a balance circuit, and the both-end voltages V1, V2, and V3 of each power storage unit 2 in the power storage device 10 can be adjusted so that variations among the plurality of power storage units 2 are reduced. That is, in this embodiment, the resistance values of the plurality of resistors 41, 42, 43 are substantially the same, and the combined voltage V10 (15 [V]) between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 is the plurality of resistors 41, 42, 43. At 43, the pressure is divided into three equal parts.
- a divided reference voltage (5.0 [V]) having substantially the same magnitude is generated between both ends of each resistor 4, and this voltage is applied to each power storage unit 2, thereby The voltages V1, V2, and V3 at both ends of the unit 2 are adjusted so as to approach the reference voltage.
- FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power storage system 100D according to a modification of the third embodiment.
- the discharge circuit 1D further includes at least one (two in the example of FIG. 8) auxiliary load circuits 30.
- auxiliary load circuits 30 the same configurations as those of the third embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
- FIG. 8 only the power storage device 10D, the burden circuits 31, 32, 33, and the auxiliary burden circuit 30 are illustrated, and the control circuit 71, the driver circuit 72, the detection unit 73, the abnormality determination unit 74, and the like are not illustrated as appropriate. Yes.
- the switch 5 and the auxiliary switch 50 are schematically shown by general switch circuit symbols.
- each of the plurality of auxiliary burden circuits 30 has a configuration corresponding to the burden circuit 3. That is, each of the plurality of auxiliary load circuits 30 includes the auxiliary resistor 40 and the auxiliary switch 50, and the auxiliary control terminal 60. The auxiliary resistor 40 and the auxiliary switch 50 are electrically connected in series. The auxiliary control terminal 60 controls the auxiliary switch 50 according to the potential. The plurality of auxiliary burden circuits 30 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2.
- Each auxiliary switch 50 is a semiconductor element formed of, for example, an enhancement type n-channel MOSFET.
- each of the plurality of auxiliary burden circuits 30 is referred to as “auxiliary burden circuit 301” and “auxiliary burden circuit 302” in order from the positive electrode P1 side.
- auxiliary resistors 40 of the auxiliary load circuits 30 are distinguished, the auxiliary resistors 40 of the auxiliary load circuits 301 and 302 are referred to as “auxiliary resistor 401” and “auxiliary resistor 402”, respectively.
- auxiliary switches 50 of the auxiliary load circuits 301 and 302 are referred to as “auxiliary switch 501” and “auxiliary switch 502”, respectively, and the auxiliary control terminals 60 of the auxiliary load circuits 301 and 302 are respectively referred to as “auxiliary control terminal 601” and “ This is referred to as “auxiliary control terminal 602”.
- the auxiliary resistor 401 and the auxiliary switch 501 of the auxiliary load circuit 301 are electrically connected in series between the midpoint of the pair of first cells C1 and the midpoint of the pair of second cells C2.
- the discharge circuit 1D includes the auxiliary resistor 40 and the auxiliary switch 50 that are electrically connected in series between the midpoint M1 of the pair of first cells C1 and the midpoint M2 of the pair of second cells C2. It has.
- the auxiliary resistor 402 and the auxiliary switch 502 of the auxiliary load circuit 302 are electrically connected in series between the middle point M2 of the pair of second cells C2 and the middle point M3 of the pair of third cells C3. ing.
- the auxiliary switch 50 when the auxiliary switch 50 is turned on for all of the plurality of auxiliary load circuits 30, the cells in the middle point M1 and the middle point M3 are discharged in the auxiliary load circuit 30. become.
- the plurality of auxiliary resistors 40 in the plurality of auxiliary load circuits 30 are electrically connected in series between the positive electrode P1 and the negative electrode P2 of the electricity storage device 10D. That is, if the auxiliary switches 501 and 502 are turned on in all of the plurality of auxiliary load circuits 301 and 302, the auxiliary resistors 401 and 402 of the plurality of auxiliary load circuits 301 and 302 are electrically connected in series to each other. It becomes a voltage dividing resistor. Then, the voltage between the middle points M1 and M3 is divided by a plurality of voltage dividing resistors (auxiliary resistors 401 and 402), and is applied between the middle points M1 and M2 and between the middle points M2 and M3.
- the plurality of auxiliary load circuits 301 and 302 function as a balance circuit, and the voltage across each cell in the power storage device 10D can be adjusted so that the variation among the plurality of cells is reduced. That is, in the example of FIG. 8, the resistance values of the plurality of auxiliary resistors 401 and 402 are substantially the same, and the voltage (10.0 [V]) between the midpoints M1 and M3 is the plurality of auxiliary resistors 401 and 402. Is divided into two equal parts. Therefore, a divided reference voltage (5.0 [V]) having substantially the same magnitude is generated between both ends of each auxiliary resistor 40, and this voltage is generated between the middle points M1-M2 and between the middle points M2-.
- the auxiliary load circuit 301 applies the voltage across the auxiliary resistor 401 to the series circuit of the first cell C1 on the low potential side and the second cell C2 on the high potential side.
- the auxiliary load circuit 302 applies the voltage across the auxiliary resistor 402 to the series circuit of the second cell C2 on the low potential side and the third cell C3 on the high potential side.
- the plurality of auxiliary burden circuits 30 adjust the voltages across the cells so that the variation in the voltages across the cells between the different combinations of the plurality of burden circuits 3 is reduced.
- the discharge circuit 1D it is possible to adjust the variation in both-end voltage of each cell between a plurality of cells in the power storage device 10D in a finer unit as compared with the configuration without the plurality of auxiliary burden circuits 30. is there.
- the auxiliary control terminal 602 of the auxiliary load circuit 302 is connected to a connection point between the auxiliary switch 501 and the auxiliary resistor 401 of the upper auxiliary load circuit 301.
- the auxiliary control terminal 602 of the auxiliary burden circuit 301 is electrically connected to the driver circuit 72 (see FIG. 1).
- the transistor 722 when the transistor 722 (see FIG. 1) is turned on, the voltage Vc2 boosted by the power supply circuit 721 (see FIG. 1) is applied to the auxiliary control terminal 601 and the auxiliary switch 501 is kept on. Is done.
- the auxiliary control terminal 602 of the auxiliary load circuit 302 is electrically connected to the midpoint M1 of the pair of first cells C1 via the auxiliary switch 501 of the auxiliary load circuit 301. Therefore, in the plurality of auxiliary load circuits 30, similarly to the plurality of load circuits 3, the auxiliary switch 502 of the remaining auxiliary load circuit 302 is automatically turned on only by turning on the auxiliary switch 501 of the uppermost auxiliary load circuit 301. Turn on. For this reason, the control circuit 71 may perform on / off control only for the auxiliary switch 501 of the uppermost auxiliary load circuit 301.
- the plurality of power storage units 2 includes a first power storage unit 201 including a pair of first cells C1 and a second power storage unit 202 including a pair of second cells C2.
- the third power storage unit 203 can be omitted as appropriate.
- the plurality of power storage units 2 include a power storage unit including one or a plurality of cells in addition to the third power storage unit 203 including the pair of third cells C3 or instead of the third power storage unit 203. May be.
- the configuration (including the modification) described in the third embodiment can be applied in appropriate combination with the configuration (including the modification) described in the first embodiment and the configuration (including the modification) described in the second embodiment. .
- the discharge circuit (1, 1A to 1D) for the electricity storage device (10, 10A to 10D) is electrically connected in series between the positive electrode (P1) and the negative electrode (P2).
- power storage devices (10, 10A to 10D) including a plurality of power storage units (2) connected to the.
- Each of the discharge circuits (1, 1A to 1D) includes a plurality of burden circuits (3) electrically connected to the plurality of power storage units (2) in parallel.
- Each of the plurality of burden circuits (3) includes a resistor (4) and a switch (5, 5B) electrically connected in series between both ends of the plurality of power storage units (2), and switches according to the potential And a control terminal (6) for controlling (5, 5B).
- the plurality of burden circuits (3) are electrically connected in series between the positive electrode (P1) and the negative electrode (P2).
- the control terminal (6) of the n + 1th burden circuit (3) from the reference point (P0) side among the plurality of burden circuits (3) is connected to the reference point (P0) side among the plurality of burden circuits (3).
- the reference point (P0) consists of a positive electrode (P1) or a negative electrode (P2).
- the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side when the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on, the n + 1th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on.
- the control terminal (6) is connected to the reference point (P0) side terminal of the nth power storage unit (2) from the reference point (P0) side.
- the potential of the control terminal (6) of the (n + 1) th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is changed by the power storage unit (2), so that n + from the reference point (P0) side.
- the switch (5, 5B) of the first burden circuit (3) is turned on.
- each of the plurality of switches (5, 5B) is stored in the one power storage unit (2) by turning on the switch (5, 5B) of the one higher load circuit (3). Turn on using electrical energy.
- the discharge circuit (1, 1A to 1D only the switch (5, 5B) of the uppermost burden circuit 3 is turned on, and the switch (5, 5B) of the remaining burden circuit (3) is turned on. Automatically turns on.
- the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) are turned on in a domino manner from the upper level to the lower level in conjunction with each other. Therefore, all of the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) can be controlled only by controlling the switches (5, 5B) of the uppermost burden circuit (3), and the circuit configuration is simplified. Can be achieved.
- the discharge circuit (1, 1A to 1D) includes a plurality of burden circuits in the first aspect as long as the switches (5, 5B) are on in all of the plurality of burden circuits (3).
- the resistor (4) in (3) is electrically connected in series to form a plurality of voltage dividing resistors. Further, the voltage between the positive electrode (P1) and the negative electrode (P2) is divided by a plurality of voltage dividing resistors and applied to each of the plurality of power storage units (2).
- the discharge circuit (1, 1A to 1D) functions as a balance circuit, and the voltage across each power storage unit (2) in the power storage device (10, 10A to 10D) is supplied to the plurality of power storage units (2 ) Can be adjusted so as to reduce variation.
- the reference point (P0) is the positive electrode (P1).
- the switch (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) is switched from the positive electrode (P1) to the negative electrode (P2) only by turning on the switch (5, 5B) closest to the positive electrode (P1).
- the switch (5, 5B) can be realized by, for example, an n-channel MOSFET.
- the reference point (P0) is the negative electrode (P2).
- the switch (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) is changed from the negative electrode (P2) to the positive electrode (P1) only by turning on the switch (5, 5B) closest to the negative electrode (P2).
- a power supply circuit such as a charge pump circuit is unnecessary, and the configuration of the driver circuit can be simplified. it can.
- the discharge circuit (1, 1A to 1D) according to the fifth aspect further includes an abnormality determination unit (74) in any one of the first to fourth aspects.
- the abnormality determination unit (74) includes the state of the switch (5, 5B) of the burden circuit (3) closest to the positive electrode (P1) among the plurality of burden circuits (3) and the negative electrode of the plurality of burden circuits (3).
- the state of the switch (5, 5B) of the burden circuit (3) closest to (P2) is compared.
- an abnormality determination part (74) determines the abnormality of a some burden circuit (3).
- the abnormality determination unit (74) can determine the abnormality of the plurality of burden circuits (3) only by comparing the states of the two switches (5, 5B).
- At least one burden circuit (3) of the plurality of burden circuits (3) It further has an element (75).
- the backflow limiting element (75) limits the current flowing to the control terminal (6) through the resistor (4).
- the plurality of power storage units (2) includes the first power storage unit (201) and the second power storage unit (201).
- Power storage unit (202) A 1st electrical storage part (201) consists of a pair of 1st cell (C1) electrically connected in series.
- a 2nd electrical storage part (202) consists of a pair of 2nd cell (C2) electrically connected in series.
- the first power storage unit (201) and the second power storage unit (202) are arranged between the positive electrode (P1) and the negative electrode (P2) so that the first power storage unit (201) is on the reference point (P0) side. Are directly connected in series.
- the discharge circuit (1, 1A to 1D) according to the eighth aspect further includes an auxiliary resistor (40) and an auxiliary switch (50) in the seventh aspect.
- the auxiliary resistor (40) and the auxiliary switch (50) are electrically connected between the midpoint (M1) of the pair of first cells (C1) and the midpoint (M2) of the pair of second cells (C2). Connected in series.
- a power storage system (100, 100A to 100D) according to a ninth aspect includes a discharge circuit (1, 1A to 1D) according to any one of the first to eighth aspects, a power storage device (10, 10A to 10D), Is provided.
- the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side when the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on, the n + 1th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on.
- the control terminal (6) is connected to the reference point (P0) side terminal of the nth power storage unit (2) from the reference point (P0) side.
- the potential of the control terminal (6) of the (n + 1) th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is changed by the power storage unit (2), so that n + from the reference point (P0) side.
- the switch (5, 5B) of the first burden circuit (3) is turned on.
- each of the plurality of switches (5, 5B) is stored in the one power storage unit (2) by turning on the switch (5, 5B) of the one higher load circuit (3). Turn on using electrical energy.
- the switches (5, 5B) of the remaining burden circuit (3) are turned on. Automatically turns on.
- the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) are turned on in a domino manner from the upper level to the lower level in conjunction with each other. Therefore, all of the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) can be controlled only by controlling the switches (5, 5B) of the uppermost burden circuit (3), and the circuit configuration is simplified. Can be achieved.
- a vehicle (9) according to a tenth aspect includes the power storage system (100, 100A to 100D) according to the ninth aspect, and a vehicle body (91) on which the power storage system (100, 100A to 100D) is mounted. .
- the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side when the switch (5, 5B) of the nth burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on, the n + 1th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is turned on.
- the control terminal (6) is connected to the reference point (P0) side terminal of the nth power storage unit (2) from the reference point (P0) side.
- the potential of the control terminal (6) of the (n + 1) th burden circuit (3) from the reference point (P0) side is changed by the power storage unit (2), so that n + from the reference point (P0) side.
- the switch (5, 5B) of the first burden circuit (3) is turned on.
- each of the plurality of switches (5, 5B) is stored in the one power storage unit (2) by turning on the switch (5, 5B) of the one higher load circuit (3). Turn on using electrical energy.
- the switches (5, 5B) of the highest burden circuit 3 is turned on, and the switches (5, 5B) of the remaining burden circuit (3) are automatically turned on.
- the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) are linked to each other and are turned on in a domino manner from the upper level to the lower level. Therefore, all of the switches (5, 5B) of the plurality of burden circuits (3) can be controlled only by controlling the switches (5, 5B) of the uppermost burden circuit (3), and the circuit configuration is simplified. Can be achieved.
- the configurations according to the second to eighth aspects are not essential to the discharge circuit (1, 1A to 1D) and can be omitted as appropriate.
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Abstract
放電回路は、それぞれ複数の蓄電部に電気的に並列に接続される複数の負担回路を備え、複数の負担回路の各々は、複数の蓄電部の各々の両端間に電気的に直列に接続される抵抗及びスイッチと、電位に応じてスイッチを制御する制御端子とを有し、複数の負担回路は、正極及び負極の間において電気的に直列に接続され、基準点側からn+1番目の負担回路の制御端子は、基準点側からn番目の負担回路のスイッチを介して、基準点側からn番目の蓄電部の基準点側の端子に電気的に接続される。
Description
本開示は、一般に蓄電デバイス用の放電回路、蓄電システム及びそれを備える車両に関し、より詳細には、正極及び負極の間に電気的に直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電デバイス用の放電回路、蓄電システム及びそれを備える車両に関する。
特許文献1には、電気二重層キャパシタからなる蓄電部(蓄電素子)を複数個直列に接続した蓄電装置において、各蓄電部に並列に電圧均等化回路を接続することが記載されている。
各電圧均等化回路は、抵抗(バランス抵抗器)と、スイッチ(バランススイッチ)と、を有している。蓄電部の両端間に、抵抗及びスイッチが直列に接続される。複数の抵抗の抵抗値は略等しい。スイッチは、リレースイッチのように外部からオンオフ制御が可能なスイッチである。複数のスイッチは、同時にオンオフする構成である。したがって、全てのスイッチがオンすると、各蓄電部に抵抗が並列に接続され、複数の蓄電部の両端電圧が等しくなるように、各蓄電部の両端電圧が自動的に調整される。
特許文献1に記載の構成では、複数のスイッチをオンするために、複数のドライブ回路、及びこれら複数のドライブ回路を制御するために複数の出力ポートを有する制御回路が必要になり、回路構成の簡略化の妨げとなる。
本開示は上記事由に鑑みてなされており、回路構成の簡略化を図ることが可能な蓄電デバイス用の放電回路、蓄電システム及びそれを備える車両を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る蓄電デバイス用の放電回路は、正極及び負極の間に電気的に直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電デバイス用である。前記放電回路は、それぞれ前記複数の蓄電部に電気的に並列に接続される複数の負担回路を備える。前記複数の負担回路の各々は、前記複数の蓄電部の各々の両端間に電気的に直列に接続される抵抗及びスイッチと、電位に応じて前記スイッチを制御する制御端子と、を有する。前記複数の負担回路は、前記正極及び前記負極の間において電気的に直列に接続されている。前記複数の負担回路のうち基準点側からn+1番目の負担回路の前記制御端子は、前記複数の負担回路のうち前記基準点側からn番目の負担回路の前記スイッチを介して、前記複数の蓄電部のうち前記基準点側からn番目の蓄電部の前記基準点側の端子に電気的に接続される。前記基準点は、前記正極又は前記負極からなる。
本開示の一態様に係る蓄電システムは、前記蓄電デバイス用の前記放電回路と、前記蓄電デバイスと、を備える。
本開示の一態様に係る車両は、前記蓄電システムと、前記蓄電システムを搭載する車両本体と、を備える。
本開示は、回路構成の簡略化を図ることが可能である、という利点がある。
(実施形態1)
(1)概要
本実施形態に係る蓄電デバイス10用の放電回路1(以下、単に「放電回路1」ともいう)は、図1に示すように、複数の蓄電部2を含む蓄電デバイス10に用いられる。複数の蓄電部2は、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続されている。
(1)概要
本実施形態に係る蓄電デバイス10用の放電回路1(以下、単に「放電回路1」ともいう)は、図1に示すように、複数の蓄電部2を含む蓄電デバイス10に用いられる。複数の蓄電部2は、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続されている。
蓄電デバイス10は、一例として、電源101(図2参照)と負荷102(図2参照)との間に電気的に接続される。この場合に、蓄電デバイス10は、電源101から入力される電気エネルギーを一旦蓄積し、蓄積した電気エネルギーを負荷102に供給する。このような蓄電デバイス10は、例えば、電源101よりも大きな電気エネルギーを瞬間的(一時的)に負荷102に供給すること、電源101から出力される電気エネルギーの低下時に負荷102への電気エネルギーの供給を補うこと等が可能である。
ここで、本実施形態に係る放電回路1は、蓄電デバイス10と共に、蓄電システム100を構成する。言い換えれば、蓄電システム100は、放電回路1と、蓄電デバイス10と、を備えている。
このような蓄電システム100において、放電回路1は、蓄電デバイス10に蓄積された電荷(電気エネルギー)の放電を行う。すなわち、放電回路1は、例えば、抵抗器のように、電気エネルギーを消費する素子を蓄電デバイス10に電気的に接続することにより、蓄電デバイス10の放電を行う。本実施形態では、放電回路1がバランス回路として機能する場合を例に説明する。バランス回路としての放電回路1は、蓄電デバイス10における各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3を、複数の蓄電部2間でのばらつきが小さくなるように調整する。複数の蓄電部2間における各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3のばらつきが小さくなれば、複数の蓄電部2のうちの一部の蓄電部2に対する過充電が抑制され、蓄電デバイス10の長寿命化を図ることが可能である。
ところで、放電回路1は、複数の負担回路3を備える。複数の負担回路3は、それぞれ複数の蓄電部2に電気的に並列に接続される。複数の負担回路3の各々は、抵抗4及びスイッチ5と、制御端子6と、を有する。抵抗4及びスイッチ5は、複数の蓄電部2の各々の両端間に電気的に直列に接続される。制御端子6は、電位に応じてスイッチ5を制御する。複数の負担回路3は、正極P1及び負極P2の間において電気的に直列に接続されている。
基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5を介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2の基準点P0側の端子に電気的に接続される。「n」は自然数である。ここで、「基準点P0側からn番目の負担回路3」とは、複数の負担回路3のうち、基準点P0側から数えて「n番目」となる負担回路3を意味する。同様に、「基準点P0側からn番目の蓄電部2」とは、複数の蓄電部2のうち、基準点P0側から数えて「n番目」となる蓄電部2を意味する。また、基準点P0は、蓄電デバイス10の正極P1又は負極P2からなる。
以下の説明において、複数の蓄電部2を区別する場合には、複数の蓄電部2の各々について、正極P1側から順に「蓄電部21」、「蓄電部22」、「蓄電部23」という。同様に、複数の負担回路3を区別する場合には、複数の負担回路3の各々について、正極P1側から順に「負担回路31」、「負担回路32」、「負担回路33」という。さらに、各負担回路3の抵抗4を区別する場合、負担回路31,32,33の抵抗4をそれぞれ「抵抗41」、「抵抗42」、「抵抗43」という。同様に、負担回路31,32,33のスイッチ5をそれぞれ「スイッチ51」、「スイッチ52」、「スイッチ53」といい、負担回路31,32,33の制御端子6をそれぞれ「制御端子61」、「制御端子62」、「制御端子63」という。
本実施形態では、基準点P0が正極P1である場合を例に説明する。そのため、「n」が「1」であれば、複数の負担回路31,32,33のうち正極P1(基準点P0)から数えて2番目の負担回路32が、「基準点P0側からn+1番目の負担回路3」となる。同様に、「n」が「1」であれば、複数の蓄電部21,22,23のうち、正極P1(基準点P0)に最も近い蓄電部21が、「基準点P0側からn番目の蓄電部2」となる。要するに、基準点P0側からn番目の負担回路3、蓄電部2は、それぞれ「負担回路3n」、「蓄電部2n」で表される。以下の説明においては、基準点P0側を「上位」、基準点P0とは反対側を「下位」と定義する。
上記構成の放電回路1では、基準点P0側からn+1番目の負担回路3において、電位に応じてスイッチ5を制御する制御端子6が、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5を介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2に電気的に接続されている。すなわち、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、1つ上位の負担回路3のスイッチ5を介して、1つ上位の蓄電部2に電気的に接続されている。図1の例においては、負担回路32の制御端子62は、負担回路31のスイッチ51を介して、蓄電部21の基準点P0側の端子に電気的に接続されている。同様に、負担回路33の制御端子63は、負担回路32のスイッチ52を介して、蓄電部22の基準点P0側の端子に電気的に接続されている。
これにより、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5がオンすると、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、基準点P0側からn番目の蓄電部2の基準点P0側の端子に接続される。このとき、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6の電位が、蓄電部2によって変化することで、基準点P0側からn+1番目の負担回路3のスイッチ5がオンする。言い換えれば、複数のスイッチ5の各々は、1つ上位の負担回路3のスイッチ5がオンすることで、1つ上位の蓄電部2に蓄積された電気エネルギーを利用してオンすることになる。図1の例においては、負担回路32のスイッチ52は、負担回路31のスイッチ51がオンすると、これに連動して、蓄電部21の電気エネルギーを利用してオンになる。同様に、負担回路33のスイッチ53は、負担回路32のスイッチ52がオンすると、これに連動して、蓄電部22の電気エネルギーを利用してオンになる。
結果的に、放電回路1は、最上位の負担回路3(複数の負担回路3のうち基準点P0から1番目の負担回路3)のスイッチ5がオンするだけで、残りの負担回路3のスイッチ5は自動的に順次オンすることになる。このように、本実施形態に係る放電回路1では、複数の負担回路3のスイッチ5が、互いに連動して、上位から下位に向けてドミノ式にオンする構成である。したがって、放電回路1においては、最上位の負担回路3のスイッチ5を制御するだけで、複数の負担回路3のスイッチ5を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
(2)詳細
以下、本実施形態に係る蓄電システム100について、図1~図3Cを参照して詳しく説明する。
以下、本実施形態に係る蓄電システム100について、図1~図3Cを参照して詳しく説明する。
本実施形態に係る蓄電システム100は、一例として、車両用のシステムであって、図2に示すように、車両本体91と共に、車両9を構成する。言い換えれば、車両9は、蓄電システム100と、車両本体91と、を備えている。車両本体91は、蓄電システム100を搭載している。また、車両本体91は、電源101及び負荷102も搭載している。本実施形態では一例として、車両9は、人を乗せた状態で路面上を走行する自動車である。車両9は、電気自動車、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車又はハイブリッド車等のいずれであってもよい。また、車両9は電動バイク(二輪車)等であってもよい。さらに、図2の例では、車両9は、蓄電システム100とは別の経路で電源101と負荷102とを電気的に接続するための直結回路92を備えている。つまり、直結回路92は、電源101と負荷102との間に電気的に接続されており、蓄電システム100が無くても、直結回路92を通して電源101から負荷102への電力供給が可能である。そのため、蓄電システム100は、直結回路92を通る経路とは別に、負荷102への電力供給のための経路を形成するのであって、負荷102に対する電力供給の冗長化を実現する。
電源101は、一例として、車両本体91に搭載されており、直流電圧を出力する蓄電池(車載バッテリ)である。この種の電源101は、例えば、車両本体91の外部から入力される電力、又は車両本体91の走行中に発電機で発生する電力若しくは電動機にて発生する回生電力等を、電源101に供給することで、充電可能である。また、本実施形態では一例として、負荷102は、車両本体91に搭載されており、直流電圧が印加されて動作するアイドリングストップシステム(セルモータを含む)、ブレーキシステム、ハイブリッドシステム等であると仮定する。
本実施形態では、蓄電システム100を構成する複数の構成要素は全て1つの筐体内に収容されている。筐体は、車両本体91に固定されている。車両本体91には、蓄電システム100と共に、電源101及び負荷102が搭載されている。電源101と負荷102との間は、直結回路92にて電気的に接続されている。蓄電システム100は、直結回路92とは別の経路で電源101と負荷102とを接続する。
(2.1)構成
本実施形態に係る放電回路1は、図1に示すように、複数の負担回路3を備えている。ここで、放電回路1は、3つの蓄電部21,22,23を含む蓄電デバイス10に用いられる。そのため、放電回路1は、3つの蓄電部21,22,23にそれぞれ対応する3つの負担回路31,32,33を備えている。また、本実施形態に係る放電回路1は、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74を更に備えている。制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74の少なくとも1つは、放電回路1の構成要素に含まれていなくてもよい。
本実施形態に係る放電回路1は、図1に示すように、複数の負担回路3を備えている。ここで、放電回路1は、3つの蓄電部21,22,23を含む蓄電デバイス10に用いられる。そのため、放電回路1は、3つの蓄電部21,22,23にそれぞれ対応する3つの負担回路31,32,33を備えている。また、本実施形態に係る放電回路1は、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74を更に備えている。制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74の少なくとも1つは、放電回路1の構成要素に含まれていなくてもよい。
蓄電デバイス10は、本実施形態では一例として、リチウムイオン電池(LIB:Lithium Ion Battery)等に比べて、高い出力密度を有する電気化学デバイス(蓄電デバイス)である。本実施形態では、蓄電デバイス10は、一例として、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric Double-Layer Capacitor)であって、かつ複数のセルが電気的に直
列に接続されて構成されている。ここで、複数のセルの各々が蓄電部2を構成する。要するに、蓄電デバイス10は、図1に示すように、正極P1と、負極P2と、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続された複数のセル(蓄電部2)と、を有している。
列に接続されて構成されている。ここで、複数のセルの各々が蓄電部2を構成する。要するに、蓄電デバイス10は、図1に示すように、正極P1と、負極P2と、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続された複数のセル(蓄電部2)と、を有している。
ここで、各セル(蓄電部2)の両端電圧V1,V2,V3の定格電圧は、例えば、2.5〔V〕である。そのため、3つのセル(蓄電部21,22,23)が電気的に直列接続された構成において、全てのセルの両端電圧V1,V2,V3が定格電圧にあれば、正極P1と負極P2との間には、7.5〔V〕の合成電圧V10が発生する。このような構成の蓄電デバイス10は、正極P1及び負極P2が充電回路を介して電源101に接続され、電源101から充電回路を介して供給される電気エネルギーを蓄積することで充電される。また、蓄電デバイス10は、正極P1及び負極P2が放電回路を介して負荷102に接続され、放電回路を介して負荷102に電気エネルギーを供給することで放電する。
複数の負担回路3は、それぞれ対応する蓄電部2に電気的に並列に接続されている。つまり、図1に示すように、蓄電部21には負担回路31が、蓄電部22には負担回路32が、蓄電部23には負担回路33が、それぞれ電気的に並列に接続されている。
複数の負担回路3の各々は、抵抗4及びスイッチ5と、制御端子6と、を有している。抵抗4及びスイッチ5は、複数の蓄電部2の各々の両端間に電気的に直列に接続されている。つまり、負担回路31の抵抗41及びスイッチ51は、蓄電部21の両端間において電気的に直列に接続されている。同様に、負担回路32の抵抗42及びスイッチ52は、蓄電部22の両端間において電気的に直列に接続され、負担回路33の抵抗43及びスイッチ53は、蓄電部23の両端間において電気的に直列に接続されている。ここで、複数の負担回路3の各々における抵抗4及びスイッチ5の直列回路は、対応する蓄電部2の両端間において、蓄電部2の正極P1側の端子から見て、スイッチ5、抵抗4の順に接続されている。言い換えれば、複数の負担回路3の各々において、対応する蓄電部2の正極P1側の端子には、抵抗4を介してスイッチ5が電気的に接続される。
各抵抗4は、電気抵抗を有する素子(抵抗器)である。本実施形態では、上述したように放電回路1がバランス回路として機能するので、これら複数の抵抗41,42,43の抵抗値は略同値である。複数の抵抗41,42,43の抵抗値は、完全に同値であることは必須ではなく、多少の誤差は許容される。
スイッチ5は、後述する制御端子6の電位に応じてオン(導通)状態と、オフ(非導通)状態と、が切り替わる素子である。複数の負担回路3の各々において、スイッチ5は、対応する蓄電部2の両端間に、抵抗4と電気的に直列に接続される。言い換えれば、スイッチ5は、蓄電部2と抵抗4との間に挿入され、蓄電部2と抵抗4との電気的な接続状態(導通又は非導通)を切り替える。これにより、複数の負担回路3の各々において、スイッチ5がオン状態であれば、対応する蓄電部2と抵抗4との間が導通し、蓄電部2から抵抗4に電流が流れることになる。このとき、蓄電部2に蓄積されている電気エネルギーは抵抗4にて消費されるため、負担回路3による蓄電部2の放電が行われる。一方、複数の負担回路3の各々において、スイッチ5がオフ状態であれば、対応する蓄電部2と抵抗4との間が非導通となり、蓄電部2から抵抗4に電流は流れないため、負担回路3による蓄電部2の放電は行われない。
ここで、スイッチ5は、一例として、エンハンスメント形のnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)からなる半導体素子である。このスイッチ5は、寄生ダイオードを有しているので、寄生ダイオードを通して正極P1から負極P2に電流が流れないように、蓄電デバイス10の正極P1及び負極P2間において、寄生ダイオードのカソードが正極P1側となる向きに接続されている。つまり、スイッチ5は、蓄電部2の両端間において、ドレインが正極P1側、ソースが負極P2側となるように接続されている。具体的には、負担回路31のスイッチ51のドレインは蓄電部21の正極P1側の端子(正極P1と同じ)に接続され、スイッチ51のソースは、抵抗41を介して蓄電部21の負極P2側の端子に接続されている。同様に、負担回路32のスイッチ52のドレインは蓄電部22の正極P1側の端子に接続され、スイッチ52のソースは、抵抗42を介して蓄電部22の負極P2側の端子に接続されている。負担回路33のスイッチ53のドレインは蓄電部23の正極P1側の端子に接続され、スイッチ53のソースは、抵抗43を介して蓄電部23の負極P2側の端子(負極P2と同じ)に接続されている。
制御端子6は、電位に応じてスイッチ5を制御する端子である。つまり、複数の負担回路3は、正極P1及び負極P2の間において電気的に直列に接続されている。本実施形態では、上述したようにスイッチ5がnチャネルMOSFETであるので、制御端子6は、スイッチ5のゲート(又はゲートに接続された端子)である。具体的には、スイッチ5は、ゲート-ソース間の電圧が、所定の閾値電圧以下であればオフ状態となり、閾値電圧を超えるとオン状態になる。そのため、制御端子6の電位が、スイッチ5のソース電位に比較して、閾値電圧を超える電位差を生じるような電位になると、スイッチ5がオン状態になる。
ここにおいて、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5を介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2の基準点P0側の端子に電気的に接続されている(「n」は自然数)。本実施形態では、上述したように正極P1が基準点P0であるので、基準点P0側からn番目の負担回路3、蓄電部2は、それぞれ「負担回路3n」、「蓄電部2n」で表される。
要するに、基準点P0側からn+1番目の負担回路3においては、制御端子6は、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5を介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2に電気的に接続されている。具体的には、負担回路32の制御端子62は、1つ上位の負担回路31のスイッチ51と抵抗41との接続点、つまりスイッチ51のソースに接続されている。これにより、負担回路32の制御端子62は、負担回路31のスイッチ51を介して、蓄電部21の基準点P0(正極P1)側の端子に電気的に接続されることになる。同様に、負担回路33の制御端子63は、1つ上位の負担回路32のスイッチ52と抵抗42との接続点、つまりスイッチ52のソースに接続されている。これにより、負担回路33の制御端子63は、負担回路32のスイッチ52を介して、蓄電部22の基準点P0(正極P1)側の端子に電気的に接続されることになる。
また、制御端子6、及び蓄電部2の基準点P0側の端子等、本開示でいう「端子」は、電線等を接続するための部品でなくてもよく、例えば、電子部品のリード、又は回路基板に含まれる導体の一部等であってもよい。
上述したように、各負担回路3においては、スイッチ5のオン状態とオフ状態との切替えによって、対応する蓄電部2の放電を行う状態と行わない状態とが切り替わる。そして、複数の負担回路3の全てについて、スイッチ5がオンすることで、複数の蓄電部2の全てについて、対応する負担回路3での放電が行われることになる。このとき、複数の負担回路3における複数の抵抗4は、蓄電デバイス10の正極P1及び負極P2間において、電気的に直列に接続される。つまり、複数の負担回路31,32,33の全てにおいてスイッチ51,52,53がオン状態にあれば、複数の負担回路31,32,33の抵抗41,42,43は電気的に直列に接続されて複数の分圧抵抗となる。そして、正極P1及び負極P2間の電圧が複数の分圧抵抗(抵抗41,42,43)で分圧されて複数の蓄電部21,22,23の各々に印加される。
これにより、放電回路1は、バランス回路として機能し、蓄電デバイス10における各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3を、複数の蓄電部2間でのばらつきが小さくなるように調整できる。すなわち、本実施形態では、上述したように複数の抵抗41,42,43の抵抗値は略同値であるから、正極P1及び負極P2間の合成電圧V10(7.5〔V〕)が、複数の抵抗41,42,43にて3等分に分圧される。そのため、各抵抗4の両端間には、分圧された略同じ大きさの基準電圧(2.5〔V〕)が発生し、この電圧が各蓄電部2に印加されることで、各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3が基準電圧に近づくように調整される。
制御回路71は、複数の負担回路3における複数のスイッチ5を制御するための制御信号を出力する。ただし、本実施形態に係る放電回路1では、上述したように、最上位の負担回路31のスイッチ51がオンするだけで、残りの負担回路32,33のスイッチ52,53は自動的に順次オンする。そのため、制御回路71は、最上位の負担回路31のスイッチ51についてのみ、オン/オフの制御を行えばよい。
さらに、本実施形態に係る放電回路1は、バランス回路として機能するので、制御回路71は、複数の蓄電部2間での両端電圧V1,V2,V3のばらつきを監視する機能を有している。具体的には、制御回路71は、蓄電部21の両端電圧V1、蓄電部22の両端電圧V2、及び蓄電部23の両端電圧V3の各々を監視し、これらの両端電圧V1,V2,V3間のばらつき(差分)が許容範囲内か否かを判断する。両端電圧V1,V2,V3間のばらつきが許容範囲を超えた場合、制御回路71は、放電回路1のスイッチ5をオン状態とするように動作する。これにより、複数の蓄電部2間での両端電圧V1,V2,V3のばらつきが許容範囲を超える場合に、放電回路1が作動し、各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3が基準電圧に近づくように調整される。
また、本実施形態では、蓄電システム100は車両9に用いられる場合を想定しているため、制御回路71は、例えば、車両本体91の電源(イグニッション)のオン/オフに応じて、放電回路1のスイッチ5を制御する機能を更に有する。つまり、制御回路71は、車両本体91の電源がオフの場合、放電回路1のスイッチ5をオフ状態とするように動作する。これにより、車両本体91の電源がオフの場合においては、放電回路1は作動せず、蓄電システム100における消費電力を小さく抑えることが可能である。
そのため、本実施形態では、車両本体91の電源がオンであって、かつ複数の蓄電部2間での両端電圧V1,V2,V3のばらつきが許容範囲を超える場合にのみ、放電回路1が作動する。
制御回路71は、例えば、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含むコンピュータシステム(マイクロコントローラを含む)にて構成される。すなわち、プロセッサ(CPU)は、メモリに記録された適宜のプログラムを実行することにより、制御回路71として機能する。制御回路71は、例えば、車両本体91のECU(Electronic Control Unit)で実現されてもよい。
ドライバ回路72は、最上位の負担回路31のスイッチ51を駆動する回路である。ここでは、ドライバ回路72は、電源回路721及びトランジスタ722を有している。電源回路721は、例えば、チャージポンプ回路等のDCDCコンバータである。詳しくは後述するが、最上位の負担回路31のスイッチ51をオン状態とするために、合成電圧V10よりも大きな電圧を、負担回路31の制御端子61に印加する必要がある。そのため、電源回路721は、合成電圧V10を昇圧することにより、合成電圧V10よりも大きな電圧を生成する。トランジスタ722は、電源回路721と、負担回路31の制御端子61と、の間に挿入されており、制御回路71からの制御信号により制御される。トランジスタ722がオンすると、電源回路721の出力電圧が、トランジスタ722を介して、負担回路31の制御端子61に印加される。
検知部73は、複数の負担回路3のうち負極P2に最も近い負担回路33のスイッチ53の状態(オン状態とオフ状態とのいずれか)を検知する。言い換えれば、検知部73は、複数の負担回路3のうち基準点P0(正極P1)から最も遠い負担回路33のスイッチ53の状態を検知する。具体的には、検知部73は、負担回路33におけるスイッチ53と抵抗43との接続点、つまりスイッチ53のソースに接続されている。検知部73は、スイッチ53及び抵抗43の接続点と負極P2との間に、所定値以上の電圧が生じることをもって、スイッチ53がオン状態にあることを検知する。検知部73の出力は、スイッチ53の状態によって変化し、スイッチ53がオン状態にあればハイレベルとなり、スイッチ53がオフ状態にあればローレベルとなる。
異常判定部74は、複数の負担回路3のうち正極P1に最も近い負担回路31のスイッチ51の状態と、複数の負担回路3のうち負極P2に最も近い負担回路33のスイッチ53の状態と、を比較することで、複数の負担回路3の異常を判定する。負担回路33のスイッチ53の状態(オン状態とオフ状態とのいずれか)については、異常判定部74は、検知部73から取得する。負担回路31のスイッチ51の状態(オン状態とオフ状態とのいずれか)については、異常判定部74は、制御回路71から取得する。詳しくは後述するが、異常判定部74は、両者の状態が不一致であれば異常有りと判定する。本開示でいう「異常」は、いずれかのスイッチ5のオープン故障又はショート故障、いずれかの抵抗4のオープン故障又はショート故障、及びその他の回路の断線等である。異常判定部74の判定結果は、例えば、車両本体91のECUに出力され、負担回路3に異常が有る場合には、車両本体91のインジケータ等からユーザに報知される。
(2.2)動作
次に、上述した構成の蓄電システム100の動作について、図3A~図3Cを参照して説明する。図3A~図3Cでは、蓄電部21,22,23、及び負担回路31,32,33のみ図示し、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74等の図示を適宜省略している。また、図3A~図3Cでは、スイッチ5について一般的なスイッチの回路記号にて模式的に示している。
次に、上述した構成の蓄電システム100の動作について、図3A~図3Cを参照して説明する。図3A~図3Cでは、蓄電部21,22,23、及び負担回路31,32,33のみ図示し、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74等の図示を適宜省略している。また、図3A~図3Cでは、スイッチ5について一般的なスイッチの回路記号にて模式的に示している。
まず、図3Aに示すように、制御回路71(図1参照)からの制御信号により、最上位の負担回路31のスイッチ51がオンされる。スイッチ51がオンするためには、スイッチ51のゲート-ソース間に、閾値電圧を超える電圧が印加される必要がある。ここで、スイッチ51がオン状態にあれば、スイッチ51のソースは正極P1に接続されるため、スイッチ51のソースの電位は、合成電圧V10の高電位側の電位と同電位になる。そのため、負担回路31のスイッチ51をオン状態とするためには、負担回路31の制御端子61には、少なくとも合成電圧V10よりも大きな電圧が印加される必要がある。図3Aの例では、トランジスタ722(図1参照)がオンすることによって、電源回路721(図1参照)で昇圧された電圧Vc1(合成電圧V10よりも大きな電圧)が制御端子61に印加され、スイッチ51がオン状態に維持される。
そして、負担回路31のスイッチ51がオン状態にあれば、図3Aに示すように、負担回路31の抵抗41には、スイッチ51を通して蓄電部21から電流Id1が流れることになる。これにより、蓄電部21に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗41にて消費されることになり、蓄電部21の放電が行われる。
その後、図3Bに示すように、基準点P0(正極P1)から2番目の負担回路32のスイッチ52がオンする。このとき、スイッチ52は、スイッチ51がオンしたことに連動する形で、蓄電部21の電気エネルギーを利用してオンになる。すなわち、負担回路31のスイッチ51がオン状態になると、負担回路32の制御端子62と、蓄電部21の基準点P0側の端子と、の間がスイッチ51により導通する。そのため、スイッチ52のゲート-ソース間には、蓄電部21の両端電圧V1(図1参照)と、蓄電部22の両端電圧V2(図1参照)と、の合成電圧が印加されることになり、スイッチ52はオンする。
スイッチ52が一旦オンすれば、スイッチ52のゲート-ソース間には、負担回路31の抵抗41が接続されることになる。このとき、抵抗41には蓄電部21から電流Id1が流れているので、抵抗41の両端間には電圧降下により電位差が生じている。この電位差に相当する電圧がスイッチ52のゲート-ソース間に印加されるため、スイッチ52はオン状態に維持される。
そして、負担回路32のスイッチ52がオン状態にあれば、図3Bに示すように、負担回路32の抵抗42には、スイッチ52を通して蓄電部22から電流Id2が流れることになる。これにより、蓄電部22に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗42にて消費されることになり、蓄電部22の放電が行われる。
その後、図3Cに示すように、基準点P0(正極P1)から3番目の負担回路33のスイッチ53がオンする。このとき、スイッチ53は、スイッチ52がオンしたことに連動する形で、蓄電部22の電気エネルギーを利用してオンになる。すなわち、負担回路32のスイッチ52がオン状態になると、負担回路33の制御端子63と、蓄電部22の基準点P0側の端子と、の間がスイッチ52により導通する。そのため、スイッチ53のゲート-ソース間には、蓄電部22の両端電圧V2(図1参照)と、蓄電部23の両端電圧V3(図1参照)と、の合成電圧が印加されることになり、スイッチ53はオンする。
スイッチ53が一旦オンすれば、スイッチ53のゲート-ソース間には、負担回路32の抵抗42が接続されることになる。このとき、抵抗42には蓄電部22から電流Id2が流れているので、抵抗42の両端間には電圧降下により電位差が生じている。この電位差に相当する電圧がスイッチ53のゲート-ソース間に印加されるため、スイッチ53はオン状態に維持される。
そして、負担回路33のスイッチ53がオン状態にあれば、図3Cに示すように、負担回路33の抵抗43には、スイッチ53を通して蓄電部23から電流Id3が流れることになる。これにより、蓄電部23に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗43にて消費されることになり、蓄電部23の放電が行われる。
図3Cに示すように、複数のスイッチ51,52,53が全てオン状態にあれば、正極P1及び負極P2間の合成電圧V10が、複数の抵抗41,42,43にて分圧されるため、複数の蓄電部2間での両端電圧のばらつきが小さくなるように調整される。
このように、放電回路1においては、制御回路71が最上位の負担回路31のスイッチ51をオンするだけで、残りの負担回路32,33のスイッチ52,53は自動的にオンすることになる。同様に、放電回路1における複数の負担回路3のスイッチ5を全てオフする場合には、制御回路71は最上位の負担回路31のスイッチ51をオフするだけで、残りの負担回路32,33のスイッチ52,53は自動的にオフすることになる。結果的に、放電回路1においては、最上位の負担回路3のスイッチ5を制御するだけで、複数の負担回路3のスイッチ5を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
ところで、本実施形態では、異常判定部74により、複数の負担回路3の異常が以下のように判定される。すなわち、異常判定部74は、制御回路71から取得したスイッチ51の状態と、検知部73から取得したスイッチ53の状態と、の比較により複数の負担回路3の異常の有無を判定する。具体的には、負担回路31の制御端子61に印加される電圧Vc1と、検知部73の出力と、の関係に応じて、異常判定部74は、下記表1のように判定を行う。表1では、「H」がハイレベルを示し、「L」がローレベルを示す。
(3)変形例
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(3.1)第1変形例
実施形態1の第1変形例に係る蓄電システム100Aは、図4に示すように、放電回路1Aにおける複数の負担回路3のうちの少なくとも1つの負担回路3が、逆流制限素子75を更に有する点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。蓄電システム100Aにおける蓄電デバイス10Aは、実施形態1の蓄電デバイス10と同様の構成である。
実施形態1の第1変形例に係る蓄電システム100Aは、図4に示すように、放電回路1Aにおける複数の負担回路3のうちの少なくとも1つの負担回路3が、逆流制限素子75を更に有する点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。蓄電システム100Aにおける蓄電デバイス10Aは、実施形態1の蓄電デバイス10と同様の構成である。
逆流制限素子75は、抵抗4を通して制御端子6に流れる電流を制限する。図4の例では、逆流制限素子75は、複数の負担回路31,32,33の全てに設けられている。具体的には、逆流制限素子75は、各負担回路3において、抵抗4とスイッチ5との間に挿入されたダイオードにて実現される。逆流制限素子75のアノードはスイッチ5(のソース)に電気的に接続され、逆流制限素子75のカソードは抵抗4に電気的に接続されている。ここで、スイッチ5と抵抗4との接続点に電気的に接続される制御端子62,63は、逆流制限素子75のアノード(つまりスイッチ5と逆流制限素子75との接続点)に電気的に接続される。これにより、逆流制限素子75は、各負担回路3において、スイッチ5がオン状態であるときにスイッチ5を通して抵抗4に流れる電流Id1,Id2,Id3(図3C参照)の経路を形成しつつ、抵抗4からスイッチ5に逆流する電流を制限(阻止)する。
図4では、逆流制限素子75が電流を阻止する様子を、電流を点線で示し、かつ「×」印を付すことで概念的に表している。すなわち、逆流制限素子75により、基準点P0側からn+1番目の負担回路3においては、基準点P0側からn+1番目の蓄電部2からの電流が、基準点P0側からn番目の負担回路3の抵抗4を介して、制御端子6に流れ込むことが防止される。その結果、抵抗4からスイッチ5に逆流する電流の影響を受けず、スイッチ5のゲート-ソース間の電位差を確保することができ、スイッチ5を安定的にオン状態に維持可能となる。
(3.2)その他の変形例
以下、実施形態1の第1変形例以外の変形例を列挙する。
以下、実施形態1の第1変形例以外の変形例を列挙する。
蓄電デバイス10は、電気二重層キャパシタに限らず、例えば、以下に説明する構成を有する電気化学デバイスであってもよい。ここでいう電気化学デバイスは、正極部材と、負極部材と、非水電解液と、を備えている。正極部材は、正極集電体と、正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する。正極材料層は、アニオン(ドーパント)をドープ及び脱ドープする正極活物質として導電性高分子を含む。負極部材は、負極活物質を含む負極材料層を有する。負極活物質は、一例として、リチウムイオンの吸蔵及び放出を伴う酸化還元反応が進行する物質であり、具体的には、炭素材料、金属化合物、合金又はセラミックス材料等である。非水電解液は、一例として、リチウムイオン伝導性を有する。この種の非水電解液は、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶液と、を含んでいる。このような構成の電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ等に比べて、高いエネルギー密度を有する。
また、蓄電デバイス10は、上述した構成の電気化学デバイスに限らず、例えば、リチウムイオンキャパシタ等であってもよいし、キャパシタに限らず、リチウムイオン電池、鉛蓄電池又はリチウム電池等の二次電池であってもよい。さらに、蓄電デバイス10は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
また、各抵抗4は、抵抗値が一定の固定抵抗器に限らず、抵抗値が可変の可変抵抗器であってもよい。各抵抗4は、拡散抵抗のように、半導体デバイスに形成された抵抗成分であってもよい。各抵抗4は、単一の素子に限らず、例えば、複数の電気抵抗素子を電気的に直列又は並列に接続した合成抵抗にて実現されてもよい。さらに、例えば、集合抵抗器のように、複数の抵抗41,42,43が一体化された構成であってもよい。
また、各スイッチ5は、エンハンスメント形のnチャネルMOSFETに限らず、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はサイリスタ等であってもよい。さらに、各スイッチ5は、GaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップの半導体材料を用いた半導体スイッチング素子であってもよい。また、各スイッチ5は、半導体素子に限らず、例えば、半導体スイッチング素子を用いた半導体リレー(SSR:Solid-State Relay)、又はメカニカルリレーの接点にて構成されてもよい。さらに、各スイッチ5は、単一の素子に限らず、例えば、複数の半導体スイッチング素子を電気的に直列に接続した構成にて実現されてもよい。
また、放電回路1は、3つの負担回路3を備える構成に限らず、2つ又は4つ以上の負担回路3を備えていてもよい。さらに、蓄電デバイス10は、3つの蓄電部2(セル)を含む構成に限らず、2つ又は4つ以上の蓄電部2を含んでいてもよい。ここで、放電回路1は、蓄電デバイス10に含まれる複数のセルと同数の負担回路3を備える構成に限らない。すなわち、複数のセルの一部のみが複数の蓄電部2を構成する場合に、放電回路1は、これら複数の蓄電部2にそれぞれ対応する複数の負担回路3を備えていてもよい。
また、蓄電システム100は、自動車(四輪車)及び二輪車に限らず、例えば、電車又は電動カート等の車両に搭載されてもよい。さらに、蓄電システム100は、車両に限らず、航空機、ドローン、建設機械又は船舶等の移動体に搭載されてもよい。
また、蓄電システム100は移動体に限らず、例えば、太陽電池又は蓄電池等の分散電源からの直流電力を交流電力に変換して負荷102(家電機器等の設備機器、又は電力系統)に出力するパワーコンディショナ等に用いられてもよい。
また、蓄電システム100の複数の構成要素が、1つの筐体内に収容されていることは蓄電システム100に必須の構成ではなく、蓄電システム100の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。例えば、蓄電システム100は、蓄電デバイス10と、放電回路1と、が別々の筐体に設けられていてもよい。
また、放電回路1はバランス回路として機能する構成に限らず、例えば、単に蓄電デバイス10の放電を行う構成であってもよい。
(実施形態2)
本実施形態に係る蓄電システム100Bは、図5に示すように、基準点P0が負極P2である点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。蓄電システム100Bにおける蓄電デバイス10Bは、実施形態1の蓄電デバイス10と同様の構成である。
本実施形態に係る蓄電システム100Bは、図5に示すように、基準点P0が負極P2である点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。蓄電システム100Bにおける蓄電デバイス10Bは、実施形態1の蓄電デバイス10と同様の構成である。
本実施形態では、放電回路1Bにおける複数の負担回路3の各々は、抵抗4及びスイッチ5Bと、制御端子6と、を有している。抵抗4及びスイッチ5Bは、実施形態1の抵抗4及びスイッチ5と同様に、複数の蓄電部2の各々の両端間に電気的に直列に接続されている。ただし、本実施形態では、複数の負担回路3の各々における抵抗4及びスイッチ5Bの直列回路は、対応する蓄電部2の両端間において、蓄電部2の正極P1側の端子から見て、抵抗4、スイッチ5Bの順に接続されている。言い換えれば、複数の負担回路3の各々において、対応する蓄電部2の正極P1側の端子には、スイッチ5Bを介して抵抗4が電気的に接続される。
本実施形態では、スイッチ5Bは、一例として、エンハンスメント形のpチャネルMOSFETからなる半導体素子である。このスイッチ5Bは、寄生ダイオードを有しているので、寄生ダイオードを通して正極P1から負極P2に電流が流れないように、蓄電デバイス10の正極P1及び負極P2間において、寄生ダイオードのカソードが正極P1側となる向きに接続されている。つまり、スイッチ5Bは、蓄電部2の両端間において、ソースが正極P1側、ドレインが負極P2側となるように接続されている。具体的には、負担回路31のスイッチ51Bのソースは、抵抗41を介して蓄電部21の正極P1側の端子(正極P1と同じ)に接続され、スイッチ51Bのドレインは蓄電部21の負極P2側の端子に接続されている。同様に、負担回路32のスイッチ52Bのソースは、抵抗42を介して蓄電部22の正極P1側の端子に接続され、スイッチ52Bのドレインは蓄電部22の負極P2側の端子に接続されている。負担回路33のスイッチ53Bのソースは、抵抗43を介して蓄電部23の正極P1側の端子に接続され、スイッチ53Bのドレインは蓄電部23の負極P2側の端子(負極P2と同じ)に接続されている。
本実施形態では、上述したようにスイッチ5BがpチャネルMOSFETであるので、制御端子6は、スイッチ5Bのゲート(又はゲートに接続された端子)である。具体的には、スイッチ5Bは、ソース-ゲート間の電圧が、所定の閾値電圧以下であればオフ状態となり、閾値電圧を超えるとオン状態になる。そのため、制御端子6の電位が、スイッチ5Bのソース電位に比較して、閾値電圧を超える電位差を生じるような電位になると、スイッチ5Bがオン状態になる。
ここにおいて、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5Bを介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2の基準点P0側の端子に電気的に接続されている(「n」は自然数)。本実施形態では、上述したように負極P2が基準点P0であるので、基準点P0側からn番目の負担回路3、蓄電部2は、「m=4-n」を用いて、それぞれ「負担回路3m」、「蓄電部2m」で表される。
要するに、基準点P0側からn+1番目の負担回路3においては、制御端子6は、基準点P0側からn番目の負担回路3のスイッチ5Bを介して、基準点P0側からn番目の蓄電部2に電気的に接続されている。具体的には、負担回路32の制御端子62は、1つ上位の負担回路33のスイッチ53Bと抵抗43との接続点、つまりスイッチ53Bのソースに接続されている。これにより、負担回路32の制御端子62は、負担回路33のスイッチ53Bを介して、蓄電部23の基準点P0(負極P2)側の端子に電気的に接続されることになる。同様に、負担回路31の制御端子61は、1つ上位の負担回路32のスイッチ52Bと抵抗42との接続点、つまりスイッチ52Bのソースに接続されている。これにより、負担回路31の制御端子61は、負担回路32のスイッチ52Bを介して、蓄電部22の基準点P0(負極P2)側の端子に電気的に接続されることになる。
上記構成によれば、基準点P0(負極P2)側からn番目の負担回路3のスイッチ5Bがオンすると、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6は、基準点P0側からn番目の蓄電部2の基準点P0側の端子に電気的に接続される。このとき、基準点P0側からn+1番目の負担回路3の制御端子6の電位が、蓄電部2によって変化することで、基準点P0側からn+1番目の負担回路3のスイッチ5Bがオンする。言い換えれば、複数のスイッチ5Bの各々は、1つ上位の負担回路3のスイッチ5がオンすることで、1つ上位の蓄電部2に蓄積された電気エネルギーを利用してオンすることになる。図5の例においては、負担回路32のスイッチ52Bは、負担回路33のスイッチ53Bがオンすると、これに連動して、蓄電部23の電気エネルギーを利用してオンになる。同様に、負担回路31のスイッチ51Bは、負担回路32のスイッチ52Bがオンすると、これに連動して、蓄電部22の電気エネルギーを利用してオンになる。
本実施形態では、ドライバ回路72は、最上位の負担回路33のスイッチ53Bを駆動する回路である。ここでは、ドライバ回路72は、トランジスタ722及び抵抗723を有している。トランジスタ722及び抵抗723の接続点は、負担回路33の制御端子63に電気的に接続されている。トランジスタ722及び抵抗723の直列回路には基準電圧Vccが印加されており、トランジスタ722がオンすると、負担回路33の制御端子63は基準点P0(負極P2)に電気的に接続される。
次に、上述した構成の放電回路1Bの動作について、図6A~図6Cを参照して説明する。図6A~図6Cでは、蓄電部21,22,23、及び負担回路31,32,33のみ図示し、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74等の図示を適宜省略している。また、図6A~図6Cでは、スイッチ5Bについて一般的なスイッチの回路記号にて模式的に示している。
まず、図6Aに示すように、制御回路71(図5参照)からの制御信号により、最上位の負担回路33のスイッチ53Bがオンされる。このとき、トランジスタ722(図5参照)がオンすることによって、スイッチ53Bのゲート-ソース間には、蓄電部23の両端電圧V3(図5参照)が印加されることになり、スイッチ53Bはオン状態に維持される。
そして、負担回路33のスイッチ53Bがオン状態にあれば、図6Aに示すように、負担回路33の抵抗43には、スイッチ53Bを通して蓄電部23から電流Id3が流れることになる。これにより、蓄電部23に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗43にて消費されることになり、蓄電部23の放電が行われる。
その後、図6Bに示すように、基準点P0(負極P2)から2番目の負担回路32のスイッチ52Bがオンする。このとき、スイッチ52Bは、スイッチ53Bがオンしたことに連動する形で、蓄電部23の電気エネルギーを利用してオンになる。すなわち、負担回路33のスイッチ53Bがオン状態になると、負担回路32の制御端子62と、蓄電部23の基準点P0側の端子と、の間がスイッチ53Bにより導通する。そのため、スイッチ52Bのゲート-ソース間には、蓄電部23の両端電圧V3(図5参照)と、蓄電部22の両端電圧V2(図5参照)と、の合成電圧が印加されることになり、スイッチ52Bはオンする。
スイッチ52Bが一旦オンすれば、スイッチ52Bのゲート-ソース間には、負担回路33の抵抗43が接続されることになる。このとき、抵抗43には蓄電部23から電流Id3が流れているので、抵抗43の両端間には電圧降下により電位差が生じている。この電位差に相当する電圧がスイッチ52Bのゲート-ソース間に印加されるため、スイッチ52Bはオン状態に維持される。
そして、負担回路32のスイッチ52Bがオン状態にあれば、図6Bに示すように、負担回路32の抵抗42には、スイッチ52Bを通して蓄電部22から電流Id2が流れることになる。これにより、蓄電部22に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗42にて消費されることになり、蓄電部22の放電が行われる。
その後、図6Cに示すように、基準点P0(負極P2)から3番目の負担回路31のスイッチ51Bがオンする。このとき、スイッチ51Bは、スイッチ52Bがオンしたことに連動する形で、蓄電部22の電気エネルギーを利用してオンになる。すなわち、負担回路32のスイッチ52Bがオン状態になると、負担回路31の制御端子61と、蓄電部22の基準点P0側の端子と、の間がスイッチ52Bにより導通する。そのため、スイッチ51Bのゲート-ソース間には、蓄電部22の両端電圧V2(図5参照)と、蓄電部21の両端電圧V1(図5参照)と、の合成電圧が印加されることになり、スイッチ51Bはオンする。
スイッチ51Bが一旦オンすれば、スイッチ51Bのゲート-ソース間には、負担回路32の抵抗42が接続されることになる。このとき、抵抗42には蓄電部22から電流Id2が流れているので、抵抗42の両端間には電圧降下により電位差が生じている。この電位差に相当する電圧がスイッチ51Bのゲート-ソース間に印加されるため、スイッチ51Bはオン状態に維持される。
そして、負担回路31のスイッチ51Bがオン状態にあれば、図6Cに示すように、負担回路31の抵抗41には、スイッチ51Bを通して蓄電部21から電流Id1が流れることになる。これにより、蓄電部21に蓄積されている電気エネルギーは、抵抗41にて消費されることになり、蓄電部21の放電が行われる。
このように、放電回路1Bにおいては、制御回路71が最上位の負担回路33のスイッチ53Bをオンするだけで、残りの負担回路32,31のスイッチ52B,51Bは自動的にオンすることになる。同様に、放電回路1Bにおける複数の負担回路3のスイッチ5Bを全てオフする場合には、制御回路71は最上位の負担回路33のスイッチ53Bをオフするだけで、残りの負担回路32,31のスイッチ52B,51Bは自動的にオフすることになる。結果的に、放電回路1Bにおいては、最上位の負担回路3のスイッチ5を制御するだけで、複数の負担回路3のスイッチ5を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
本実施形態に係る放電回路1Bによれば、最上位の負担回路33のスイッチ53Bをオンする際に、スイッチ53Bのゲートを基準点P0(負極P2)に接続すればよいので、実施形態1のような電源回路721は不要となる。したがって、ドライバ回路72の構成の簡略化を図ることができる。
また、本実施形態においても、実施形態1の第1変形例と同様に、複数の負担回路3のうちの少なくとも1つの負担回路3が、逆流制限素子75(図4参照)を更に有していてもよい。この場合、逆流制限素子75は、各負担回路3において、抵抗4とスイッチ5Bとの間に挿入されたダイオードにて実現される。逆流制限素子75のカソードはスイッチ5B(のソース)に電気的に接続され、逆流制限素子75のアノードは抵抗4に電気的に接続されている。ここで、スイッチ5Bと抵抗4との接続点に電気的に接続される制御端子61,62は、逆流制限素子75のカソード(つまりスイッチ5Bと逆流制限素子75との接続点)に電気的に接続される。これにより、逆流制限素子75は、各負担回路3において、スイッチ5Bがオン状態であるときにスイッチ5Bを通して抵抗4に流れる電流Id1,Id2,Id3(図6C参照)の経路を形成しつつ、抵抗4からスイッチ5Bに逆流する電流を制限(阻止)する。
実施形態2で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1で説明した構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて適用可能である。
(実施形態3)
本実施形態に係る蓄電システム100Cは、図7に示すように、複数の蓄電部2は、第1の蓄電部201と、第2の蓄電部202と、を含む点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本実施形態に係る蓄電システム100Cは、図7に示すように、複数の蓄電部2は、第1の蓄電部201と、第2の蓄電部202と、を含む点で、実施形態1に係る蓄電システム100と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
図7では、蓄電デバイス10C、及び負担回路31,32,33のみ図示し、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74等の図示を適宜省略している。また、図7では、スイッチ5について一般的なスイッチの回路記号にて模式的に示している。
第1の蓄電部201は、電気的に直列に接続された一対の第1セルC1からなる。また、第2の蓄電部202は、電気的に直列に接続された一対の第2セルC2からなる。また、本実施形態においては、蓄電デバイス10Cは、電気的に直列に接続された一対の第3セルC3からなる第3の蓄電部203を更に備えている。一対の第1セルC1は、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続されている。同様に、一対の第2セルC2は、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続され、一対の第3セルC3は、正極P1及び負極P2の間に電気的に直列に接続されている。つまり、実施形態1では、複数のセルの各々が蓄電部2を構成するのに対し、本実施形態では、複数のセルを2個ずつのペアに分けた場合の各組のセルが蓄電部2を構成する。
ここで、第1の蓄電部201及び第2の蓄電部202は、第1の蓄電部201が基準点P0(正極P1)側となるように、正極P1及び負極P2の間において直接的に直列に接続されている。すなわち、第1の蓄電部201の負極P2側の端子には、第2の蓄電部202の正極P1側の端子が直接的に接続されている。本実施形態では、第3の蓄電部203は、第2の蓄電部202と負極P2との間に電気的に接続されている。第1の蓄電部201、第2の蓄電部202及び第3の蓄電部203は、正極P1及び負極P2の間において、正極P1から見て、第1の蓄電部201、第2の蓄電部202、第3の蓄電部203の順で電気的に直列に接続されている。
ここで、各セル(第1セルC1、第2セルC2及び第3セルC3の各々)の両端電圧の定格電圧は、例えば、2.5〔V〕である。そのため、各蓄電部2(第1の蓄電部201、第2の蓄電部202及び第3の蓄電部203)の両端電圧V1,V2,V3の定格電圧は、例えば、5.0〔V〕である。そのため、3つの蓄電部2が電気的に直列接続された構成において、全ての蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3が定格電圧にあれば、正極P1と負極P2との間には、15〔V〕の合成電圧V10が発生する。
図7の例において、放電回路1Cの構成は、実施形態1に係る放電回路1と基本的に同様である。すなわち、放電回路1Cにおける複数の負担回路3は、それぞれ対応する蓄電部2に電気的に並列に接続されている。つまり、図7に示すように、第1の蓄電部201には負担回路31が、第2の蓄電部202には負担回路32が、第3の蓄電部203には負担回路33が、それぞれ電気的に並列に接続されている。
複数の負担回路31,32,33の全てにおいてスイッチ51,52,53がオン状態にあれば、複数の負担回路31,32,33の抵抗41,42,43は電気的に直列に接続されて複数の分圧抵抗となる。そして、正極P1及び負極P2間の電圧が複数の分圧抵抗(抵抗41,42,43)で分圧されて複数の蓄電部2の各々に印加される。
これにより、放電回路1は、バランス回路として機能し、蓄電デバイス10における各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3を、複数の蓄電部2間でのばらつきが小さくなるように調整できる。すなわち、本実施形態では、複数の抵抗41,42,43の抵抗値は略同値であって、正極P1及び負極P2間の合成電圧V10(15〔V〕)が、複数の抵抗41,42,43にて3等分に分圧される。そのため、各抵抗4の両端間には、分圧された略同じ大きさの基準電圧(5.0〔V〕)が発生し、この電圧が各蓄電部2に印加されることで、各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3が基準電圧に近づくように調整される。
この構成によれば、例えば、各セル(第1セルC1、第2セルC2及び第3セルC3の各々)の両端電圧の定格電圧が比較的小さい場合であっても、スイッチ5のゲート-ソース間に印加される電圧が比較的大きくなる。したがって、各蓄電部2の両端電圧V1,V2,V3にてスイッチ5を駆動する場合において、スイッチ5のゲート-ソース間に、閾値電圧よりも十分に大きな電圧を印加でき、スイッチ5の制御が安定する、という利点がある。
図8は、本実施形態3の変形例に係る蓄電システム100Dの構成を示す概略図である。図8に示す蓄電システム100Dは、放電回路1Dが、少なくとも1つ(図8の例では2つ)の補助負担回路30を更に備える。以下、実施形態3と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
図8では、蓄電デバイス10D、負担回路31,32,33、及び補助負担回路30のみ図示し、制御回路71、ドライバ回路72、検知部73、及び異常判定部74等の図示を適宜省略している。また、図8では、スイッチ5、及び補助スイッチ50について一般的なスイッチの回路記号にて模式的に示している。
ここで、複数の補助負担回路30の各々は、負担回路3に対応する構成を有している。すなわち、複数の補助負担回路30の各々は、補助抵抗40及び補助スイッチ50と、補助制御端子60と、を有する。補助抵抗40及び補助スイッチ50は、電気的に直列に接続される。補助制御端子60は、電位に応じて補助スイッチ50を制御する。複数の補助負担回路30は、正極P1及び負極P2の間において電気的に直列に接続されている。各補助スイッチ50は、例えば、エンハンスメント形のnチャネルMOSFETからなる半導体素子である。
複数の補助負担回路30を区別する場合には、複数の補助負担回路30の各々について、正極P1側から順に「補助負担回路301」、「補助負担回路302」という。さらに、各補助負担回路30の補助抵抗40を区別する場合、補助負担回路301,302の補助抵抗40をそれぞれ「補助抵抗401」、「補助抵抗402」という。同様に、補助負担回路301,302の補助スイッチ50をそれぞれ「補助スイッチ501」、「補助スイッチ502」といい、補助負担回路301,302の補助制御端子60をそれぞれ「補助制御端子601」、「補助制御端子602」という。
ここで、補助負担回路301の補助抵抗401及び補助スイッチ501は、一対の第1セルC1の中点と、一対の第2セルC2の中点と、の間に電気的に直列に接続されている。言い換えれば、放電回路1Dは、一対の第1セルC1の中点M1と、一対の第2セルC2の中点M2と、の間に電気的に直列に接続される補助抵抗40及び補助スイッチ50を備えている。また、補助負担回路302の補助抵抗402及び補助スイッチ502は、一対の第2セルC2の中点M2と、一対の第3セルC3の中点M3と、の間に電気的に直列に接続されている。
この構成によれば、複数の補助負担回路30の全てについて、補助スイッチ50がオンすることで、中点M1及び中点M3の間にあるセルについて、補助負担回路30での放電が行われることになる。このとき、複数の補助負担回路30における複数の補助抵抗40は、蓄電デバイス10Dの正極P1及び負極P2間において、電気的に直列に接続される。つまり、複数の補助負担回路301,302の全てにおいて補助スイッチ501,502がオン状態にあれば、複数の補助負担回路301,302の補助抵抗401,402は電気的に直列に接続されて複数の分圧抵抗となる。そして、中点M1-M3間の電圧が複数の分圧抵抗(補助抵抗401,402)で分圧されて、中点M1-M2間、及び中点M2-M3間の各々に印加される。
これにより、複数の補助負担回路301,302は、バランス回路として機能し、蓄電デバイス10Dにおける各セルの両端電圧を、複数のセル間でのばらつきが小さくなるように調整できる。すなわち、図8の例では、複数の補助抵抗401,402の抵抗値が略同値であって、中点M1-M3間の電圧(10.0〔V〕)が、複数の補助抵抗401,402にて2等分に分圧される。そのため、各補助抵抗40の両端間には、分圧された略同じ大きさの基準電圧(5.0〔V〕)が発生し、この電圧が中点M1-M2間、及び中点M2-M3間の各々に印加されることで、各セルの両端電圧が基準電圧に近づくように調整される。具体的には、補助負担回路301は、低電位側の第1セルC1と高電位側の第2セルC2との直列回路に対して、補助抵抗401の両端電圧を印加する。補助負担回路302は、低電位側の第2セルC2と高電位側の第3セルC3との直列回路に対して、補助抵抗402の両端電圧を印加する。
要するに、複数の補助負担回路30は、複数の負担回路3とは異なる組み合わせのセル間において、各セルの両端電圧のばらつきが小さくなるように各セルの両端電圧を調整する。その結果、放電回路1Dによれば、複数の補助負担回路30が無い構成に比べて、より細かい単位で、蓄電デバイス10Dにおける複数のセル間での各セルの両端電圧のばらつきを小さく調整可能である。
さらに、図8の例では、補助負担回路302の補助制御端子602は、1つ上位の補助負担回路301の補助スイッチ501と補助抵抗401との接続点に接続されている。補助負担回路301の補助制御端子602は、ドライバ回路72(図1参照)に電気的に接続されている。図8の例では、トランジスタ722(図1参照)がオンすることによって、電源回路721(図1参照)で昇圧された電圧Vc2が補助制御端子601に印加され、補助スイッチ501がオン状態に維持される。これにより、補助負担回路302の補助制御端子602は、補助負担回路301の補助スイッチ501を介して、一対の第1セルC1の中点M1に電気的に接続されることになる。そのため、複数の補助負担回路30においても、複数の負担回路3と同様に、最上位の補助負担回路301の補助スイッチ501がオンするだけで、残りの補助負担回路302の補助スイッチ502は自動的にオンする。そのため、制御回路71は、最上位の補助負担回路301の補助スイッチ501についてのみ、オン/オフの制御を行えばよい。
また、実施形態3の他の変形例として、複数の蓄電部2は、一対の第1セルC1からなる第1の蓄電部201と、一対の第2セルC2からなる第2の蓄電部202と、を含んでいればよく、第3の蓄電部203は適宜省略可能である。さらに、複数の蓄電部2は、一対の第3セルC3からなる第3の蓄電部203に加えて、又は第3の蓄電部203に代えて、1又は複数のセルからなる蓄電部を備えていてもよい。
実施形態3で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1で説明した構成(変形例を含む)及び実施形態2で説明した構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて適用可能である。
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係る蓄電デバイス(10,10A~10D)用の放電回路(1,1A~1D)は、正極(P1)及び負極(P2)の間に電気的に直列に接続された複数の蓄電部(2)を含む蓄電デバイス(10,10A~10D)用である。この放電回路(1,1A~1D)は、それぞれ複数の蓄電部(2)に電気的に並列に接続される複数の負担回路(3)を備える。複数の負担回路(3)の各々は、複数の蓄電部(2)の各々の両端間に電気的に直列に接続される抵抗(4)及びスイッチ(5,5B)と、電位に応じてスイッチ(5,5B)を制御する制御端子(6)と、を有する。複数の負担回路(3)は、正極(P1)及び負極(P2)の間において電気的に直列に接続されている。複数の負担回路(3)のうち基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)は、複数の負担回路(3)のうち基準点(P0)側からn番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を介して、複数の蓄電部(2)のうち基準点(P0)側からn番目の蓄電部(2)の基準点(P0)側の端子に電気的に接続される。基準点(P0)は、正極(P1)又は負極(P2)からなる。
以上説明したように、第1の態様に係る蓄電デバイス(10,10A~10D)用の放電回路(1,1A~1D)は、正極(P1)及び負極(P2)の間に電気的に直列に接続された複数の蓄電部(2)を含む蓄電デバイス(10,10A~10D)用である。この放電回路(1,1A~1D)は、それぞれ複数の蓄電部(2)に電気的に並列に接続される複数の負担回路(3)を備える。複数の負担回路(3)の各々は、複数の蓄電部(2)の各々の両端間に電気的に直列に接続される抵抗(4)及びスイッチ(5,5B)と、電位に応じてスイッチ(5,5B)を制御する制御端子(6)と、を有する。複数の負担回路(3)は、正極(P1)及び負極(P2)の間において電気的に直列に接続されている。複数の負担回路(3)のうち基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)は、複数の負担回路(3)のうち基準点(P0)側からn番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を介して、複数の蓄電部(2)のうち基準点(P0)側からn番目の蓄電部(2)の基準点(P0)側の端子に電気的に接続される。基準点(P0)は、正極(P1)又は負極(P2)からなる。
この態様によれば、基準点(P0)側からn番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすると、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)は、基準点(P0)側からn番目の蓄電部(2)の基準点(P0)側の端子に接続される。このとき、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)の電位が、蓄電部(2)によって変化することで、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンする。言い換えれば、複数のスイッチ(5,5B)の各々は、1つ上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすることで、1つ上位の蓄電部(2)に蓄積された電気エネルギーを利用してオンする。結果的に、放電回路(1,1A~1D)によれば、最上位の負担回路3のスイッチ(5,5B)がオンするだけで、残りの負担回路(3)のスイッチ(5,5B)は自動的にオンする。このように、放電回路(1,1A~1D)によれば、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)が、互いに連動して、上位から下位に向けてドミノ式にオンする。したがって、最上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を制御するだけで、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
第2の態様に係る放電回路(1,1A~1D)は、第1の態様において、複数の負担回路(3)の全てにおいてスイッチ(5,5B)がオン状態にあれば、複数の負担回路(3)の抵抗(4)は電気的に直列に接続されて複数の分圧抵抗となる。さらに、正極(P1)及び負極(P2)間の電圧が複数の分圧抵抗で分圧されて複数の蓄電部(2)の各々に印加される。
この態様によれば、放電回路(1,1A~1D)は、バランス回路として機能し、蓄電デバイス(10,10A~10D)における各蓄電部(2)の両端電圧を、複数の蓄電部(2)間でのばらつきが小さくなるように調整できる。
第3の態様に係る放電回路(1,1A~1D)では、第1又は2の態様において、基準点(P0)は正極(P1)である。
この態様によれば、正極(P1)に最も近いスイッチ(5,5B)がオンするだけで、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)が、正極(P1)から負極(P2)に向けてドミノ式にオンする。この態様では、スイッチ(5,5B)は、例えば、nチャネルMOSFET等で実現可能である。
第4の態様に係る放電回路(1,1A~1D)では、第1又は2の態様において、基準点(P0)は負極(P2)である。
この態様によれば、負極(P2)に最も近いスイッチ(5,5B)がオンするだけで、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)が、負極(P2)から正極(P1)に向けてドミノ式にオンする。この態様では、負極(P2)に最も近いスイッチ(5,5B)をオンするために、例えば、チャージポンプ回路のような電源回路が不要であって、ドライバ回路の構成の簡略化を図ることができる。
第5の態様に係る放電回路(1,1A~1D)は、第1~4のいずれかの態様において、異常判定部(74)を更に備える。異常判定部(74)は、複数の負担回路(3)のうち正極(P1)に最も近い負担回路(3)のスイッチ(5,5B)の状態と、複数の負担回路(3)のうち負極(P2)に最も近い負担回路(3)のスイッチ(5,5B)の状態と、を比較する。これにより、異常判定部(74)は、複数の負担回路(3)の異常を判定する。
この態様によれば、異常判定部(74)では、2つのスイッチ(5,5B)の状態を比較するだけで、複数の負担回路(3)の異常を判定することが可能である。
第6の態様に係る放電回路(1,1A~1D)では、第1~5のいずれかの態様において、複数の負担回路(3)のうちの少なくとも1つの負担回路(3)は、逆流制限素子(75)を更に有する。逆流制限素子(75)は、抵抗(4)を通して制御端子(6)に流れる電流を制限する。
この態様によれば、スイッチ(5,5B)をオン状態に維持するための電位差を確保しやすくなり、スイッチ(5,5B)を安定的にオン状態に維持可能となる。
第7の態様に係る放電回路(1,1A~1D)では、第1~6のいずれかの態様において、複数の蓄電部(2)は、第1の蓄電部(201)と、第2の蓄電部(202)と、を含む。第1の蓄電部(201)は、電気的に直列に接続された一対の第1セル(C1)からなる。第2の蓄電部(202)は、電気的に直列に接続された一対の第2セル(C2)からなる。第1の蓄電部(201)及び第2の蓄電部(202)は、第1の蓄電部(201)が基準点(P0)側となるように、正極(P1)及び負極(P2)の間において直接的に直列に接続されている。
この態様によれば、例えば、各セルの両端電圧の定格電圧が比較的小さい場合であっても、スイッチ(5,5B)をオン状態に維持するための電位差を確保しやすくなり、スイッチ(5,5B)を安定的にオン状態に維持可能となる。
第8の態様に係る放電回路(1,1A~1D)は、第7の態様において、補助抵抗(40)及び補助スイッチ(50)を更に備える。補助抵抗(40)及び補助スイッチ(50)は、一対の第1セル(C1)の中点(M1)と、一対の第2セル(C2)の中点(M2)と、の間に電気的に直列に接続される。
この態様によれば、より細かい単位で、蓄電デバイス(10,10A~10D)における複数のセル間での各セルの両端電圧のばらつきを小さく調整可能である。
第9の態様に係る蓄電システム(100,100A~100D)は、第1~8のいずれかの態様に係る放電回路(1,1A~1D)と、蓄電デバイス(10,10A~10D)と、を備える。
この態様によれば、基準点(P0)側からn番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすると、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)は、基準点(P0)側からn番目の蓄電部(2)の基準点(P0)側の端子に接続される。このとき、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)の電位が、蓄電部(2)によって変化することで、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンする。言い換えれば、複数のスイッチ(5,5B)の各々は、1つ上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすることで、1つ上位の蓄電部(2)に蓄積された電気エネルギーを利用してオンする。結果的に、蓄電システム(100,100A~100D)によれば、最上位の負担回路3のスイッチ(5,5B)がオンするだけで、残りの負担回路(3)のスイッチ(5,5B)は自動的にオンする。このように、蓄電システム(100,100A~100D)によれば、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)が、互いに連動して、上位から下位に向けてドミノ式にオンする。したがって、最上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を制御するだけで、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
第10の態様に係る車両(9)は、第9の態様に係る蓄電システム(100,100A~100D)と、蓄電システム(100,100A~100D)を搭載する車両本体(91)と、を備える。
この態様によれば、基準点(P0)側からn番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすると、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)は、基準点(P0)側からn番目の蓄電部(2)の基準点(P0)側の端子に接続される。このとき、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)の制御端子(6)の電位が、蓄電部(2)によって変化することで、基準点(P0)側からn+1番目の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンする。言い換えれば、複数のスイッチ(5,5B)の各々は、1つ上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)がオンすることで、1つ上位の蓄電部(2)に蓄積された電気エネルギーを利用してオンする。結果的に、車両(9)によれば、最上位の負担回路3のスイッチ(5,5B)がオンするだけで、残りの負担回路(3)のスイッチ(5,5B)は自動的にオンする。このように、車両(9)によれば、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)が、互いに連動して、上位から下位に向けてドミノ式にオンする。したがって、最上位の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を制御するだけで、複数の負担回路(3)のスイッチ(5,5B)を全て制御することができ、回路構成の簡略化を図ることが可能である。
第2~8の態様に係る構成については、放電回路(1,1A~1D)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
1,1A~1D (蓄電デバイス用の)放電回路
2 蓄電部
3 負担回路
4 抵抗
5,5B スイッチ
6 制御端子
9 車両
10,10A~10D 蓄電デバイス
74 異常判定部
75 逆流制限素子
91 車両本体
100,100A~100D 蓄電システム
201 第1の蓄電部
202 第2の蓄電部
C1 第1セル
C2 第2セル
M1,M2,M3 中点
P0 基準点
P1 正極
P2 負極
2 蓄電部
3 負担回路
4 抵抗
5,5B スイッチ
6 制御端子
9 車両
10,10A~10D 蓄電デバイス
74 異常判定部
75 逆流制限素子
91 車両本体
100,100A~100D 蓄電システム
201 第1の蓄電部
202 第2の蓄電部
C1 第1セル
C2 第2セル
M1,M2,M3 中点
P0 基準点
P1 正極
P2 負極
Claims (10)
- 正極及び負極の間に電気的に直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電デバイス用の放電回路であって、
それぞれ前記複数の蓄電部に電気的に並列に接続される複数の負担回路を備え、
前記複数の負担回路の各々は、前記複数の蓄電部の各々の両端間に電気的に直列に接続される抵抗及びスイッチと、電位に応じて前記スイッチを制御する制御端子と、を有し、
前記複数の負担回路は、前記正極及び前記負極の間において電気的に直列に接続されており、
前記複数の負担回路のうち前記正極又は前記負極からなる基準点側からn+1番目の負
担回路の前記制御端子は、前記複数の負担回路のうち前記基準点側からn番目の負担回路の前記スイッチを介して、前記複数の蓄電部のうち前記基準点側からn番目の蓄電部の前記基準点側の端子に電気的に接続される、
蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記複数の負担回路の全てにおいて前記スイッチがオン状態にあれば、
前記複数の負担回路の前記抵抗は電気的に直列に接続されて複数の分圧抵抗となり、
前記正極及び前記負極間の電圧が前記複数の分圧抵抗で分圧されて前記複数の蓄電部の各々に印加される、
請求項1に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記基準点は前記正極である、
請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記基準点は前記負極である、
請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記複数の負担回路のうち前記正極に最も近い負担回路の前記スイッチの状態と、前記複数の負担回路のうち前記負極に最も近い負担回路の前記スイッチの状態と、を比較することで、前記複数の負担回路の異常を判定する異常判定部を更に備える、
請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記複数の負担回路のうちの少なくとも1つの負担回路は、前記抵抗を通して前記制御端子に流れる電流を制限する逆流制限素子を更に有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記複数の蓄電部は、
電気的に直列に接続された一対の第1セルからなる第1の蓄電部と、
電気的に直列に接続された一対の第2セルからなる第2の蓄電部と、を含み、
前記第1の蓄電部及び前記第2の蓄電部は、前記第1の蓄電部が前記基準点側となるように、前記正極及び前記負極の間において直接的に直列に接続されている、
請求項1~6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 前記一対の第1セルの中点と、前記一対の第2セルの中点と、の間に電気的に直列に接続される補助抵抗及び補助スイッチを更に備える、
請求項7に記載の蓄電デバイス用の放電回路。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用の放電回路と、
前記蓄電デバイスと、を備える、
蓄電システム。 - 請求項9に記載の蓄電システムと、
前記蓄電システムを搭載する車両本体と、を備える、
車両。
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