JP2011155718A - Charging/discharging device - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の単電池のそれぞれの充電量の最適化を高効率に行う。
【解決手段】充放電調整ユニット20の制御部24において、複数の単電池2のそれぞれを判断対象として、当該単電池を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかが判断され、複数の充放電管理ユニット30のそれぞれに対して、判断結果の情報が送信される。そして、複数の充放電管理ユニット30の制御部33は、受信した判断結果の情報に基づいて、個々のスイッチング部23をそれぞれオンオフ制御する。
【選択図】図1To optimize the charge amount of each of a plurality of single cells with high efficiency.
In a control unit 24 of a charge / discharge adjustment unit 20, for each of a plurality of unit cells 2, it is determined whether the unit cell is charged, discharged, or not both charged and discharged. Information of the determination result is transmitted to each of the plurality of charge / discharge management units 30. And the control part 33 of the some charging / discharging management unit 30 carries out on-off control of each switching part 23 based on the information of the received determination result, respectively.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、複数の単電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う充放電装置に係り、特に、各単電池の充電量を最適化する手法に関する。 The present invention relates to a charging / discharging device that charges and discharges each of a plurality of unit cells via a transformer, and more particularly to a method for optimizing the charge amount of each unit cell.
例えば、特許文献1には、複数個直列接続された単電池の出力電圧を均等化する装置が開示されており、この装置は、複数の第1の閉回路と、第2の閉回路とを備えている。具体的には、個々の第1の閉回路は、直列接続された複数の単電池のいずれか一つと、互いに磁気結合された複数の二次巻線のいずれか一つと、スイッチング素子とで構成される。また、第2の閉回路は、上記の複数の単電池とは異なる単電池と、複数の二次巻線と共通に磁気結合されている二次巻線と、スイッチング素子とで構成されている。そして、複数の第1の閉回路におけるスイッチング素子のそれぞれと、第2の閉回路におけるスイッチング素子とを交互にオンオフすることにより、直列接続された複数の単電池の出力電圧を均等化する。 For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for equalizing output voltages of a plurality of cells connected in series. This apparatus includes a plurality of first closed circuits and a second closed circuit. I have. Specifically, each first closed circuit includes any one of a plurality of single cells connected in series, one of a plurality of secondary windings magnetically coupled to each other, and a switching element. Is done. The second closed circuit is composed of a unit cell different from the plurality of unit cells, a secondary winding that is magnetically coupled to the plurality of secondary windings, and a switching element. . Then, the output voltages of the plurality of single cells connected in series are equalized by alternately turning on and off each of the switching elements in the plurality of first closed circuits and the switching elements in the second closed circuit.
しかしながら、特許文献1に開示された手法では、二次巻線側の複数の全スイッチング素子を一括してオンオフ制御する構成であるため、出力電圧の均等化が必要のない単電池に接続するスイッチング素子であってもオンオフ制御されてしまうという不都合がある。そのため、スイッチ電力損失が多いので電力授受の効率が悪いという問題がある。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, since all the switching elements on the secondary winding side are collectively turned on / off, switching connected to a single cell that does not require equalization of output voltage is performed. There is an inconvenience that even an element is controlled on and off. For this reason, there is a problem that the power transfer efficiency is poor because of a large switch power loss.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の単電池のそれぞれの充電量の最適化を高効率に行うことである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to optimize the charge amount of each of the plurality of single cells with high efficiency.
本発明は、かかる課題を解決するための、複数の単電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う充放電装置である。この充放電装置は、単電池毎に設けられており、それぞれが単電池とトランスの巻線との間に介在された複数のスイッチング手段と、複数のスイッチング手段のそれぞれをオンオフ制御する複数の充放電管理手段と、複数の単電池のそれぞれを判断対象として、当該単電池を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかを判断する充放電調整手段とを有する。この場合、充放電調整手段は、複数の充放電管理手段のそれぞれに対して、判断結果を送信し、複数の充放電管理手段は、受信した判断結果に基づいて、個々のスイッチング手段をそれぞれオンオフ制御する。 This invention is a charging / discharging apparatus which charges / discharges each of several cell through a transformer for solving this subject. This charging / discharging device is provided for each unit cell, each of which includes a plurality of switching means interposed between the unit cell and the transformer winding, and a plurality of charging / discharging control units for each of the plurality of switching units. Discharge management means and charge / discharge adjustment means for judging whether to charge, discharge, or not charge / discharge each of the plurality of unit cells, with each of the unit cells being determined. In this case, the charge / discharge adjustment unit transmits a determination result to each of the plurality of charge / discharge management units, and the plurality of charge / discharge management units turn on / off each individual switching unit based on the received determination result. Control.
また、本発明は、電源と、電源とトランスの巻線との間に介在されるメインスイッチング手段とをさらに備えていてもよい。この場合、充放電調整手段は、メインスイッチング手段をオンオフ制御して、判断結果をトランスを介して各充放電管理手段に送信することが好ましい。 The present invention may further include a power source and main switching means interposed between the power source and the transformer winding. In this case, it is preferable that the charging / discharging adjusting unit controls on / off of the main switching unit and transmits the determination result to each charging / discharging managing unit via the transformer.
また、本発明において、充放電調整手段は、電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でメインスイッチング手段をオンオフ制御することにより、判断結果をトランスを介して各充放電管理手段に送信することが望ましい。 In the present invention, the charge / discharge adjustment means transmits the determination result to each charge / discharge management means via the transformer by performing on / off control of the main switching means at a frequency higher than the switching frequency at the time of charging / discharging the power. It is desirable.
また、本発明において、充放電調整手段は、メインスイッチング手段をオンオフ制御して、単電池の所在を示すアドレス信号および判断結果を示す判断結果信号を送信することが好ましい。ここで、判断結果信号は、充放電を行わないかまたは充放電を行うかを示す充放電信号、および、充放電量を示す充放電量信号を含むことができる。なお、判断結果信号は、目標とする充電量(SOC:state of charge)を示す充電量信号をさらに含むこともできる。 Further, in the present invention, it is preferable that the charge / discharge adjustment unit controls on / off of the main switching unit and transmits an address signal indicating the location of the unit cell and a determination result signal indicating the determination result. Here, the determination result signal can include a charge / discharge signal indicating whether charging / discharging is performed or charging / discharging, and a charge / discharge amount signal indicating the charge / discharge amount. Note that the determination result signal may further include a charge amount signal indicating a target state of charge (SOC).
また、本発明において、複数の充放電管理手段は、アドレス信号および判断結果信号を受信した場合、各スイッチング手段をオンオフ制御して、受信したアドレス信号および判断結果信号を充放電調整手段に返信することが好ましい。 Further, in the present invention, when the plurality of charge / discharge management means receives the address signal and the determination result signal, each of the switching means is controlled to turn on / off, and the received address signal and the determination result signal are returned to the charge / discharge adjustment means. It is preferable.
本発明によれば、個々のスイッチング手段を独立して制御可能であるため、電力の授受を行う必要がある任意の単電池に対応するスイッチング手段を選択的に制御することができる。したがって、電力授受にともない動作させるスイッチング手段の個数を最小限に抑えることができる。これにより、スイッチング動作に伴う電力損失の低減を図ることができ、最適化の動作を高効率に行うことができる。 According to the present invention, since individual switching means can be controlled independently, it is possible to selectively control the switching means corresponding to any single cell that needs to exchange power. Therefore, it is possible to minimize the number of switching means that are operated in accordance with power transfer. As a result, power loss associated with the switching operation can be reduced, and the optimization operation can be performed with high efficiency.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる充放電装置10が適用されたハイブリッド自動車の構成を示す模式図である。このハイブリッド自動車において、バッテリとして機能する組電池1からの電力は、DC/DCコンバータ3において電圧変換された上でインバータ4へと出力され、インバータ4は、DC/DCコンバータ3から与えられる直流電力を三相交流電力に変換してモータ5に出力する。また、図示しないエンジン等の動力により駆動される発電機6によって発電された三相交流電力、または、モータ3の回生動作によって発電された三相交流電力は、インバータ4により直流電力に変換され、この直流電力は、DC/DCコンバータ3により電圧変換された上で、組電池1に充電される。DC/DCコンバータ3と、組電池1との間には、充電回路7が設けられており、この充電回路7は、個々の単電池2が過充電とならないように上限の充電電圧を制御したり、組電池1に供給される電流が一定以上とならないような制御を行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a hybrid vehicle to which the charge /
ここで、組電池1は、複数の単電池2が直列接続されて構成されており、個々の単電池2としては、たとえばリチウムイオン電池を用いることができる。本実施形態において、単電池2は、単一の電池要素から構成されているが、互いに並列または直列接続された複数の電池要素によって構成されてもよい。
Here, the assembled battery 1 is configured by connecting a plurality of
本実施形態にかかる充放電装置10は、複数の電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う装置であり、本実施形態では、バッテリとしての組電池1を対象として、当該組電池1を構成する複数の単電池2に関する充放電を制御する。具体的には、充放電装置10は、発電機6による発電電力、あるいは、モータ5による回生電力を組電池1に充電する充電動作時を除く非充電動作時において、任意の単電池2間で電力の授受を行うことにより、各単電池2の充電量(SOC:state of charge)を調整し、これにより、各単電池2の充電量を最適化する。
The charging /
充放電装置10は、充放電調整ユニット20と、複数の充放電管理ユニット30と、トランス40とを主体に構成されている。複数の充放電調整ユニット20は、組電池1を構成する各単電池2と一対一の関係となるように、個々の単電池2に対応して設けられている。トランス40の共通の磁芯には、各充放電管理ユニット30に対応する複数の巻線41および充放電調整ユニット20に対応する巻線42がそれぞれ巻回されている。
The charging /
ここで、個々の充放電管理ユニット30の巻線41は、互いに同じ極性(巻方向)となるように巻回されており、各巻線41は互いに磁気的に結合している。また、充放電調整ユニット20の巻線42は、各充放電管理ユニット30の巻線41と同じ極性となるように巻回されて、各巻線41と磁気的に結合している。個々の巻線41は、自己に接続する単電池2から他の単電池2または電源21に電力を出力する際の一次巻線として機能するとともに、他の単電池2または電源21から自己に接続する単電池2に電力を入力する際の二次巻線としても機能する。一方、巻線42は、電源21から単電池2に電力を出力する際の一次巻線として機能するとともに、単電池2から電源21に電力を入力する際の二次巻線としても機能する。また、これらの巻線41,42は、充放電調整ユニット20と各充放電管理ユニット30との間で信号伝達を行うための通信経路としての機能も担っている。
Here, the
図2は、充放電調整ユニット20の構成を模式的に示す説明図である。充放電調整ユニット20は、個々の充放電管理ユニット30の動作を統括的に制御する。具体的には、充放電調整ユニット20は、トランス40を介して各充放電管理ユニット30との間で信号伝達を行うことにより、各充放電管理ユニット30に対応付けられた単電池2の状態をそれぞれ取得したり、この取得結果に基づいて、個々の充放電管理ユニット30を制御して、各単電池2の充電量を最適化する。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the charge /
また、充放電調整ユニット20は、必要に応じて、トランス40を介して電力の授受を行う。これにより、充放電調整ユニット20は、いずれかの単電池2からの電力を電源21に充電したり、電源21に充電されている電力をいずれかの単電池2における充電用電力として出力したりすることができる。
Further, the charge /
充放電調整ユニット20は、電源21と、スイッチング部(メインスイッチング手段)23と、制御部(充放電調整手段)24と、電圧検出部25とを有している。
The charge /
電源21は、直流電源であり、充放電可能な二次電池である。この電源21は、いずれかの単電池2から放電された電力を充電したり、いずれかの単電池2に対する充電用電力として自己に充電されている電力を放電することができる。電源21としては、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されている低電圧系のバッテリ(例えば、12Vの鉛蓄電池)を用いることができる。この電源21の正負極の両端子には、電力線がそれぞれ接続されており、一対の電力線を介して電源21と巻線42とが相互に接続されている。
The
なお、正極側の電力線と負極側の電力線との間には、電源21の電源電圧を平滑化するためのコンデンサCが設けられており、また、各電力線には、高周波ノイズを除去するためのインダクタLが設けられている。
A capacitor C for smoothing the power supply voltage of the
スイッチング部23は、電源21と巻線42との間の電力線に設けられており、当該電力線を開閉することにより(オンオフ動作)、導通状態の切替えを行う。このスイッチング部23は、4つのトランジスタTr1〜Tr4(例えば、FET:Field effect transistor)からなるブリッジ回路で構成されている。このブリッジ回路において、トランジスタTr1,Tr2間に電源21の正極側が接続され、トランジスタTr3,Tr4間に電源21の負極側が接続される。また、トランジスタTr1,Tr3間に巻線42の一方の端子側が接続され、トランジスタTr2,Tr4間に巻線42の他方の端子側が接続される。また、個々のトランジスタTr1〜Tr4には、ボディダイオードD1〜D4が逆並列に接続されて内蔵されている。個々のトランジスタTr1〜Tr4は、制御部24とそれぞれ接続されており、制御部24からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
The switching
制御部24は、スイッチング部23を制御することにより、個々の充放電管理ユニット30とそれぞれ通信したり、必要に応じて、任意の単電池2との間で電力の授受を行ったりする。この制御部24としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部24は、電源21から供給される電力によって動作する。
The
制御部24には、電圧検出部25によって検出される検出信号が入力されている。この電圧検出部25は、例えば、ヒステリシス付きのコンパレータであり、巻線42に並列接続されている。電圧検出部25は、巻線42に現れる巻線電圧に応じて出力電圧が変化することにより、巻線電圧に応じた検出信号(パルス信号)を出力する。電圧検出部25から出力される検出信号は、二系統に分岐した後に、制御部24に入力される。一方の系統を通る検出信号は、そのまま制御部24に入力され、他方の系統を通る検出信号は、フィルタ回路26を通過した後に制御部24に入力される。フィルタ回路26は、ハイパスフィルタとしての機能を担っており、電圧検出部25から出力される検出信号のうち、所定周波数以上の周波数成分の信号を通過させる。フィルタ回路26はバンドパスフィルタでもよく、信号は変調されていてもよい。
A detection signal detected by the
制御部24は、これを機能的に捉えた場合、受信部24aと、位相検出部24bと、充放電調整部24cと、送信部24dと、スイッチ制御部24eとを有している。
When this is functionally grasped, the
受信部24aは、フィルタ回路26を通過した高周波成分の検出信号を受信し、この受信結果を充放電調整部24cに対して出力する。後述するように、電圧検出部25から出力される検出信号のうち、高周波成分に対応する検出信号は、充放電管理ユニット30側から送信される信号に対応している。
The receiving
位相検出部24bは、電圧検出部25から出力される検出信号に基づいて、検出信号の電圧の立ち上がりまたは立ち下がりを検出し、この検出結果を充放電調整部24cに出力する。
The
充放電調整部24cは、受信部24aから出力される受信結果、すなわち、充放電管理ユニット30からの信号に基づいて、個々の充放電管理ユニット30によって検出された単電池2の状態をそれぞれ把握する。そして、充放電調整部24cは、単電池2のそれぞれを判断対象として、当該単電池2を充電させるか、放電させるか、それとも充放電の双方を行わないかを判断する。この判断は、各単電池2の充電量を最適化するといった観点から、組電池1を構成する全ての単電池2の状態を考慮した上で行われる。例えば、この最適化は、すべての単電池2の充電量を均一化する、あるいは、複数の単電池2をその容量に応じて分類し、当該分類されたグループ毎に、グループに属する各単電池2の充電量を均一化するといった如くである。
The charge /
また、充放電調整部24cは、充電対象となる単電池2については充電量も判断するとともに、放電対象となる単電池2については放電量も判断する。この充放電量は、充放電対象となる単電池2の現在の充電量(SOC)を基準とした充電量の増減量を示すパラメータであるが、充放電の対象となる単電池2の目標となる充電量(SOC)といったように、充放電量を規定することができる種々の間接的なパラメータであってもよいし、これらを複合的に含んでもよい。充放電調整部24cは、基本的に、単電池2間、すなわち、充電対象の単電池2と、放電対象の単電池2との間で電力授受を行うこととし、両者の充放電量が対応するように充放電量を判断する。充電対象の単電池2および放電対象の単電池2とは、一対一の関係であるのみならず、一対多または多対多の関係であってもよく、この場合、トータルの放電量および充電量が対応するように設定される。そして、充放電調整部24cは、送信部24dを介して、複数の充放電管理ユニット30のそれぞれに対して、判断結果を送信する。
The charge /
なお、充放電調整部24cは、位相検出部24bの検出結果に応じて、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23を制御することにより、単電池2からの電力を電源21に充電したり、電源21に貯えられた電力を単電池2に対して出力したりする。これにより、充放電対象の単電池2間の電圧差が小さく巻線誤差に起因して単電池2間で電力の授受を行うことが不適切もしくは非効率な場合に、単電池2間の電力授受を電源21を経由して行ったり、単電池2側の充電量または放電量に偏りがある場合に、この充放電量の偏りを電源21の電圧もしくは電力で効率的にカバーすることができる。
In addition, the charge /
送信部24dは、充放電調整部24cから出力される送信情報に基づいて、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23をオンオフ制御する。送信部24dは、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23を例えばPWM変調することにより、送信情報に応じたパルス信号を生成し、これにより、トランス40を介して、個々の充放電管理ユニット30に各種の情報を信号として送信する。
The
スイッチ制御部24eは、充放電調整部24cからの指示、または、送信部24dからの指示に応じて、スイッチング部23をオンオフ制御する。具体的には、スイッチ制御部24eは、トランジスタTr1,Tr4をオン制御することにより、当該トランジスタTr1,Tr4にドレイン電流が流れ、これにより、巻線42に電圧が印加される(正相オン制御)。一方、トランジスタTr1,Tr4をオフ制御した場合、当該トランジスタTr1,Tr4にはドレイン電流が流れないため、巻線42に電圧は印加されない(正相オフ制御)。これに対して、トランジスタTr2,Tr3にオン制御することにより、当該トランジスタTr2,Tr3にドレイン電流が流れ、これにより、巻線42に逆極性の電圧が印加される(逆相オン制御)。一方、トランジスタTr2,Tr3をオフ制御した場合、当該トランジスタTr2,Tr3にはドレイン電流が流れないため、巻線42に電圧は印加されない(逆相オフ制御)。
The
図3は、充放電管理ユニット30の構成を模式的に示す説明図である。充放電管理ユニット30は、自己に対応付けられた単電池2の状態を検出したり、トランス40を介して単電池2の充放電を行ったりする。また、充放電管理ユニット30は、トランス40を介して充放電調整ユニット20との間で信号の送受信を行う。この信号の送受信を通じて、充放電管理ユニット30は、検出した単電池2の状態を充放電調整ユニット20に通知したり、充放電制御の前提となる情報を充放電調整ユニット20から取得したりする。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the charge /
充放電管理ユニット30は、スイッチング部(スイッチング手段)32と、制御部(充放電管理手段)33と、状態検出部34と、電圧検出部35とを有している。この充放電管理ユニット30において、単電池2の正負極の両端子には、電力線がそれぞれ接続されており、一対の電力線を介して単電池2と巻線41とが相互に接続されている。また、正極側の電力線と負極側の電力線との間には、単電池2の電源電圧を平滑化するためのコンデンサCが設けられており、また、各電力線には、高周波ノイズを除去するためのインダクタLが設けられている。
The charge /
スイッチング部32は、単電池2と巻線41との間の電力線に設けられており、当該電力線を開閉することにより(オンオフ動作)、導通状態の切替えを行う。このスイッチング部32は、上述したスイッチング部23と同様に、4つのトランジスタTr1〜Tr4(例えば、FET:Field effect transistor)からなるブリッジ回路で構成されている。個々のトランジスタTr1〜Tr4は、制御部33とそれぞれ接続されており、制御部33からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
The switching
制御部33は、スイッチング部32を制御することにより、充放電調整ユニット20と通信したり、他の単電池2または電源21との間で電力の授受を行ったりする。この制御部33としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部33は、自己に対応付けられた単電池2から供給される電力によって動作する。
The
制御部33には、状態検出部34および電圧検出部35によって検出される検出信号が入力されている。状態検出部34は、単電池2の状態を検出する。本実施形態にかかる状態検出部34が検出する単電池2の状態としては、代表的には、電圧であるが、これ以外にも、電流や温度を検出することもできる。また、電圧検出部35は、充放電調整ユニット20の電圧検出部25と同様に、巻線41に現れる巻線電圧に応じて出力電圧が変化することにより、巻線電圧変化に応じた検出信号(パルス信号)を出力する。電圧検出部25から出力される検出信号は、そのまま制御部33に入力されるとともに、フィルタ回路36を通過した後に制御部33に入力される。このフィルタ回路36は、ハイパスフィルタとしての機能を担っており、電圧検出部35から出力される検出信号のうち、所定周波数以上の周波数成分の信号を通過させる。フィルタ回路36はバンドパスフィルタでもよく、信号は変調されていてもよい。
A detection signal detected by the
制御部33は、これを機能的に捉えた場合、受信部33aと、位相検出部33bと、充放電制御部33cと、送信部33dと、スイッチ制御部33eとを有している。これらの機能的な要素のうち、受信部33a、位相検出部33b、送信部33dおよびスイッチ制御部33eは、上述した充放電調整ユニット20の制御部24を構成する機能的な要素のうちの受信部24a、位相検出部24b、送信部24dおよびスイッチ制御部24eと同様の機能を担っており、その詳細な説明は省略する。
The
充放電制御部33cは、受信部33aから出力された受信結果、すなわち、充放電調整ユニット20からの信号に基づいて、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32を制御することにより、自己に対応づけられた単電池2の充放電を制御する。充放電の制御にあたり、充放電制御部33cは、必要に応じて、位相検出部33bから出力される検出結果を参照する。
The charge /
また、充放電制御部33cは、送信部33dを介して、充放電調整ユニット20に対して、状態検出部34の検出結果を信号として送信したり、充放電調整ユニット20からの信号を受信したことの応答信号を送信したりする。
In addition, the charge /
以下、本実施形態にかかる充放電装置10の動作について説明する。充放電装置10による各単電池2の充電量の最適化動作は、充放電調整ユニット20と各充放電管理ユニット30との間で行われる通信プロセスと、この通信プロセスに引き続き行われる単電池2間の充放電プロセスとで構成されており、各単電池2の充電量の最適化の必要性に応じて、両プロセスをセットとして、この動作が繰り返し行われる。
Hereinafter, operation | movement of the charging / discharging
なお、充放電装置10の動作説明にあたり、便宜上、組電池1を構成する複数の単電池2のうち、任意の2つの単電池2について充電量の最適化の必要があると仮定し、一方の単電池2を充電対象、他方の単電池2を放電対象とした上で、当該単電池2間の電力授受に関する動作を説明する。また、充電対象となる単電池2に接続する充放電管理ユニット30を「充電側充放電管理ユニット30」といい、放電対象となる単電池2に接続する充放電管理ユニット30を「放電側充放電管理ユニット30」という。
In the description of the operation of the charging / discharging
図4は、本実施形態にかかる充放電装置10の動作を説明する説明図である。同図において、(a)は、電力と信号とを合成した電圧波形図である。また、(b)は、充放電調整ユニット20が備える巻線42の電圧出力波形を示し、(c)は、放電側充放電管理ユニット30が備える巻線41の電圧出力波形を示し、(d)は、充電側充放電管理ユニット30の巻線41とインターフェースするスイッチング部32のFETのゲート入力電圧を模擬した波形を示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the charge /
通信プロセスについて説明する。この通信プロセスでは、充放電調整ユニット20と各充放電管理ユニット30との間で通信を行うことにより、各単電池2の電圧状態把握と、充放電対象となる単電池2に接続する充放電管理ユニット30への充放電指示が行われる。まず、充放電調整ユニット20と充放電管理ユニット30との間の基本的な通信形態について説明する。なお、この通信プロセスにおいて、各ユニット20,30が備えるスイッチング部23,32は、後述する信号送信に起因するスイッチング動作以外は、オフ状態(トランジスタTr1〜Tr4のすべてオフ)に制御されている。
A communication process will be described. In this communication process, communication is performed between the charge /
まず、充放電調整ユニット20が充放電管理ユニット30へ信号を送信する場合、充放電調整ユニット20は、各種の情報を含む通信フレームFM(FM:FM1〜FM3を総称する)を充放電管理ユニット30に送信する。図5(a)に示すように、通信フレームFMは、同期パターンデータ、アドレスデータおよび制御信号データを含む。ここで、図5(b)に示すように、同期パターンデータは、充放電調整ユニット20と充放電管理ユニット30との同期をとるためのデータであり、例えば、通信フレームFMの上位12ビットがこれに該当する。アドレスデータは、通信フレームFMの送信先および送信元を識別するアドレス情報およびチェックビットを含むデータであり、例えば、通信フレームFMの同期パターンデータに続く12ビットがこれに該当する。制御信号データは、充放電管理ユニット30への制御内容およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームFSの下位18ビットがこれに該当する。
First, when the charge /
充放電調整ユニット20において、充放電調整部24cは、送信先となる充放電管理ユニット30のアドレスおよび送信元である自己のアドレスと、その制御内容とを送信情報として送信部24dに出力する。送信部24dは、この送信情報に基づいて、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23をPWM制御することにより、パルス電圧を巻線42に印加する。これにより、送信部24dは、トランス40を介して、送信情報に対応した通信フレームFMを各充放電管理ユニット30に送信する。
In the charge /
一方、充放電管理ユニット30は、トランス40を介して、充放電調整ユニット20が送信した通信フレームFMを受信する。具体的には、充放電調整ユニット20から通信フレームFMが送信されると、巻線41の電圧が、通信フレームFMに対応する電圧変化として現れるため、この電圧変化が電圧検出部35によって検出される。電圧検出部35は通信フレームFMに対応する検出信号を出力し、これがフィルタ回路36を通過して受信部33aによって受信される。受信部33aは、電圧検出部35からの検出信号を受信すると、検出信号から通信フレームFMに対応する各データを抽出し、この受信結果を充放電制御部33cに対して出力する。充放電制御部33cは、受信結果に基づいて、その通信フレームFMの送信先が自己のアドレスと対応する場合には、その制御信号データに基づいて各種の処理を行う。
On the other hand, the charge /
また、充放電管理ユニット30は、充放電調整ユニット20への返信を行うべく、各種の情報を含む通信フレームFS(FS:FS1〜FS3を総称する)を充放電調整ユニット20に送信する。図5(a)に示すように、通信フレームFSは、アドレスデータおよび制御信号データを含む。ここで、図5(c)に示すように、アドレスデータは、情報の送信先および送信元を識別するアドレス情報およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームFSの上位12ビットがこれに該当する。制御信号データは、充放電調整ユニット30への返信内容およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームFSの下位18ビットがこれに該当する。
Further, the charge /
充放電管理ユニット30において、充放電制御部33cは、送信先となる充放電調整ユニット20のアドレスおよび送信元である自己のアドレスと、その返信内容とを送信情報として送信部33dに出力する。送信部33dは、この送信情報に基づいて、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32をPWM制御することにより、パルス電圧を巻線41に印加する。これにより、送信部33dは、トランス40を介して、送信情報に対応した通信フレームFSを充放電調整ユニット20に送信する。
In the charge /
そして、充放電調整ユニット20は、トランス40を介して、充放電管理ユニット30が送信した通信フレームFSを受信する。なお、通信フレームFSを受信した際の充放電調整ユニット20の動作は、充放電管理ユニット30が通信フレームFMを受信した際の動作と対応するため、その詳細な説明は省略する。
Then, the charge /
なお、通信プロセスにおいて、各ユニット20,30の制御部24,33は、後述する充放電プロセス時に実行するスイッチング周波数よりも高い周波数(例えば、基本周波数2MHz)にて各スイッチング部23,32をオンオフ制御している。本実施形態では、電力授受および通信がトランス40を介してそれぞれ行われるため、スイッチング周波数を電力授受シーンと、通信シーンとで異ならせることにより、両者の切り分けを行うようにしている。また、本実施形態において、各スイッチング部23,32が4つのトランジスタTr1〜Tr4からなるブリッジ回路で構成されている関係上、正相側のオンオフ制御と逆相側のオンオフ制御とを反転制御し、各巻線41,42に両極性のパルス電圧を印加することにより、信号のバイポーラ出力を可能にしている。
In the communication process, the
再び図4を参照するに、上記のような通信形態に基づいて、各単電池2の電圧状態把握では、充放電調整ユニット20は、以下に示すように、信号の送受信を各充放電管理ユニット30に対して順次行うことにより、組電池1を構成する全ての単電池2の電圧状態を把握する。まず、充放電調整ユニット20は、単電池2の状態検出および検出結果の返信を制御内容(制御信号データ)とする通信フレームFM1を、対象となる充放電管理ユニット30に送信する。充放電管理ユニット30は、充放電調整ユニット20からの通信フレームFM1を受信すると、充放電調整ユニット20からの指示に応じて単電池2の電圧状態を検出する。そして、充放電管理ユニット30は、検出結果(単電池2の電圧状態)を返信内容(制御信号データ)とする通信フレームFS1を充放電調整ユニット20に対して送信する。
Referring to FIG. 4 again, based on the communication form as described above, in grasping the voltage state of each
充放電調整ユニット20は、各充放電管理ユニット30との通信を通じて、各単電池2の電圧状態を把握すると、単電池2のそれぞれを判断対象として、当該単電池2を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかを判断する。これにより、組電池1を構成する各単電池2について、充放電の双方を行わないものと、充電対象となるものおよびその充電量と、放電対象となるものおよびその放電量とが決定される。上述の如く、任意の2つの単電池2について充電量の最適化の必要があると仮定した場合、複数の単電池2のうち、一つの単電池2が充電対象となり、別の一つの単電池2が放電対象となり、残りの単電池2は充放電の双方を行わないものとして決定される。
When the charge /
つぎに、充放電調整ユニット20は、放電対象であることおよびその放電量を制御内容(制御信号データ)とする通信フレームFM2を放電側充放電管理ユニット30に対して送信する。ここで、制御内容に含まれ放電量は、放電を行う電力量そのものであってもよいが、これと対応するパラーメタ(例えば、周期的な放電回数や、一回の放電に必要な放電時間や、放電対象となる単電池2が目標とする充電量(SOC))であってもよし、それらを複合した情報であってもよい。そして、放電側充放電管理ユニット30は、通信フレームFM2を受信したことを示す情報(例えば、送信された制御信号データ(エコーバック))を返信内容(制御信号データ)とする通信フレームFS2を充放電調整ユニット20に対して送信するとともに、充放電調整ユニット20からの制御内容に応じて、以下に述べる充放電プロセスを実行する。
Next, the charge /
一方、充放電調整ユニット20は、放電側充放電管理ユニット30から通信フレームFM2を受信すると、充電対象であることおよびその充電量を制御内容(制御信号データ)とする通信フレームFM3を充電側充放電管理ユニット30に対して送信する。充電側充放電管理ユニット30は、通信フレームFM3を受信したことを示す情報(例えば、送信された制御信号データ)を返信内容とする通信フレームFS3を充放電調整ユニット20に対して送信するとともに、充放電調整ユニット20からの制御内容に応じて、以下に述べる充放電プロセスを実行する。
On the other hand, when the charge /
つぎに、充放電プロセスについて説明する。この充放電プロセスでは、トランス40を介して、放電対象の単電池2と充電対象の単電池2との間で電力の授受を行う。本実施形態において、トランス40を介した電力の授受は、電力を出力する一次巻線側の回路のオンスイッチング時に電力の授受を行うフォワード方式により行われる。
Next, the charge / discharge process will be described. In this charging / discharging process, power is transferred between the
放電側充放電管理ユニット30において、充放電制御部33cは、通信プロセスの終了から所定期間Taの経過を判断した場合には、単電池2の放電動作を開始する。この放電動作は、充放電調整ユニット20から送信される放電量に基づいて行われる。具体的には、充放電制御部33cは、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32をオン制御することにより、巻線41に所定期間(例えば、100μsec)継続的に電圧を印加する。そして、充放電制御部33cは、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32をオンオフ制御することにより、バースト的な電圧印加動作を放電量に応じた回数だけ所定周期(例えば110μsec)で繰り返し実行する。本実施形態では、充放電制御部33cは、スイッチング部32のオン制御時、正相オン制御と逆相オン制御とを交互に行うことにより、正負の極性を交互に反転させながら巻線41への電圧印加を行うこととしている。
In the discharge-side charge /
一方、充電側充放電管理ユニット30において、充放電制御部33cは、通信プロセスの終了から所定期間Taの経過を判断した場合には、単電池2の充電動作を開始する。具体的には、充放電制御部33cは、位相検出部33bからの検出結果に基づいて、電圧検出部25からの検出信号の出力パルスの立ち上がりを判断した場合には、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23をオン制御し、また、検出信号の出力パルスの立ち下がりを判断した場合には、スイッチ制御部24eを介してスイッチング部23をオフ制御する。これにより、放電側充放電管理ユニット30のスイッチング部23のオンオフ制御と同期して、充電側充放電管理ユニット30のスイッチング部23のオンオフ制御を行うことができる。なお、充放電制御部33cは、巻線41に交互に現れる電圧極性と対応するように、正相側または逆相側のオンオフ制御を行う。
On the other hand, in the charge-side charge /
このような電力授受が終了すると、充放電調整ユニット20において、充放電調整部24cは、位相検出部24bからの情報に基づいて、電力授受の終了から所定期間Tbの経過を判断し、上述した通信プロセスへ移行する。なお、上述したように、周期的に実行される充放電時間は、例えば、100μsecであるが、充電量の最適化が目標とする単電池2の充電量の調整は±0.2%程度で行えば十分な場合が多いので、巻線効率が高い大きな電力で巻線を駆動しても、最適化のためには十分に細かい分解能で電力の授受を行うことができる。
When such power transfer ends, in the charge /
このように本実施形態によれば、充放電調整ユニット20の制御部24において、複数の単電池2のそれぞれを判断対象として、当該単電池を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかが判断され、複数の充放電管理ユニット30のそれぞれに対して、判断結果の情報が送信される。そして、複数の充放電管理ユニット30の制御部33は、受信した判断結果の情報に基づいて、個々のスイッチング部23をそれぞれオンオフ制御する。
As described above, according to the present embodiment, in the
かかる構成によれば、複数の充放電管理ユニット30により、個々のスイッチング部23を独立して制御可能であるため、電力の授受を行う必要がある任意の単電池2に対応するスイッチング部23を選択的に制御することができる。組電池に相当する全てのスイッチング部を一括的に制御した場合には、動作させる必要のないスイッチング部も併せて動作させてしまう可能性があるが、本実施形態によれば、このような事態を抑制することができる。したがって、電力授受にともない動作させるスイッチング部23の個数を最小限に抑えることができる。これにより、スイッチング動作に伴う電力損失の低減、電力授受の効率向上および発熱の低減を図ることができるとともに、電磁波干渉(EMI)の抑制を図ることができる。また、電力授受にともない巻線41を通過する電力を大きくすることができるので、トランス40のコア損失(鉄損)を抑えることができる。これにより、組電池1を構成する各単電池2の充電量の最適化を高効率に行うことでき、組電池1の安全性の向上と長寿命化を図ることができる。
According to this configuration, since the
また、複数の充放電管理ユニット30によりスイッチング部23を個別的に制御する関係上、充放電調整ユニット20を設けることにより、これらの充放電管理ユニット30を統括的に制御することが可能となり、各単電池2の充電量の最適化を行うことができる。また、複数の充放電管理ユニット30から対応する単電池2の情報を取得することができるので、単電池2の状態をフィードバックしつつ各単電池2の充電量を最適化することができる。これにより、組電池1を構成する各単電池2の充電量をトータル的に判断して、その最適化を精度よく行うことができる。
Moreover, it becomes possible to control these charge /
また、本実施形態によれば、充放電調整ユニット20において、制御部24は、スイッチング部32をオンオフ制御して、判断結果をトランス40を介して各充放電管理ユニット30に送信する。
Further, according to the present embodiment, in the charge /
かかる構成によれば、電力の授受を行うトランス40を介して、充放電調整ユニット20と充放電管理ユニット30との間の信号伝達を行うことができる。これにより、各ユニット20,30間に通信に必要な信号線などを設ける必要もないので、装置構成の簡素化とユニット20,30の交換といったメンテナンスの向上を図ることができる。また、トランス40の巻線によって耐圧を持たせることができるので、各ユニット20,30として高耐圧の回路やICを用いる必要がないので、廉価な装置構成を実現することができる。また、個々の充放電管理ユニット30は互いに並列接続されているため、単電池2または充放電管理ユニット30のいずれか一つが故障したとしても、すべてが直列接続されている構成と比較して、全体的な機能を失うといった可能性が低く、装置としての信頼性の向上を図ることができる。
According to this configuration, signal transmission between the charge /
また、本実施形態によれば、充放電調整ユニット20において、制御部24は、電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチング部23をオンオフ制御することにより、判断結果をトランス40を介して各充放電管理ユニット30に送信する。
Further, according to the present embodiment, in the charge /
かかる構成によれば、電力授受と通信との切り分けを明確に区別することができるので、電力授受と通信とをトランス40を介して両立することができる。また、通信の周波数が高いことから、トランス40の自己インダクタンスの効果でトランス40に入力される通信電力を少なくすることができて、また、周波数が低い電力授受の場合よりもトランスコアの透磁率が下がるためトランス40を通過する通信電力が少なくなるので、EMI対策を簡単な回路構成で実現することができる。
According to such a configuration, it is possible to clearly distinguish between power transmission and reception and communication, so that power transmission and communication can be made compatible via the
また、本実施形態によれば、充放電調整ユニット20において、制御部24は、スイッチング部23をオンオフ制御して、単電池2の所在(具体的には、当該単電池2が接続する充放電管理ユニット30のアドレス)を示すアドレス信号および判断結果を示す判断結果信号を送信する。この場合、判断結果信号は、充放電を行わないかまたは充放電を行うかを示す充放電信号、および、充放電量を示す充放電量信号を含む。これにより、充放電管理ユニット30に対して、自己に接続する単電池2の充放電の必要を通知することができる。
Further, according to the present embodiment, in the charge /
また、複数の充放電管理ユニット30において、制御部33は、アドレス信号および判断結果信号を受信した場合、各スイッチング部32をオンオフ制御して、受信したアドレス信号および判断結果信号を充放電調整ユニット20に返信する。かかる構成によれば、各充放電管理ユニット30にて返信を行うことで、充放電調整ユニット20側からの通信が、所望とする充放電管理ユニット30に確実に送信されたか否かを判断することができる。
Further, in the plurality of charge /
また、本実施形態において単電池2同士の電力授受は、フォワード方式により行われる。フォワード方式によれば、大電流を取り出すことができるので、電力授受を高効率に行うことができる。
In the present embodiment, power transfer between the
また、各ユニット20,30において、スイッチング部23,32は4つのスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成されている。かかる構成によれば、極性の異なる電圧を巻線41,42に印加することができるので、巻線41,42の極性(巻き方向)を実質的に切り替えることができる。これにより、電力授受の方式をフォワード方式と、後述するフライバック方式とで切り替えるといったことが可能となる。これにより、電力授受を精度よく行うことができる。
Moreover, in each
なお、上述した実施形態では、充放電装置10において、充放電調整ユニット20を独立した構成としているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、充放電調整ユニット20の機能を、少なくても1個の充放電管理ユニット30に持たせて、当該機能を充放電管理ユニット30が自己の機能とともに実行してもよい。また、電源21の機能を単電池2の少なくても1個に持たせてもよい。
In addition, in embodiment mentioned above, in the charging / discharging
また、上述した実施形態では、充放電プロセスにおいて、放電側充放電管理ユニット30が、放電動作を周期的に行い、放電タイミングを主体的に決定する構成であるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図6に示すように、充放電調整ユニット20がトリガー信号Stgを出力することで、充電側充放電管理ユニット30は、このトリガー信号Stgと同期して、放電動作を実行してもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the charge / discharge process, the discharge-side charge /
また、上述した実施形態では、充放電プロセスにおいて、単電池2間の電力授受の手法について説明した。しかしながら、放電対象となる単電池2の電力は、充電対象の単電池2で直接的に充電するのみならず、充放電調整ユニット20の電源21に一旦充電させた上で、この電源21の電力を充電対象の単電池2に充電してもよい。また、充電対象の単電池2に対する充電電力が不足する場合には、電源21の電力を充電対象の単電池2に充電してもよく、逆に、放電対象の単電池2に関する放電量が充電量を上回る場合には、余剰分の電力を電源21に充電してもよい。この場合、充放電調整ユニット20は、充放電管理ユニット30の充放電動作と同様に、スイッチング部23を制御することにより、電源21の充放電を行うことができる。
Moreover, in embodiment mentioned above, the method of power transfer between the
上述した充放電プロセスの説明では、トランス40を介した電力授受をフォワード方式で行っているが、電力授受の方式は、電力を出力する一次巻線側の回路のオフスイッチング時に電力の授受を行うフライバック方式で行ってもよい。以下、フライバック方式を用いた充放電プロセスについて説明する。
In the description of the charging / discharging process described above, power transfer through the
図7は、本実施形態の充放電装置10の変形例としてのフライバック方式の動作を説明する説明図である。同図において、(a)は、充放電調整ユニット20に対応する巻線42の電圧出力波形を示し、(b)は、放電側充放電管理ユニット30のスイッチング波形を示し、(c)は、充電側充放電管理ユニット30のスイッチング波形を示す。また、(d)は、トランス40における磁束波形を示し、(e)は、放電対象の単電池2の放電電流を示し、(f)は、充電対象の単電池2の充電電流を示す。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the operation of the flyback method as a modification of the charge /
放電側充放電管理ユニット30において、充放電制御部33cは、通信プロセスの終了から所定期間Taの経過を判断した場合には、単電池2の放電動作を開始する。この放電動作は、充放電調整ユニット20から送信される放電量に基づいて行われる。具体的には、充放電制御部33cは、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32をオン制御することにより、巻線41に所定期間(例えば、100μsec)継続的に電流を流し、その後、スイッチング部32をオン制御と対応した期間継続的にオフ制御する。充放電制御部33cは、このようなオンオフ制御を放電量に応じた回数だけ繰り返し実行する。なお、本実施形態では、充放電制御部33cは、スイッチング部32のオンオフ制御を、例えば、正相側のオンオフ制御のみで行っている。
In the discharge-side charge /
一方、充電側充放電管理ユニット30において、充放電制御部33cは、通信プロセスの終了から所定期間Taの経過を判断した場合には、単電池2の充電動作を開始する。具体的には、充放電制御部33cは、スイッチ制御部33eを介してスイッチング部32を所定期間(上述した放電側充放電管理ユニット30のオン制御期間と対応する期間)継続的にオフ制御し、その後、スイッチング部32をオン制御することにより、巻線41にオフ制御と対応した期間継続的に電流を流す。充放電制御部33cは、このようなオンオフ制御を充電量に応じた回数だけ繰り返し実行する。なお、本実施形態では、充電側の巻線41と放電側の巻線41との巻線方向が同じであるため、充放電制御部33cは、スイッチング部32のオンオフ制御を、例えば、逆相側のオンオフ制御のみで行う。
On the other hand, in the charge-side charge /
このような形態によれば、単電池2同士(または、電源21と単電池2との間)の電力授受は、フライバック方式により行われる。電力を出力する一次巻線電圧にかかわらず、電力を入力する二次巻線の電圧を設定することができるので、単電池2同士の電圧差が小さくなってフォワード方式では電力授受の制御が困難となるといった場合や、目標充電量に近づいて微細な量の電力授受を行う場合に、フライバック方式を用いる長所がある。
According to such a form, power transfer between the single cells 2 (or between the
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態にかかる充放電装置10の構成の要部を示す模式図である。第2の実施形態に充放電装置10が、第1の実施形態のそれと相違する点は、充放電調整ユニット20のスイッチング部23および充放電管理ユニット30のスイッチング部32の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a main part of the configuration of the charge /
本実施形態において、各スイッチング部23,32は、電力線に設けられた1つのトランジスタTr(例えば、FET:Field effect transistor)から構成されている。このトランジスタTrには、ボディダイオードDが逆並列に接続されて内蔵されている。個々のユニット20,30において、トランジスタTrは、制御部24,33とそれぞれ接続されており、制御部24,33からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
In this embodiment, each switching
さらに、本実施形態では、個々のユニット20,30には、回路における急激な電圧上昇を抑制するために、ダイオードDに対してコンデンサCと抵抗Rとの並列回路を直列接続したスナバ回路が、巻線41.42に対して並列に接続されている。
Furthermore, in the present embodiment, each
また、充放電調整ユニット20において、電源21とスイッチング部23との間には、巻線42側から電源21側への電力供給時、出力電圧が基準電圧(例えば、電源21の電圧)よりも高くなるように昇圧動作を行う昇圧回路27が接続されている。この昇圧回路27は、各単電池2の電圧に対して電源21の電圧が高いといったケースでも、単電池2から電源21への充電動作を実現させるために設けられている。また、このケースでは、電源21側から単電池2側の電力供給時、過大な電圧が単電池2側に印加されることを抑制するために、降圧動作を行う降圧回路を設けることが好ましい。しかしながら、本実施形態では、スイッチング部23を降圧レギュレータのチョッパスイッチとして動作させることにより、この降圧回路を省略した構成としている。
In the charge /
また、本実施形態において、充放電調整ユニット20に対応する巻線42と、充放電管理ユニット30に対応する巻線41とは、すべて同じ極性となるようにトランス40に巻回されている。このケースでは、単電池2間の電力授受、および、単電池2と電源21との間の電力授受は、上述したフォワード方式で実行される。
In the present embodiment, the winding 42 corresponding to the charge /
このように本実施形態によれば、スイッチング部23,32の構成を簡素化することができる。
Thus, according to this embodiment, the structure of the switching
なお、各ユニット20,30のスイッチング部23,32の構成は、本実施形態で示すように単一のスイッチから構成してよいし(単一スイッチ構成)、第1の実施形態で示したように4つのスイッチからなるブリッジ回路で構成してもよい(フルブリッジ構成)。また、複数の充放電管理ユニット30のスイッチング部32についても、単一スイッチ構成であっても、フルブリッジ構成であってもよい。この場合、各ユニット20,30に対応する巻線41,42の極性と、スイッチング部23,32の構成との組み合わせに応じて、2者間の電力授受の方式が決定されることととなる。
The configuration of the switching
具体的には、各ユニット20,30に対応する巻線41,42がそれぞれ同じ極性である場合、単電池2間、および、電源21と単電池2との間の電力授受の方式は、各ユニット20,30のスイッチング部23,32の構成に応じて、下表に示すように選択することができる。
同表に示すように、充放電対象に接続する巻線41,42がそれぞれ正相の場合、スイッチング部23,32の構成に応じて、電力授受の方式が決定されることなる。具体的には、ユニット20,30が備えるスイッチング部23,32が双方とも単一スイッチ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式となる。これに対して、スイッチング部23,32のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。
As shown in the table, when the
これに対して、各充放電管理ユニット30のそれぞれに対応する巻線41に対して、充放電調整ユニット20に対応する巻線42が逆の極性である場合、単電池2間、および、電源21と単電池2との間の電力授受の方式は、各ユニット20,30のスイッチング部23,32の構成に応じて、下表に示すように選択することができる。
同表に示すように、単電池2間の電力授受の場合、充放電対象に接続する充放電管理ユニット30が備えるスイッチング部32が双方ともに単一スイッチ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式となる。これに対して、スイッチング部32のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。また、単電池2と電源21との電力授受の場合、充放電対象に接続するユニット20,30が備えるスイッチング部23,32が双方ともに単一スイッチ構成である場合、充放電対象の電力授受の方式はフライバック方式となる。これに対して、スイッチング部23,32のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、充放電対象の電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。
As shown in the table, in the case of power transfer between the
また、図9に示すように、複数の充放電管理ユニット30を二つのグループGa,Gbに分割し、一方のグループGaに属する各充放電管理ユニット30の巻線41と、他方のグループGaに属する各充放電管理ユニット30の巻線41とを逆の極性となるようにしてもよい。この場合、スイッチング部32を単一スイッチ構成とした場合であっても、グループGaに属する単電池2とグループGbに属する単電池2との間の電力授受をフライバック方式で行うことができる。また、この場合、充放電調整ユニット20のスイッチング部23をフルブリッジ構成とすることで、電源21と各単電池2との間の電力授受をフライバック方式とフォワード方式との都合のよい方を選択することができる。
Further, as shown in FIG. 9, the plurality of charge /
以上、本発明の実施形態にかかる充放電装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、充放電装置は、ハイブリッド自動車のバッテリ以外にも、電気自動車、パソコンといった種々の機器のバッテリとして機能する組電池について、各単電池の充放電を最適化することができる。 As mentioned above, although the charging / discharging apparatus concerning embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation are possible within the scope of the invention. . For example, the charging / discharging device can optimize charging / discharging of each unit cell for an assembled battery that functions as a battery for various devices such as an electric vehicle and a personal computer in addition to a battery for a hybrid vehicle.
1 組電池
2 単電池
3 DC/DCコンバータ
4 インバータ
5 モータ
6 発電機
7 充電回路
10 充放電装置
20 充放電調整ユニット
21 電源
23 スイッチング部
24 制御部
24a 受信部
24b 位相検出部
24c 充放電調整部
24d 送信部
24e スイッチ制御部
25 電圧検出部
26 フィルタ回路
27 昇圧回路
30 充放電管理ユニット
32 スイッチング部
33 制御部
33a 受信部
33b 位相検出部
33c 充放電制御部
33d 送信部
33e スイッチ制御部
34 状態検出部
35 電圧検出部
36 フィルタ回路
40 トランス
41 巻線
42 巻線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 assembled
Claims (6)
前記単電池毎に設けられており、それぞれが前記単電池と前記トランスの巻線との間に介在された複数のスイッチング手段と、
前記複数のスイッチング手段のそれぞれをオンオフ制御する複数の充放電管理手段と、
前記複数の単電池のそれぞれを判断対象として、当該単電池を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかを判断する充放電調整手段とを有し、
前記充放電調整手段は、前記複数の充放電管理手段のそれぞれに対して判断結果を送信し、
前記複数の充放電管理手段は、受信した判断結果に基づいて、個々の前記スイッチング手段をそれぞれオンオフ制御することを特徴とする充放電装置。 A charge / discharge device that charges and discharges each of a plurality of single cells via a transformer,
A plurality of switching means provided for each unit cell, each interposed between the unit cell and the winding of the transformer;
A plurality of charge / discharge management means for controlling on / off of each of the plurality of switching means;
Charge / discharge adjustment means for determining whether to charge, discharge, or perform both charging and discharging, with each of the plurality of unit cells as a determination target,
The charge / discharge adjustment means transmits a determination result to each of the plurality of charge / discharge management means,
The plurality of charge / discharge management means perform on / off control of each of the switching means based on the received determination result.
前記電源と前記トランスの巻線との間に介在されるメインスイッチング手段とをさらに備え、
前記充放電調整手段は、前記メインスイッチング手段をオンオフ制御して、前記判断結果を前記トランスを介して各充放電管理手段に送信することを特徴とする請求項1に記載された充放電装置。 Power supply,
A main switching means interposed between the power source and the transformer winding;
2. The charging / discharging device according to claim 1, wherein the charging / discharging adjusting unit controls on / off of the main switching unit and transmits the determination result to each charging / discharging managing unit via the transformer.
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- 2010-01-26 JP JP2010013795A patent/JP2011155718A/en active Pending
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