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JP2011155718A - Charging/discharging device - Google Patents

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JP2011155718A
JP2011155718A JP2010013795A JP2010013795A JP2011155718A JP 2011155718 A JP2011155718 A JP 2011155718A JP 2010013795 A JP2010013795 A JP 2010013795A JP 2010013795 A JP2010013795 A JP 2010013795A JP 2011155718 A JP2011155718 A JP 2011155718A
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JP
Japan
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charge
discharge
unit
charging
switching
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JP2010013795A
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Japanese (ja)
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Takaaki Ishii
孝明 石井
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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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1
To 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.

特開2002−223528号公報JP 2002-223528 A

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The schematic diagram which shows the structure of the hybrid vehicle to which the charging / discharging apparatus 10 concerning 1st Embodiment was applied. 充放電調整ユニット20の構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the charging / discharging adjustment unit 20 typically. 充放電管理ユニット30の構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the charge / discharge management unit 30 typically. 第1の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Explanatory drawing explaining operation | movement of the charging / discharging apparatus 10 concerning 1st Embodiment. 通信フレームFM,FSの説明図Illustration of communication frames FM, FS 第1の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Explanatory drawing explaining operation | movement of the charging / discharging apparatus 10 concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態の充放電装置10の変形例としての動作を説明する説明図Explanatory drawing explaining the operation | movement as a modification of the charging / discharging apparatus 10 of 1st Embodiment. 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The schematic diagram which shows the principal part of the structure of the charging / discharging apparatus 10 concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態にかかる充放電装置10の変形例としての構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure as a modification of the charging / discharging apparatus 10 concerning 2nd Embodiment.

(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 / discharge device 10 according to the first embodiment is applied. In this hybrid vehicle, the electric power from the assembled battery 1 functioning as a battery is voltage-converted by the DC / DC converter 3 and then output to the inverter 4, and the inverter 4 receives the DC power supplied from the DC / DC converter 3. Is converted into three-phase AC power and output to the motor 5. Further, the three-phase AC power generated by the generator 6 driven by the power of an engine (not shown) or the three-phase AC power generated by the regenerative operation of the motor 3 is converted into DC power by the inverter 4, This direct-current power is voltage-converted by the DC / DC converter 3 and then charged to the assembled battery 1. A charging circuit 7 is provided between the DC / DC converter 3 and the assembled battery 1, and the charging circuit 7 controls the upper limit charging voltage so that the individual cells 2 are not overcharged. Or, control is performed so that the current supplied to the assembled battery 1 does not exceed a certain level.

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 unit cells 2 in series. As each unit cell 2, for example, a lithium ion battery can be used. In the present embodiment, the cell 2 is composed of a single battery element, but may be composed of a plurality of battery elements connected in parallel or in series with each other.

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 / discharging device 10 according to the present embodiment is a device that charges and discharges each of a plurality of batteries via a transformer. In the present embodiment, the assembled battery 1 is configured for the assembled battery 1 as a battery. The charging / discharging regarding the some cell 2 to control is controlled. Specifically, the charging / discharging device 10 is used between any single cells 2 in a non-charging operation except for a charging operation in which the power generated by the generator 6 or the regenerative power generated by the motor 5 is charged to the assembled battery 1. By transferring power, the state of charge (SOC) of each unit cell 2 is adjusted, and thereby the amount of charge of each unit cell 2 is optimized.

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 / discharging device 10 is mainly configured by a charging / discharging adjustment unit 20, a plurality of charging / discharging management units 30, and a transformer 40. The plurality of charge / discharge adjustment units 20 are provided corresponding to the individual single cells 2 so as to have a one-to-one relationship with the single cells 2 constituting the assembled battery 1. A plurality of windings 41 corresponding to each charge / discharge management unit 30 and a winding 42 corresponding to the charge / discharge adjustment unit 20 are wound around a common magnetic core of the transformer 40.

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 windings 41 of the individual charge / discharge management units 30 are wound to have the same polarity (winding direction), and the windings 41 are magnetically coupled to each other. The winding 42 of the charge / discharge adjustment unit 20 is wound so as to have the same polarity as the winding 41 of each charge / discharge management unit 30 and is magnetically coupled to each winding 41. Each winding 41 functions as a primary winding when power is output from the unit cell 2 connected to itself to another unit cell 2 or the power source 21, and is connected to the other unit cell 2 or the power source 21 to itself. It also functions as a secondary winding when power is input to the unit cell 2 to be operated. On the other hand, the winding 42 functions as a primary winding when power is output from the power source 21 to the single battery 2, and also functions as a secondary winding when power is input from the single battery 2 to the power source 21. The windings 41 and 42 also have a function as a communication path for transmitting a signal between the charge / discharge adjustment unit 20 and each charge / discharge management unit 30.

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 / discharge adjustment unit 20. The charge / discharge adjustment unit 20 comprehensively controls the operation of each charge / discharge management unit 30. Specifically, the charge / discharge adjustment unit 20 transmits a signal to / from each charge / discharge management unit 30 via the transformer 40, so that the state of the unit cell 2 associated with each charge / discharge management unit 30 is determined. , And the charge / discharge management unit 30 is controlled based on the result of acquisition to optimize the charge amount of each unit cell 2.

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 / discharge adjustment unit 20 transmits and receives power via the transformer 40 as necessary. Thereby, the charging / discharging adjustment unit 20 charges the power from one of the single cells 2 to the power source 21, or outputs the power charged in the power source 21 as the charging power in one of the single cells 2. can do.

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 / discharge adjustment unit 20 includes a power source 21, a switching unit (main switching unit) 23, a control unit (charge / discharge adjustment unit) 24, and a voltage detection unit 25.

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 power source 21 is a DC power source and is a rechargeable secondary battery. The power source 21 can charge the power discharged from any one of the cells 2 or can discharge the power charged by itself as charging power for any of the cells 2. As the power source 21, for example, a low-voltage battery (for example, a 12V lead storage battery) mounted on a hybrid vehicle can be used. A power line is connected to both the positive and negative terminals of the power source 21, and the power source 21 and the winding 42 are connected to each other via a pair of power lines.

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 power source 21 is provided between the positive power line and the negative power line, and each power line is for removing high frequency noise. An inductor L is provided.

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 unit 23 is provided in a power line between the power source 21 and the winding 42, and switches the conduction state by opening and closing the power line (on / off operation). The switching unit 23 includes a bridge circuit including four transistors Tr1 to Tr4 (for example, FET: Field effect transistor). In this bridge circuit, the positive side of the power source 21 is connected between the transistors Tr1 and Tr2, and the negative side of the power source 21 is connected between the transistors Tr3 and Tr4. One terminal side of the winding 42 is connected between the transistors Tr1 and Tr3, and the other terminal side of the winding 42 is connected between the transistors Tr2 and Tr4. Further, body diodes D1 to D4 are connected in antiparallel to each of the transistors Tr1 to Tr4. Each of the transistors Tr1 to Tr4 is connected to the control unit 24, and is controlled to be turned on / off by a signal from the control unit 24.

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 control unit 24 controls the switching unit 23 to communicate with each of the charge / discharge management units 30 and to exchange power with an arbitrary unit cell 2 as necessary. As the control unit 24, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. The control unit 24 operates with power supplied from the power source 21.

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 voltage detection unit 25 is input to the control unit 24. The voltage detection unit 25 is a comparator with hysteresis, for example, and is connected in parallel to the winding 42. The voltage detection unit 25 outputs a detection signal (pulse signal) corresponding to the winding voltage when the output voltage changes according to the winding voltage appearing in the winding 42. The detection signal output from the voltage detection unit 25 is branched into two systems and then input to the control unit 24. A detection signal passing through one system is input to the control unit 24 as it is, and a detection signal passing through the other system is input to the control unit 24 after passing through the filter circuit 26. The filter circuit 26 has a function as a high-pass filter, and allows a signal having a frequency component equal to or higher than a predetermined frequency among detection signals output from the voltage detection unit 25 to pass therethrough. The filter circuit 26 may be a band pass filter, and the signal may be modulated.

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 control unit 24 includes a reception unit 24a, a phase detection unit 24b, a charge / discharge adjustment unit 24c, a transmission unit 24d, and a switch control unit 24e.

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 unit 24a receives the high-frequency component detection signal that has passed through the filter circuit 26, and outputs the reception result to the charge / discharge adjusting unit 24c. As will be described later, among the detection signals output from the voltage detection unit 25, the detection signal corresponding to the high frequency component corresponds to a signal transmitted from the charge / discharge management unit 30 side.

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 phase detection unit 24b detects the rise or fall of the voltage of the detection signal based on the detection signal output from the voltage detection unit 25, and outputs the detection result to the charge / discharge adjustment unit 24c.

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 / discharge adjustment unit 24 c grasps the state of the unit cell 2 detected by each charge / discharge management unit 30 based on the reception result output from the reception unit 24 a, that is, the signal from the charge / discharge management unit 30. To do. Then, the charge / discharge adjustment unit 24c determines whether each unit cell 2 is to be determined, whether the unit cell 2 is charged, discharged, or not both charged and discharged. This determination is made in consideration of the states of all the unit cells 2 constituting the assembled battery 1 from the viewpoint of optimizing the charge amount of each unit cell 2. For example, in this optimization, the charge amount of all the unit cells 2 is equalized, or a plurality of unit cells 2 are classified according to their capacities, and each unit cell belonging to the group is classified for each classified group. The charge amount of 2 is made uniform.

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 / discharge adjustment unit 24c also determines the charge amount for the unit cell 2 to be charged, and also determines the discharge amount for the unit cell 2 to be discharged. This charge / discharge amount is a parameter indicating an increase / decrease amount of the charge amount based on the current charge amount (SOC) of the unit cell 2 to be charged / discharged, and the target of the unit cell 2 to be charged / discharged Various indirect parameters capable of defining the charge / discharge amount, such as the amount of charge (SOC), or a combination of these may be included. The charge / discharge adjustment unit 24c basically performs power transfer between the single cells 2, that is, between the single cell 2 to be charged and the single cell 2 to be discharged. The charge / discharge amount is determined as follows. The unit cell 2 to be charged and the unit cell 2 to be discharged are not only in a one-to-one relationship, but may have a one-to-many or many-to-many relationship. In this case, the total discharge amount and the charge amount are Set to correspond. Then, the charge / discharge adjustment unit 24c transmits the determination result to each of the plurality of charge / discharge management units 30 via the transmission unit 24d.

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 / discharge adjustment unit 24c controls the switching unit 23 via the switch control unit 24e according to the detection result of the phase detection unit 24b, thereby charging the power source 21 with the power from the unit cell 2, The power stored in the power source 21 is output to the unit cell 2. As a result, when the voltage difference between the single cells 2 to be charged / discharged is small and it is inappropriate or inefficient to transfer power between the single cells 2 due to a winding error, the power between the single cells 2 When the exchange is performed via the power source 21 or when the charge amount or discharge amount on the unit cell 2 side is uneven, this uneven charge / discharge amount can be efficiently covered with the voltage or power of the power source 21. .

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 transmission unit 24d performs on / off control of the switching unit 23 via the switch control unit 24e based on the transmission information output from the charge / discharge adjustment unit 24c. The transmission unit 24d generates a pulse signal corresponding to transmission information by, for example, PWM-modulating the switching unit 23 via the switch control unit 24e, and thereby generates individual charge / discharge management units 30 via the transformer 40. Various information is transmitted as signals.

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 switch control unit 24e performs on / off control of the switching unit 23 in accordance with an instruction from the charge / discharge adjustment unit 24c or an instruction from the transmission unit 24d. Specifically, the switch control unit 24e controls the transistors Tr1 and Tr4 to turn on, whereby a drain current flows through the transistors Tr1 and Tr4, thereby applying a voltage to the winding 42 (positive phase on control). ). On the other hand, when the transistors Tr1 and Tr4 are turned off, no drain current flows through the transistors Tr1 and Tr4, so that no voltage is applied to the winding 42 (positive phase off control). On the other hand, when the transistors Tr2 and Tr3 are turned on, a drain current flows through the transistors Tr2 and Tr3, thereby applying a reverse polarity voltage to the winding 42 (reverse phase on control). On the other hand, when the transistors Tr2 and Tr3 are turned off, no drain current flows through the transistors Tr2 and Tr3, so that no voltage is applied to the winding 42 (reverse phase off control).

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 / discharge management unit 30. The charge / discharge management unit 30 detects the state of the unit cell 2 associated with itself, or performs charge / discharge of the unit cell 2 via the transformer 40. The charge / discharge management unit 30 transmits and receives signals to and from the charge / discharge adjustment unit 20 via the transformer 40. Through the transmission / reception of this signal, the charge / discharge management unit 30 notifies the charge / discharge adjustment unit 20 of the detected state of the unit cell 2, or acquires information that is a premise of charge / discharge control from the charge / discharge adjustment unit 20. .

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 / discharge management unit 30 includes a switching unit (switching unit) 32, a control unit (charge / discharge management unit) 33, a state detection unit 34, and a voltage detection unit 35. In the charge / discharge management unit 30, power lines are connected to both the positive and negative terminals of the unit cell 2, and the unit cell 2 and the winding 41 are connected to each other via a pair of power lines. In addition, a capacitor C for smoothing the power supply voltage of the unit cell 2 is provided between the positive power line and the negative power line, and each power line is for removing high frequency noise. Inductor L is provided.

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 unit 32 is provided in a power line between the unit cell 2 and the winding 41, and switches the conduction state by opening and closing the power line (on / off operation). Similar to the switching unit 23 described above, the switching unit 32 is configured by a bridge circuit including four transistors Tr1 to Tr4 (for example, FET: Field effect transistor). Each of the transistors Tr1 to Tr4 is connected to the control unit 33, and is controlled to be turned on / off by a signal from the control unit 33.

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 control unit 33 controls the switching unit 32 to communicate with the charge / discharge adjustment unit 20 and to exchange power with other unit cells 2 or the power source 21. As the control unit 33, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. The control unit 33 operates with electric power supplied from the unit cell 2 associated with itself.

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 state detection unit 34 and the voltage detection unit 35 is input to the control unit 33. The state detection unit 34 detects the state of the unit cell 2. The state of the unit cell 2 detected by the state detection unit 34 according to the present embodiment is typically a voltage, but it is also possible to detect current and temperature in addition to this. Similarly to the voltage detection unit 25 of the charge / discharge adjustment unit 20, the voltage detection unit 35 changes the output voltage according to the winding voltage appearing in the winding 41, thereby detecting the detection signal according to the winding voltage change. (Pulse signal) is output. The detection signal output from the voltage detection unit 25 is input to the control unit 33 as it is, and is input to the control unit 33 after passing through the filter circuit 36. The filter circuit 36 has a function as a high-pass filter, and allows a signal having a frequency component equal to or higher than a predetermined frequency among detection signals output from the voltage detection unit 35 to pass therethrough. The filter circuit 36 may be a bandpass filter, and the signal may be modulated.

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 control unit 33 includes a reception unit 33a, a phase detection unit 33b, a charge / discharge control unit 33c, a transmission unit 33d, and a switch control unit 33e when this is functionally grasped. Among these functional elements, the reception unit 33a, the phase detection unit 33b, the transmission unit 33d, and the switch control unit 33e are received among the functional elements constituting the control unit 24 of the charge / discharge adjustment unit 20 described above. The same functions as those of the unit 24a, the phase detection unit 24b, the transmission unit 24d, and the switch control unit 24e are described, and detailed descriptions thereof are omitted.

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 / discharge control unit 33c responds to itself by controlling the switching unit 32 via the switch control unit 33e based on the reception result output from the reception unit 33a, that is, the signal from the charge / discharge adjustment unit 20. The charging / discharging of the attached unit cell 2 is controlled. In charge / discharge control, the charge / discharge control unit 33c refers to the detection result output from the phase detection unit 33b as necessary.

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 / discharge control unit 33c transmits the detection result of the state detection unit 34 as a signal to the charge / discharge adjustment unit 20 or receives a signal from the charge / discharge adjustment unit 20 via the transmission unit 33d. Or send a response signal.

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 apparatus 10 concerning this embodiment is demonstrated. The charge / discharge device 10 optimizes the amount of charge of each unit cell 2 through a communication process performed between the charge / discharge adjustment unit 20 and each charge / discharge management unit 30 and the unit cell 2 performed following this communication process. The charge / discharge process is performed between the two processes, and this operation is repeated with both processes as a set according to the necessity of optimization of the charge amount of each unit cell 2.

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 device 10, for convenience, it is assumed that the charge amount needs to be optimized for any two unit cells 2 among the plurality of unit cells 2 constituting the assembled battery 1. The operation related to power transfer between the single cells 2 will be described after the single cell 2 is to be charged and the other single cell 2 is to be discharged. Further, the charge / discharge management unit 30 connected to the unit cell 2 to be charged is referred to as a “charge side charge / discharge management unit 30”, and the charge / discharge management unit 30 connected to the unit cell 2 to be discharged is referred to as “discharge side charge / discharge unit”. It is referred to as “discharge management unit 30”.

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 / discharge device 10 according to the present embodiment. In the same figure, (a) is the voltage waveform diagram which combined electric power and a signal. (B) shows the voltage output waveform of the winding 42 provided in the charge / discharge adjustment unit 20, (c) shows the voltage output waveform of the winding 41 provided in the discharge side charge / discharge management unit 30, and (d ) Shows a waveform simulating the gate input voltage of the FET of the switching unit 32 that interfaces with the winding 41 of the charge-side charge / discharge management unit 30.

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 / discharge adjustment unit 20 and each charge / discharge management unit 30 to grasp the voltage state of each unit cell 2 and charge / discharge connected to the unit cell 2 to be charged / discharged. A charge / discharge instruction is given to the management unit 30. First, a basic communication form between the charge / discharge adjustment unit 20 and the charge / discharge management unit 30 will be described. In this communication process, the switching units 23 and 32 included in the units 20 and 30 are controlled to be in an off state (all of the transistors Tr1 to Tr4 are off) except for a switching operation caused by signal transmission described later.

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 / discharge adjustment unit 20 transmits a signal to the charge / discharge management unit 30, the charge / discharge adjustment unit 20 uses a communication frame FM (FM: FM1 to FM3) including various types of information as a charge / discharge management unit. 30. As shown in FIG. 5A, the communication frame FM includes synchronization pattern data, address data, and control signal data. Here, as shown in FIG. 5B, the synchronization pattern data is data for synchronizing the charge / discharge adjustment unit 20 and the charge / discharge management unit 30, for example, the upper 12 bits of the communication frame FM This is the case. The address data is data including address information for identifying the transmission destination and transmission source of the communication frame FM and check bits. For example, 12 bits following the synchronization pattern data of the communication frame FM correspond to this. The control signal data is data including control contents to the charge / discharge management unit 30 and check bits, and corresponds to the lower 18 bits of the communication frame FS.

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 / discharge adjustment unit 20, the charge / discharge adjustment unit 24 c outputs the address of the charge / discharge management unit 30 serving as a transmission destination, its own address as a transmission source, and its control content to the transmission unit 24 d as transmission information. The transmission unit 24d applies a pulse voltage to the winding 42 by performing PWM control of the switching unit 23 via the switch control unit 24e based on the transmission information. Accordingly, the transmission unit 24d transmits the communication frame FM corresponding to the transmission information to each charge / discharge management unit 30 via the transformer 40.

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 / discharge management unit 30 receives the communication frame FM transmitted by the charge / discharge adjustment unit 20 via the transformer 40. Specifically, when the communication frame FM is transmitted from the charge / discharge adjustment unit 20, the voltage of the winding 41 appears as a voltage change corresponding to the communication frame FM, and thus this voltage change is detected by the voltage detection unit 35. The The voltage detector 35 outputs a detection signal corresponding to the communication frame FM, which passes through the filter circuit 36 and is received by the receiver 33a. When receiving the detection signal from the voltage detection unit 35, the reception unit 33a extracts each data corresponding to the communication frame FM from the detection signal, and outputs the reception result to the charge / discharge control unit 33c. Based on the reception result, the charge / discharge control unit 33c performs various processes based on the control signal data when the transmission destination of the communication frame FM corresponds to its own address.

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 / discharge management unit 30 transmits a communication frame FS (FS: FS1 to FS3) including various information to the charge / discharge adjustment unit 20 in order to send a reply to the charge / discharge adjustment unit 20. As shown in FIG. 5A, the communication frame FS includes address data and control signal data. Here, as shown in FIG. 5C, the address data is data including address information and a check bit for identifying a transmission destination and a transmission source of information, and the upper 12 bits of the communication frame FS correspond to this. . The control signal data is data including a reply content to the charge / discharge adjustment unit 30 and a check bit, and the lower 18 bits of the communication frame FS correspond to this.

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 / discharge management unit 30, the charge / discharge control unit 33c outputs, as transmission information, the address of the charge / discharge adjustment unit 20 serving as a transmission destination, its own address as a transmission source, and the reply content to the transmission unit 33d. The transmitter 33d applies a pulse voltage to the winding 41 by performing PWM control of the switching unit 32 via the switch controller 33e based on the transmission information. Thereby, the transmission unit 33d transmits the communication frame FS corresponding to the transmission information to the charge / discharge adjustment unit 20 via the transformer 40.

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 / discharge adjustment unit 20 receives the communication frame FS transmitted by the charge / discharge management unit 30 via the transformer 40. Since the operation of the charge / discharge adjustment unit 20 when receiving the communication frame FS corresponds to the operation when the charge / discharge management unit 30 receives the communication frame FM, detailed description thereof is omitted.

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 control units 24 and 33 of the units 20 and 30 turn on and off the switching units 23 and 32 at a higher frequency (for example, a basic frequency of 2 MHz) than a switching frequency executed during the charge / discharge process described later. I have control. In the present embodiment, since power transfer and communication are performed via the transformer 40, the switching frequency is differentiated between the power transfer scene and the communication scene, thereby separating the two. Further, in the present embodiment, the switching units 23 and 32 are configured by a bridge circuit composed of four transistors Tr1 to Tr4, so that the on / off control on the positive phase side and the on / off control on the negative phase side are inverted and controlled. By applying a bipolar pulse voltage to each of the windings 41 and 42, a bipolar output of a signal is made possible.

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 unit cell 2, the charge / discharge adjustment unit 20 transmits / receives signals as shown below. By sequentially performing the process on the battery 30, the voltage states of all the cells 2 constituting the battery pack 1 are grasped. First, the charge / discharge adjustment unit 20 transmits a communication frame FM1 whose control content (control signal data) is the detection of the state of the unit cell 2 and the return of the detection result to the target charge / discharge management unit 30. When the charge / discharge management unit 30 receives the communication frame FM <b> 1 from the charge / discharge adjustment unit 20, the charge / discharge management unit 30 detects the voltage state of the unit cell 2 in accordance with an instruction from the charge / discharge adjustment unit 20. Then, the charge / discharge management unit 30 transmits to the charge / discharge adjustment unit 20 a communication frame FS1 having the detection result (the voltage state of the single cell 2) as a reply content (control signal data).

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 / discharge adjustment unit 20 grasps the voltage state of each cell 2 through communication with each charge / discharge management unit 30, the cell 2 is charged or discharged with each cell 2 as a determination target. Or whether to perform both charging and discharging. Thereby, about each single battery 2 which comprises the assembled battery 1, what is not charged / discharged, what is to be charged, its charge amount, what is to be discharged, and its discharge amount are determined. . As described above, when it is assumed that the charge amount needs to be optimized for any two unit cells 2, one unit cell 2 among the plurality of unit cells 2 is charged, and another unit cell 2 is to be discharged, and the remaining unit cell 2 is determined not to perform both charging and discharging.

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 / discharge adjustment unit 20 transmits to the discharge-side charge / discharge management unit 30 a communication frame FM2 having the control content (control signal data) as a discharge target and the discharge amount. Here, the amount of discharge included in the control content may be the amount of electric power to be discharged itself, but the corresponding parameter (for example, the number of periodic discharges, the discharge time required for one discharge, The target cell 2 to be discharged may be a target charge amount (SOC)), or information obtained by combining them. Then, the discharge-side charge / discharge management unit 30 charges the communication frame FS2 with the information (for example, transmitted control signal data (echo back)) indicating that the communication frame FM2 has been received as the reply content (control signal data). While transmitting to the discharge adjustment unit 20, according to the control content from the charge / discharge adjustment unit 20, the charge / discharge process described below is performed.

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 / discharge adjustment unit 20 receives the communication frame FM2 from the discharge-side charge / discharge management unit 30, the charge / discharge adjustment unit 20 charges the communication frame FM3, which is a charge target and the control content (control signal data) with the charge amount. It transmits to the discharge management unit 30. The charge side charge / discharge management unit 30 transmits to the charge / discharge adjustment unit 20 a communication frame FS3 whose response content is information indicating that the communication frame FM3 has been received (for example, transmitted control signal data). The charge / discharge process described below is executed in accordance with the control content from the charge / discharge adjustment unit 20.

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 unit cell 2 to be discharged and the unit cell 2 to be charged via the transformer 40. In the present embodiment, power is transferred through the transformer 40 by a forward method in which power is transferred during on-switching of a circuit on the primary winding side that outputs power.

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 / discharge management unit 30, the charge / discharge control unit 33c starts the discharge operation of the unit cell 2 when it is determined that the predetermined period Ta has elapsed since the end of the communication process. This discharge operation is performed based on the discharge amount transmitted from the charge / discharge adjustment unit 20. Specifically, the charge / discharge control unit 33c continuously applies a voltage to the winding 41 for a predetermined period (for example, 100 μsec) by turning on the switching unit 32 via the switch control unit 33e. Then, the charge / discharge control unit 33c performs on / off control of the switching unit 32 via the switch control unit 33e, thereby repeatedly executing the burst-like voltage application operation at a predetermined cycle (for example, 110 μsec) as many times as the number of discharges. . In the present embodiment, the charge / discharge control unit 33c performs the positive phase on control and the reverse phase on control alternately during the on control of the switching unit 32, so that the positive and negative polarities are alternately reversed to the winding 41. The voltage application is performed.

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 / discharge management unit 30, the charge / discharge control unit 33c starts the charging operation of the unit cell 2 when it is determined that the predetermined period Ta has elapsed since the end of the communication process. Specifically, when the charge / discharge control unit 33c determines the rise of the output pulse of the detection signal from the voltage detection unit 25 based on the detection result from the phase detection unit 33b, the charge / discharge control unit 33c passes the switch control unit 24e. When the switching unit 23 is turned on, and when the falling edge of the output pulse of the detection signal is determined, the switching unit 23 is turned off via the switch control unit 24e. Thereby, the on / off control of the switching unit 23 of the charge side charge / discharge management unit 30 can be performed in synchronization with the on / off control of the switching unit 23 of the discharge side charge / discharge management unit 30. The charge / discharge control unit 33c performs on / off control on the positive phase side or the negative phase side so as to correspond to the voltage polarity appearing alternately in the winding 41.

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 / discharge adjustment unit 20, the charge / discharge adjustment unit 24c determines the elapse of the predetermined period Tb from the end of power transfer based on the information from the phase detection unit 24b, and has been described above. Transition to the communication process. As described above, the charge / discharge time that is periodically executed is, for example, 100 μsec. However, the adjustment of the charge amount of the unit cell 2 targeted for the optimization of the charge amount is about ± 0.2%. Since this is sufficient in many cases, even if the winding is driven by a large power with high winding efficiency, power can be exchanged with sufficiently fine resolution for optimization.

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 control unit 24 of the charge / discharge adjustment unit 20, each of the plurality of single cells 2 is determined, and the single cell is charged, discharged, or both charged and discharged. Is determined, and 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.

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 individual switching units 23 can be independently controlled by the plurality of charge / discharge management units 30, the switching unit 23 corresponding to any single cell 2 that needs to exchange power is provided. It can be selectively controlled. When all the switching units corresponding to the assembled battery are collectively controlled, there is a possibility that a switching unit that does not need to be operated may be operated together. Can be suppressed. Therefore, it is possible to minimize the number of switching units 23 to be operated in accordance with power transfer. As a result, it is possible to reduce the power loss associated with the switching operation, improve the efficiency of power transfer and reduce heat generation, and suppress electromagnetic interference (EMI). Moreover, since the electric power which passes the coil | winding 41 with electric power transfer can be enlarged, the core loss (iron loss) of the transformer 40 can be suppressed. Thereby, the amount of charge of each unit cell 2 constituting the assembled battery 1 can be optimized with high efficiency, and the safety and long life of the assembled battery 1 can be improved.

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 / discharge management units 30 centrally by providing the charge / discharge adjustment unit 20 on the relationship which controls the switching part 23 by the several charge / discharge management unit 30 separately, The charge amount of each unit cell 2 can be optimized. Moreover, since the information of the corresponding single battery 2 can be acquired from the plurality of charge / discharge management units 30, the charge amount of each single battery 2 can be optimized while the state of the single battery 2 is fed back. Thereby, the charge amount of each single battery 2 which comprises the assembled battery 1 can be judged in total, and the optimization can be performed accurately.

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 / discharge adjustment unit 20, the control unit 24 performs on / off control of the switching unit 32 and transmits the determination result to each charge / discharge management unit 30 via the transformer 40.

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 / discharge adjustment unit 20 and the charge / discharge management unit 30 can be performed via the transformer 40 that transmits and receives power. Thereby, since it is not necessary to provide a signal line or the like necessary for communication between the units 20 and 30, it is possible to improve the maintenance such as simplification of the apparatus configuration and replacement of the units 20 and 30. In addition, since the withstand voltage can be provided by the winding of the transformer 40, it is not necessary to use a high withstand voltage circuit or IC as each unit 20 and 30, so that an inexpensive apparatus configuration can be realized. In addition, since the individual charge / discharge management units 30 are connected in parallel to each other, even if any one of the unit cell 2 or the charge / discharge management unit 30 fails, as compared with the configuration in which all are connected in series, The possibility of losing the overall function is low, and the reliability of the device can be improved.

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 / discharge adjustment unit 20, the control unit 24 performs on / off control of the switching unit 23 at a frequency higher than the switching frequency at the time of charge / discharge of electric power, thereby determining the determination result of the transformer 40. To each charge / discharge management unit 30.

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 transformer 40. Further, since the communication frequency is high, the communication power input to the transformer 40 can be reduced by the effect of the self-inductance of the transformer 40, and the magnetic permeability of the transformer core is higher than that in the case of power transfer with a low frequency. Therefore, the communication power passing through the transformer 40 is reduced, so that EMI countermeasures can be realized with a simple circuit configuration.

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 / discharge adjustment unit 20, the control unit 24 controls the on / off of the switching unit 23 to locate the single cell 2 (specifically, charge / discharge to which the single cell 2 is connected). An address signal indicating the address of the management unit 30 and a determination result signal indicating the determination result are transmitted. In this case, the determination result signal includes a charge / discharge signal indicating whether charging / discharging is performed or charging / discharging, and a charge / discharge amount signal indicating the charge / discharge amount. Thereby, it is possible to notify the charge / discharge management unit 30 of the necessity of charge / discharge of the unit cell 2 connected to itself.

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 / discharge management units 30, when the control unit 33 receives the address signal and the determination result signal, the control unit 33 performs on / off control of each switching unit 32, and the received address signal and the determination result signal are charged and discharged. Reply to 20. According to such a configuration, it is determined whether or not the communication from the charge / discharge adjustment unit 20 side has been reliably transmitted to the desired charge / discharge management unit 30 by performing a reply in each charge / discharge management unit 30. be able to.

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 single cells 2 is performed by a forward method. According to the forward method, since a large current can be taken out, power can be exchanged with high efficiency.

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 unit 20 and 30, switching part 23 and 32 is comprised by the bridge circuit which consists of four switching elements. According to such a configuration, voltages having different polarities can be applied to the windings 41 and 42, so that the polarity (winding direction) of the windings 41 and 42 can be substantially switched. As a result, it is possible to switch the power transfer method between the forward method and the flyback method described later. Thereby, electric power transfer can be performed accurately.

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 apparatus 10, the charging / discharging adjustment unit 20 is set as the independent structure, However, This embodiment is not limited to this. For example, at least one charge / discharge management unit 30 may have the function of the charge / discharge adjustment unit 20, and the charge / discharge management unit 30 may execute the function together with its own function. Further, the function of the power source 21 may be provided to at least one unit cell 2.

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 / discharge management unit 30 periodically performs the discharge operation and determines the discharge timing mainly, but this embodiment is limited to this. Not. For example, as shown in FIG. 6, when the charge / discharge adjustment unit 20 outputs the trigger signal Stg, the charge-side charge / discharge management unit 30 may execute the discharge operation in synchronization with the trigger signal Stg. .

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 single cells 2 was demonstrated in the charging / discharging process. However, the power of the unit cell 2 to be discharged is not only directly charged by the unit cell 2 to be charged, but also once the power source 21 of the charge / discharge adjustment unit 20 is charged, May be charged to the unit cell 2 to be charged. In addition, when the charging power for the unit cell 2 to be charged is insufficient, the power of the power source 21 may be charged to the unit cell 2 to be charged, and conversely, the discharge amount related to the unit cell 2 to be discharged is charged. If the amount is exceeded, the power supply 21 may be charged with surplus power. In this case, the charge / discharge adjustment unit 20 can charge / discharge the power source 21 by controlling the switching unit 23 as in the charge / discharge operation of the charge / discharge management unit 30.

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 transformer 40 is performed by the forward method. However, in the power transfer method, power is transferred when the circuit on the primary winding side that outputs power is switched off. You may carry out by a flyback system. Hereinafter, a charge / discharge process using the flyback method will be described.

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 / discharge device 10 of the present embodiment. In the figure, (a) shows the voltage output waveform of the winding 42 corresponding to the charge / discharge adjustment unit 20, (b) shows the switching waveform of the discharge side charge / discharge management unit 30, and (c) shows The switching waveform of the charge side charge / discharge management unit 30 is shown. (D) shows the magnetic flux waveform in the transformer 40, (e) shows the discharge current of the unit cell 2 to be discharged, and (f) shows the charge current of the unit cell 2 to be charged.

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 / discharge management unit 30, the charge / discharge control unit 33c starts the discharge operation of the unit cell 2 when it is determined that the predetermined period Ta has elapsed since the end of the communication process. This discharge operation is performed based on the discharge amount transmitted from the charge / discharge adjustment unit 20. Specifically, the charge / discharge control unit 33c controls the switching unit 32 to be turned on via the switch control unit 33e, thereby causing a current to continuously flow through the winding 41 for a predetermined period (for example, 100 μsec), and then switching. The unit 32 is continuously off-controlled for a period corresponding to the on-control. The charge / discharge control unit 33c repeatedly executes such on / off control a number of times corresponding to the amount of discharge. In the present embodiment, the charge / discharge control unit 33c performs on / off control of the switching unit 32 only by, for example, on / off control on the positive phase side.

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 / discharge management unit 30, the charge / discharge control unit 33c starts the charging operation of the unit cell 2 when it is determined that the predetermined period Ta has elapsed since the end of the communication process. Specifically, the charge / discharge control unit 33c continuously controls the switching unit 32 to be turned off for a predetermined period (a period corresponding to the above-described on-control period of the discharge-side charge / discharge management unit 30) via the switch control unit 33e. Thereafter, by turning on the switching unit 32, a current is continuously supplied to the winding 41 for a period corresponding to the off control. The charge / discharge control unit 33c repeatedly performs such on / off control a number of times corresponding to the amount of charge. In the present embodiment, since the winding direction of the charging-side winding 41 and the discharging-side winding 41 is the same, the charging / discharging control unit 33c performs on / off control of the switching unit 32, for example, in reverse phase Only on-off control on the side.

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 power source 21 and the single cells 2) is performed by a flyback method. Regardless of the primary winding voltage that outputs electric power, the voltage of the secondary winding that inputs electric power can be set, so that the voltage difference between the single cells 2 becomes small, and it is difficult to control power transfer with the forward method. There is an advantage of using the flyback method in the case where the amount of power is transferred or a small amount of electric power is transferred close to the target charge amount.

(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 / discharge device 10 according to the second embodiment. The second embodiment is different from that of the first embodiment in the charge / discharge device 10 in the configuration of the switching unit 23 of the charge / discharge adjustment unit 20 and the switching unit 32 of the charge / discharge management unit 30.

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 part 23 and 32 is comprised from one transistor Tr (for example, FET: Field effect transistor) provided in the power line. A body diode D is connected to the transistor Tr in an antiparallel manner. In each unit 20, 30, the transistor Tr is connected to the control units 24, 33, and is on / off controlled by signals from the control units 24, 33.

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 unit 20 and 30 has a snubber circuit in which a parallel circuit of a capacitor C and a resistor R is connected in series to the diode D in order to suppress a rapid voltage rise in the circuit. It is connected in parallel to the winding 41.42.

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 / discharge adjustment unit 20, the output voltage is higher than the reference voltage (for example, the voltage of the power source 21) between the power source 21 and the switching unit 23 when power is supplied from the winding 42 side to the power source 21 side. A booster circuit 27 that performs a boosting operation is connected so as to be higher. The booster circuit 27 is provided to realize the charging operation from the single battery 2 to the power supply 21 even in the case where the voltage of the power supply 21 is higher than the voltage of each single battery 2. In this case, it is preferable to provide a step-down circuit that performs a step-down operation in order to prevent an excessive voltage from being applied to the unit cell 2 side when power is supplied from the power source 21 side to the unit cell 2 side. However, in this embodiment, the step-down circuit is omitted by operating the switching unit 23 as a chopper switch of the step-down regulator.

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 / discharge adjustment unit 20 and the winding 41 corresponding to the charge / discharge management unit 30 are all wound around the transformer 40 so as to have the same polarity. In this case, power transfer between the single cells 2 and power transfer between the single cells 2 and the power source 21 are performed by the above-described forward method.

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 parts 23 and 32 can be simplified.

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 units 23 and 32 of the units 20 and 30 may be configured from a single switch as shown in this embodiment (single switch configuration) or as shown in the first embodiment. Alternatively, a bridge circuit composed of four switches may be used (full bridge configuration). The switching units 32 of the plurality of charge / discharge management units 30 may also have a single switch configuration or a full bridge configuration. In this case, the method of power transfer between the two parties is determined according to the combination of the polarities of the windings 41 and 42 corresponding to the units 20 and 30 and the configuration of the switching units 23 and 32. .

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。

Figure 2011155718
Specifically, when the windings 41 and 42 corresponding to the units 20 and 30 have the same polarity, the method of power transfer between the unit cells 2 and between the power source 21 and the unit cell 2 is as follows. Depending on the configuration of the switching units 23 and 32 of the units 20 and 30, the selection can be made as shown in the table below.
Figure 2011155718

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 windings 41 and 42 connected to the charge / discharge target are each in the positive phase, the power transmission / reception method is determined according to the configuration of the switching units 23 and 32. Specifically, when both of the switching units 23 and 32 included in the units 20 and 30 have a single switch configuration, the power transfer method is a forward method. On the other hand, when one or both of the switching units 23 and 32 have a full bridge configuration, the power exchange method can select either the forward method or the flyback method.

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。

Figure 2011155718
On the other hand, when the winding 42 corresponding to the charge / discharge adjustment unit 20 has a reverse polarity with respect to the winding 41 corresponding to each charge / discharge management unit 30, between the single cells 2 and the power supply The method of power transfer between the unit 21 and the unit cell 2 can be selected as shown in the following table according to the configuration of the switching units 23 and 32 of the units 20 and 30.
Figure 2011155718

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 single cells 2, when both of the switching units 32 included in the charge / discharge management unit 30 connected to the charge / discharge target have a single switch configuration, the power transfer method is forward. It becomes a method. On the other hand, when either one or both of the switching units 32 have a full bridge configuration, either the forward method or the flyback method can be selected as the power transfer method. In the case of power transfer between the unit cell 2 and the power source 21, when both the switching units 23 and 32 included in the units 20 and 30 connected to the charge / discharge target have a single switch configuration, The method is a flyback method. On the other hand, when either one or both of the switching units 23 and 32 have a full bridge configuration, the power transmission / reception method to be charged / discharged can be selected from either the forward method or the flyback method.

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 / discharge management units 30 are divided into two groups Ga and Gb, and the windings 41 of the charge / discharge management units 30 belonging to one group Ga and the other group Ga are divided. The winding 41 of each charge / discharge management unit 30 to which it belongs may have a reverse polarity. In this case, even when the switching unit 32 has a single switch configuration, power transfer between the single cells 2 belonging to the group Ga and the single cells 2 belonging to the group Gb can be performed by a flyback method. In this case, the switching unit 23 of the charge / discharge adjustment unit 20 has a full bridge configuration, so that the power transfer between the power source 21 and each unit cell 2 is convenient for the flyback method and the forward method. You can choose.

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 battery 2 single battery 3 DC / DC converter 4 inverter 5 motor 6 generator 7 charging circuit 10 charging / discharging apparatus 20 charging / discharging adjustment unit 21 power supply 23 switching part 24 control part 24a receiving part 24b phase detection part 24c charging / discharging adjustment part 24d Transmission unit 24e Switch control unit 25 Voltage detection unit 26 Filter circuit 27 Booster circuit 30 Charge / discharge management unit 32 Switching unit 33 Control unit 33a Reception unit 33b Phase detection unit 33c Charge / discharge control unit 33d Transmission unit 33e Switch control unit 34 Status detection Section 35 Voltage detection section 36 Filter circuit 40 Transformer 41 Winding 42 Winding

Claims (6)

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って、
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.
電源と、
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.
前記充放電調整手段は、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前記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、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2に記載された充放電装置。   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 a switching frequency at the time of charge / discharge of electric power. The charging / discharging device according to claim 2. 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、単電池の所在を示すアドレス信号および前記判断結果を示す判断結果信号を送信することを特徴とする請求項3に記載された充放電装置。   4. The charging / discharging adjustment unit according to claim 3, wherein the charging / discharging adjustment unit controls the on / off of the main switching unit to transmit an address signal indicating a location of the unit cell and a determination result signal indicating the determination result. Discharge device. 前記判断結果信号は、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を特徴とする請求項4に記載された充放電装置。   5. The charge / discharge signal according to claim 4, wherein the determination result signal includes a charge / discharge signal indicating whether charging / discharging is performed or not, and a charge / discharge amount signal indicating a charge / discharge amount. Discharge device. 前記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前記充放電調整手段に返信することを特徴とする請求項4または5に記載された充放電装置。   When the plurality of charge / discharge management means receives an address signal and a determination result signal, each of the switching means is controlled to turn on and off, and the received address signal and the determination result signal are returned to the charge / discharge adjustment means. The charging / discharging device according to claim 4 or 5.
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