JP5828774B2

JP5828774B2 - Charge / discharge device for secondary battery and charge / discharge inspection device using the same

Info

Publication number: JP5828774B2
Application number: JP2012023408A
Authority: JP
Inventors: 裕之石塚; 敏彦千々岩; 匠伊東
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: JP2013162652A

Description

本発明は、２次電池を充放電する充放電装置に関する。 The present invention relates to a charging / discharging device for charging / discharging a secondary battery.

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な２次電池が広く利用されている。２次電池はその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される。 Secondary batteries that can be repeatedly charged, such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries, are widely used. The secondary battery is inspected to function normally by using a charge / discharge inspection device before shipment.

特開２０１１−３６１１７号公報JP 2011-36117 A 特開２００８−５４３８３号公報JP 2008-54383 A 特開２００８−２４５４７０号公報JP 2008-245470 A

充放電検査装置は、２次電池を充電した後、２次電池を放電する。省エネルギーの観点から、放電の際に２次電池から放出される電力を回収することが好ましい。かかる問題は充放電検査装置のみでなく、２次電池の出荷後において、２次電池を充電し、および２次電池からの直流電圧を交流電圧に変換して電子機器に供給する充放電装置においても生じうる。 The charge / discharge inspection apparatus discharges the secondary battery after charging the secondary battery. From the viewpoint of energy saving, it is preferable to recover the electric power released from the secondary battery during discharge. Such a problem is not only in the charge / discharge inspection apparatus, but also in the charge / discharge apparatus that charges the secondary battery after shipment of the secondary battery, and converts the DC voltage from the secondary battery into an AC voltage and supplies it to the electronic device. Can also occur.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、簡素なシステムで、省エネルギー化を実現可能な充放電装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a charge / discharge device that can realize energy saving with a simple system.

本発明のある態様は、２次電池の充放電装置に関する。この充放電装置は、三相交流トランス、回生コンバータ、昇降圧コンバータを備える。三相交流トランスの１次側は三相商用交流電源と接続され、１次側の巻数が２次側の巻数より大きく構成される。回生コンバータは、２本の直流ライン間にブリッジ接続された複数のスイッチ、複数のスイッチそれぞれと並列に設けられた複数の整流素子、および２本の直流ライン間に設けられた平滑用キャパシタと、を有する。回生コンバータは、（１）複数のスイッチをスイッチングすることにより、もしくはすべてオフすることにより、三相交流トランスの２次側に生ずる三相交流電圧を整流・平滑化し、２本の直流ライン間に供給し、（２）複数のスイッチをスイッチングさせることにより、２本の直流ライン間に生ずる直流電圧を三相交流電圧に変換し、三相交流トランスの２次側に供給する。昇降圧コンバータは、２本の直流ラインの間に設けられた第１、第２スイッチングトランジスタと、第１、第２スイッチングトランジスタの接続点と２次電池の間に設けられたインダクタと、を有し、充電状態において、２本の直流ラインを入力、２次電池を出力とする降圧コンバータとして動作し、放電状態において、２次電池を入力、２本の直流ラインを出力とする昇圧コンバータとして動作するよう構成された昇降圧コンバータと、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a charge / discharge device for a secondary battery. This charging / discharging device includes a three-phase AC transformer, a regenerative converter, and a step-up / down converter. The primary side of the three-phase AC transformer is connected to a three-phase commercial AC power supply, and the number of turns on the primary side is larger than the number of turns on the secondary side. The regenerative converter includes a plurality of switches bridged between two DC lines, a plurality of rectifier elements provided in parallel with each of the plurality of switches, and a smoothing capacitor provided between the two DC lines, Have The regenerative converter (1) rectifies and smoothes the three-phase AC voltage generated on the secondary side of the three-phase AC transformer by switching a plurality of switches or turning them off, and between the two DC lines. (2) By switching a plurality of switches, the DC voltage generated between the two DC lines is converted into a three-phase AC voltage and supplied to the secondary side of the three-phase AC transformer. The buck-boost converter has first and second switching transistors provided between two DC lines, and an inductor provided between a connection point of the first and second switching transistors and a secondary battery. In a charging state, it operates as a step-down converter that inputs two DC lines and outputs a secondary battery. In a discharging state, it operates as a step-up converter that inputs a secondary battery and outputs two DC lines. And a buck-boost converter configured to do.

昇降圧コンバータおよび回生コンバータの動作を切りかえることにより、商用交流電源からの電力によって２次電池を充電するとともに、２次電池を放電時には、２次電池に蓄えられたエネルギーを商用交流電源側に回収できる。
この態様では、三相交流トランスによって商用交流電圧を降圧するため、回生コンバータの後段に降圧用の双方向コンバータを設ける場合に比べて、スイッチング素子の個数を大幅に削減することができ、システムを簡素化できる。
またこの態様においては、最前段に設けられた三相交流トランスが絶縁トランスとして機能する。絶縁トランスが、充放電装置の中段に設けられていると、絶縁トランスより前段の回路ブロックの信頼性が低下した場合に、その影響が商用交流電源に及ぶことになるが、この態様では、三相交流トランスの前段に、アクティブ素子が設けられないため、充放電装置の信頼性が低下した場合に、その影響が商用交流電源に影響が及ぶのを防止できる。 By switching the operation of the buck-boost converter and the regenerative converter, the secondary battery is charged with the electric power from the commercial AC power supply, and the energy stored in the secondary battery is recovered to the commercial AC power supply side when the secondary battery is discharged. it can.
In this aspect, since the commercial AC voltage is stepped down by the three-phase AC transformer, the number of switching elements can be greatly reduced compared with the case where a step-down bidirectional converter is provided after the regenerative converter. It can be simplified.
In this aspect, the three-phase AC transformer provided in the foremost stage functions as an insulating transformer. If the insulation transformer is provided in the middle stage of the charging / discharging device, when the reliability of the circuit block before the insulation transformer is reduced, the influence will reach the commercial AC power supply. Since no active element is provided in the front stage of the phase AC transformer, when the reliability of the charge / discharge device is lowered, it is possible to prevent the influence from affecting the commercial AC power supply.

ある態様の充放電装置は、三相交流トランスの１次側と三相商用交流電源の間に設けられたフィルタをさらに備えてもよい。
三相交流トランスは、１次側の巻数の方が大きいため、三相交流トランスを介してある電力量を伝送する際に、１次側は、小電流、高電圧、２次側は大電流、低電圧となる。一般的にチョークコイルを有するフィルタのコストは、電流容量が大きいほど高くなるため、フィルタを三相交流トランスの前段に配置することにより、安価なフィルタを用いることができる。 The charging / discharging device of a certain aspect may further include a filter provided between the primary side of the three-phase AC transformer and the three-phase commercial AC power source.
Since the three-phase AC transformer has a larger number of turns on the primary side, when transmitting a certain amount of power through the three-phase AC transformer, the primary side has a small current, a high voltage, and the secondary side has a large current. It becomes a low voltage. In general, the cost of a filter having a choke coil increases as the current capacity increases. Therefore, an inexpensive filter can be used by disposing the filter in front of the three-phase AC transformer.

ある態様の充放電装置は、三相交流トランスの２次側と回生コンバータの間に設けられたフィルタをさらに備えてもよい。
回生コンバータの直前にフィルタを配置する場合には、その回生コンバータに最適化されて製造、販売されるフィルタを利用することができ、システム設計が容易となる。 The charging / discharging device of a certain aspect may further include a filter provided between the secondary side of the three-phase AC transformer and the regenerative converter.
When a filter is disposed immediately before the regenerative converter, a filter that is optimized and manufactured and sold for the regenerative converter can be used, and system design is facilitated.

本発明の別の態様もまた、２次電池の充放電装置である。この充放電装置は、回生コンバータと、双方向コンバータと、昇降圧コンバータと、を備える。
回生コンバータは、２本の第１直流ライン間にブリッジ接続された複数のスイッチ、複数のスイッチそれぞれと並列に設けられた複数の整流素子、および２本の第１直流ライン間に設けられた平滑用キャパシタと、を有する。回生コンバータは、（１）複数のスイッチをスイッチングすることにより、もしくはすべてオフすることにより、商用三相交流電圧を整流・平滑化し、２本の直流ライン間に供給し、（２）複数のスイッチをスイッチングさせることにより、２本の直流ライン間に生ずる直流電圧を三相交流電圧に変換し、商用交流電源に供給する。双方向コンバータは、絶縁トランスと、２本の第１直流ラインの間に設けられ、その出力が絶縁トランスの１次巻線に接続された第１ブリッジ回路と、２本の第２直流ラインの間に設けられ、その出力が絶縁トランスの２次巻線に接続された第２ブリッジ回路と、を含む。昇降圧コンバータは、２本の第２直流ラインの間に設けられた第１、第２スイッチングトランジスタと、第１、第２スイッチングトランジスタの接続点と２次電池の間に設けられたインダクタと、を有し、充電状態において、２本の第２直流ラインを入力、２次電池を出力とする降圧コンバータとして動作し、放電状態において、２次電池を入力、２本の第２直流ラインを出力とする昇圧コンバータとして動作するよう構成される。 Another aspect of the present invention is also a secondary battery charge / discharge device. This charging / discharging device includes a regenerative converter, a bidirectional converter, and a buck-boost converter.
The regenerative converter includes a plurality of switches bridged between two first DC lines, a plurality of rectifier elements provided in parallel with each of the plurality of switches, and a smoothing provided between the two first DC lines. And a capacitor. The regenerative converter rectifies and smoothes commercial three-phase AC voltage by switching a plurality of switches or turning them off, and supplies them between two DC lines. (2) A plurality of switches Is switched to convert the DC voltage generated between the two DC lines into a three-phase AC voltage and supply it to a commercial AC power source. The bidirectional converter is provided between the insulation transformer and the two first DC lines, and the output of the first bridge circuit connected to the primary winding of the insulation transformer and the two second DC lines. And a second bridge circuit having an output connected to the secondary winding of the isolation transformer. The buck-boost converter includes first and second switching transistors provided between two second DC lines, an inductor provided between a connection point of the first and second switching transistors and a secondary battery, It operates as a step-down converter with two secondary DC lines as inputs and secondary batteries as outputs in the charged state, and inputs secondary batteries and outputs the two second DC lines in the discharged state. Is configured to operate as a boost converter.

この態様によると、昇降圧コンバータ、双方向コンバータ、回生コンバータの動作を切りかえることにより、商用交流電源からの電力によって２次電池を充電するとともに、２次電池を放電する際には、２次電池に蓄えられたエネルギーを商用交流電源側に回収できる。
また、双方向コンバータの絶縁トランスによって１次側と２次側が電気的に絶縁されるため、２次側の回路素子の信頼性が低下した場合に、その影響が１次側に及ぶのを防止できる。 According to this aspect, by switching the operation of the step-up / step-down converter, the bidirectional converter, and the regenerative converter, the secondary battery is charged with the electric power from the commercial AC power source and the secondary battery is discharged. The energy stored in can be recovered on the commercial AC power supply side.
In addition, since the primary side and the secondary side are electrically insulated by the insulating transformer of the bidirectional converter, when the reliability of the circuit elements on the secondary side is reduced, the influence on the primary side is prevented. it can.

ある態様の充放電装置は、商用交流電源と回生コンバータの間に設けられたフィルタをさらに備えてもよい。 The charging / discharging device of a certain aspect may further include a filter provided between the commercial AC power supply and the regenerative converter.

本発明のさらに別の態様は、２次電池の充放電検査装置に関する。この充放電検査装置は、上述のいずれかの態様の充放電装置を備える。 Still another embodiment of the present invention relates to a charge / discharge inspection apparatus for a secondary battery. The charge / discharge inspection apparatus includes the charge / discharge apparatus according to any one of the above-described aspects.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、簡素なシステムで、省エネルギー化を実現可能できる。 According to the present invention, energy saving can be realized with a simple system.

第１の実施の形態に係る充放電検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the charging / discharging inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施の形態に係る充放電検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the charging / discharging test | inspection apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る充放電検査装置２を示すブロック図である。充放電検査装置２は、検査対象の２次電池１を充電し、あるいは放電することにより、２次電池１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。２次電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが例示されるが、特に限定されない。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a charge / discharge inspection apparatus 2 according to the first embodiment. The charging / discharging inspection device 2 inspects whether the electrical characteristics of the secondary battery 1 satisfy the specifications by charging or discharging the secondary battery 1 to be inspected. Examples of the secondary battery 1 include, but are not limited to, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, and a nickel cadmium battery.

充放電検査装置２は、フィルタ３、回生コンバータ４、双方向コンバータ６、昇降圧コンバータ８、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１、２本の第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２、を備える。 The charge / discharge inspection apparatus 2 includes a filter 3, a regenerative converter 4, a bidirectional converter 6, a step-up / down converter 8, two first DC lines LP1, LN1, and two second DC lines LP2, LN2.

フィルタ３は、ＥＭＣ対策のために商用交流電源と回生コンバータ４の間に設けられ、ノイズを除去する。 The filter 3 is provided between the commercial AC power supply and the regenerative converter 4 for EMC countermeasures, and removes noise.

２次電池１に蓄えられたエネルギーを商用交流電源に放電する場合を想定し、回生コンバータ４は、入力側と出力側で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。 Assuming the case where the energy stored in the secondary battery 1 is discharged to a commercial AC power source, the regenerative converter 4 is configured to be able to exchange energy bidirectionally on the input side and the output side.

回生コンバータ４は、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１の間にブリッジ接続された複数のスイッチＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷと、複数のスイッチＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷそれぞれと並列に設けられた複数の整流素子（ダイオード）Ｄ１〜Ｄ６と、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１の間に設けられた平滑用キャパシタＣ１と、を有する。複数のスイッチＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷは、コントローラ１０によって制御される。 The regenerative converter 4 includes a plurality of switches MHU, MHV, MHW, MLU, MLV, MLW bridged between the two first DC lines LP1, LN1, and a plurality of switches MHU, MHV, MHW, MLU, MLV. And a plurality of rectifying elements (diodes) D1 to D6 provided in parallel with each of the MLWs, and a smoothing capacitor C1 provided between the two first DC lines LP1 and LN1. The plurality of switches MHU, MHV, MHW, MLU, MLV, and MLW are controlled by the controller 10.

複数のスイッチＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷがすべてオフした状態では、商用交流電源ＰＳからの商用三相交流電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗが、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなるダイオード整流回路によって整流され、平滑用キャパシタＣ１によって平滑化される。その結果、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１の間に第１直流リンク電圧Ｖ１が発生する。２００Ｖの商用交流電圧が供給される場合、第１直流リンク電圧Ｖ１は３００Ｖ程度となる。 A plurality of switches MHU, MHV, MHW, MLU, MLV, in the state where MLW is turned off all commercial three-phase AC voltage _V U ~V _W from the commercial AC power source PS is rectified by the diode rectifier circuit consisting of the diode D1~D6 And smoothed by the smoothing capacitor C1. As a result, a first DC link voltage V1 is generated between the two first DC lines LP1 and LN1. When a commercial AC voltage of 200V is supplied, the first DC link voltage V1 is about 300V.

また複数のスイッチＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷを適切な周波数および位相でスイッチングさせることにより、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１の間に生ずる第１直流リンク電圧Ｖ１が三相交流電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗに変換され、電力が商用交流電源ＰＳ側に回収される。 Further, by switching a plurality of switches MHU, MHV, MHW, MLU, MLV, and MLW at appropriate frequencies and phases, the first DC link voltage V1 generated between the two first DC lines LP1 and LN1 is three-phase. It is converted into AC voltages V _{U to} V _W , and electric power is recovered to the commercial AC power source PS side.

双方向コンバータ６もまた、１次側（Ｐ）と２次側（Ｓ）との間で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。双方向コンバータ６は、絶縁トランスＴ１、第１ブリッジ回路Ｂ１、第２ブリッジ回路Ｂ２、平滑用キャパシタＣ２を有する。第１ブリッジ回路Ｂ１は、２本の第１直流ラインＬＰ１、ＬＮ１の間に設けられ、その出力は、絶縁トランスＴ１の１次巻線Ｗ１に接続される。第２ブリッジ回路Ｂ２は、２本の第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２の間に設けられ、その出力は、絶縁トランスＴ１の２次巻線Ｗ２と接続される。 The bi-directional converter 6 is also configured to be able to transfer energy bi-directionally between the primary side (P) and the secondary side (S). The bidirectional converter 6 includes an insulating transformer T1, a first bridge circuit B1, a second bridge circuit B2, and a smoothing capacitor C2. The first bridge circuit B1 is provided between the two first DC lines LP1 and LN1, and the output thereof is connected to the primary winding W1 of the insulating transformer T1. The second bridge circuit B2 is provided between the two second DC lines LP2 and LN2, and its output is connected to the secondary winding W2 of the insulating transformer T1.

第１ブリッジ回路Ｂ１および第２ブリッジ回路Ｂ２を構成するスイッチは、コントローラ１０によって制御される。絶縁トランスＴ１の１次巻線Ｗ１の巻数は、２次巻線Ｗ２の巻数より大きく、第２直流リンク電圧Ｖ２は、第１直流リンク電圧Ｖ１の数分の１倍〜１／１０倍程度となる。たとえば、Ｖ２＝２５Ｖ〜５０Ｖ程度に設定される。 The switches constituting the first bridge circuit B1 and the second bridge circuit B2 are controlled by the controller 10. The number of turns of the primary winding W1 of the isolation transformer T1 is larger than the number of turns of the secondary winding W2, and the second DC link voltage V2 is about a fraction to 1/10 times the first DC link voltage V1. Become. For example, V2 is set to about 25V to 50V.

昇降圧コンバータ８は、第２直流リンク電圧Ｖ２を受け、それを降圧して２次電池１を充電する充電モードと、２次電池１の電池電圧Ｖｂａｔを受け、それを昇圧して第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２の間に供給する放電モードが切りかえ可能となっている。 The step-up / down converter 8 receives the second DC link voltage V2 and steps down the charging voltage to charge the secondary battery 1 and the battery voltage Vbat of the secondary battery 1, and boosts it to the second DC voltage. The discharge mode supplied between the lines LP2 and LN2 can be switched.

昇降圧コンバータ８は、第１スイッチングトランジスタＭ１、第２スイッチングトランジスタＭ２、インダクタＬ１を備える。
第１スイッチングトランジスタＭ１および第２スイッチングトランジスタＭ２は、２本の第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２の間に直列に設けられる。インダクタＬ１は、第１スイッチングトランジスタＭ１と第２スイッチングトランジスタＭ２の接続点Ｎ１と２次電池１の間に設けられる。 The step-up / down converter 8 includes a first switching transistor M1, a second switching transistor M2, and an inductor L1.
The first switching transistor M1 and the second switching transistor M2 are provided in series between the two second DC lines LP2 and LN2. The inductor L1 is provided between the connection point N1 of the first switching transistor M1 and the second switching transistor M2 and the secondary battery 1.

第１スイッチングトランジスタＭ１および第２スイッチングトランジスタＭ２は、コントローラ１０により制御される。充電モードにおける昇降圧コンバータ８は、２本の第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２側を入力、２次電池１を出力、第１スイッチングトランジスタＭ１をスイッチングトランジスタ、第２スイッチングトランジスタＭ２を同期整流トランジスタとする同期整流型の降圧コンバータとして動作する。放電モードにおける昇降圧コンバータ８は、２次電池１を入力、２本の第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２を出力、第２スイッチングトランジスタＭ２をスイッチングトランジスタ、第１スイッチングトランジスタＭ１を同期整流トランジスタとする同期整流型の昇圧コンバータとして動作する。 The first switching transistor M1 and the second switching transistor M2 are controlled by the controller 10. In the charging mode, the step-up / down converter 8 inputs the two second DC lines LP2 and LN2 side, outputs the secondary battery 1, uses the first switching transistor M1 as a switching transistor, and uses the second switching transistor M2 as a synchronous rectification transistor. Operates as a synchronous rectification step-down converter. The step-up / down converter 8 in the discharge mode is synchronized with the secondary battery 1 as an input, two second DC lines LP2 and LN2 as outputs, the second switching transistor M2 as a switching transistor, and the first switching transistor M1 as a synchronous rectification transistor. Operates as a rectifying boost converter.

以上が図１の充放電検査装置２の構成である。続いてその動作を、充電検査、放電検査に分けて説明する。 The above is the configuration of the charge / discharge inspection apparatus 2 of FIG. Subsequently, the operation will be described separately for charge inspection and discharge inspection.

１．充電検査
充電検査時に、回生コンバータ４のスイッチＭＨＵ〜ＭＬＷは、オフ状態とされる。これにより、回生コンバータ４はダイオード整流回路として動作し、商用交流電源ＰＳからの電力が、双方向コンバータ６に供給される。双方向コンバータ６は、回生コンバータ４により生成された第１直流リンク電圧Ｖ１を、第２直流リンク電圧Ｖ２に変換して昇降圧コンバータ８に供給する。昇降圧コンバータ８は充電モードに設定される。 1. Charging Inspection At the time of charging inspection, switches MHU to MLW of regenerative converter 4 are turned off. Thus, regenerative converter 4 operates as a diode rectifier circuit, and power from commercial AC power supply PS is supplied to bidirectional converter 6. The bidirectional converter 6 converts the first DC link voltage V1 generated by the regenerative converter 4 into a second DC link voltage V2 and supplies it to the step-up / down converter 8. The step-up / down converter 8 is set to the charging mode.

より好ましくは、充電検査時において、回生コンバータ４のスイッチＭＨＵ〜ＭＬＷをスイッチング制御してもよい。具体的には、あるダイオードＤｉに電流が流れる期間、それに対応するスイッチＭＨもしくはＭＬをオンし、ダイオードＤｉをバイパスしてもよい。この場合、ダイオードＤ１〜Ｄ６に生ずる電力損失を低減できる。 More preferably, the switches MHU to MLW of the regenerative converter 4 may be subjected to switching control at the time of charge inspection. Specifically, during a period when a current flows through a certain diode Di, the corresponding switch MH or ML may be turned on to bypass the diode Di. In this case, power loss generated in the diodes D1 to D6 can be reduced.

たとえば充電検査時に、電池電圧Ｖｂａｔが低い状態では、昇降圧コンバータ８は定電流（ＣＣ：Constant Current）モードに設定され、コントローラ１０は、２次電池１に供給される充電電流が一定となるように第１スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比をフィードバック制御する。電池電圧Ｖｂａｔが満充電状態に近づくと昇降圧コンバータ８は定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）モードに設定され、コントローラ１０は、電池電圧Ｖｂａｔが所定の満充電電圧に近づくように、第１スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比をフィードバック制御する。 For example, when the battery voltage Vbat is low during the charge test, the buck-boost converter 8 is set to a constant current (CC) mode, and the controller 10 is set so that the charging current supplied to the secondary battery 1 is constant. In addition, the switching duty ratio of the first switching transistor M1 is feedback-controlled. When the battery voltage Vbat approaches a fully charged state, the buck-boost converter 8 is set to a constant voltage (CV) mode, and the controller 10 controls the first switching transistor so that the battery voltage Vbat approaches a predetermined full charge voltage. The duty ratio of the switching of M1 is feedback controlled.

２．放電検査
放電検査時に、昇降圧コンバータ８は、放電モードに設定される。そして、電池電圧Ｖｂａｔを受け、それを昇圧して第２直流ラインＬＰ２、ＬＮ２の間に、第２直流リンク電圧Ｖ２を発生させる。 2. Discharge Inspection During the discharge inspection, the buck-boost converter 8 is set to the discharge mode. The battery voltage Vbat is received and boosted to generate a second DC link voltage V2 between the second DC lines LP2 and LN2.

コントローラ１０は、２次電池１の放電にともない回収される電力が、双方向コンバータ６を動作させるための消費電力を上回る場合には、双方向コンバータ６を動作させ、２次電池１の放電にともない昇降圧コンバータ８から供給される電力を、回生コンバータ４側に返す。 The controller 10 operates the bidirectional converter 6 to discharge the secondary battery 1 when the electric power recovered along with the discharge of the secondary battery 1 exceeds the power consumption for operating the bidirectional converter 6. Accordingly, the electric power supplied from the step-up / down converter 8 is returned to the regenerative converter 4 side.

さらにコントローラ１０は、双方向コンバータ６によって回収された電力が、回生コンバータ４を動作させるための消費電力を上回る場合には、回生コンバータ４を動作させ、商用交流電源ＰＳ側に電力を回収する。 Furthermore, when the electric power collected by the bidirectional converter 6 exceeds the power consumption for operating the regenerative converter 4, the controller 10 operates the regenerative converter 4 and collects electric power on the commercial AC power supply PS side.

このように、実施の形態に係る充放電検査装置２によれば、回生コンバータ４、双方向コンバータ６、昇降圧コンバータ８の動作を切りかえることにより、商用交流電源ＰＳからの電力によって２次電池１を充電するとともに、２次電池１の放電時には、２次電池１に蓄えられたエネルギーを商用交流電源ＰＳ側に回収できる。 As described above, according to the charge / discharge inspection apparatus 2 according to the embodiment, the secondary battery 1 is powered by the power from the commercial AC power supply PS by switching the operation of the regenerative converter 4, the bidirectional converter 6, and the step-up / down converter 8. Can be recovered to the commercial AC power supply PS side when the secondary battery 1 is discharged.

図１の充放電検査装置２では、双方向コンバータ６の絶縁トランスＴ１によって１次側と２次側が電気的に絶縁される。したがって、２次側の回路素子、具体的には第２ブリッジ回路Ｂ２、平滑用キャパシタＣ２、および昇降圧コンバータ８の構成部品の信頼性が低下した場合においても、その影響が１次側に及ぶのを防止できる。 In the charge / discharge inspection apparatus 2 of FIG. 1, the primary side and the secondary side are electrically insulated by the insulation transformer T <b> 1 of the bidirectional converter 6. Therefore, even when the reliability of the circuit components on the secondary side, specifically, the second bridge circuit B2, the smoothing capacitor C2, and the components of the step-up / down converter 8 are reduced, the influence reaches the primary side. Can be prevented.

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る充放電検査装置２ａを示すブロック図である。充放電検査装置２ａは、フィルタ３、三相交流トランス９、回生コンバータ４、昇降圧コンバータ８、コントローラ１０、２本の直流ラインＬＰ、ＬＮを備える。なお、図１と共通の回路ブロックについては説明を省略し、もしくは簡略化する。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a charge / discharge inspection apparatus 2a according to the second embodiment. The charge / discharge inspection apparatus 2a includes a filter 3, a three-phase AC transformer 9, a regenerative converter 4, a step-up / down converter 8, a controller 10, and two DC lines LP and LN. Note that description of circuit blocks common to FIG. 1 is omitted or simplified.

三相交流トランス９の１次側は、フィルタ３を介して三相商用交流電源ＰＳと接続される。三相交流トランス９の１次側の巻数ｎ１は、２次側の巻数ｎ２より大きく構成される。三相交流トランス９の構成は特に限定されず、スター・スター結線、スター・デルタ結線、デルタ・スター結線、デルタ・デルタ結線のいずれのタイプを用いてもよい。 The primary side of the three-phase AC transformer 9 is connected to the three-phase commercial AC power source PS via the filter 3. The number of turns n1 on the primary side of the three-phase AC transformer 9 is greater than the number of turns n2 on the secondary side. The configuration of the three-phase AC transformer 9 is not particularly limited, and any type of star-star connection, star-delta connection, delta-star connection, and delta-delta connection may be used.

三相交流トランス９の２次側に生ずる交流電圧Ｖ_Ｕ’、Ｖ_Ｖ’、Ｖ_Ｗ’と、商用交流電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗの振幅の比は、三相交流トランス９の巻線比に応じて定まる。たとえば三相交流トランス９の巻線比をｎ１：ｎ２＝１０：１程度とした場合、Ｖ_Ｕ’、Ｖ_Ｖ’、Ｖ_Ｗ’は２０Ｖとなる。 The ratio of the amplitudes of the AC voltages V _U ′, V _V ′, V _W ′ generated on the secondary side of the three-phase AC transformer 9 and the commercial AC voltages V _U , V _V , V _W is the winding of the three-phase AC transformer 9. It depends on the line ratio. For example, when the winding ratio of the three-phase AC transformer 9 is about n1: n2 = 10: 1, V _U ′, V _V ′, and V _W ′ are 20V.

三相交流トランス９の２次側は、回生コンバータ４と接続される。回生コンバータ４は、直流ラインＬＰ、ＬＮの間に設けられており、その構成は図１の回生コンバータ４と同様である。 The secondary side of the three-phase AC transformer 9 is connected to the regenerative converter 4. The regenerative converter 4 is provided between the DC lines LP and LN, and the configuration thereof is the same as that of the regenerative converter 4 of FIG.

昇降圧コンバータ８は、直流ラインＬＰ、ＬＮの間に設けられており、その構成は図１の昇降圧コンバータ８と同様である。 The step-up / down converter 8 is provided between the DC lines LP and LN, and the configuration thereof is the same as that of the step-up / down converter 8 of FIG.

以上が図２の充放電検査装置２ａの構成である。続いてその動作を、充電検査、放電検査に分けて説明する。 The above is the configuration of the charge / discharge inspection apparatus 2a of FIG. Subsequently, the operation will be described separately for charge inspection and discharge inspection.

１．充電検査
充電検査時に、回生コンバータ４のスイッチＭＨＵ〜ＭＬＷは、オフ状態とされる。このとき回生コンバータ４の入力側には、三相交流トランス９によって降圧された交流電圧Ｖ_Ｕ’〜Ｖ_Ｗ’が供給される。回生コンバータ４はダイオード整流回路として動作し、その結果、直流ラインＬＰ、ＬＮ間には、２５Ｖ程度の直流リンク電圧Ｖ３が発生する。昇降圧コンバータ８は、回生コンバータ４からの直流リンク電圧Ｖ３を受け、２次電池１を充電する。 1. Charging Inspection At the time of charging inspection, switches MHU to MLW of regenerative converter 4 are turned off. At this time, AC voltages V _U ′ to V _W ′ stepped down by the three-phase AC transformer 9 are supplied to the input side of the regenerative converter 4. The regenerative converter 4 operates as a diode rectifier circuit. As a result, a DC link voltage V3 of about 25V is generated between the DC lines LP and LN. The step-up / down converter 8 receives the DC link voltage V3 from the regenerative converter 4 and charges the secondary battery 1.

２．放電検査
放電検査時に、昇降圧コンバータ８は、放電モードに設定される。そして、電池電圧Ｖｂａｔを受け、それを昇圧して直流ラインＬＰ、ＬＮの間に、直流リンク電圧Ｖ３を発生させる。 2. Discharge Inspection During the discharge inspection, the buck-boost converter 8 is set to the discharge mode. The battery voltage Vbat is received and boosted to generate a DC link voltage V3 between the DC lines LP and LN.

コントローラ１０は、２次電池１の放電にともない回収される電力が、回生コンバータ４を動作させるための消費電力を上回る場合には、回生コンバータ４を動作させ、２次電池１の放電にともない昇降圧コンバータ８から供給される電力を、三相交流トランス９を介して商用交流電源ＰＳへと回収する。 The controller 10 operates the regenerative converter 4 when the power recovered due to the discharge of the secondary battery 1 exceeds the power consumption for operating the regenerative converter 4, and moves up and down with the discharge of the secondary battery 1. The power supplied from the pressure converter 8 is recovered to the commercial AC power source PS via the three-phase AC transformer 9.

このように、実施の形態に係る充放電検査装置２ａによれば、回生コンバータ４および昇降圧コンバータ８の動作を切りかえることにより、商用交流電源ＰＳからの電力によって２次電池１を充電するとともに、２次電池１の放電時には、２次電池１に蓄えられたエネルギーを商用交流電源ＰＳ側に回収できる。 Thus, according to the charge / discharge inspection apparatus 2a according to the embodiment, by switching the operation of the regenerative converter 4 and the step-up / down converter 8, the secondary battery 1 is charged with the electric power from the commercial AC power source PS, When the secondary battery 1 is discharged, the energy stored in the secondary battery 1 can be recovered on the commercial AC power source PS side.

第２の実施の形態では、三相交流トランス９によって商用交流電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗを降圧するため、図１の回生コンバータ４の後段の双方向コンバータ６が不要となるため、回路の部品点数を大幅に削減することができ、システムの簡素化、低コスト化を図ることができる。また、双方向コンバータ６の動作にともなう電力消費、損失も削減できるため、全体としての消費電力の点でも優れている。 In the second embodiment, since the commercial AC voltages V _{U to} V _W are stepped down by the three-phase AC transformer 9, the bidirectional converter 6 subsequent to the regenerative converter 4 in FIG. As a result, the system can be simplified and the cost can be reduced. Further, since the power consumption and loss associated with the operation of the bidirectional converter 6 can be reduced, the overall power consumption is also excellent.

さらに図２の充放電検査装置２ａでは、三相交流トランス９によって１次側と２次側が電気的に絶縁される。図１の充放電検査装置２では、絶縁トランスＴ１が、充放電検査装置２の中段に設けられているため、絶縁トランスＴ１より前段の回路ブロック、具体的には第１ブリッジ回路Ｂ１や回生コンバータ４の信頼性が低下した場合に、その影響が商用交流電源に及ぶことになる。これに対して図２の充放電検査装置２ａでは、三相交流トランス９の前段には、フィルタ３のみが設けられ、その他には能動素子、受動素子が設けられない。この構成によれば、回生コンバータ４および昇降圧コンバータ８の信頼性が低下した場合に、その影響が商用交流電源ＰＳに影響が及ぶのを防止できる。 Further, in the charge / discharge inspection apparatus 2 a of FIG. 2, the primary side and the secondary side are electrically insulated by the three-phase AC transformer 9. In the charge / discharge inspection apparatus 2 of FIG. 1, since the insulation transformer T1 is provided in the middle stage of the charge / discharge inspection apparatus 2, a circuit block before the insulation transformer T1, specifically, the first bridge circuit B1 and the regenerative converter. When the reliability of 4 falls, the influence will reach commercial AC power supply. On the other hand, in the charge / discharge inspection apparatus 2a of FIG. 2, only the filter 3 is provided before the three-phase AC transformer 9, and no active element and passive element are provided in the other stages. According to this configuration, when the reliability of the regenerative converter 4 and the step-up / down converter 8 is lowered, it is possible to prevent the influence from affecting the commercial AC power supply PS.

さらに図２では、フィルタ３が三相交流トランス９よりも前段に設けられている。三相交流トランス９は、１次側の巻数ｎ１の方が２次側の巻数ｎ２より大きいため、三相交流トランス９を介してある電力量を伝送する際に、１次側は、小電流、高電圧、２次側は大電流、低電圧となる。一般的にチョークコイルを有するフィルタ３のコストは、電流容量が大きいほど高くなるため、フィルタ３を三相交流トランス９の前段に配置することにより、安価なフィルタを用いることができる。 Further, in FIG. 2, the filter 3 is provided upstream of the three-phase AC transformer 9. Since the three-phase AC transformer 9 has a primary-side winding number n1 larger than the secondary-side winding number n2, when transmitting a certain amount of power through the three-phase AC transformer 9, the primary side has a small current. The high voltage and the secondary side are large current and low voltage. In general, the cost of the filter 3 having a choke coil increases as the current capacity increases, so that an inexpensive filter can be used by arranging the filter 3 in front of the three-phase AC transformer 9.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

第２の実施の形態において、フィルタ３を三相交流トランス９の後段に、すなわち三相交流トランス９と回生コンバータ４の間に設けてもよい。回生コンバータ４の直前にフィルタ３を配置する場合には、その回生コンバータ４に最適化されて製造、販売されるフィルタ３を利用することができ、システム設計が容易となる。またこの変形例では、充放電検査装置２ａのすべての構成要素が三相交流トランス９の２次側に配置されることとなり、フィルタ３の信頼性が低下した場合に、その影響が商用交流電源ＰＳに及ぶのを防止できる。 In the second embodiment, the filter 3 may be provided downstream of the three-phase AC transformer 9, that is, between the three-phase AC transformer 9 and the regenerative converter 4. When the filter 3 is arranged immediately before the regenerative converter 4, the filter 3 that is optimized and manufactured and sold for the regenerative converter 4 can be used, and the system design becomes easy. Moreover, in this modification, all the components of the charge / discharge inspection apparatus 2a are arranged on the secondary side of the three-phase AC transformer 9, and when the reliability of the filter 3 is lowered, the influence is affected by the commercial AC power supply. It is possible to prevent reaching PS.

実施の形態では、２次電池１を充放電する充放電検査装置２を例に説明したが、本発明の適用範囲はそれに限定されない。近年、一般家庭用の蓄電池が普及を見せており、あるいは車載用の蓄電池からの電力を、家電製品に供給する試みがなされている。実施の形態に係る充放電装置は、そのような用途にも利用できる。 In the embodiment, the charge / discharge inspection apparatus 2 that charges and discharges the secondary battery 1 has been described as an example, but the scope of application of the present invention is not limited thereto. In recent years, storage batteries for general households have become widespread, or attempts have been made to supply electric power from in-vehicle storage batteries to home appliances. The charging / discharging apparatus which concerns on embodiment can be utilized also for such a use.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

ＰＳ…商用交流電源、１…２次電池、２…充放電検査装置、３…フィルタ、４…回生コンバータ、６…双方向コンバータ、Ｔ１…絶縁トランス、Ｂ１…第１ブリッジ回路、Ｂ２…第２ブリッジ回路、８…昇降圧コンバータ、９…三相交流トランス、１０…コントローラ、Ｃ１，Ｃ２…平滑用キャパシタ、Ｖ１…第１直流リンク電圧、Ｖ２…第２直流リンク電圧、Ｍ１…第１スイッチングトランジスタ、Ｍ２…第２スイッチングトランジスタ、Ｌ１…インダクタ。 PS ... Commercial AC power supply, 1 ... secondary battery, 2 ... charge / discharge inspection device, 3 ... filter, 4 ... regenerative converter, 6 ... bidirectional converter, T1 ... insulating transformer, B1 ... first bridge circuit, B2 ... second Bridge circuit, 8 ... Buck-boost converter, 9 ... Three-phase AC transformer, 10 ... Controller, C1, C2 ... Smoothing capacitor, V1 ... First DC link voltage, V2 ... Second DC link voltage, M1 ... First switching transistor , M2 ... second switching transistor, L1 ... inductor.

Claims

A charge / discharge device for a secondary battery,
Its primary side is connected to the three Ai交 flow power, the primary side and the number of turns larger than the three-phase AC transformer turns of the secondary side of,
A plurality of switches bridge-connected between the two DC lines, a plurality of rectifying elements provided in parallel with each of the plurality of switches, and a smoothing capacitor provided between the two DC lines. (1) By switching the plurality of switches or turning them off, the three-phase AC voltage generated on the secondary side of the three-phase AC transformer is rectified and smoothed, and between the two DC lines. a first state for supplying to the, (2) by switching the plurality of switches to convert the DC voltage developed between the two DC lines into a three-phase AC voltage, the secondary side of the three-phase AC transformer A regenerative converter capable of switching to a second state to be supplied to
First and second switching transistors provided between the two DC lines, and an inductor provided between a connection point of the first and second switching transistors and the secondary battery, A step-up converter that operates as a step-down converter that inputs the two DC lines and outputs the secondary battery in a charged state, and that inputs the secondary battery and outputs the two DC lines in a discharged state A buck-boost converter configured to operate as
A charge / discharge device comprising:

Rechargeable device according to claim 1, further comprising a filter provided between the three-phase AC transformer of the three Ai交 flow supply and the primary side.

The charge / discharge device according to claim 1, further comprising a filter provided between a secondary side of the three-phase AC transformer and the regenerative converter.

A charge / discharge device for a secondary battery,
A plurality of switches bridge-connected between the two first DC lines, a plurality of rectifier elements provided in parallel with each of the plurality of switches, and a smoothing capacitor provided between the two first DC lines And (1) rectifying and smoothing a three- phase AC voltage by switching the plurality of switches or turning them off, and supplying the rectified and smoothed voltage between the two DC lines. (2) by switching the plurality of switches to convert the DC voltage developed between the two DC lines into a three-phase AC voltage, and regenerative converter supplies the Sansho交 flow power,
Provided between the insulation transformer and the two first DC lines, and the output is provided between the first bridge circuit connected to the primary winding of the insulation transformer and the two second DC lines. A bi-directional converter including a second bridge circuit whose output is connected to the secondary winding of the isolation transformer;
First and second switching transistors provided between the two second DC lines, and an inductor provided between a connection point of the first and second switching transistors and the secondary battery. In the charging state, it operates as a step-down converter having the two second DC lines as input and the secondary battery as an output, and in the discharging state, the secondary battery is input and the two second DC lines A buck-boost converter configured to operate as a boost converter with an output of
A charge / discharge device comprising:

Rechargeable device according to claim 4, further comprising a filter provided between the front Symbol Three-phase ac power source and the regenerative converter.

A charging / discharging inspection device for a secondary battery comprising the charging / discharging device according to claim 1.