JP2013099092A - Power supply apparatus - Google Patents
Power supply apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013099092A JP2013099092A JP2011239286A JP2011239286A JP2013099092A JP 2013099092 A JP2013099092 A JP 2013099092A JP 2011239286 A JP2011239286 A JP 2011239286A JP 2011239286 A JP2011239286 A JP 2011239286A JP 2013099092 A JP2013099092 A JP 2013099092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- battery
- power supply
- supply device
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電源装置に関し、特に、複数の電池を備え、これらの電池を充放電する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device that includes a plurality of batteries and charges and discharges these batteries.
繰り返しの充電が可能な二次電池を用いて電力を蓄え、必要なときに当該二次電池から系統に電力を供給する電力貯蔵システムが開発されている(たとえば、三菱重工技報Vol.41、No.5、「リチウムイオン電池電力貯蔵システムの開発」、2004年9月(非特許文献1)参照)。 A power storage system that stores power using a rechargeable secondary battery and supplies power to the system from the secondary battery when necessary has been developed (for example, Mitsubishi Heavy Industries Technical Report Vol. 41, No. 5, “Development of lithium ion battery power storage system”, September 2004 (Non-patent Document 1)).
このような電力貯蔵システムは、電力需要の変動を緩和して発電設備の利用率を高める用途の他、太陽光発電および風力発電のように発電量の変動が大きい発電方式を採用する発電設備を補完する用途にも適用可能である(たとえば、電気設備学会誌、平成17年10月、「レドックスフロー電池の風力発電出力平滑化用途への適用」(非特許文献2)参照)。 Such power storage systems include power generation facilities that use power generation methods with large fluctuations in power generation, such as solar power generation and wind power generation, in addition to applications that increase the utilization rate of power generation facilities by reducing fluctuations in power demand. It can be applied to supplementary uses (see, for example, Journal of the Institute of Electrical Installation, October 2005, “Application of Redox Flow Battery to Wind Power Generation Smoothing Use” (Non-Patent Document 2)).
このような用途で用いられる電源装置は、たとえば複数の電池の集合体を備える。二次電池がたとえばリチウムイオン電池である場合には、1つの電池の電圧はたとえば3V〜4V程度であるので、複数の電池を直列に接続する。この直列接続された電池を充電しておくことにより、必要なときに電力を供給することができる。すなわち、充電時には電池の直列体に電流が流れ込んで電力が蓄えられ、放電時には電池の直列体から電流が流れ出て、電力が負荷に供給される。 The power supply device used for such an application includes, for example, an assembly of a plurality of batteries. When the secondary battery is a lithium ion battery, for example, the voltage of one battery is, for example, about 3 V to 4 V, and therefore a plurality of batteries are connected in series. By charging the batteries connected in series, power can be supplied when necessary. That is, electric current flows into the series body of batteries during charging and electric power is stored, and during discharging, current flows out of the series body of batteries and electric power is supplied to the load.
ところで、直列体の各電池の充電時において、いずれか1つの電池が満充電の状態になると、充電を停止しなければならない。すなわち、他の電池が満充電の状態に達していなくても、当該他の電池をさらに充電することはできない。 By the way, when any one of the batteries in series is charged, if any one of the batteries is fully charged, the charging must be stopped. That is, even if the other battery does not reach the fully charged state, the other battery cannot be further charged.
また、直列体の各電池を放電して負荷に電力を供給する場合には、残量が最も少ない電池が放電限界に達すると、他の電池の残量は十分であっても、放電を継続することはできない。 In addition, when discharging batteries in series and supplying power to the load, when the battery with the least remaining power reaches the discharge limit, discharging continues even if the remaining battery capacity is sufficient. I can't do it.
このように、電池の直列体を用いる電源装置では、各電池の特性のばらつきにより、充放電性能がいずれかの電池の特性に拘束されるため、各電池を十分に充電することができず、また、放電時において、各電池に蓄えられた電力を有効活用することができない、という問題点がある。 In this way, in the power supply device using the series body of batteries, due to variations in the characteristics of each battery, the charge / discharge performance is constrained by the characteristics of any battery, so each battery cannot be charged sufficiently, In addition, there is a problem that the electric power stored in each battery cannot be effectively used during discharging.
このような充電時の問題点を解決するために、たとえば、満充電状態の電池に充電電流が供給されないように充電電流を他の回路へ逃がす構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、損失の発生により充電効率が低下してしまい、また、上述の放電時の問題点を解決することはできない。 In order to solve such problems at the time of charging, for example, a configuration in which the charging current is released to another circuit so that the charging current is not supplied to the fully charged battery can be considered. However, with such a configuration, the charging efficiency is reduced due to the occurrence of loss, and the above-described problems during discharging cannot be solved.
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、複数の電池を用いて充放電を行なうとともに、各電池の特性のばらつきによる充電時の効率低下を抑制し、かつ放電時における各電池の電力の有効活用を図ることが可能な電源装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to charge and discharge using a plurality of batteries, to suppress a reduction in efficiency during charging due to variations in characteristics of each battery, and It is an object of the present invention to provide a power supply device capable of effectively utilizing the power of each battery during discharging.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電源装置は、互いに並列に接続された複数の電池と、上記電池に対応して設けられ、直列接続された複数のキャパシタと、上記キャパシタに対応して設けられた複数の昇降圧回路とを備え、上記昇降圧回路は、対応の上記キャパシタから受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の上記電池へ出力する充電動作、および対応の上記電池から受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の上記キャパシタへ出力する放電動作が可能であり、上記充電動作における出力電圧および上記放電動作における出力電圧が調整可能であり、上記電池側の回路と上記キャパシタ側の回路とが電気的に絶縁されており、上記充電動作において、直列接続された上記複数のキャパシタの両端において受けた直流電圧の分圧電圧が各上記昇降圧回路に与えられ、上記放電動作において、上記各昇降圧回路の出力電圧の合成電圧が上記両端から出力される。 In order to solve the above-described problem, a power supply apparatus according to an aspect of the present invention includes a plurality of batteries connected in parallel to each other, a plurality of capacitors connected in series corresponding to the batteries, and the capacitors A plurality of step-up / step-down circuits provided corresponding to the charging circuit, wherein the step-up / step-down circuit boosts or steps down a DC voltage received from the corresponding capacitor and outputs the boosted voltage to the corresponding battery. A discharge operation in which the DC voltage received from the battery is stepped up or down and output to the corresponding capacitor is possible, the output voltage in the charge operation and the output voltage in the discharge operation can be adjusted, and the battery side The circuit and the circuit on the capacitor side are electrically insulated, and received at both ends of the plurality of capacitors connected in series in the charging operation. The divided voltage of the flow voltage is applied to each said buck circuit, in the discharge operation, the combined voltage of the output voltage of each of the buck-boost circuits is output from the opposite ends.
このような構成により、各電池の特性にばらつきがある場合でも、特定の電池の特性に拘束されて充電または放電を停止しなければならなくなることを防ぐことができる。すなわち、各電池を十分に充電し、また、放電時において、各電池に蓄えられた電力を有効活用することができる。さらに、満充電状態の電池に充電電流が供給されないように充電電流を他の回路へ逃がす必要が無くなり、損失の発生による充電効率の低下を防ぐことができる。したがって、複数の電池を用いて充放電を行なうとともに、各電池の特性のばらつきによる充電時の効率低下を抑制し、かつ放電時における各電池の電力の有効活用を図ることができる。また、電池側の回路とキャパシタ側の回路とを電気的に絶縁する構成により、各電池を並列に接続することができる。これにより、電池ごとに電圧測定部を設けて各電池の電圧を別個に監視する必要が無くなるため、たとえば、電圧測定部および制御部を共通化することにより、構成および処理の簡易化を図ることができる。 With such a configuration, even when there is variation in the characteristics of each battery, it is possible to prevent the charging or discharging from being restricted due to the characteristics of a specific battery. That is, each battery can be fully charged, and the electric power stored in each battery can be effectively utilized during discharging. Furthermore, it is not necessary to release the charging current to another circuit so that the charging current is not supplied to the fully charged battery, and it is possible to prevent a reduction in charging efficiency due to the occurrence of loss. Therefore, it is possible to charge and discharge using a plurality of batteries, suppress a reduction in efficiency during charging due to variations in characteristics of each battery, and to effectively use the power of each battery during discharging. Moreover, each battery can be connected in parallel by the structure which electrically insulates the circuit by the side of a battery and the circuit by the side of a capacitor. This eliminates the need to provide a voltage measurement unit for each battery and separately monitor the voltage of each battery. For example, the configuration and processing can be simplified by sharing the voltage measurement unit and the control unit. Can do.
好ましくは、上記電源装置は、さらに、各上記電池の電圧を測定するための電圧測定部と、上記電圧測定部によって測定された上記各電池の電圧に基づいて上記各昇降圧回路を制御することにより、上記各昇降圧回路の出力電圧を調整するための制御部とを備える。 Preferably, the power supply device further controls a voltage measuring unit for measuring a voltage of each battery, and controls each step-up / down circuit based on the voltage of each battery measured by the voltage measuring unit. And a control unit for adjusting the output voltage of each of the step-up / down circuits.
このように、各電池に対して電圧測定部および制御部を共通化することにより、構成および処理の簡易化を図ることができる。 Thus, by simplifying the voltage measuring unit and the control unit for each battery, the configuration and processing can be simplified.
より好ましくは、上記制御部は、上記充電動作において、上記電圧測定部の測定結果に基づいて、上記各電池の電圧が目標値に達するように上記各昇降圧回路を制御する。 More preferably, in the charging operation, the control unit controls the step-up / step-down circuits so that the voltages of the batteries reach a target value based on the measurement result of the voltage measurement unit.
このような構成により、共通化された電圧測定部の測定結果に基づいて各電池の電圧を均一に変化させることができるため、充電効率を向上させることができる。 With such a configuration, the voltage of each battery can be uniformly changed based on the measurement result of the common voltage measurement unit, and thus the charging efficiency can be improved.
より好ましくは、上記制御部は、上記放電動作において、上記電圧測定部の測定結果に基づいて、上記各昇降圧回路を制御することにより、上記各電池を放電し、上記各電池の電圧が下限値に達すると上記放電を停止する。 More preferably, in the discharge operation, the control unit discharges the batteries by controlling the step-up / down circuits based on the measurement result of the voltage measurement unit, and the voltage of each of the batteries is a lower limit. When the value is reached, the discharge is stopped.
このような構成により、共通化された電圧測定部の測定結果に基づいて各電池の電圧を均一に変化させることができるため、放電効率を向上させることができる。 With such a configuration, the voltage of each battery can be uniformly changed based on the measurement result of the common voltage measurement unit, so that the discharge efficiency can be improved.
好ましくは、上記昇降圧回路は、対応の上記電池に並列接続されたキャパシタを含む。 Preferably, the step-up / step-down circuit includes a capacitor connected in parallel to the corresponding battery.
このような構成により、電池を安定化させ、充電動作および放電動作をより良好に行なうことができる。 With such a configuration, the battery can be stabilized and charging and discharging operations can be performed more favorably.
好ましくは、上記キャパシタは、第1端および第2端を有し、上記昇降圧回路は、1次巻線および2次巻線を含むトランスと、上記キャパシタの第1端に電気的に接続された第1端と、上記1次巻線の第1端に電気的に接続された第2端とを有する第1のスイッチと、上記2次巻線の第1端に電気的に接続された第1端と、第2端とを有する第2のスイッチと、上記第2のスイッチの第2端に電気的に接続された第1端と、上記電池の第1端に電気的に接続された第2端とを有するインダクタと、上記第2のスイッチの第2端に電気的に接続された第1端と、上記2次巻線の第2端および上記電池の第2端に電気的に接続された第2端とを有する第3のスイッチとを含み、上記キャパシタの第2端と上記1次巻線の第2端とが電気的に接続されている。 Preferably, the capacitor has a first end and a second end, and the step-up / down circuit is electrically connected to a transformer including a primary winding and a secondary winding and to the first end of the capacitor. A first switch having a first end and a second end electrically connected to the first end of the primary winding, and electrically connected to the first end of the secondary winding. A second switch having a first end and a second end; a first end electrically connected to the second end of the second switch; and a first end electrically connected to the first end of the battery. An inductor having a second end, a first end electrically connected to a second end of the second switch, a second end of the secondary winding, and a second end of the battery. A third switch having a second end connected to the capacitor, wherein the second end of the capacitor and the second end of the primary winding are electrically connected. To have.
このような構成により、簡易な構成で、電池側の回路とキャパシタ側の回路とが絶縁された昇降圧回路を実現することができる。 With such a configuration, a step-up / step-down circuit in which the battery side circuit and the capacitor side circuit are insulated can be realized with a simple configuration.
好ましくは、上記電源装置は、さらに、直列接続された上記複数のキャパシタの両端間に接続され、上記充電動作において、受けた交流電圧を直流電圧に変換して上記複数のキャパシタの両端へ出力し、上記放電動作において、上記複数のキャパシタの両端から受けた直流電圧を交流電圧に変換して負荷へ出力するための電圧変換回路を備える。 Preferably, the power supply device is further connected between both ends of the plurality of capacitors connected in series. In the charging operation, the received AC voltage is converted into a DC voltage and output to both ends of the plurality of capacitors. In the discharging operation, a voltage conversion circuit is provided for converting a DC voltage received from both ends of the plurality of capacitors into an AC voltage and outputting the AC voltage to a load.
このような構成により、たとえば交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して各電池を充電し、また、各電池の出力電圧を交流電圧に変換して負荷に供給することができる。 With such a configuration, for example, an AC voltage supplied from an AC power source can be converted to a DC voltage to charge each battery, and an output voltage of each battery can be converted to an AC voltage and supplied to a load.
本発明によれば、複数の電池を用いて充放電を行なうとともに、各電池の特性のばらつきによる充電時の効率低下を抑制し、かつ放電時における各電池の電力の有効活用を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to charge and discharge using a plurality of batteries, to suppress a decrease in efficiency during charging due to variations in characteristics of each battery, and to effectively use the power of each battery during discharging. .
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成、および充電動作における接続例を示す図である。図2は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成、および放電動作における接続例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention and a connection example in a charging operation. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the power supply device according to the embodiment of the present invention and a connection example in the discharging operation.
図1および図2を参照して、電源装置101は、キャパシタ21、昇降圧回路11および電池12の組を複数備え、さらに、電圧測定部13と、制御部14と、AC/DCコンバータ(電圧変換回路)15と、電圧測定部16とを備える。昇降圧回路11は、キャパシタ27と、スイッチ22,23,24と、トランス25と、インダクタ26とを含む。トランス25は、1次巻線31と、2次巻線32とを含む。スイッチ22,23,24は、たとえばトランジスタ等の半導体素子である。これにより、高速なスイッチングが可能となる。なお、電圧測定部13および制御部14は、組ごとに設けられてもよい。
Referring to FIGS. 1 and 2,
電池12としては、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、およびその他各種の充電可能な電池を用いることができる。
As the
図1において、交流電源201は、たとえば振幅が100V、周波数が50Hzまたは60Hzの交流電圧を電源装置101に供給する。
In FIG. 1, an
そして、電源装置101は、交流電源201から供給される交流電圧に基づいて各組の電池12を充電する。
Then, the
図2において、電源装置101は、各組の電池12を放電することにより、たとえば振幅が100V、周波数が50Hzまたは60Hzの交流電圧を負荷202に供給する。
In FIG. 2, the
より詳細には、電源装置101において、各キャパシタ21は、直列接続されている。各電池12は、互いに並列接続されている。AC/DCコンバータ15は、直列接続された複数のキャパシタ21の両端間に接続されている。
More specifically, in the
充電動作において、AC/DCコンバータ15は、交流電源201から受けた交流電圧を直流電圧に変換し、直列接続された複数のキャパシタ21の両端へ出力する。また、放電動作において、AC/DCコンバータ15は、直列接続された複数のキャパシタ21の両端から受けた直流電圧を交流電圧に変換して負荷202へ出力する。
In the charging operation, the AC /
昇降圧回路11において、スイッチ22は、キャパシタ21の第1端に電気的に接続された第1端と、1次巻線31の第1端に電気的に接続された第2端とを有する。スイッチ23は、2次巻線32の第1端に電気的に接続された第1端と、第2端とを有する。インダクタ26は、スイッチ23の第2端に電気的に接続された第1端と、電池12の第1端に電気的に接続された第2端とを有する。スイッチ24は、スイッチ23の第2端に電気的に接続された第1端と、2次巻線32の第2端および電池12の第2端に電気的に接続された第2端とを有する。キャパシタ21の第2端と1次巻線31の第2端とが電気的に接続されている。
In the step-up / step-
キャパシタ27は、電池12の安定化のために、電池12と並列に接続されている。
The
昇降圧回路11は、双方向動作が可能である。より詳細には、昇降圧回路11は、AC/DCコンバータ15から対応のキャパシタ21経由で受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の電池12へ出力する充電動作、および対応の電池12から受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応のキャパシタ21経由でAC/DCコンバータ15へ出力する放電動作が可能である。昇降圧回路11において、充電動作における出力電圧および放電動作における出力電圧は調整可能である。また、昇降圧回路11において、電池12側の回路とキャパシタ21側の回路とが電気的に絶縁されている。
The step-up / step-
充電動作において、直列接続された複数のキャパシタ21の両端において受けた直流電圧の分圧電圧、すなわちAC/DCコンバータ15の出力電圧の分圧電圧が各昇降圧回路11に与えられる。また、放電動作において、各昇降圧回路11の出力電圧の合成電圧が、直列接続された複数のキャパシタ21の両端からAC/DCコンバータ15へ出力される。
In the charging operation, the divided voltage of the DC voltage received at both ends of the plurality of
電圧測定部13は、各組の電池12の電圧を測定する。各電池12が並列接続されていることから、電源装置101において、電圧測定部13は1つ設ければよい。また、電圧測定部16は、放電動作において、たとえば、直列接続された複数のキャパシタ21の両端間の電圧を測定する。なお、電圧測定部16の代わりに、各キャパシタ21を通して流れる電流を測定する電流測定部が設けられてもよい。
The
制御部14は、電圧測定部13によって測定された各電池12の電圧、および電圧測定部16によって測定された電圧に基づいて、各昇降圧回路11を制御することにより、各昇降圧回路11の出力電圧を調整する。具体的には、制御部14は、各昇降圧回路11における各スイッチをPWM(Pulse Width Modulation)制御することにより、各昇降圧回路11の出力電圧を調整する。
The
より詳細には、制御部14は、充電動作において、スイッチ22およびスイッチ23をオンし、かつスイッチ24をオフすることにより、AC/DCコンバータ15からの電流に対応する電流をインダクタ26に供給し、インダクタ26にエネルギーを蓄積する動作、およびスイッチ22およびスイッチ23をオフし、かつスイッチ24をオンすることにより、インダクタ26に蓄えられたエネルギーを電池12へ放出する動作を交互に繰り返すことにより、電池12を充電する。
More specifically,
また、制御部14は、放電動作において、スイッチ22およびスイッチ23をオフし、かつスイッチ24をオンすることにより、電池12からの電流をインダクタ26に供給し、インダクタ26にエネルギーを蓄積する動作、およびスイッチ22およびスイッチ23をオンし、かつスイッチ24をオフすることにより、インダクタ26に蓄えられたエネルギーをAC/DCコンバータ15へ放出する動作を交互に繰り返すことにより、電池12を放電する。
In addition, the
これらの充電動作および放電動作において、制御部14は、たとえば、キャパシタ21の両端電圧と電池12の電圧とが略等しくなるように、昇降圧回路11を制御する。
In these charging operation and discharging operation, the
次に、本発明の実施の形態に係る電源装置による充電動作について説明する。以下では、充電動作における電池12の目標値を4.2Vとし、充電動作における電池12の充電前の電圧を3.0Vとする。
Next, a charging operation by the power supply device according to the embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the target value of the
図3は、本発明の実施の形態に係る電源装置による充電動作の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the charging operation by the power supply device according to the embodiment of the present invention.
図3を参照して、制御部14は、充電動作において、電圧測定部13の測定結果に基づいて、各電池12の電圧が目標値に達するように各昇降圧回路11を制御する。
Referring to FIG. 3,
より詳細には、制御部14は、タイミングt1において各電池12の充電を開始する。ここで、制御部14は、電圧測定部13の測定結果を参照しながら、各昇降圧回路11における各スイッチを制御する。各電池12は並列接続されていることから、各電池12の電圧は均一に上昇する。
More specifically, the
そして、制御部14は、タイミングt2において、各電池12の電圧が目標値に達すると、各昇降圧回路11における各スイッチをオフし、充電動作を終了する。
Then, when the voltage of each
次に、本発明の実施の形態に係る電源装置による放電動作について説明する。以下では、放電動作における電池12の放電前の電圧を4.2Vとし、電池12の下限値すなわち放電動作を停止すべき電圧値を3.0Vとする。
Next, the discharge operation by the power supply device according to the embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the voltage before discharging of the
図4は、本発明の実施の形態に係る電源装置による放電動作の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a discharge operation by the power supply device according to the embodiment of the present invention.
図4を参照して、制御部14は、放電動作において、電圧測定部13の測定結果に基づいて、各昇降圧回路11を制御することにより、各電池12を放電する。そして、制御部14は、各電池12の電圧が下限値に達すると放電を停止する。
Referring to FIG. 4,
より詳細には、制御部14は、タイミングt21において各電池12の放電を開始する。制御部14は、負荷202に供給される電圧のレベルが一定になるように、たとえば電圧測定部16によって測定される電圧が所定値を保つように、各昇降圧回路11を制御する。
More specifically, the
ここで、制御部14は、電圧測定部13の測定結果を参照しながら、各昇降圧回路11における各スイッチを制御する。各電池12は並列接続されていることから、各電池12の電圧は均一に下降する。
Here, the
そして、制御部14は、タイミングt22において、各電池12の電圧が下限値に達すると、各昇降圧回路11における各スイッチをオフし、放電動作を終了する。
Then, when the voltage of each
ところで、電池の直列体を用いる電源装置では、各電池の特性のばらつきにより、充放電性能がいずれかの電池の特性に拘束されるため、各電池を十分に充電することができず、また、放電時において、各電池に蓄えられた電力を有効活用することができない、という問題点がある。このような充電時の問題点を解決するために、たとえば、満充電状態の電池に充電電流が供給されないように充電電流を他の回路へ逃がす構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、損失の発生により充電効率が低下してしまい、また、上述の放電時の問題点を解決することはできない。 By the way, in the power supply device using the series body of the batteries, the charge / discharge performance is constrained by the characteristics of one of the batteries due to variations in the characteristics of each battery, so that each battery cannot be charged sufficiently. There is a problem that the electric power stored in each battery cannot be effectively used during discharging. In order to solve such problems at the time of charging, for example, a configuration in which the charging current is released to another circuit so that the charging current is not supplied to the fully charged battery can be considered. However, with such a configuration, the charging efficiency is reduced due to the occurrence of loss, and the above-described problems during discharging cannot be solved.
これに対して、本発明の実施の形態に係る電源装置では、各電池12は、互いに並列に接続されている。キャパシタ21は、電池12に対応して複数設けられ、各キャパシタ21は直列接続されている。また、昇降圧回路11において、電池12側の回路とキャパシタ21側の回路とが電気的に絶縁されている。昇降圧回路11は、キャパシタ21に対応して設けられ、対応のキャパシタ21から受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の電池12へ出力する充電動作、および対応の電池12から受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応のキャパシタ21へ出力する放電動作が可能であり、充電動作における出力電圧および放電動作における出力電圧が調整可能である。そして、充電動作において、直列接続された複数のキャパシタ21の両端において受けた直流電圧の分圧電圧が各昇降圧回路11に与えられる。また、放電動作において、各昇降圧回路11の出力電圧の合成電圧が、直列接続された複数のキャパシタ21の両端から出力される。
On the other hand, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、各電池の特性にばらつきがある場合でも、特定の電池の特性に拘束されて充電または放電を停止しなければならなくなることを防ぐことができる。すなわち、各電池を十分に充電し、また、放電時において、各電池に蓄えられた電力を有効活用することができる。さらに、満充電状態の電池に充電電流が供給されないように充電電流を他の回路へ逃がす必要が無くなり、損失の発生による充電効率の低下を防ぐことができる。 With such a configuration, even when there is variation in the characteristics of each battery, it is possible to prevent the charging or discharging from being restricted due to the characteristics of a specific battery. That is, each battery can be fully charged, and the electric power stored in each battery can be effectively utilized during discharging. Furthermore, it is not necessary to release the charging current to another circuit so that the charging current is not supplied to the fully charged battery, and it is possible to prevent a reduction in charging efficiency due to the occurrence of loss.
したがって、本発明の実施の形態に係る電源装置では、複数の電池を用いて充放電を行なうとともに、各電池の特性のばらつきによる充電時の効率低下を抑制し、かつ放電時における各電池の電力の有効活用を図ることができる。 Therefore, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, charging / discharging is performed using a plurality of batteries, and a reduction in efficiency during charging due to variation in characteristics of each battery is suppressed, and power of each battery during discharging is reduced. Can be used effectively.
また、電池側の回路とキャパシタ側の回路とを電気的に絶縁する構成により、各電池を並列に接続することができる。これにより、電池ごとに電圧測定部を設けて各電池の電圧を別個に監視する必要が無くなるため、たとえば、電圧測定部および制御部を共通化することにより、構成および処理の簡易化を図ることができる。 Moreover, each battery can be connected in parallel by the structure which electrically insulates the circuit by the side of a battery and the circuit by the side of a capacitor. This eliminates the need to provide a voltage measurement unit for each battery and separately monitor the voltage of each battery. For example, the configuration and processing can be simplified by sharing the voltage measurement unit and the control unit. Can do.
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、電圧測定部13は、各電池12の電圧を測定する。制御部14は、電圧測定部13によって測定された各電池12の電圧に基づいて各昇降圧回路11を制御することにより、各昇降圧回路11の出力電圧を調整する。
Moreover, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the
このように、各電池12に対して電圧測定部13および制御部14を共通化することにより、構成および処理の簡易化を図ることができる。
Thus, by sharing the
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、制御部14は、充電動作において、電圧測定部13の測定結果に基づいて、各電池12の電圧が共通の目標値に達するように各昇降圧回路11を制御する。
Further, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、共通化された電圧測定部13の測定結果に基づいて各電池12の電圧を均一に変化させることができるため、充電効率を向上させることができる。
With such a configuration, the voltage of each
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、制御部14は、放電動作において、電圧測定部13の測定結果に基づいて、各昇降圧回路11を制御することにより、各電池12を放電する。そして、制御部14は、各電池12の電圧が共通の下限値に達すると放電を停止する。
In the power supply device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、共通化された電圧測定部13の測定結果に基づいて各電池の電圧を均一に変化させることができるため、放電効率を向上させることができる。
With such a configuration, the voltage of each battery can be changed uniformly based on the measurement result of the common
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、昇降圧回路11は、対応の電池12に並列接続されたキャパシタ27を含む。
Further, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the step-up / step-
このような構成により、電池12を安定化させ、充電動作および放電動作をより良好に行なうことができる。
With such a configuration, the
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、昇降圧回路11において、スイッチ22は、キャパシタ21の第1端に電気的に接続された第1端と、1次巻線31の第1端に電気的に接続された第2端とを有する。スイッチ23は、2次巻線32の第1端に電気的に接続された第1端と、第2端とを有する。インダクタ26は、スイッチ23の第2端に電気的に接続された第1端と、電池12の第1端に電気的に接続された第2端とを有する。スイッチ24は、スイッチ23の第2端に電気的に接続された第1端と、2次巻線32の第2端および電池12の第2端に電気的に接続された第2端とを有する。キャパシタ21の第2端と1次巻線31の第2端とが電気的に接続されている。
In the power supply apparatus according to the embodiment of the present invention, in the step-up / step-
このような構成により、簡易な構成で、電池側の回路とキャパシタ側の回路とが絶縁された昇降圧回路を実現することができる。 With such a configuration, a step-up / step-down circuit in which the battery side circuit and the capacitor side circuit are insulated can be realized with a simple configuration.
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、AC/DCコンバータ15は、直列接続された複数のキャパシタ21の両端間に接続されている。AC/DCコンバータ15は、充電動作において、受けた交流電圧を直流電圧に変換して複数のキャパシタ21の両端へ出力し、放電動作において、複数のキャパシタ21の両端から受けた直流電圧を交流電圧に変換して負荷202へ出力する。
In the power supply device according to the embodiment of the present invention, the AC /
このような構成により、交流電源201から供給される交流電圧を直流電圧に変換して各電池12を充電し、また、各電池12の出力電圧を交流電圧に変換して負荷202に供給することができる。
With such a configuration, the AC voltage supplied from the
なお、本発明の実施の形態に係る電源装置は、電圧測定部13および制御部14を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。電源装置101の外部に電圧測定部13および制御部14が設けられる構成であってもよい。
In addition, although the power supply device which concerns on embodiment of this invention was set as the structure provided with the
また、本発明の実施の形態に係る電源装置は、AC/DCコンバータ15を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。AC/DCコンバータ15を備えない構成であっても、外部から供給される直流電圧に基づいて各電池12を充電し、かつ各電池12を放電して直流電圧を外部に供給することが可能である。
Moreover, although the power supply device which concerns on embodiment of this invention was set as the structure provided with the AC /
また、本発明の実施の形態に係る電源装置では、電池12の電圧は正電圧であるとしたが、これに限定するものではなく、電池12の電圧は負電圧であってもよい。
In the power supply device according to the embodiment of the present invention, the voltage of the
また、本発明の実施の形態に係る電源装置において、「インダクタ」は、リアクトルのような大型の部品も含むものとする。 Moreover, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the “inductor” includes a large component such as a reactor.
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
11 昇降圧回路
12 電池
13 電圧測定部
14 制御部
15 AC/DCコンバータ(電圧変換回路)
16 電圧測定部
21,27 キャパシタ
22,23,24 スイッチ
25 トランス
26 インダクタ
31 1次巻線
32 2次巻線
101 電源装置
DESCRIPTION OF
16
Claims (7)
前記電池に対応して設けられ、直列接続された複数のキャパシタと、
前記キャパシタに対応して設けられた複数の昇降圧回路とを備え、
前記昇降圧回路は、対応の前記キャパシタから受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の前記電池へ出力する充電動作、および対応の前記電池から受けた直流電圧を昇圧または降圧して対応の前記キャパシタへ出力する放電動作が可能であり、前記充電動作における出力電圧および前記放電動作における出力電圧が調整可能であり、前記電池側の回路と前記キャパシタ側の回路とが電気的に絶縁されており、
前記充電動作において、直列接続された前記複数のキャパシタの両端において受けた直流電圧の分圧電圧が各前記昇降圧回路に与えられ、
前記放電動作において、前記各昇降圧回路の出力電圧の合成電圧が前記両端から出力される、電源装置。 A plurality of batteries connected in parallel to each other;
A plurality of capacitors provided corresponding to the battery and connected in series;
A plurality of step-up / step-down circuits provided corresponding to the capacitors,
The step-up / step-down circuit boosts or steps down the DC voltage received from the corresponding capacitor and outputs the boosted voltage to the corresponding battery, and boosts or steps down the DC voltage received from the corresponding battery. The discharge operation to output to the capacitor is possible, the output voltage in the charge operation and the output voltage in the discharge operation can be adjusted, and the circuit on the battery side and the circuit on the capacitor side are electrically insulated ,
In the charging operation, a divided voltage of a DC voltage received at both ends of the plurality of capacitors connected in series is given to each of the step-up / down circuits.
In the discharging operation, a power supply device in which a combined voltage of output voltages of the step-up / step-down circuits is output from both ends.
各前記電池の電圧を測定するための電圧測定部と、
前記電圧測定部によって測定された前記各電池の電圧に基づいて前記各昇降圧回路を制御することにより、前記各昇降圧回路の出力電圧を調整するための制御部とを備える、請求項1に記載の電源装置。 The power supply device further includes:
A voltage measuring unit for measuring the voltage of each of the batteries;
The control unit for adjusting the output voltage of each step-up / down circuit by controlling each step-up / down circuit based on the voltage of each battery measured by the voltage measuring unit. The power supply described.
前記昇降圧回路は、
1次巻線および2次巻線を含むトランスと、
前記キャパシタの第1端に電気的に接続された第1端と、前記1次巻線の第1端に電気的に接続された第2端とを有する第1のスイッチと、
前記2次巻線の第1端に電気的に接続された第1端と、第2端とを有する第2のスイッチと、
前記第2のスイッチの第2端に電気的に接続された第1端と、前記電池の第1端に電気的に接続された第2端とを有するインダクタと、
前記第2のスイッチの第2端に電気的に接続された第1端と、前記2次巻線の第2端および前記電池の第2端に電気的に接続された第2端とを有する第3のスイッチとを含み、
前記キャパシタの第2端と前記1次巻線の第2端とが電気的に接続されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電源装置。 The capacitor has a first end and a second end;
The step-up / down circuit is
A transformer including a primary winding and a secondary winding;
A first switch having a first end electrically connected to the first end of the capacitor and a second end electrically connected to the first end of the primary winding;
A second switch having a first end electrically connected to the first end of the secondary winding and a second end;
An inductor having a first end electrically connected to a second end of the second switch and a second end electrically connected to the first end of the battery;
A first end electrically connected to a second end of the second switch; and a second end electrically connected to a second end of the secondary winding and a second end of the battery. A third switch,
The power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein a second end of the capacitor and a second end of the primary winding are electrically connected.
直列接続された前記複数のキャパシタの両端間に接続され、前記充電動作において、受けた交流電圧を直流電圧に変換して前記複数のキャパシタの両端へ出力し、前記放電動作において、前記複数のキャパシタの両端から受けた直流電圧を交流電圧に変換して負荷へ出力するための電圧変換回路を備える、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源装置。 The power supply device further includes:
Connected between both ends of the plurality of capacitors connected in series. In the charging operation, the received AC voltage is converted into a DC voltage and output to both ends of the plurality of capacitors. In the discharging operation, the plurality of capacitors. The power supply device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a voltage conversion circuit for converting a DC voltage received from both ends into an AC voltage and outputting the AC voltage to a load.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011239286A JP2013099092A (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Power supply apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011239286A JP2013099092A (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Power supply apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013099092A true JP2013099092A (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48620480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011239286A Pending JP2013099092A (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Power supply apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013099092A (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001157445A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Fuji Electric Co Ltd | Dc-dc converter |
JP2001177914A (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-29 | Fuji Electric Co Ltd | Power system for electric vehicle |
US20100117593A1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-13 | Ford Global Technologies, Llc | Automotive vehicle power system |
JP2010148242A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | Power conversion device, method for controlling charge and discharge of power conversion device, program for controlling power conversion device, and recording medium recorded with program for controlling power conversion device |
JP2011024303A (en) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Toyota Motor Corp | Charge/discharge control device |
JP2011034784A (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Sanyo Electric Co Ltd | Secondary battery device |
-
2011
- 2011-10-31 JP JP2011239286A patent/JP2013099092A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001157445A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Fuji Electric Co Ltd | Dc-dc converter |
JP2001177914A (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-29 | Fuji Electric Co Ltd | Power system for electric vehicle |
US20100117593A1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-13 | Ford Global Technologies, Llc | Automotive vehicle power system |
JP2010148242A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | Power conversion device, method for controlling charge and discharge of power conversion device, program for controlling power conversion device, and recording medium recorded with program for controlling power conversion device |
JP2011024303A (en) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Toyota Motor Corp | Charge/discharge control device |
JP2011034784A (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Sanyo Electric Co Ltd | Secondary battery device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101530821B1 (en) | Electrical storage device and electrical storage system | |
US9906039B2 (en) | Power system for multiple power sources | |
JP2008131736A (en) | Distributed power system and step-up/step-down chopper device | |
US9190915B2 (en) | Electric-power conversion device | |
CN107690740B (en) | Power supply system | |
JP2014023426A (en) | Battery charging apparatus and battery charging method thereof | |
KR102308628B1 (en) | Hybrid Power Conversion System and Method for Determining Maximum Efficiency Using the Same | |
JP5656154B2 (en) | Power system | |
JP2011211885A (en) | Power storage system | |
JPWO2013018507A1 (en) | Power converter | |
JP2007328955A (en) | Power source device | |
JP2015154606A (en) | Power storage state regulating circuit, power storage state regulating system, and battery pack | |
JP2016010288A (en) | Uninterruptible power supply | |
JP2014176226A (en) | Dc/dc converter and distributed power supply system | |
JP2017085892A (en) | Conversion device for storage battery, power supply system and power supply control method | |
Oriti et al. | Battery management system with cell equalizer for multi-cell battery packs | |
JP2011188706A (en) | Uninterruptible power supply apparatus | |
KR100844401B1 (en) | Uninterrupted power supply apparatus with a solar generating apparatus | |
KR20160041062A (en) | Power control method for ship | |
Park et al. | Battery energy storage system with interleaving structure of dual-active-bridge converter and non-isolated DC-to-DC converter with wide input and output voltage | |
JP2013099093A (en) | Power supply apparatus | |
JP2016116435A (en) | Power conversion system | |
JP2017169446A (en) | Power control device, power control system, power control method, and storage battery | |
JP6016595B2 (en) | Charger | |
RU120291U1 (en) | BACK-UP POWER SUPPLY SYSTEM WITH BOOSTER CIRCUIT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141022 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150609 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150610 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20151020 |