JP2013162540A - Battery equalization device and method - Google Patents
Battery equalization device and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013162540A JP2013162540A JP2012019786A JP2012019786A JP2013162540A JP 2013162540 A JP2013162540 A JP 2013162540A JP 2012019786 A JP2012019786 A JP 2012019786A JP 2012019786 A JP2012019786 A JP 2012019786A JP 2013162540 A JP2013162540 A JP 2013162540A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stack
- voltage
- battery
- switching element
- equalization
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化を制御する電池均等化装置および方法に関する。 The present invention relates to a battery equalization apparatus and method for controlling voltage equalization of an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells.
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ(電動機)を動力源として備えた車両または輸送機械(以下、「車両等」と称する)が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。 A so-called hybrid car, plug-in hybrid car, hybrid vehicle, hybrid electric vehicle or the like, which is equipped with a motor (electric motor) as a power source in addition to an engine or a transport machine (hereinafter referred to as “vehicle etc.”) is practical It has become. Furthermore, an electric vehicle that does not include an engine and drives the vehicle only by a motor is being put into practical use. As a power source for driving these motors, a lithium ion battery having a small size and a large capacity has been frequently used. And in such a use, a some battery cell is connected in series, for example, a battery block is comprised, and also it may be supplied as an assembled battery connected combining this battery block. A high voltage necessary for driving the motor of the vehicle is obtained by the series connection of the battery cells, and a necessary current capacity and a further high voltage can be obtained by connecting the battery blocks in combination in series and parallel.
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。 In this case, the characteristics of the lithium ion battery or the like greatly change depending on the temperature, and the remaining capacity and charging efficiency of the battery greatly change depending on the temperature of the environment in which the battery is used. This is especially true in environments where automobiles are used.
この結果、電池ブロックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、1つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。さらには、電池ブロック間でも電圧の均等化を行う必要も生じる。 As a result, in the battery cells constituting the battery block, the remaining capacity and the output voltage of each cell vary. When the voltage generated by each cell varies, it becomes necessary to stop or suppress the entire power supply when the voltage of one cell falls below the driveable threshold, resulting in reduced power efficiency. Resulting in. For this reason, the battery equalization control which equalizes the voltage of each cell is required. Furthermore, it is necessary to equalize the voltage between the battery blocks.
電池均等化制御の従来技術としては、放電が必要な電池セルからの放電電力を充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。 As a conventional technique for battery equalization control, a so-called active battery equalization control technique is known in which discharge power from a battery cell that needs to be discharged is charged into a battery cell that needs to be charged.
さらにこのアクティブ方式の具体的な第1の従来技術として、インダクタ(コンバータ)結合方式が知られている。この方式では、隣接する第1および第2の電池セルが共通に接続される各第1の接続端子に、インダクタの第1の接続端子が接続される。また、第1のセルの第2の接続端子とインダクタの第2の接続端子間に、第1のスイッチング素子が接続される。さらに、第2のセルの第2の接続端子とインダクタの第2の接続端子間に、第2のスイッチング素子が接続される。そして、第1の電池セルの電圧が第2の電池セルの電圧よりも高ければ、まず第1のスイッチング素子をオンさせて第1の電池セルから電荷を放電させてインダクタに充電し、続いて、第1のスイッチング素子をオフさせるとともに第2のスイッチング素子をオンさせてインダクタの電荷を第2の電池セルに充電する動作を繰り返し実行する。逆に、第2の電池セルの電圧が第1の電池セルの電圧よりも高ければ、まず第2のスイッチング素子をオンさせて第2の電池セルから電荷を放電させてインダクタに充電し、続いて、第2のスイッチング素子をオフさせるとともに第1のスイッチング素子をオンさせてインダクタの電荷を第1の電池セルに充電する動作を繰り返し実行する。そして、第1および第2の電池セルの電圧が同等になった時点で、第1および第2のスイッチング素子をともにオフさせて隣接する第1および第2の電池セルに対する均等化動作を終了する。 Further, an inductor (converter) coupling method is known as a specific first conventional technique of the active method. In this method, the first connection terminal of the inductor is connected to each first connection terminal to which the adjacent first and second battery cells are connected in common. In addition, the first switching element is connected between the second connection terminal of the first cell and the second connection terminal of the inductor. Further, the second switching element is connected between the second connection terminal of the second cell and the second connection terminal of the inductor. If the voltage of the first battery cell is higher than the voltage of the second battery cell, first, the first switching element is turned on to discharge the charge from the first battery cell and charge the inductor, The operation of repeatedly turning off the first switching element and turning on the second switching element to charge the inductor to the second battery cell is repeatedly performed. Conversely, if the voltage of the second battery cell is higher than the voltage of the first battery cell, first, the second switching element is turned on to discharge the charge from the second battery cell and charge the inductor, Then, the operation of repeatedly turning off the second switching element and turning on the first switching element to charge the inductor battery with the charge of the inductor is repeatedly executed. Then, when the voltages of the first and second battery cells become equal, both the first and second switching elements are turned off, and the equalization operation for the adjacent first and second battery cells is completed. .
インダクタ結合方式は、隣接する2つの電池セルの電位差に基づいてインダクタを介して電荷を移動させるため、エネルギーの交換効率および精度がよく、各電池セルの電圧を所定の精度で監視できれば、その精度に応じた精度で隣接する電池セル間の電圧の均等化を行うことが可能である。 Since the inductor coupling method moves charges through the inductor based on the potential difference between two adjacent battery cells, energy exchange efficiency and accuracy are good, and if the voltage of each battery cell can be monitored with a predetermined accuracy, the accuracy It is possible to equalize voltages between adjacent battery cells with an accuracy according to the above.
しかし、このインダクタ結合方式では、隣接セル同士でエネルギーをやり取りするため、電池セルの直列接続数が多い場合にバランス時間が長くかかってしまうという問題点を有していた。例えば、電池セル1,2,3,4がその順で直列に接続されている場合、電池セル1の電圧が低いとき、電池セル2の電荷を電池セル1に移し、電池セル2の電圧が低下するため、電池セル3の電荷を電池セル2に移し、というように順番に電荷を移動させるため、時間がかかってしまう。
However, since this inductor coupling method exchanges energy between adjacent cells, there is a problem that it takes a long balance time when the number of battery cells connected in series is large. For example, when
アクティブ方式の第2の従来技術として、インダクタ+トランス方式が知られている(例えば特許文献1に記載の技術)。この方式は、インダクタ結合方式の回路構成に加えて、直列する電池セル内の連続する数セルずつの電池セルをスタックとしてまとめ、各スタックの両端子にトランスの各巻線を接続した方式である。この方式では、トランスの各巻線の巻数を同一にすることにより、数セルずつの電池セルからなるスタックを単位として各スタック間の両端電圧が均等化され、各スタック内の電池セル間の電圧はインダクタ結合方式により均等化される。この方式では、インダクタ結合方式よりも均等化時間を短縮することができる。 An inductor + transformer system is known as a second conventional technique of the active system (for example, a technique described in Patent Document 1). In this system, in addition to the circuit configuration of the inductor coupling system, several consecutive battery cells in the series of battery cells are combined as a stack, and each winding of the transformer is connected to both terminals of each stack. In this method, by making the number of turns of each winding of the transformer the same, the voltage across each stack is equalized in units of a stack consisting of several battery cells, and the voltage between the battery cells in each stack is It is equalized by the inductor coupling method. In this method, the equalization time can be shortened compared to the inductor coupling method.
しかし通常、トランスの各巻線数には数%バラツキがあるため、第2の従来方式では、巻き線間のバラツキによりスタック間に等しく電力が供給されないため、スタック間電圧にバラツキが発生してしまう。このため、第2の従来方式では、トランスの巻線間のバラツキにより、数十ミリボルト程度の電池セルの均等化精度を出すことができないという問題点を有していた。 However, since the number of windings of the transformer usually varies by several percent, in the second conventional method, power is not supplied equally between the stacks due to variations between the windings, resulting in variations in the voltage between the stacks. . For this reason, the second conventional method has a problem that it is not possible to achieve equalization accuracy of battery cells of about several tens of millivolts due to variations between transformer windings.
本発明は、トランス結合方式による均等化時間短縮の特徴を生かしながら、均等化の精度を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the accuracy of equalization while taking advantage of the feature of shortening the equalization time by the transformer coupling method.
態様の一例は、複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池におけるその複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置として構成され、複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによってスタック間の電圧を均等化させる回路であって、スタックごとに、個別に接続されるスイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、個別の均等化の動作を実行するトランスバランス回路と、各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、電圧監視部が検出した各電池セルの電圧に基づいて、スタックの電圧を算出し、その算出された電圧に基づいて均等化の動作を実行すべきスタックを決定し、その決定したスタックに対応するスイッチング素子に対して均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させるバランス制御部とを備える。 An example of an aspect is configured as a battery equalizing device that equalizes voltages of a plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in series, and a predetermined number of batteries among the plurality of battery cells A circuit for equalizing a voltage between stacks by discharging or charging electric charges for each stack of a plurality of stacks of cells, and a switching element, a transformer, and a rectifier circuit connected individually for each stack Through the transformer balance circuit for performing individual equalization operations, a voltage monitoring unit for monitoring and detecting the voltage of each battery cell, and a stack based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit The voltage corresponding to the stack is calculated, the stack on which the equalization operation is to be performed is determined based on the calculated voltage, and the switching corresponding to the determined stack is performed. To perform the operation of the equalization instructs the switching operation corresponding to the operation of the equalization to the child and a balance controller.
本発明によれば、トランス結合方式による均等化時間短縮の特徴を生かしながら、均等化の精度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of equalization while taking advantage of the feature of shortening the equalization time by the transformer coupling method.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態の基本構成図である。
複数の電池セル102が直列に接続されて組電池101が構成される。本実施形態では、組電池101は、連続的に直列接続された所定数の電池セル102からなるスタック103の集合として構成される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a basic configuration diagram of the present embodiment.
A plurality of
トランスバランス回路105は、スタック103に対して電荷の放電または充電を行わせることによってスタック103間の電圧を均等化させる回路である。より具体的には、トランスバランス回路105は、スタック103ごとに、個別に接続されるスイッチング素子110、トランス109、および整流回路であるダイオード111を介して、個別の均等化の動作を実行する。
The
図1の実施形態では、トランスバランス回路105において、各トランス109の一次巻線には、そのトランス109に接続されるスイッチング素子110を介して、組電池101の両端子が接続される。また、そのトランス109の二次巻線には、スタック103の両端子が整流回路であるダイオード111を介して接続される。
In the embodiment of FIG. 1, in the
また、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108は、後述するDSP107から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。各スイッチング素子110は、例えばFET(電界効果トランジスタ)であり、スイッチ制御部108からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。このスイッチング動作により、例えば組電池101の全体電圧から算出されたスタック103ごとの平均電圧が、各スイッチング素子110に接続されているスタック103の両端電圧よりも高ければ、両者間の電圧が等しくなるまで、トランス109の二次巻線およびダイオード111を介してそのスタック103に充電が行われる。この充電動作に基づいて、スタック103の均等化の動作が実行される。
The
コンバータバランス回路104は、組電池101を構成する各スタック103について、スタック103内の電池セル102のうちの1つ以上の電池セル102から放電される電荷をそのスタック103内の電池セル102のうちの1つ以上の他の電池セルに充電させることによってそのスタック103内の電池セル102の電圧を均等化させる。このコンバータバランス回路104は例えば、スタック103内の各電池セル102から放電される電力を、スイッチング素子およびインダクタを含む回路を介して、そのスタック103内の隣接する電池セルに充電させる。
For each
電圧監視部106は、各電池セル102の電圧を監視しデジタル信号値として検出する。
デジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor:以下「DSP」と呼ぶ)107は、バランス制御部として機能し、電圧監視部106が検出した各電池セル102の電圧のデジタル信号値に基づいて、デジタル信号処理によって、コンバータバランス回路104またはトランスバランス回路105のいずれかを選択して動作させる。
The
A digital signal processor (DSP: Digital Signal Processor: hereinafter referred to as “DSP”) 107 functions as a balance control unit, and based on the digital signal value of the voltage of each
具体的には、DSP107は、電圧監視部106が検出した各電池セル102の電圧に基づいて、スタック103の電圧を算出する。そして、DSP107は、その算出した電圧に基づいて均等化の動作を実行すべきスタック103を決定する。そして、DSP107は、その決定したスタック103に対応するスイッチング素子110に対して、均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させる。例えば、DSP107は、決定したスタック103の両端にトランス109を介して所定の電圧を与えて充電を行うために、周波数およびデューティー比を指定したパルス信号をスイッチング素子110に与える。
Specifically, the
さらに具体的には、DSP107は、電圧監視部106が検出した各電池セル103の電圧に基づいて組電池101全体の電圧を算出し、その電圧を組電池101におけるスタック103の数で除算することでスタック平均電圧を算出する。DSP107は、各スタック103ごとに、そのスタック103について算出した電圧がスタック平均電圧よりも低いと判定したならば、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110によるスイッチング動作を指示する。具体的には、DSP107は、スイッチ制御部108に対して、パルス信号を出力すべきスイッチング素子110の識別情報を与え、また、そのパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108は、指定されたスイッチング素子110に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定されたスイッチング素子110がスイッチング動作を開始し、そのスイッチング素子110が接続されるトランス109およびダイオード111を介して、そのトランス109の二次巻線が接続されるスタック103内の各電池セル102への充電が開始される。逆に、DSP107は、各スタック103ごとに、そのスタック103について算出した電圧がスタック平均電圧よりも高いと判定したならば、トランスバランス回路105に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110によるスイッチング動作を指示しない。この場合には、均等化の動作時に組電池101全体から他のスタック103に対応するトランス109に電荷が供給されることにより、電圧が高いと判定されたスタック103を構成する各電池セル102から徐々に放電が行われる。この結果、最終的には、組電池101内の各電池セル102の電圧が揃ってゆくことになる。
More specifically, the
最後に、DSP107は、各スタック103ごとに、そのスタック103について算出した電圧がスタック平均電圧と同等になったら、そのスタック103に対する均等化の動作を終了し、他の残っている未処理のスタック103に対して、同様の均等化の動作を実行する。
Finally, for each
以上のように、本実施形態では、トランスバランス回路105において、各スタック103ごとに、スイッチング素子110、トランス109、およびダイオード111を含む回路が個別に備えられる。そして、DSP107は、スタック103ごとに、そのスタック103の電圧がスタック平均電圧に揃うように均等化制御を実施するときに、そのスタック103に対応するスイッチング素子110に印加するパルス信号の周波数およびデューティー比を精密に決定する。この結果、各スタック103に充電される電圧を高い精度で制御することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, in the
図1のコンバータバランス回路104の詳細は、図2に示される。
図2において、スタック103および電圧監視部106は、図1の同じ番号の部分と同じである。
Details of the
In FIG. 2, the
コンバータバランス回路104は、バランス回路201、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)202、およびスイッチ制御部203を備える。バランス回路201は、スタック103を構成する例えば#1から#4の4つの電池セル102に対して、複数のインダクタLと複数のスイッチング素子SWとを備える。具体的には、#1と#2の電池セル102の共通の接続端子に#1のインダクタLの第1の端子が、#2と#3の電池セル102の共通接続端子に#2のインダクタLの第1の端子が、#3と#4の電池セル102の共通接続端子に#3のインダクタLの第1の端子がそれぞれ接続される。また、#1のインダクタLの第2の端子は#1と#2のスイッチング素子SWの共通接続端子に、#2のインダクタLの第2の端子は#3と#4のスイッチング素子SWの共通接続端子に、#3のインダクタLの第2の端子は#5と#6のスイッチング素子SWの共通接続端子にそれぞれ接続される。さらに、#1の電池セル102の出力端子側は、#1のスイッチング素子SWの単独接続端子に接続される。#1と#2の電池セル102の共通接続端子は、#2のスイッチング素子SWに接続される。#2と#3の電池セル102の共通接続端子は、#2および#5のスイッチング素子SWの共通接続端子に接続される。#4の電池セル102の出力端子側は、#6のスイッチング素子SWの単独接続端子に接続される。
The
スイッチ制御部203は、DSP202から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。#1から#6の各スイッチング素子SWは、例えばFET(電界効果トランジスタ)であり、スイッチ制御部203からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
The
電圧監視部106は、スタック103を構成する#1から#4の各電池セル102の各両端電圧を検出し、その検出した電圧をデジタル値として図1のDSP107および図2のDSP202に出力する。
The
上述のコンバータバランス回路104の構成において、DSP202は、例えば#1と#2の電池セル102間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部203に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、#1と#2のスイッチング素子SWを動作させるように指示する。そして例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#1の電池セル102の電圧が#2の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#1のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#1の電池セル102から放電された電荷が#1のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#2のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#1のインダクタLに蓄積された電荷が#2の電池セル102に充電される。逆に例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#2の電池セル102の電圧が#1の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#2のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#2の電池セル102から放電された電荷が#1のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#1のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#1のインダクタLに蓄積された電荷が#1の電池セル102に充電される。
In the configuration of the
また、DSP202は、#2と#3の電池セル102間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部203に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、#3と#4のスイッチング素子SWを動作させるように指示する。そして例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#2の電池セル102の電圧が#3の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#3のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#2の電池セル102から放電された電荷が#2のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#4のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#2のインダクタLに蓄積された電荷が#3の電池セル102に充電される。逆に例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#3の電池セル102の電圧が#2の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#4のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#3の電池セル102から放電された電荷が#2のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#3のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#2のインダクタLに蓄積された電荷が#2の電池セル102に充電される。
Further, when the
さらに、DSP202は、#3と#4の電池セル102間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部203に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、#5と#6のスイッチング素子SWを動作させるように指示する。そして例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#3の電池セル102の電圧が#4の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#5のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#3の電池セル102から放電された電荷が#3のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#6のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#3のインダクタLに蓄積された電荷が#4の電池セル102に充電される。逆に例えば、DSP202が、電圧監視部106の電圧監視結果に基づいて、#4の電池セル102の電圧が#3の電池セル102の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、#6のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#4の電池セル102から放電された電荷が#3のインダクタLに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた#5のスイッチング素子SWのオンオフ動作により、#3のインダクタLに蓄積された電荷が#3の電池セル102に充電される。
Furthermore, when the
以上のようにして、コンバータバランス回路104では、電圧監視部106でのスタック103内の各電池セル102の電圧監視の結果、スタック103内でのバランス制御が必要であると判定されたときには、#1から#3のインダクタLおよび#1から#6のスイッチング素子SWが順次選択的に動作させられる。この結果、#1から#4の各電池セル102のそれぞれ隣接する電池セル102間でバランス制御が順次実施され、その動作が繰り返されることにより、最終的にスタック103内の#1から#4の電池セル102の電圧が均一になる。
As described above, in the
上述の構成において、図2のDSP202は、図1のDSP107と同一のDPSによって実現されてもよい。
図1の実施形態におけるトランスバランス回路105の動作について、更に詳細に説明する。図3は、図1のトランスバランス回路105において、2つのスタック103の分の回路構成を抜き出した図である。
In the configuration described above, the
The operation of the
図3において、例えば#1および#2の各スタック103ごとに図1の電圧監視部104によって各両端電圧が測定される。そして、図1のDSP107は、各両端電圧を、あらかじめ組電池101全体の電圧から計算したスタック平均電圧と比較する。この結果、DSP107は、例えば#1および#2のスタック103ともに、各両端電圧がスタック平均電圧よりも低いと判定した場合には、スイッチ制御部108に対して、#1および#2の両方のスイッチング素子110でのスイッチング動作を指定する。具体的には、DSP107は、スイッチ制御部108に対して、#1および#2のスイッチング素子110を動作させることの指示と、スイッチ制御部108から各スイッチング素子110へ供給される各パルス信号の周波数とデューティー比の値の組を指示する。これにより、スイッチ制御部108から#1および#2のスイッチング素子110にそれぞれパルス信号が供給され、各スイッチング素子110が動作を開始する。この結果、組電池101の両端子からの電荷が#1および#2のトランス109の一次巻線側に供給され、各トランス109の二次巻線側に電荷が伝達され、各スタック103に電荷が充電されてゆく。
In FIG. 3, for example, the voltages at both ends are measured for each
ここで、#1および#2の各スタック103における電圧状態は、それぞれ内部抵抗値や温度特性等が異なるため、それぞれ個別の電圧、電流特性で制御することが理想的である。
Here, the voltage states in the
本実施形態では、各スタック103に供給する電圧、電流値は、以下に示すようにして、スイッチ制御部108から各スイッチング素子110に供給するパルス信号の周波数とデューティー比によって、精密に決定することができる。いま、トランス109の一次巻線の巻数をN1、二次巻線202の巻数をN2とする。また、スイッチ制御部108からスイッチング素子110に与えられるパルス信号の周波数をfreq、周期をT、パルスオン時間をton、デューティー比をD、一次巻線側の電圧をVin、二次巻線側の電圧をVo とすれば、次式が成り立つ。
In the present embodiment, the voltage and current values supplied to each
ここで、DSP107は、あるスタック103、例えば#2のスタック103において、両端電圧がスタック平均電圧よりも高いと判定した場合には、スイッチ制御部108に対して、#2のスイッチング素子110でのスイッチング動作は指定しない。この場合には、均等化の動作時に組電池101全体から例えば#1のスタック103に対応する#1のトランス109に電荷が供給されることにより、#2のスタック103を構成する各電池セル102から徐々に放電が行われる。この結果、最終的には、組電池101を構成する各スタック103の電圧が揃ってゆくことになる。
Here, if the
図4は、図1のDSP107が実行する制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、DSP107内の特には図示しないプロセッサが、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御プログラムは、例えば本実施形態のシステムを搭載した車両のイグニッションオフ時またはアイドリング開始時に、1回、もしくは所定の時間間隔で繰返し、実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing a control operation executed by the
まず、図1のDSP107は、電圧監視部106が検出した各電池セル103の電圧に基づいて組電池101全体の電圧を算出し、その電圧を組電池101におけるスタック103の数で除算することでスタック平均電圧を算出する(ステップS401)。
First, the
次に、DSP107は、各スタック103ごとに、そのスタック103について電圧監視部106が算出した電圧をステップS401で算出したスタック平均電圧と比較する(ステップS402)。
Next, the
DSP107は、ステップS402の比較処理で、スタック平均電圧よりも低い電圧を有すると判定したスタック103については、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110の識別情報を与える。また、DSP107は、スイッチ制御部108からそのスイッチング素子110に出力されるパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する(ステップS403)。これにより、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108は、指定されたスイッチング素子110に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定されたスイッチング素子110がスイッチング動作を開始し、そのスイッチング素子110が接続されるトランス109およびダイオード111を介して、そのトランス109の二次巻線が接続されるスタック103内の各電池セル102への充電が開始される。
For the
一定時間経過後に、スイッチング動作が停止される(ステップS404)。
一方、DSP107は、ステップS402の比較処理で、スタック平均電圧よりも高い電圧を有すると判定したスタック103については、トランスバランス回路105に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110によるスイッチング動作を指示しない(ステップS405)。この結果、そのスタック103については、前述したように、放電が行われる。
After a certain time has elapsed, the switching operation is stopped (step S404).
On the other hand, the
ステップS404またはS405の処理の後一定時間が経過してから、DSP107は再び、各スタック103ごとに、そのスタック103について電圧監視部106が算出した電圧をステップS401で算出したスタック平均電圧と比較する(ステップS406)。
After a certain time has elapsed after the processing in step S404 or S405, the
DSP107は、ステップS406の比較処理で、スタック平均電圧よりも低い電圧を有すると判定したスタック103については、トランスバランス回路105内のスイッチ制御部108に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110のスイッチング制御を指定する(ステップS406→S403)。
For the
また、DSP107は、ステップS406の比較処理で、スタック平均電圧よりも高い電圧を有すると判定したスタック103については、トランスバランス回路105に対して、そのスタック103に対応するスイッチング素子110によるスイッチング動作を指示しない。DSP107は、そのスタック103がいままでスイッチング動作をしていた場合には、そのスタック103に対応するスイッチング素子110のスイッチング動作を停止させる(以上、ステップS405)。
Further, the
DSP107は、ステップS406の比較処理で、スタック平均電圧と同等の電圧を有すると判定したスタック103については、そのスタック103に対する均等化の動作を終了する。
The
上述の実施形態において、図1のコンバータバランス回路104の具体的な構成としては、図2に示される回路構成が採用されたが、コンバータバランス回路104の構成はこれに限られるものではない。各スタック103ごとに、そのスタック103内の電池セル102のうちの1つ以上の電池セルから放電される電荷をそのスタック103内の電池セル102のうちの1つ以上の他の電池セル102に充電させることによってそのスタック103内の電池セル102の電圧を均等化させる構成であれば、どのようなコンバータバランス回路104の構成が採用されてもよい。
In the embodiment described above, the circuit configuration shown in FIG. 2 is adopted as the specific configuration of the
101 組電池
102 電池セル
103 スタック
104 コンバータバランス回路
105 トランスバランス回路
106 電圧監視部
107、202 DSP(デジタルシグナルプロセッサ)
108、203 スイッチ制御部
109 トランス
110 スイッチング素子
111 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101
108, 203
Claims (8)
前記複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記スタック間の電圧を均等化させる回路であって、前記スタックごとに、個別に接続されるスイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、個別の均等化の動作を実行するトランスバランス回路と、
前記各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、
前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記スタックの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックを決定し、該決定したスタックに対応するスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させるバランス制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。 A battery equalizing device for equalizing voltages of a plurality of battery cells in a battery pack configured by connecting a plurality of battery cells in series,
Among the plurality of battery cells, a circuit that equalizes the voltage between the stacks by discharging or charging a charge for each stack of a plurality of stacks composed of a predetermined number of battery cells, and for each stack A transformer balance circuit that performs individual equalization operations via individually connected switching elements, transformers, and rectifier circuits;
A voltage monitoring unit for monitoring and detecting the voltage of each battery cell;
The voltage of the stack is calculated based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, the stack on which the equalization operation is to be performed is determined based on the calculated voltage, and the determined A balance control unit that instructs the switching operation corresponding to the equalization operation to the switching element corresponding to the stack to execute the equalization operation;
A battery equalizing apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 Both terminals of the assembled battery are connected to the primary winding of the transformer via the switching element connected to the transformer, and both terminals of the stack are connected to the secondary winding of the transformer via the rectifier circuit. Connected,
The battery equalizing apparatus according to claim 1.
前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて前記組電池全体の電圧を算出し、該電圧を前記組電池における前記スタックの数で除算することでスタック平均電圧を算出し、
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧よりも低いと判定したならば、該スタックに対応する前記トランスバランス回路内の前記スイッチング素子にスイッチング動作を行わせ、
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧よりも高いと判定したならば、該スタックに対応する前記トランスバランス回路内の前記スイッチング素子にスイッチング動作を行わせず、
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧と同等になったと判定したならば、該スタックに対する均等化の動作を終了する、
ことを特徴とする請求項2に記載の電池均等化装置。 The balance control unit
Calculate the voltage of the entire assembled battery based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, calculate the stack average voltage by dividing the voltage by the number of stacks in the assembled battery,
For each stack, if it is determined that the voltage calculated for the stack is lower than the stack average voltage, the switching element in the transbalance circuit corresponding to the stack is caused to perform a switching operation,
For each of the stacks, if it is determined that the voltage calculated for the stack is higher than the stack average voltage, the switching element in the transbalance circuit corresponding to the stack is not switched,
For each stack, if it is determined that the voltage calculated for the stack is equal to the stack average voltage, the equalization operation for the stack is terminated.
The battery equalizing apparatus according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電池均等化装置。 For each stack, the charge discharged from one or more of the battery cells in the stack is charged to one or more other battery cells of the stack. A converter balance circuit for equalizing the voltage of the battery cells in the stack;
The battery equalizing apparatus according to claim 1, wherein the battery equalizing apparatus is a battery equalizing apparatus.
ことを特徴とする請求項4に記載の電池均等化装置。 The converter balance circuit supplies power discharged from one or more of the battery cells in the stack to one of the battery cells in the stack via a circuit including a switching element and an inductor. Let the other battery cells charge,
The battery equalizing apparatus according to claim 4.
前記複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記スタック間の電圧を均等化させる動作として、前記スタックごとに、個別に接続されるスイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、個別の均等化の動作を実行し、
前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
前記検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記スタックの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックを決定し、該決定したスタックに対応するスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。 A battery equalization method for equalizing voltages of a plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in series,
Among the plurality of battery cells, as the operation of equalizing the voltage between the stacks by discharging or charging the charge for each stack of a plurality of stacks composed of a predetermined number of battery cells, individually for each stack. Perform individual equalization operations via switching elements, transformers, and rectifier circuits connected to
Monitoring and detecting the voltage of each battery cell;
The voltage of the stack is calculated based on the detected voltage of each battery cell, the stack on which the equalization operation is to be performed is determined based on the calculated voltage, and the stack corresponds to the determined stack. Instructing a switching operation corresponding to the equalization operation to the switching element to execute the equalization operation;
The battery equalization method characterized by the above-mentioned.
該トランスの二次巻線には前記スタックの両端子を前記整流回路を介して接続する、
ことを特徴とする請求項6に記載の電池均等化方法。 Both terminals of the assembled battery are connected to the primary winding of the transformer via the switching element corresponding to the transformer,
Connecting both terminals of the stack to the secondary winding of the transformer via the rectifier circuit;
The battery equalization method according to claim 6.
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧よりも低いと判定したならば、該スタックに対応する前記トランスバランス回路内の前記スイッチング素子にスイッチング動作を行わせ、
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧よりも高いと判定したならば、該スタックに対応する前記トランスバランス回路内の前記スイッチング素子にスイッチング動作を行わせず、
前記各スタックごとに、該スタックについて算出した電圧が前記スタック平均電圧と同等になったと判定したならば、該スタックに対する均等化の動作を終了する、
ことを特徴とする請求項7に記載の電池均等化方法。 Calculate the voltage of the entire assembled battery based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, calculate the stack average voltage by dividing the voltage by the number of stacks in the assembled battery,
For each stack, if it is determined that the voltage calculated for the stack is lower than the stack average voltage, the switching element in the transbalance circuit corresponding to the stack is caused to perform a switching operation,
For each of the stacks, if it is determined that the voltage calculated for the stack is higher than the stack average voltage, the switching element in the transbalance circuit corresponding to the stack is not switched,
For each stack, if it is determined that the voltage calculated for the stack is equal to the stack average voltage, the equalization operation for the stack is terminated.
The battery equalization method according to claim 7.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012019786A JP2013162540A (en) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Battery equalization device and method |
PCT/JP2012/083036 WO2013114757A1 (en) | 2012-02-01 | 2012-12-20 | Battery equalization device and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012019786A JP2013162540A (en) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Battery equalization device and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013162540A true JP2013162540A (en) | 2013-08-19 |
Family
ID=48904815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012019786A Pending JP2013162540A (en) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Battery equalization device and method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013162540A (en) |
WO (1) | WO2013114757A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015181333A (en) * | 2014-03-04 | 2015-10-15 | 株式会社リコー | Power storage state adjustment circuit, power storage state adjustment device, storage battery pack, and control method of switch circuit |
KR20180051944A (en) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 현대오트론 주식회사 | Apparatus for autonomous battery balancing |
KR20190089421A (en) * | 2018-01-22 | 2019-07-31 | 엘지이노텍 주식회사 | Battery management system, and method of balancing of battery module thereof |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106571659A (en) * | 2016-10-20 | 2017-04-19 | 中山大学 | Two-stage balanced charging system and method for power battery pack management |
CN113954693B (en) * | 2021-10-11 | 2022-07-12 | 暨南大学 | Lithium battery balance control method, system and storage medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07322516A (en) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Okamura Kenkyusho:Kk | Apparatus and method for control of charging of battery |
JP2010529818A (en) * | 2007-02-09 | 2010-08-26 | エスケー エナジー 株式会社 | Charge equalization device |
JP2011087377A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Fdk Corp | Circuit for correcting charge balance in multiserial accumulating cell |
JP2011217597A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | O2 Micro Inc | Balancing system for battery pack |
-
2012
- 2012-02-01 JP JP2012019786A patent/JP2013162540A/en active Pending
- 2012-12-20 WO PCT/JP2012/083036 patent/WO2013114757A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07322516A (en) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Okamura Kenkyusho:Kk | Apparatus and method for control of charging of battery |
JP2010529818A (en) * | 2007-02-09 | 2010-08-26 | エスケー エナジー 株式会社 | Charge equalization device |
JP2011087377A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Fdk Corp | Circuit for correcting charge balance in multiserial accumulating cell |
JP2011217597A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | O2 Micro Inc | Balancing system for battery pack |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015181333A (en) * | 2014-03-04 | 2015-10-15 | 株式会社リコー | Power storage state adjustment circuit, power storage state adjustment device, storage battery pack, and control method of switch circuit |
KR20180051944A (en) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 현대오트론 주식회사 | Apparatus for autonomous battery balancing |
KR101927122B1 (en) | 2016-11-09 | 2018-12-10 | 현대오트론 주식회사 | Apparatus for autonomous battery balancing |
KR20190089421A (en) * | 2018-01-22 | 2019-07-31 | 엘지이노텍 주식회사 | Battery management system, and method of balancing of battery module thereof |
KR102618739B1 (en) * | 2018-01-22 | 2023-12-29 | 엘지이노텍 주식회사 | Battery management system, and method of balancing of battery module thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013114757A1 (en) | 2013-08-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106374559B (en) | Method for rapid charging of series-connected battery packs and related device | |
US8692508B2 (en) | Battery voltage monitoring device | |
KR101294378B1 (en) | BATTERY BALANCING CONTROL APPARATUS and METHOD THEREOF | |
WO2013154156A1 (en) | Cell equalization device and method | |
US8269455B2 (en) | Charge balancing system | |
TWI804503B (en) | Power storage system and electric equipment | |
WO2013146905A1 (en) | Battery equalization apparatus and method | |
JP2013530665A (en) | Balance system for power battery and corresponding charge balance method | |
JP2009540793A (en) | Charge equalization device in which secondary windings of multiple transformers are connected in parallel | |
JPWO2014157449A1 (en) | Charge / discharge device, charge / discharge control method, and program | |
JP5187406B2 (en) | Auxiliary battery charger | |
JP5744598B2 (en) | Balance correction device and power storage system | |
JP2013116006A (en) | Battery equalization device and method | |
WO2013114757A1 (en) | Battery equalization device and method | |
WO2013114696A1 (en) | Balancing device | |
JP5187407B2 (en) | Auxiliary battery charger | |
JP2013121242A (en) | Soc estimation device and battery pack | |
WO2013157576A1 (en) | Battery balancing system and method | |
JP5285322B2 (en) | Voltage equalizing device, charging device, battery assembly, and charging system | |
JPH10257682A (en) | Method of operating combined batteries and charging-discharging circuit for combined batteries | |
US20150140374A1 (en) | Battery state control circuit, battery state control apparatus, and battery pack | |
JP2013121303A (en) | Battery charging amount control device and related method | |
CN111492557A (en) | Management device and power supply system | |
JP2019161839A (en) | Power supply system with high voltage system and low voltage system | |
JP2013162661A (en) | Battery equalization device and method capable of charging auxiliary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130709 |