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JP2015213384A - Battery voltage compensation system - Google Patents

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JP2015213384A
JP2015213384A JP2014094621A JP2014094621A JP2015213384A JP 2015213384 A JP2015213384 A JP 2015213384A JP 2014094621 A JP2014094621 A JP 2014094621A JP 2014094621 A JP2014094621 A JP 2014094621A JP 2015213384 A JP2015213384 A JP 2015213384A
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Japan
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voltage
battery
compensation system
communication device
storage battery
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JP2014094621A
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Japanese (ja)
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裕明 松盛
Hiroaki Matsumori
裕明 松盛
忠利 馬場崎
Tadatoshi Babasaki
忠利 馬場崎
克也 林
Katsuya Hayashi
克也 林
田中 徹
Toru Tanaka
徹 田中
謙介 村井
Kensuke Murai
謙介 村井
孔貴 浅木森
Yoshitaka Asakimori
孔貴 浅木森
直樹 花岡
Naoki Hanaoka
直樹 花岡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery voltage compensation system capable of achieving high efficiency and miniaturization.SOLUTION: A battery voltage compensation system 3 includes: a main battery 31 which is connected to the side of a communication device 4 and supplies power to the communication device 4; an end battery 32; a booster converter 33 to which an output terminal of the end battery 32 is connected in series and which adjusts a voltage of the end battery 32 and supplies power to the communication device 4; a voltage detector 40 for detecting a terminal voltage of the communication device 4; and a control unit 60 which instructs, on the basis of the detection result, the booster converter 33 to step up or step down the voltage of the end battery 32 so that the terminal voltage becomes a specified value or lower.

Description

本発明は、蓄電池の電圧を調整して負荷に電力を供給する電池電圧補償システムに関する。   The present invention relates to a battery voltage compensation system that adjusts the voltage of a storage battery and supplies power to a load.

従来、ブースタコンバータを介して給電し、ブーストコンバータの入力電圧が規格値より低下した場合には、その変動に応じて発生した出力電圧をブースタコンバータの入力電圧に重畳して電圧規格を維持する給電システムが知られている(非特許文献1)。ブースタコンバータは、数ボルトの昇圧電圧を発生させ、それを入力電圧に重畳させることにより給電系の電圧を一定の範囲内に補償するようにするものである。   Conventionally, when power is supplied via a booster converter and the input voltage of the boost converter drops below the standard value, the output voltage generated according to the fluctuation is superimposed on the input voltage of the booster converter to maintain the voltage standard A system is known (Non-Patent Document 1). The booster converter generates a boosted voltage of several volts and superimposes it on the input voltage so as to compensate the voltage of the power feeding system within a certain range.

図1は、従来の給電システム100の構成を示す図である。
図1において、給電システム100は、交流系統(商用給電)と直流系統(直流給電)とが混在しており、RF(整流装置)101は、正常時は、交流系統の電源供給を受けて、直流電力を通信装置(負荷装置)200に供給する。また、正常時において、充電装置102は、交流系統の電源供給を受けて、蓄電池103をフロー充電する。
一方、停電時等の異常状態が発生し、RF101および充電装置102に対する電源供給が停止した場合、蓄電池103は、ブースタコンバータ104を介して、通信装置200に直流電力を供給する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a conventional power supply system 100.
In FIG. 1, the power supply system 100 includes an alternating current system (commercial power supply) and a direct current system (direct current power supply), and the RF (rectifying device) 101 receives power supply from the alternating current system in a normal state. DC power is supplied to the communication device (load device) 200. Further, in a normal state, the charging device 102 receives the AC system power supply and charges the storage battery 103 in a flow manner.
On the other hand, when an abnormal state such as a power failure occurs and the power supply to the RF 101 and the charging device 102 is stopped, the storage battery 103 supplies DC power to the communication device 200 via the booster converter 104.

図2は、ブースタコンバータ104の構成を示す図である。
図2において、蓄電池103の電圧は、ブーストコンバータ104を介して、通信装置200に供給される。
ブーストコンバータ104は、半導体スイッチ11と、トランス12と、ダイオード13,14,15と、リアクトル16と、コンデンサ17とを備える。
ブーストコンバータ104において、通信装置200の電圧に応じて、半導体スイッチ11がオフまたはオンし、蓄電池103の電圧を調整して通信装置200に電力を供給する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the booster converter 104.
In FIG. 2, the voltage of the storage battery 103 is supplied to the communication device 200 via the boost converter 104.
Boost converter 104 includes semiconductor switch 11, transformer 12, diodes 13, 14, 15, reactor 16, and capacitor 17.
In boost converter 104, semiconductor switch 11 is turned off or on according to the voltage of communication device 200, and the voltage of storage battery 103 is adjusted to supply power to communication device 200.

図2において、バイパスダイオード105は、停電が発生した直後に電圧を降下させる機能を果たす。一般に、停電の発生直後は、蓄電池103の電圧は、通信装置200の入力電圧(例えば48V)より数ボルト高くなる可能性があることが知られている(非特許文献1の図3.48を参照)。このため、バイパスダイオード105によって、そのコンデンサ分の電圧を降下させ、上述した入力電圧を許容範囲内にするようにしている。
なお、電磁接触器106は、接触子と接点とで構成され、通信装置200側の回路との接続または切り離しを行うようになっている。
In FIG. 2, the bypass diode 105 functions to drop the voltage immediately after a power failure occurs. Generally, immediately after the occurrence of a power failure, it is known that the voltage of the storage battery 103 may be several volts higher than the input voltage (for example, 48 V) of the communication device 200 (see FIG. 3.48 of Non-Patent Document 1). reference). For this reason, the voltage of the capacitor is lowered by the bypass diode 105 so that the above-described input voltage is within the allowable range.
The electromagnetic contactor 106 is composed of a contact and a contact, and is connected to or disconnected from the circuit on the communication device 200 side.

ブースタコンバータ104によって、蓄電池103の放電時は昇圧機能により配線分の電圧降下があったとしても、放電の終止電圧まで蓄電池103を使用することができる。このため、蓄電池103の利用率が向上する。また、このようなブースタコンバータ104の昇降圧機能によって、給電する電圧の範囲を小さくすることができるので通信装置200側の電源効率が向上する。   The booster converter 104 allows the storage battery 103 to be used up to the end voltage of the discharge even when the storage battery 103 is discharged even if there is a voltage drop due to the wiring by the boosting function. For this reason, the utilization factor of the storage battery 103 improves. In addition, the boosting / lowering function of the booster converter 104 can reduce the range of voltage to be supplied, so that the power supply efficiency on the communication device 200 side is improved.

情報・通信用電源、マルチメディアを支えるエネルギー技術、株式会社オーム社、通信用電源研究会編、p96-p97、平成10年3月30日新改訂発行Information / communication power supply, energy technology supporting multimedia, Ohm Co., Ltd., Communication Power Supply Study Group, p96-p97, published on March 30, 1998

従来の電池電圧補償システムは、ブースタコンバータの昇降圧機能によって、負荷側に供給する電圧を許容範囲する。しかしながら、ブースタコンバータの入力側に蓄電池全体の電圧が印加されるため、電池電圧補償システムでは、ブースタコンバータの導通損失により効率が低下するという問題があった。また、ブースタコンバータの入力側に蓄電池全体分の電圧が印加されるため、電池電圧補償システムの小型化が実現し難いという問題があった。   In the conventional battery voltage compensation system, the voltage supplied to the load side is allowed by the step-up / down function of the booster converter. However, since the voltage of the entire storage battery is applied to the input side of the booster converter, the battery voltage compensation system has a problem that efficiency is reduced due to conduction loss of the booster converter. Moreover, since the voltage for the entire storage battery is applied to the input side of the booster converter, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the battery voltage compensation system.

本発明は、このような問題に対処するためになされたものであり、高効率化および小型化を実現することができる電池電圧補償システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to cope with such problems, and an object thereof is to provide a battery voltage compensation system capable of realizing high efficiency and miniaturization.

上記の課題を解決するための発明は、蓄電池の電圧を補償して負荷に供給する電池電圧補償システムであって、負荷側に接続され、前記負荷に電力を供給する第1の蓄電池と、第2の蓄電池と、前記第2の蓄電池の出力端が直列接続され、前記第2の蓄電池の電圧を調整して前記負荷に電力を供給するブースタコンバータと、前記負荷側の端子電圧を検出する電圧検出器と、前記検出の結果に基づいて、前記端子電圧が規定値以下になるように、前記第2の蓄電池の電圧の昇圧または降圧を前記ブーストコンバータに指示する制御部とを含む。   An invention for solving the above problems is a battery voltage compensation system that compensates the voltage of a storage battery and supplies the load to a load, the first storage battery connected to the load side and supplying power to the load; 2 and a booster converter for connecting the output terminal of the second storage battery in series, adjusting the voltage of the second storage battery to supply power to the load, and a voltage for detecting the terminal voltage on the load side A detector, and a control unit that instructs the boost converter to step up or step down the voltage of the second storage battery based on a result of the detection so that the terminal voltage becomes a specified value or less.

前記ブーストコンバータは、スイッチング素子を含んでおり、前記制御部は、前記検出の結果に応じて、前記スイッチング素子のオンまたはオフを指示して前記ブーストコンバータの出力電圧を調整するようにしてもよい。   The boost converter may include a switching element, and the control unit may adjust the output voltage of the boost converter by instructing on or off of the switching element according to the detection result. .

前記制御部は、前記端子電圧が規定値よりも大きい場合、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を決定し、前記ブーストコンバータは、前記デューティ比に基づく前記スイッチング素子のオンオフ制御により、前記出力電圧を調整するようにしてもよい。   The control unit determines an on / off duty ratio of the switching element when the terminal voltage is larger than a specified value, and the boost converter controls the output voltage by on / off control of the switching element based on the duty ratio. You may make it adjust.

本発明によれば、高効率化および小型化を実現することができる。   According to the present invention, high efficiency and miniaturization can be realized.

従来の給電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional electric power feeding system. 図1のブースタコンバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the booster converter of FIG. 本発明の実施形態の電池電圧補償システムを含む給電システムの概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the electric power feeding system containing the battery voltage compensation system of embodiment of this invention. 図2のブースタコンバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the booster converter of FIG. 電池電圧補償システムの動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a battery voltage compensation system. 蓄電池の放電容量と電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge capacity of a storage battery, and a voltage. 主電池および端電池の容量を決定する手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the procedure which determines the capacity | capacitance of a main battery and an end battery. 単一のリチウムイオン電池の放電容量と電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge capacity and voltage of a single lithium ion battery. 主電池の放電容量と電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge capacity of a main battery, and a voltage. 主電池の放電特性を示す図である。It is a figure which shows the discharge characteristic of a main battery.

以下、本発明の電池電圧補償システムの実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the battery voltage compensation system of the present invention will be described.

[電池電圧補償システムの構成]
図3は、本実施形態の電池電圧補償システム3を含む給電システム10の概要構成の一例を示す図である。
図3に示すように、給電システム10は、交流系統(商用給電)と直流系統(直流給電)とが混在しており、RF(整流装置)1は、正常時は、交流系統の電源供給を受けて、直流電力を通信装置(負荷装置)4に供給する。また、正常時において、充電装置2は、交流系統の電源供給を受けて、電池電圧補償システム3内の主電池(第1の蓄電池)31および端電池(第2の蓄電池)32をフロー充電する。
[Battery voltage compensation system configuration]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power feeding system 10 including the battery voltage compensation system 3 of the present embodiment.
As shown in FIG. 3, the power supply system 10 includes an AC system (commercial power supply) and a DC system (DC power supply), and the RF (rectifier device) 1 supplies power to the AC system at normal times. In response, DC power is supplied to the communication device (load device) 4. Further, in a normal state, the charging device 2 receives the power supply of the AC system, and flows and charges the main battery (first storage battery) 31 and the end battery (second storage battery) 32 in the battery voltage compensation system 3. .

一方、停電時等の異常時において、RF1および充電装置2に対する電源供給が停止した場合、電池電圧補償システム3では、主電池3が、通信装置4に直流電力を供給するとともに、端電池32が、ブースタコンバータ33を介して、通信装置4に直流電力を供給するように構成されている。この構成については後述する。   On the other hand, when power supply to the RF 1 and the charging device 2 is stopped during an abnormality such as a power failure, in the battery voltage compensation system 3, the main battery 3 supplies DC power to the communication device 4, and the end battery 32 The DC power is supplied to the communication device 4 via the booster converter 33. This configuration will be described later.

図4は、ブースタコンバータ33の構成例を示す図である。
図4に示すように、電池電圧補償システム33内の主電池31および端電池32の各電圧は、充電装置2の各々によって充電されるように構成されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the booster converter 33.
As shown in FIG. 4, each voltage of the main battery 31 and the end battery 32 in the battery voltage compensation system 33 is configured to be charged by each of the charging devices 2.

電池電圧補償システム33は、負荷側の通信装置4に接続され、通信装置4に電力を供給する主電池31と、端電池32と、端電池32の出力端が直列接続され、端電池32の電圧Vを調整して通信装置4に供給するブースタコンバータ33とを備える。さらに電池電圧補償システム33は、通信装置4の端子電圧Vcdを検出する電圧検出器40と、この検出の結果に基づいて、通信装置4の端子電圧が規定値以下になるように、端電池32の電圧の昇圧または降圧をブーストコンバータ33に指示する制御部60とを備える。   The battery voltage compensation system 33 is connected to the communication device 4 on the load side, the main battery 31 that supplies power to the communication device 4, the end battery 32, and the output terminal of the end battery 32 are connected in series. And a booster converter 33 that adjusts the voltage V and supplies it to the communication device 4. Further, the battery voltage compensation system 33 includes a voltage detector 40 that detects the terminal voltage Vcd of the communication device 4, and the terminal battery 32 so that the terminal voltage of the communication device 4 is equal to or less than a specified value based on the detection result. And a control unit 60 that instructs the boost converter 33 to step up or step down the voltage.

上述した規定値はあらかじめ設定されるが、この実施形態では、通信装置4が負荷装置として想定されているので、規定値としては、例えば、通信装置4の許容電圧値などが考えられる。   Although the specified value described above is set in advance, in this embodiment, since the communication device 4 is assumed as a load device, for example, an allowable voltage value of the communication device 4 can be considered as the specified value.

ブーストコンバータ33は、リアクトル331と、半導体スイッチ(スイッチング素子)332と、ダイオード333と、コンデンサ334,バイパスダイオード336と、電磁接触器(MC)335とを備える。半導体スイッチ332は、例えばパワーMOSFETで構成されており、ゲート駆動用の還流ダイオードDLが設けられている。
電磁接触器335は、通常時は接触子が接点aで主電池31と通信装置4が接続された状態となっているが、端子電圧Vcdが規定値電圧よりも大きい場合には接触子が接点aと接点bの間となり、主電池31と通信装置4の間にはバイパスダイオード336が接続された状態となる。また、端子電圧Vcdが規定値電圧よりも小さい場合には接点bで、接触子がブーストコンバータ33を主電池31と通信装置4との回路に接続するようになっている。
The boost converter 33 includes a reactor 331, a semiconductor switch (switching element) 332, a diode 333, a capacitor 334, a bypass diode 336, and an electromagnetic contactor (MC) 335. The semiconductor switch 332 is composed of, for example, a power MOSFET, and is provided with a free-wheeling diode DL for driving a gate.
The magnetic contactor 335 is normally in a state in which the contact is a contact a and the main battery 31 and the communication device 4 are connected. However, when the terminal voltage Vcd is larger than a specified value voltage, the contact is a contact. A bypass diode 336 is connected between the main battery 31 and the communication device 4 between the a and the contact b. Further, when the terminal voltage Vcd is smaller than the specified voltage, the contact connects the boost converter 33 to the circuit of the main battery 31 and the communication device 4 at the contact b.

図4において、制御部60は、指示部20と演算部30とを有する。演算部30は、半導体スイッチ332のオンオフのデューティ比を演算する。
指示部20は、そのデューティ比を制御するための制御信号を半導体スイッチ332のゲート端子に出力するように構成されている。
In FIG. 4, the control unit 60 includes an instruction unit 20 and a calculation unit 30. The computing unit 30 computes the on / off duty ratio of the semiconductor switch 332.
The instruction unit 20 is configured to output a control signal for controlling the duty ratio to the gate terminal of the semiconductor switch 332.

この実施形態の制御部60では、演算部30は、半導体スイッチ332のオンオフのデューティ比を制御してブーストコンバータ33の出力電圧(図4では、ab間の電圧)、すなわち端電池32の電圧Vを調整する処理を行う。デューティ比をαとすると、ブーストコンバータ33の出力電圧は、V/(1−α)となる。
なお、ブーストコンバータ33の出力電圧を調整する処理が可能であればブーストコンバータ33の回路構成としていかなる構成もとり得る。
In the control unit 60 of this embodiment, the arithmetic unit 30 controls the duty ratio of on / off of the semiconductor switch 332 to control the output voltage of the boost converter 33 (voltage between ab in FIG. 4), that is, the voltage V of the end battery 32. Process to adjust. When the duty ratio is α, the output voltage of the boost converter 33 is V / (1−α).
As long as the process of adjusting the output voltage of the boost converter 33 is possible, any configuration can be adopted as the circuit configuration of the boost converter 33.

また、ブーストコンバータ33の回路構成は一例であり、昇圧機能や降圧機能、昇降圧を有する回路構成であればよい。この場合、降圧機能は、通信装置4の入力電圧をナローレンジに対応させるのに好適である。   Further, the circuit configuration of the boost converter 33 is an example, and any circuit configuration having a boosting function, a step-down function, and a step-up / step-down function may be used. In this case, the step-down function is suitable for making the input voltage of the communication device 4 correspond to the narrow range.

後述するように、この電池電圧補償システム33では、制御部60は、給電システム10の異常時(停電時など)に上述したデューティ比を演算して端電池32の電圧V、すなわちブーストコンバータ33の出力電圧を調整するが、通常時はブーストコンバータ33には電流が流れず、デューティ比は0で半導体スイッチ332のオンオフ制御は行われない。   As will be described later, in this battery voltage compensation system 33, the control unit 60 calculates the duty ratio described above when the power feeding system 10 is abnormal (such as during a power failure), that is, the voltage V of the end battery 32, that is, the boost converter 33. Although the output voltage is adjusted, normally, no current flows through the boost converter 33, the duty ratio is 0, and the on / off control of the semiconductor switch 332 is not performed.

なお、図4において、電磁接触器335が閉じた状態で半導体スイッチ332がオフのままになっている場合でも、充電装置2は基本的には単一方向にしか電流を供給できないため、充電装置2側に電流が流れることはないと考えられる。仮に、流れるとしても、ブースタコンバータ33に接続されているダイオード333が充電装置2側への潮流を防ぐことになる。   In FIG. 4, even when the semiconductor switch 332 remains off with the electromagnetic contactor 335 closed, the charging device 2 can basically supply current only in a single direction. It is considered that no current flows on the two sides. Even if it flows, the diode 333 connected to the booster converter 33 prevents the power flow to the charging device 2 side.

次に、このブーストコンバータ33の出力電圧を調整するために実行される処理について、図3〜図5を参照して説明する。図5は、電池電圧補償システム3の動作例を示すフローチャートである。   Next, processing executed to adjust the output voltage of the boost converter 33 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing an operation example of the battery voltage compensation system 3.

例えば給電システム10の停電時に、通信装置4に電力を供給している蓄電池(この実施形態では、主電池31)の放電が開始し主電池31の電圧が低下した場合(S1を参照)、電圧検出器40は、通信装置40の端子電圧Vcdを測定する(S2)。   For example, when a power failure of the power supply system 10 starts discharging the storage battery (in this embodiment, the main battery 31) that supplies power to the communication device 4, the voltage of the main battery 31 decreases (see S1). The detector 40 measures the terminal voltage Vcd of the communication device 40 (S2).

制御部30は、端子電圧Vcdが規定値Vthより小さい場合は(S3のYES)、ブーストコンバータ33で蓄電池(主電池31と端電池32)の電圧を昇圧させる(S4)。規定値Vthは、通信装置4の電圧変動範囲等に基づいてあらかじめ設定されている。図5のフローチャートによると、制御部60では、演算部30は、端子電圧Vcdに対して、半導体スイッチ332のオンオフのデューティ比を演算する。そして、指示部20は、そのデューティ比を制御するための制御信号を半導体スイッチ332のゲート端子に出力する。例えば、演算部30が演算したデューティ比をαの場合、ブーストコンバータ33の出力電圧は、V/(1−α)となる。なお、上述したαの値は、端子電圧Vcdおよび規定値Vthの値から決定されるようになっている。
これにより、主電池31の電圧に加え、さらにV/(1−α)の電圧も、通信装置40に印加されることになる。つまり、端電池32で端子電圧Vcdが昇圧する。
When the terminal voltage Vcd is smaller than the specified value Vth (YES in S3), the control unit 30 boosts the voltage of the storage battery (the main battery 31 and the end battery 32) with the boost converter 33 (S4). The specified value Vth is set in advance based on the voltage fluctuation range of the communication device 4 or the like. According to the flowchart of FIG. 5, in the control unit 60, the calculation unit 30 calculates the on / off duty ratio of the semiconductor switch 332 with respect to the terminal voltage Vcd. Then, the instruction unit 20 outputs a control signal for controlling the duty ratio to the gate terminal of the semiconductor switch 332. For example, when the duty ratio calculated by the calculation unit 30 is α, the output voltage of the boost converter 33 is V / (1−α). The value of α described above is determined from the terminal voltage Vcd and the specified value Vth.
As a result, in addition to the voltage of the main battery 31, a voltage of V / (1-α) is also applied to the communication device 40. That is, the terminal voltage Vcd is boosted by the end battery 32.

そしてS4で、主電池31の放電が終了、または、交流系統の電源が復旧した場合は(YES)、蓄電池の放電が停止して処理を終了し、そうでない場合(NO)は上述のS1の処理に戻る。   In S4, when the discharge of the main battery 31 is finished or the power supply of the AC system is restored (YES), the discharge of the storage battery is stopped and the process is finished. If not (NO), the above-mentioned S1 Return to processing.

S3において、端子電圧Vcdが規定値Vth以上の場合には(NO)、制御部30は、ブーストコンバータ33で蓄電池(主電池31と端電池32)の電圧を降圧させる(S5)。図5の例では、制御部60では、演算部30は、半導体スイッチ332のオンオフのデューティ比を0と設定するので、半導体スイッチ332のオンオフ制御は行われない。この場合、ブーストコンバータ33では、端電池32の電圧Vは、リアクタンス331およびダイオード333を介して、通信装置4に給電されることになる。その結果、Vcd<Vthとならない場合には、制御部60は、電磁接触器335の接触子を切り離しための信号を電磁接触器335に出力する。この場合、主電池31と通信装置4とバイパスダイオード336とからなる回路内のバイパスダイオード336によって電圧が降下し、結果として、端子電圧Vcdが低下する。   In S3, when the terminal voltage Vcd is equal to or higher than the specified value Vth (NO), the control unit 30 causes the boost converter 33 to step down the voltage of the storage battery (the main battery 31 and the end battery 32) (S5). In the example of FIG. 5, in the control unit 60, the calculation unit 30 sets the on / off duty ratio of the semiconductor switch 332 to 0, so the on / off control of the semiconductor switch 332 is not performed. In this case, in the boost converter 33, the voltage V of the end battery 32 is supplied to the communication device 4 via the reactance 331 and the diode 333. As a result, when Vcd <Vth is not satisfied, the control unit 60 outputs a signal for disconnecting the contact of the electromagnetic contactor 335 to the electromagnetic contactor 335. In this case, the voltage is lowered by the bypass diode 336 in the circuit including the main battery 31, the communication device 4, and the bypass diode 336, and as a result, the terminal voltage Vcd is lowered.

次に、上述した主電池31および端電池32の各放電容量について、図6を参照して説明する。図6は、主電池31の放電容量と電圧との関係を示す図である。   Next, the discharge capacities of the main battery 31 and the end battery 32 described above will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the discharge capacity and voltage of the main battery 31.

図6に示すように、主電池31の電圧は、主電池31の放電が進むにつれ、電圧が低下するので、放電容量は、例えばv1,v2およびv3で示すような放電カーブで表される。この放電カーブv1〜v3は、放電する電流が大きくなるほど、放電開始点である原点0側に近づく。   As shown in FIG. 6, the voltage of the main battery 31 decreases as the discharge of the main battery 31 progresses. Therefore, the discharge capacity is represented by a discharge curve as indicated by v1, v2, and v3, for example. The discharge curves v1 to v3 approach the origin 0 side, which is the discharge start point, as the discharge current increases.

この実施形態では、主電池31の放電カーブの一例として、v1で示す放電特性を有する場合に、必要な端電池32の放電容量について検討する。この場合、主電池31から取り出せるエネルギー容量Sb(Wh)は、放電開始点0(図6)から放電終了点c(図6)までの積分値となり、下記式(1)で表される。   In this embodiment, as an example of the discharge curve of the main battery 31, the necessary discharge capacity of the end battery 32 is examined when the discharge characteristic indicated by v <b> 1 is provided. In this case, the energy capacity Sb (Wh) that can be extracted from the main battery 31 is an integral value from the discharge start point 0 (FIG. 6) to the discharge end point c (FIG. 6), and is expressed by the following equation (1).

Figure 2015213384
Figure 2015213384

式(1)において、v(Ah)は放電電流の値によって変化する。   In equation (1), v (Ah) varies depending on the value of the discharge current.

電池電圧補償システム10は、図6に示した放電開始点0から放電終了点cまでの間、通信装置4に一定の電圧を供給する必要がある。そのため、電池電圧補償システム1全体で、図6に示した点0-a-b-cで囲まれた面積に相当するSoのエネルギー容量を有する必要がある。   The battery voltage compensation system 10 needs to supply a constant voltage to the communication device 4 from the discharge start point 0 to the discharge end point c shown in FIG. Therefore, the battery voltage compensation system 1 as a whole needs to have an energy capacity of So corresponding to the area surrounded by the points 0-abc shown in FIG.

つまり、主電池31のエネルギー容量をSbとした場合、端電池32のエネルギー容量Ssは、下記式(2)で示すような容量を必要とする。   That is, when the energy capacity of the main battery 31 is Sb, the energy capacity Ss of the end battery 32 requires a capacity as shown by the following formula (2).

Figure 2015213384
Figure 2015213384

次に、主電池31を構成する単電池の一例として、リチウムイオン電池(例えば、パナソニック社のNCR18650)を使用し、給電システム10の供給電源を48vとする場合の端電池32の放電容量について、図7〜図10を参照して検討する。   Next, as an example of a single battery constituting the main battery 31, a lithium ion battery (for example, NCR18650 of Panasonic Corporation) is used, and the discharge capacity of the end battery 32 when the supply power of the power supply system 10 is 48v. This will be discussed with reference to FIGS.

図7は、図4と同様の電池電圧補償システム3の構成例であって、主電池31の起電力が48vの場合について示している。図7に示す例では、単電池1個分の起電力は4vであるため、主電池31は、12個の単電池が直列接続され、その12個分の単電池を1グループとして10グループ分並列して構成されている。   FIG. 7 shows a configuration example of the battery voltage compensation system 3 similar to that in FIG. 4 and shows a case where the electromotive force of the main battery 31 is 48v. In the example shown in FIG. 7, since the electromotive force for one single cell is 4v, the main battery 31 includes 12 single cells connected in series, and the 12 single cells are grouped into 10 groups. It is configured in parallel.

図8は、単電池の放電容量Sと電圧との関係を示している。この例では、単電池の起電力は4vから約2.7vに低下している。放電容量Sは、上記式(1)で示した積分値になる。 Figure 8 shows the relationship between the discharge capacity S 1 and the voltage of the cell. In this example, the electromotive force of the single cell is reduced from 4v to about 2.7v. Discharge capacity S 1 becomes an integrated value indicated by the above formula (1).

図9は、図7に示した主電池31の放電容量Sbと電圧との関係を示している。この例では、主電池31の起電力は48vから約32vに低下している。放電容量Sbは、上記式(1)で示した積分値になる。   FIG. 9 shows the relationship between the discharge capacity Sb and the voltage of the main battery 31 shown in FIG. In this example, the electromotive force of the main battery 31 is reduced from 48v to about 32v. The discharge capacity Sb is an integral value represented by the above formula (1).

図10は、図7に示した主電池31の放電特性とブーストコンバータ33の出力電圧との関係を示している。これは、ブーストコンバータ33で補償するべき電圧を主電池31の放電に従って示してある。   FIG. 10 shows the relationship between the discharge characteristics of the main battery 31 and the output voltage of the boost converter 33 shown in FIG. This shows the voltage to be compensated by the boost converter 33 according to the discharge of the main battery 31.

一般に、蓄電池は放電電流が増加すると、放電容量は低下することになる。この観点も踏まえて、端電池32の放電容量Ssは、図10に示した放電容量Ss(上記式(2))を満たすように端電池32を選択することになる。   In general, when the discharge current of the storage battery increases, the discharge capacity decreases. Based on this viewpoint, the end battery 32 is selected so that the discharge capacity Ss of the end battery 32 satisfies the discharge capacity Ss (the above formula (2)) shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態の電池電圧補償システム3によると、制御部60は、通信装置4の端子電圧の検出の結果に基づいて、この端子電圧が規定値以下になるように、端電池32の電圧の昇圧または降圧をブーストコンバータ33に指示する。これにより、電池電圧補償システム3の高効率化および小型化を実現することができる   As described above, according to the battery voltage compensation system 3 of the present embodiment, the control unit 60 determines that the terminal voltage is equal to or lower than the specified value based on the detection result of the terminal voltage of the communication device 4. The boost converter 33 is instructed to increase or decrease the voltage of the battery 32. Thereby, high efficiency and miniaturization of the battery voltage compensation system 3 can be realized.

一般に、半導体スイッチの導通時におけるオン抵抗値は、金属とソース/ドレイン間のコンタクト抵抗値、ソース/ドレインのシート抵抗、チャネル領域の抵抗値、およびドリフト領域の抵抗値から構成され、耐圧が大きいほどオン抵抗値が増加する。このため、導通時の損失は大きくなる。しかしながら、本実施形態の電池電圧補償システム3では、蓄電池が主電池31と端電池32とに分けられ、半導体スイッチ332には、その端電池32の電圧Vが印加されるようになっている。このため、半導体スイッチ332の導通時におけるオン抵抗値が小さくなるので、導通時の損失も小さくなり、結果として、効率が向上する。   In general, the on-resistance value during conduction of a semiconductor switch is composed of a contact resistance value between a metal and a source / drain, a sheet resistance of the source / drain, a resistance value of a channel region, and a resistance value of a drift region, and has a high breakdown voltage. The on-resistance increases as the value increases. For this reason, the loss at the time of conduction | electrical_connection becomes large. However, in the battery voltage compensation system 3 of the present embodiment, the storage battery is divided into the main battery 31 and the end battery 32, and the voltage V of the end battery 32 is applied to the semiconductor switch 332. For this reason, since the ON resistance value when the semiconductor switch 332 is conductive is reduced, the loss during conduction is also reduced, and as a result, the efficiency is improved.

また、これにより、半導体スイッチ332の損失が低減し、結果として、その損失によって発生する熱量を冷却するためのヒートシンクも小型になる。
例えば、380V程度で給電するHVDC給電システムに本実施形態の電池電圧補償システム3を適用したとしても、従来のように電池セル全体の電圧が印加するようにブースタコンバータを構成する必要がないため、ブースタコンバータ33自体も小型化にすることができる。
As a result, the loss of the semiconductor switch 332 is reduced, and as a result, the heat sink for cooling the amount of heat generated by the loss is also reduced.
For example, even if the battery voltage compensation system 3 of the present embodiment is applied to an HVDC power supply system that supplies power at about 380 V, it is not necessary to configure a booster converter so that the voltage of the entire battery cell is applied as in the prior art. The booster converter 33 itself can also be reduced in size.

一般に、ブーストコンバータ33内のコンデンサ334は、コンデンサ334のエネルギーが1/2(CV)(ただし、Cはコンデンサの静電容量、Vはコンデンサキャパシタの端子電圧)となるため、耐圧が大きいほど大きくなる。しかしながら、本実施形態の電池電圧補償システム3では、上述のように、コンデンサ334の耐圧がブーストコンバータ33の出力電圧Vに基づくため、コンデンサ334を小さくすることができる。 Generally, the capacitor 334 in the boost converter 33 has an energy of 1/2 (CV 2 ) (where C is the capacitance of the capacitor and V is the terminal voltage of the capacitor capacitor), so growing. However, in the battery voltage compensation system 3 of the present embodiment, the capacitor 334 can be made small because the withstand voltage of the capacitor 334 is based on the output voltage V of the boost converter 33 as described above.

なお、本実施形態は上述した例に限られず、変更することができる。例えば、主電池31や端電池32の充電方法として、例えば、主電池31をフロート充電、端電池32をトリクル充電とするようにしてもよいし、ブースタコンバータ33を双方向のコンバータに構成し主電池31と端電池32とを一括して充電するようにすることなども考えられる。   In addition, this embodiment is not restricted to the example mentioned above, It can change. For example, as a charging method of the main battery 31 and the end battery 32, for example, the main battery 31 may be float charge, the end battery 32 may be trickle charge, and the booster converter 33 is configured as a bidirectional converter. It is also conceivable to charge the battery 31 and the end battery 32 together.

1 RF(整流装置)
2 充電装置
3 電池補償システム
4 通信装置(負荷)
31 主電池
32 端電池
33 ブーストコンバータ
332 半導体スイッチ
1 RF (rectifier)
2 Charging device 3 Battery compensation system 4 Communication device (load)
31 Main battery 32 End battery 33 Boost converter 332 Semiconductor switch

Claims (3)

蓄電池の電圧を補償して負荷に供給する電池電圧補償システムであって、
負荷側に接続され、前記負荷に電力を供給する第1の蓄電池と、
第2の蓄電池と、
前記第2の蓄電池の出力端が直列接続され、前記第2の蓄電池の電圧を調整して前記負荷に電力を供給するブースタコンバータと、
前記負荷側の端子電圧を検出する電圧検出器と、
前記検出の結果に基づいて、前記端子電圧が規定値以下になるように、前記第2の蓄電池の電圧の昇圧または降圧を前記ブーストコンバータに指示する制御部と
を含むことを特徴とする電池電圧補償システム。
A battery voltage compensation system that compensates the voltage of a storage battery and supplies it to a load,
A first storage battery connected to the load side and supplying power to the load;
A second storage battery;
A booster converter in which an output terminal of the second storage battery is connected in series, adjusts a voltage of the second storage battery, and supplies power to the load;
A voltage detector for detecting the terminal voltage on the load side;
And a control unit that instructs the boost converter to step up or step down the voltage of the second storage battery so that the terminal voltage becomes a specified value or less based on the detection result. Compensation system.
前記ブーストコンバータは、スイッチング素子を含んでおり、
前記制御部は、前記検出の結果に応じて、前記スイッチング素子のオンまたはオフを指示して前記ブーストコンバータの出力電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の電池電圧補償システム。
The boost converter includes a switching element;
The battery voltage compensation system according to claim 1, wherein the control unit adjusts the output voltage of the boost converter by instructing to turn on or off the switching element according to the detection result.
前記制御部は、前記端子電圧が規定値よりも大きい場合、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を決定し、
前記ブーストコンバータは、前記デューティ比に基づく前記スイッチング素子のオンオフ制御により、前記出力電圧を調整することを特徴とする請求項2に記載の電池電圧補償システム。
When the terminal voltage is larger than a specified value, the control unit determines an on / off duty ratio of the switching element,
The battery voltage compensation system according to claim 2, wherein the boost converter adjusts the output voltage by on / off control of the switching element based on the duty ratio.
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