JP4015126B2 - 直流電力供給システム - Google Patents
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Description
直流負荷には、直流電源102または組電池103より直流電力が供給されるようになっている。
しかしながら、実際には、電池の容量あるいは内部抵抗には若干のばらつきが存在する。
更に、初期において同じ内部抵抗であったとしても長期の充電により、時間が経過していくと電池の内部特性が変化し、電池の容量および内部抵抗も変化する。
そこで、直列接続された複数個のリチウムイオン二次電池1a〜1nを充電する場合、各リチウムイオン二次電池1a〜1nに、電圧調整回路104−1〜104−nと、各電池の端子電圧の監視と電圧調整回路104−1〜104−nの制御を行う制御部102とを設け、任意の電池が充電完了電圧に達した場合、その充電完了したリチウムイオン二次電池に対応して設けられた電圧調整回路を動作させ、充電電流をバイパスさせ、全てのリチウムイオン二次電池が充電電圧に到達するまで一セル(電池)づつ充電することで、各リチウムイオン二次電池の充電電圧を均一にしている。
一方、リチウムイオン二次電池は、電池容量を増加させるには、並列接続する必要がある。図7に示す従来の直流電力供給システムでは、電圧調整回路が各リチウムイオン二次電池について必要になる。
しかし、このようにリチウムイオン二次電池(セルと記す。)を直並列に接続した場合、任意のセルが短絡すると、並列接続した組電池が全て完全放電し、異常な電圧に到達した時点で電池切離しスイッチを開放するため、万が一、スイッチ開放後に停電が発生しても放電経路が切離されているので、直流負荷に電力を供給することができないという問題が有った。
一方、停電時に無瞬断で直流負荷3に電力を供給できるように直列接続された複数個のリチウムイオン二次電池1a〜1nがあり、これらのリチウムイオン二次電池1a〜1nは、リチウムイオン二次電池1a〜1nを充電するための充電手段である直流電源2の出力端に接続されている。
コンパレータ82は、リチウムイオン二次電池1aの端子間電圧と、リチウムイオン二次電池の満充電時の基準電圧とを比較し、リチウムイオン二次電池1aの端子間電圧が上記基準電圧に達したときに半導体スイッチをオン状態にする信号を出力する。
また、任意のセル、例えば1nセルが充電中及び放電中に短絡もしくは開放検出した際には、電圧プローブ10でモニターしている端子電圧が0Vになることから、リチウムイオン二次電池1a〜1nと直列に接続されているIGBT5をオフ状態とし、かつ1nセルに並列に接続されているIGBT7をオン状態とするとともに、1nセルに直列に接続されているIGBT7をオフ状態にすることで、上記同様、停電時の直流負荷3への電力供給を行うことができる。
ところで、第1のスイッチ手段としてのIGBT5を設けず、任意のセルが短絡もしくは開放した状態で組電池を充電すると、それまでV/n(V:組電池充電電圧、n:直列接続した電池の個数)で単セルあたり充電していたものが、V/(n−1)となり、単セルあたりの充電電圧が上昇し、電池の特性が大きく低下したり、安全弁が作動して使用不能となったりする恐れがある。
一方、停電などにより、リチウムイオン二次電池1a〜1nから直流負荷3に電力を供給する場合、リチウムイオン二次電池1a〜1nの電圧は低下していき、いずれは順番に全セルが規定値(例.3.0V)の電圧、即ち、過放電電圧に到達する。規定値(例.3.0V)の電圧に到達したセルについては、電池放電を停止しないと、電池の特性が回復不能なまでに劣化する恐れがある。
リチウムイオン二次電池1a〜1nは、特性にバラツキがなければ、電圧調整回路8の動作により、設定した充電電圧に各セルの端子電圧は均一化されるが、何らかの電池の不具合により、維持充電中、もしくは、回復充電中に電流プローブ11で計測した任意のセルのバイパス電流が、他のセルのバイパス電流と比べ非常に小さくなることが起こり得る。この状況を、図4を参照して説明する。
図5に示す第2実施形態に係る直流電力供給システムが図1に示した第1実施形態に係る直流電力供給システムと構成上、異なるのは、複数のリチウムイオン二次電池1a〜1nの直列回路の各々の単一のリチウムイオン二次電池の代わりに、均圧線で並列に接続した複数のリチウムイオン二次電池に置換したことであり、他の構成は同一であるので、同一の機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
従って、IGBT5をオフ状態とし、に並列に接続されているIGBT7をオン状態にするとともに、n組目の1nセル、2nセル、3nセルの並列回路にっ直列に接続されているIGBT6をオフ状態にすることで、停電時の直流負荷3への電力供給を行える状態を保つようにする。
2…直流電源
3…直流負荷
4…ダイオード
5、6、7…IGBT
8…電圧調整回路
9…制御部
10…電圧プローブ
11…電流プローブ
12…制御線
80…半導体スイッチ
81…電流制限素子
82…コンパレータ
Claims (6)
- 直流電源と、該直流電源の出力端に並列接続されてなる複数の二次電池の直列回路とを有し、前記直流電源の出力端より直流負荷に直流電力を供給する直流電力供給システムであって、
前記直流電源の出力端と前記複数の二次電池の直列回路との間に接続される第1のスイッチ手段と、
前記複数の二次電池に対し放電のみ許容する極性で前記第1のスイッチ手段に並列接続されるダイオードと、
前記複数の二次電池の各々に、直列に接続される第2のスイッチ手段と、
前記二次電池と第2のスイッチ手段との直列回路の各々に対して並列接続される第3のスイッチ手段と、
前記複数の二次電池の各々の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記複数の二次電池の各々の端子電圧を調整する電圧調整手段と、
前記電圧検出手段の検出出力に基づいて複数の二次電池のうち任意の二次電池に異常状態が発生したと判定した場合には、その異常状態の種別に応じて該異常状態の影響を除去するように前記第1、第2及び第3のスイッチ手段のオン、オフ状態を切換えるように制御する制御手段と、
前記複数の二次電池の各々における充電時のバイパス電流を検出する電流検出手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の二次電池の各々のバイパス電流の電流値を検出して比較し、もっとも小さいバイパス電流に対する、他のバイパス電流の比が、予め決められた値以上の場合に異常と判定し、外部に異常状態を示す信号を出力する
ことを特徴とする直流電力供給システム。 - 前記複数の二次電池の直列回路の各々の単一の二次電池の代わりに、均圧線で並列に接続した複数の二次電池に置換したことを特徴とする請求項1に記載の直流電力供給システム。
- 前記制御手段は、前記複数の二次電池の直列回路を前記直流電源で充電し、前記複数の二次電池のうち任意の二次電池が所定の充電電圧に到達した場合には、前記第1のスイッチ手段をオフ状態とすることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の直流電力供給システム。
- 前記制御手段は、前記複数の二次電池の直列回路から直流負荷への電力給電時に、前記複数の二次電池のうち任意の電池が所定の端子電圧まで低下した場合には、第2のスイッチ手段をオフ状態にし、かつ前記第3のスイッチ手段をオン状態とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の直流電力供給システム。
- 前記制御手段は、前記複数の二次電池の直列回路を前記直流電源で充電中、前記複数の二次電池のうち任意の電池が短絡状態または開放状態となった場合、前記第1のスイッチ手段をオフ状態とすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の直流電力供給システム。
- 前記制御手段は、前記複数の二次電池の直列回路から前記直流負荷への電力供給時に、前記複数の二次電池のうち任意の電池が短絡状態または開放状態となった場合、前記第1のスイッチ手段をオフ状態とすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の直流電力供給システム。
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