WO2013076877A1 - 蓄電池システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a storage battery system in which a plurality of storage battery units are connected in parallel.
- a plurality of cells connected in series or in parallel are used as storage battery units, and a plurality of small and medium-sized storage battery units are arranged in series or A large-scale storage battery system is configured by connecting them in parallel.
- a parallel configuration of series cell groups is preferable.
- Patent Document 1 describes an assembled battery system (storage battery system) including a current control element for connecting a plurality of battery units (storage battery units) in parallel and limiting the current flowing from each battery unit. ing. The control means controls the signal level sent to the current control element according to the current flowing through each battery unit. Further, Patent Document 1 describes that a discrete element whose current value flowing through the current limiting element changes according to a current control signal input from the control unit is used as the current control element. Yes.
- the control means outputs a current control signal to the current control element in accordance with the current flowing through the battery unit, and controls the charge / discharge current of each battery unit.
- the assembled battery system needs to include a detection unit for detecting a current flowing through the current limiting element and a control unit that performs control according to the detection value input from the detection unit. Therefore, the assembled battery system described in Patent Document 1 has a problem that the circuit configuration becomes complicated and the number of parts increases.
- This invention is made
- a storage battery system includes a plurality of storage battery modules each including a storage battery unit having a plurality of single cells and current limiting means connected in series to the storage battery unit.
- the current limiting means applies a predetermined voltage to the semiconductor element and the semiconductor element, thereby charging and discharging current of the storage battery unit via the semiconductor element to a constant current region of the semiconductor element.
- Voltage applying means for limiting the current value to a value equal to or less than the limit current value corresponding to.
- FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a drain-source voltage V DS and a drain current I DS of an FET. It is a circuit block diagram of a storage battery system. It is a circuit block diagram of the current limiting apparatus with which the storage battery system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is provided. It is a circuit block diagram of the current limiting apparatus with which the storage battery system which concerns on 3rd Embodiment of this invention is provided.
- FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram of a storage battery system.
- the storage battery system 100 includes storage battery modules 1 a, 1 b,..., 1 n and a control unit 5.
- the storage battery modules 1a, 1b, ..., 1n are connected in parallel to each other.
- the storage battery module 1a includes a storage battery unit 2a in which a plurality of single cells (cells) are connected in series and a current limiting device 3a, and has a configuration in which a positive electrode of the storage battery unit 2a and a terminal B of the storage battery unit 2a are connected. ing.
- the storage battery modules 1b,..., 1n also have the same configuration as the storage battery module 1a.
- each current limiting device 3a, 3b, ..., 3n is connected to the control part 5 via the common wiring 4.
- the control unit 5 includes electronic circuits (not shown) such as a CPU, a ROM, a RAM, and various interfaces, and an ON signal or an OFF signal for each of the current limiting devices 3a, 3b, ..., 3n. Is output.
- the control unit 5 outputs ON signals to all the current limiting devices 3a, 3b,..., 3n. Further, at the time of replacement or maintenance of the storage battery, the control unit 5 outputs an OFF signal to each current limiting device.
- terminals A of the current limiting devices 3a, 3b,..., 3n are respectively connected to the positive terminal F +, and the negative electrodes of the storage battery units 2a, 2b,. ing.
- an external load (not shown) is connected to the positive terminal F + and the negative terminal F ⁇ .
- FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the current limiting device shown in FIG. Note that the terminals A, B, and C shown in FIG. 2 correspond to the terminals A, B, and C shown in FIG.
- the current limiting device 3a includes a voltage generation circuit 31, an overcurrent protection circuit 32, FETs (Field Effect Transistors) 33 and 35, and diodes 34 and 36.
- the voltage generation circuit 31 converts the power supply voltage supplied from the terminal Ha into a predetermined voltage set in advance, applies the voltage V GS1 between the gate and the source of the FET 33 via the overcurrent protection circuit 32, and the gate of the FET 35 -Apply the voltage VGS2 between the sources.
- An ON signal or an OFF signal is input to the terminal C connected to the voltage generation circuit 31 from the control unit 5 (see FIG. 3). Details of the voltage generation circuit 31 will be described later.
- the overcurrent protection circuit 32 is a circuit for preventing overcurrent from flowing through the FETs 33 and 35. Details of the overcurrent protection circuit 32 will be described later. Further, as shown in FIG. 2, an FET 33 and a diode 34 are connected in antiparallel to constitute an antiparallel element unit. Similarly, the FET 35 and the diode 36 are connected in antiparallel to constitute an antiparallel element unit.
- the voltage generation circuit 31 is set so that the gate voltages V GS1 and V GS2 are substantially zero.
- the FETs 11a and 11b are turned off, and the charge / discharge current of the storage battery unit 5 (see FIG. 1) is interrupted.
- the current limiting device 1a has been described above, the current limiting devices 1b,..., 1n have the same configuration.
- FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the drain-source voltage V DS and the drain current I DS of the FET.
- the horizontal axis represents the drain-source voltage V DS
- the vertical axis represents the drain current I DS .
- the drain-source voltage V DS and the drain current are within the range of V DS ⁇ V GS -V th.
- relationship between the I DS is a linear region which is substantially linear.
- the drain-source voltage V DS is a constant current region where the drain-source voltage V DS is substantially constant even when the drain-source voltage V DS changes.
- the drain current IDS changes as indicated by the up and down arrows in FIG. That is, when the gate voltage V GS is lowered, the drain current I DS is decreased, and when the gate voltage V GS is increased, the drain current I DS is increased. Therefore, when the FET is operated in the constant current region, if the gate voltage V GS is constant, the drain current I DS hardly changes even if the drain-source voltage V DS changes. Incidentally, when the gate voltage V GS is in a range where V GS ⁇ V th , the operating point of the FET enters the cutoff region (weak inversion region), so that the drain current IDS hardly flows.
- FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the storage battery system. Since the storage battery units 2a,..., 2n, the FETs 33 and 35, the diodes 34 and 36, and the control unit 5 have been described with reference to FIGS. 1 and 2, here, the voltage generation circuit 31 and the overcurrent protection circuit 32 are described. This will be described in detail.
- the storage battery units 2a,..., 2n may be collectively referred to as “storage battery unit 2”. The same applies to the current limiting devices 3a,..., 3n.
- the voltage generation circuit 31 includes a DC / DC converter 311 and a photocoupler IC 312.
- the DC / DC converter 311 converts the power supply voltage Vcc supplied via the power supply terminal Ha into a predetermined voltage, and supplies the predetermined voltage to the photocoupler IC 312 from the output terminals Voff and Von.
- the internal common terminal com is connected to the source of the FET 33 and the source of the FET 35.
- the output terminal Voff is a terminal that outputs a predetermined voltage when the FETs 33 and 35 are cut off
- the output terminal Von is a terminal that outputs a predetermined voltage when the FETs 33 and 35 are operated in a constant current region.
- the photocoupler IC 312 includes a photocoupler Q, an amplifier circuit S, a bias voltage generation circuit T, and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) M1 and M2.
- the photocoupler Q converts an input electrical signal into light and transmits a signal by conducting a light receiving element (not shown) with the light.
- the electric signal is input from the control unit 5 via the wiring 4.
- the amplifier circuit S amplifies the current input from the photocoupler Q and outputs it to the bias voltage generation circuit T.
- the bias voltage generation circuit T generates a bias voltage for appropriately operating the respective MOSFETs (M1, M2).
- the MOSFETs (M1, M2) set the output terminal D to a predetermined potential according to the voltage input from the bias voltage generation circuit T.
- the voltage generation circuit 31 applies a predetermined voltage corresponding to the ON / OFF signal input from the control unit 5 to the FET 33 and the FET 35 via the overcurrent protection circuit 32. More specifically, when the ON signal is input from the control unit 5, the voltage generation circuit 31 has gate voltages V GS1 and V GS2 (for example, V1: substantially equal to each of the FETs 33 and 35). (See FIG. 3).
- charging current flows from the external load (not shown) to the storage battery unit 2a, or the storage battery unit A discharge current flows from 2a to the external load. More specifically, a charging current flows into the storage battery unit 2a from an external load (not shown) through the terminal A, the FET 33, the diode 36, and the terminal B. Further, a discharge current flows out from the storage battery unit 2a to an external load (not shown) through the terminal B, the FET 35, the diode 34, and the terminal A.
- the overcurrent protection circuit 32 includes Zener diodes Z1, Z2, Z3, and Z4 and resistors R1, R2, R3, and R4. Zener diodes Z1 and Z2 are connected in series in opposite directions.
- the resistor R3 has one end connected to the gate of the FET 33 and the other end connected to the output terminal D of the voltage generation circuit 31.
- the resistor R1 is connected in parallel with the Zener diodes Z1 and Z2 between the gate and source of the FET 33, and is connected to the one end of the resistor R3.
- the Zener diodes Z3 and Z4 and the resistors R2 and R4 are for protecting the FET 35 and are connected in the same manner as described above.
- Zener diodes Z1 and Z2 prevent an excessive charge / discharge current from flowing through the FET 33.
- the Zener diodes Z3 and Z4 prevent an excessive charge / discharge current from flowing through the FET 35.
- the resistors R1 and R3 divide the voltage of the output terminal D with respect to the internal common terminal com of the voltage generation circuit 31 so that an appropriate voltage is applied between the gate and the source of the FET 33. As with the resistors R2 and R4, an appropriate voltage is applied between the gate and source of the FET 35 as described above.
- the resistors R3 and R4 are connected to the output terminal D of the voltage generation circuit 31 through a common connection point E.
- the voltage generation circuit 31 and the overcurrent protection circuit 32 included in the current limiting device 3a have been described.
- the current limiting devices 3b, ..., 3n also have the same configuration.
- the wiring 4 connecting the photocoupler IC 312 and the control unit 5 is common to each current limiting device 3.
- the current limiting devices 3b,..., 3n also have the same configuration as the current limiting device 3a.
- the voltages V GS1 and V GS2 (see FIG. 2) based on the potential of the internal common terminal com of the DC / DC converter 31 become the predetermined voltage V ON corresponding to the potential of the terminal D. That is, the voltage V ON is applied as the gate voltage of the FETs 33 and 35. Therefore, in the circuit shown in FIG. 4, when an ON signal is input from the control unit 5 to the photocoupler IC 312, the drain current ID and the drain-source voltage V DS of the FETs 33 and 35 are, for example, shown in FIG. The relationship indicated by the solid line. In this case, since the gate voltages of the FETs 33 and 35 are higher than the threshold voltage Vth , the characteristics of the FETs 33 and 35 are not in the cutoff region.
- the terminal shown in FIG. 2 A when the voltage applied between the B is small, the drain of FET33,35 - for even smaller source voltage V DS, as shown in FIG. 3, the FET33,35 Operates in the linear region.
- the drain-source voltage V DS of the FETs 33 and 35 when the voltage applied between the terminals A and B shown in FIG. 2 is large, the drain-source voltage V DS of the FETs 33 and 35 also increases, so that the FETs 33 and 35 are constant as shown in FIG. Operates in the current domain.
- the drain - even if the source voltage V DS is changed to the voltage V2 from the voltage V1 shown in FIG. 3, the drain current I D is hardly changed.
- the voltage V ON applied to the gates of the FETs 33 and 35 is higher than the threshold voltage V th shown in FIG. 3, and the drain current ID in the constant current region has a desired current value. Is set in advance. Therefore, ON signal is input to the current limiting device 3, the drain of FET33,35 - a source voltage V DS is the voltage value V0 (the voltage value of the boundary between the linear region and the constant current region shown in FIG. 3) or more In such a case, the drain current ID is automatically limited by the characteristics of the FETs 33 and 35.
- a current flows from the external load (not shown) to the storage battery unit 2a via the FET 33 and the diode 36.
- the FET 33 has the above characteristics, the charging current can be limited to a predetermined value or less.
- the discharge current can be limited to a predetermined value or less. Therefore, for example, when a storage battery having a different voltage is newly connected in parallel, a large inrush current can be prevented from flowing into the storage battery 2 due to a voltage difference.
- the charge / discharge current of the storage battery unit 2a can be automatically limited to a predetermined value or less by making use of the characteristics of the FETs 33 and 35.
- the storage battery units 2b,..., 2n and the current limiting devices 3a,..., 3b see FIG. 4).
- the FET 33 and the diode 34 connected in antiparallel and the FET 35 and the diode 36 are connected in series in opposite directions so that current flows in both directions of the current limiting means 3. Therefore, in accordance with charging / discharging of the storage battery unit 2, one of the FETs (FET 33 or FET 35) has a current limiting function.
- the current limiting device 3 If the current limiting device 3 is not provided and the internal resistance of the storage battery unit 2 is different, the charge / discharge current of the storage battery unit 2 with the low internal resistance will reach the rated current first, The storage battery unit 2 having a large resistance cannot reach the rated current.
- the current limiting device 3 since the current limiting device 3 is connected to each storage battery unit 2, it is possible to equalize the voltage between the storage battery units 2 while suppressing excessive cross current. As a result, the rated current can be extracted from each storage battery unit 2, and the maximum charge / discharge current can be obtained for the entire system.
- the charge / discharge current of each storage battery unit 2 can be limited to a predetermined value or less with a simple circuit configuration, and the voltage between the storage battery units 2 can be equalized. .
- the storage battery unit 2 can be protected to enable safe operation, and the maximum charge / discharge power can be obtained for the entire storage battery system.
- a voltage V OFF corresponding to the OFF signal is applied as the gate voltage of the FETs 33 and 35.
- the voltage generating means 31 is set so that the voltage V OFF is lower than the gate-source threshold voltage V th . Accordingly, the FETs 33 and 35 operate in the cut-off region indicated by the oblique lines in FIG. In this case, since the drain current ID does not flow through the FETs 33 and 35, the charge / discharge current of each storage battery unit 2 becomes zero. That is, by operating the FETs 33 and 35 in the cutoff region, the terminals A and B can be electrically cut off, and charging / discharging of each storage battery unit 2 can be stopped.
- FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a current limiting device provided in the storage battery system according to the second embodiment of the present invention.
- the storage battery system 100A according to the second embodiment differs from the storage battery system 100 according to the first embodiment in the configuration of the current limiting device 3A, but the other configurations are the same as in the case of the first embodiment. It is. Therefore, the current limiting device 3A will be described, and the description of other configurations will be omitted.
- the current limiting device 3A includes a series element unit in which an FET 33 and a diode 34 are connected in series in the forward direction, and a series element unit in which an FET 35 and a diode 36 are connected in series in the forward direction. It has. The two sets of series element units are connected in antiparallel so that current flows in both directions of the current limiting device 4.
- the source of the FET 33 is connected to the anode of the diode 34, the gate is connected to the output terminal D (see FIG. 4) of the voltage generation circuit 31 via the overcurrent protection circuit 32, and the drain is connected to the terminal A.
- the cathode of the diode 34 is connected to the terminal B.
- the source of the FET 35 is connected to the anode of the diode 36, the gate is connected to the output terminal D (see FIG. 4) of the voltage generation circuit 31 via the overcurrent protection circuit 32, and the drain is connected to the terminal B. .
- the cathode of the diode 35 is connected to the terminal A. Furthermore, wiring for supplying a gate voltage to be applied to the FETs 33 and 35 from the voltage generation circuit 31 is provided.
- FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a current limiting device provided in the storage battery system according to the third embodiment of the present invention. Note that the storage battery system 100B according to the third embodiment is different in the arrangement of the FET 33 and the diode 34 from the storage battery system 100 according to the second embodiment.
- the drain of the FET 33 is connected to the cathode of the diode 34, the gate is connected to the output terminal D (see FIG. 4) of the voltage generation circuit 31 via the overcurrent protection circuit 32, and the source is the terminal B. It is connected to the.
- the anode of the diode 34 is connected to the terminal A.
- the drain of the FET 35 is connected to the cathode of the diode 36, the gate is connected to the output terminal D (see FIG. 4) of the voltage generation circuit 31 via the overcurrent protection circuit 32, and the source is connected to the terminal A. Yes.
- the anode of the diode 36 is connected to the terminal B. Furthermore, wiring for applying a gate voltage from the voltage generation circuit 31 to the FETs 33 and 35 is provided.
- FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a storage battery system according to the fourth embodiment of the present invention.
- the storage battery system 100 according to the first embodiment has a configuration in which each current limiting device 3 includes a voltage generation circuit 31 (see FIG. 4), but the storage battery system 100C according to the fourth embodiment includes each current limiting device. 30 (30a,..., 30n) is not provided with the voltage generation circuit 31.
- the storage battery system 100C according to the fourth embodiment has a configuration including a control device 50 including a voltage generation circuit 31 and a control unit 51. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
- the control device 50 includes a voltage generation device 31 having a DC / DC converter 311 and a photocoupler IC 312, and a control unit 5.
- the output terminal D of the voltage generation device 31 is connected to each current limiting device 30 via the wiring 4.
- each current limiting device 30 includes an overcurrent protection circuit 32 connected to the output terminal D of the voltage generation device 31, FETs 33 and 35, and diodes 34 and 36.
- the connection relationship between the overcurrent protection circuit 32, the FETs 33 and 35, and the diodes 34 and 36 is the same as that of the storage battery system 100 according to the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a storage battery system according to the fifth embodiment of the present invention.
- the DC / DC converter includes the voltage control terminal Vctrl, and the control unit 5 sends the voltage control signal to the voltage control terminal Vctrl.
- the input is different.
- the storage battery system 100D is different in that the photocoupler IC 312 (see FIG. 4) is not provided. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
- a control terminal Vctrl included in the DC / DC converter 310 illustrated in FIG. 8 is connected to the control unit 5.
- the DC / DC converter 310 converts the power supply voltage Vcc into a predetermined voltage corresponding to the voltage control signal input from the control unit 5, and converts the predetermined voltage from the output terminal Vout through the overcurrent protection circuit 32 to the FET 33, Applied between 35 gate-sources.
- the internal common terminal com of the DC / DC converter 310 is connected to the source of the FET 33 and the source of the FET 35.
- the controller 5 adjusts the input voltage to the current limiting device 40 (that is, the gate voltage of the FETs 33 and 34) by outputting a voltage control signal to the voltage control terminal Vctrl of the DC / DC converter 310. ing.
- the gate voltages of the FETs 33 and 34 change according to the voltage control signal input from the control unit 5 to the voltage control terminal Vctrl.
- the limit value of the discharge current can be changed to an arbitrary level (see FIG. 3). Therefore, the magnitude of the charge / discharge current can be changed according to the state of the storage battery unit 2 such as the battery capacity and internal resistance. For example, when the battery capacity (remaining capacity) of the storage battery unit 2 decreases, the charge / discharge current of the storage battery unit can be reduced by reducing the gate voltage VGS .
- FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a storage battery system according to the sixth embodiment of the present invention.
- the storage battery system 100E according to the present embodiment is different from the storage battery system 100 according to the first embodiment in that a monitoring unit 6 that monitors the current, voltage, or temperature of the current limiting device 3 is added. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
- the monitoring unit 6 monitors the temperature and current of the current limiting device 3 and the control unit 5 controls the limiting current value based on the temperature and current will be described.
- the storage battery system 100E includes a storage battery unit 2, a current limiting device 3, temperature sensors Ta, Tb,..., Tn, current sensors Aa, Ab,.
- the unit 6 and the control unit 5 are provided.
- the storage battery unit 2 and the current limiting device 3 since it is the same as that of the storage battery system 100 which concerns on 1st Embodiment, description is abbreviate
- the temperature sensor Ta is installed in the current limiting device 3a, detects the temperature of the current limiting device 3a, and outputs it to the monitoring unit 6. The same applies to the temperature sensors Tb, ..., Tn.
- the voltage sensor Aa is connected in series to the current limiting device 3a, detects the current flowing through the current limiting device 3a, and outputs it to the monitoring unit 6. The same applies to the current sensors Ab, ..., An.
- the monitoring unit 6 includes electronic circuits (not shown) such as a CPU, a ROM, a RAM, and various interfaces, and the control unit 5 according to detection values input from the temperature sensor T and the current sensor A.
- a limit current value reduction instruction signal, an increase instruction signal, or a current interruption instruction signal is output.
- the control unit 5 controls the gate voltage (that is, the limit current value: see FIG. 3) of each current limiting device 3 in accordance with each signal input from the monitoring unit 6.
- FIG. 10 is a flowchart showing a flow of monitoring control performed by the storage battery system according to the sixth embodiment.
- the monitoring unit 6 determines whether or not the temperature of the current limiting device 3 input from the temperature sensor T is equal to or higher than a predetermined temperature Ta.
- the predetermined temperature Ta is a temperature when charging / discharging of the storage battery unit 2 is performed at substantially the rated current, and is a preset temperature (for example, 60 ° C.).
- the process of the monitoring unit 6 proceeds to step S2.
- the process of the monitoring unit 6 proceeds to step S5.
- step S2 the monitoring unit 6 determines whether or not the temperature of the current limiting device 3 input from the temperature sensor T is equal to or higher than a predetermined temperature Tb.
- the predetermined temperature Tb is a threshold value for the safe operation of the storage battery system 100E, and is a preset temperature (for example, 100 ° C.).
- the process of the monitoring unit 6 proceeds to step S3.
- the process of the monitoring unit 6 proceeds to step S4.
- step S ⁇ b> 3 the monitoring unit 6 outputs a current interruption instruction signal to the control unit 5. This is because the current limiting device 3 operates at a high temperature exceeding the safe temperature range.
- the control part 5 operates FET33,35 with which the electric current limiting apparatus 3 is equipped in an interruption
- step S ⁇ b> 4 the monitoring unit 6 outputs a limit current value reduction instruction signal to the control unit 5. That is, although the current limiting device 3 operates within a safe temperature range, since the temperature is relatively high (that is, a current close to the rated current flows), the charge / discharge current of the storage battery unit 2 is reduced. Reduce. Note that when the limit current value reduction instruction signal is input from the monitoring unit 6, the control unit 5 decreases the gate voltage applied to the FETs 33 and 35 by a predetermined voltage (for example, 25 mV) set in advance. Then, the current limit value of the current limiting device 3 is reduced in response to the decrease in the gate voltage (see FIG. 3).
- a predetermined voltage for example, 25 mV
- step S ⁇ b> 5 the monitoring unit 6 determines whether the current limiting device 3 is operating at the rated current based on the current value input from the current sensor A. Note that the value of the rated current is stored in advance in storage means (not shown) of the monitoring unit 6. When the current limiting device 3 is operating at the rated current (step S5 ⁇ Yes), the process of the monitoring unit 6 returns to step S1. When the current limiting device 3 is not operating at the rated current, that is, when it is operating below the rated current (step S5 ⁇ No), the process of the monitoring unit 6 proceeds to step S6.
- step S ⁇ b> 6 the monitoring unit 6 outputs a limit current value increase instruction signal to the control unit 5. This is because the current value flowing through the current limiting device 3 does not reach the rated current, and there is no problem even if the limited current value is increased by a predetermined amount.
- a limit current value increase instruction signal is input from the monitoring unit 6, the control unit 5 increases the gate voltage applied to the FETs 33 and 35 by a predetermined voltage (for example, 25 mV) set in advance. Then, the limit current value of the current limiting device 3 increases corresponding to the increase in the gate voltage (see FIG. 3).
- the control unit 5 when the current limiting device 3 is at a high temperature, the control unit 5 operates the FETs 33 and 35 provided in the current limiting device 3 in the cutoff region. That is, by not charging / discharging the storage battery unit 2, the storage battery system 100E can be safely operated. Further, the control unit 5 controls the gate voltage of the FETs 33 and 35 based on the temperature and current of each current limiting device 3 input from the monitoring unit 6, so that the maximum charge of the entire system within the safe operating range is achieved. A discharge current can be obtained.
- FIG. 11 is a circuit configuration diagram of a storage battery system according to a seventh embodiment of the present invention.
- the storage battery system 100F according to the seventh embodiment is different from the storage battery system 100 according to the first embodiment in that the current limiting device 50 includes six sets of anti-parallel connection units of FETs and diodes. Since other configurations are the same as those of the storage battery system 100 according to the first embodiment, description thereof is omitted.
- an antiparallel element unit in which an FET 33p and a diode 34p are connected in antiparallel and an antiparallel element unit in which an FET 35p and a diode 36p are connected in antiparallel are connected in series. It is connected.
- the FETs 33q and 35q and the diodes 34q and 36q, and the FETs 33r and 35r and the diodes 34r and 36r have the same configuration as described above.
- three sets of antiparallel element units connected in series are further connected in parallel. That is, in the storage battery system 100F according to the present embodiment, there are three charging paths or discharging paths.
- a FET operating in a constant current region generates heat because a drain current flows in a state where a voltage is applied between the drain and the source.
- the charge / discharge current is divided by increasing the number of FETs to have three charge / discharge paths, and the heat generated by the current flow can be distributed to each FET. it can. That is, by having a plurality of charging / discharging paths, it is possible to secure a charging / discharging current necessary for the storage battery system while suppressing the amount of heat generated from each FET and diode.
- FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a storage battery system according to the eighth embodiment of the present invention.
- the storage battery system 100G according to the eighth embodiment has the control unit 5 configured to connect the current limiting devices 3a and 3b via the wires 4a, 4b,. ,..., 3n are individually controlled.
- the other points are the same as in the case of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- the control unit 5 and the current control devices 3a, 3b,... 3n are connected via wirings 4a, 4b,.
- the wiring 4 a is connected to the input terminal of the photocoupler IC 312 provided in the voltage generation circuit 31.
- the wirings 4b,..., 4n are the same as described above.
- the charging / discharging current of the storage battery unit 2 can be interrupted by outputting an OFF signal to the current limiting device 3 corresponding to the deteriorated storage battery unit 2. it can.
- an ON signal can be continuously output to the current limiting device 3 corresponding to the normal storage battery unit 2. Therefore, the maintenance and replacement of the specific storage battery unit 2 can be performed while continuing the operation of the storage battery system 100G.
- the embodiment of this invention is not limited to these description, A various change etc. can be performed.
- the semiconductor element included in the current control device 3 may be a semiconductor element having constant current characteristics, such as a bipolar transistor or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
- the external power supply terminal 28 for supplying the power supply voltage can be shared by each current limiting device 3 instead of being provided individually by each current limiting device 3.
- the resistances R1, R2, R3, and R4 (see FIG. 4) for adjusting the gate voltage applied to the gates of the FETs 33 and 35 may be changed for each current limiting device 3. .
- the storage battery systems described in the first to eighth embodiments can be appropriately combined.
- the current limiting device 3A shown in FIG. 5 or the current limiting device 3B shown in FIG. 6 may be applied to the storage battery system 100C shown in FIG.
- the monitoring unit 6 outputs a predetermined signal to the control unit 5 based on the detection values input from the temperature sensor T and the current sensor A.
- the temperature sensor T may be installed in the current limiting device 3 and the current sensor A may not be installed.
- the monitoring unit 6 based on the detection value input from the temperature sensor T, the monitoring unit 6 performs, for example, the processes of steps S1 to S4 shown in FIG.
- the current sensor A and the voltage sensor V may be installed in the current limiting device 3 and the temperature sensor T may not be provided. Since the temperature of the current limiting device 3 is proportional to the power consumed by the current limiting device 3 (that is, the product of current and voltage), the monitoring unit 6 is based on the detection values input from the current sensor A and the voltage sensor V. Then, the temperature of the current limiting device may be estimated and the same control as that shown in FIG. 10 may be performed. In the sixth embodiment, the temperature sensor T or the current sensor A is installed in the current limiting device 3, but the present invention is not limited to this. That is, the temperature sensor T or the voltage sensor V may be installed in the storage battery unit 2.
- the storage battery unit 2 has been described as a configuration in which the cells are connected in series, but the present invention is not limited to this.
- the storage battery unit may be a unit in which single cells are connected in parallel, or a unit in which a plurality of single cells are connected in series is connected in parallel.
- the control unit 5 controls ON / OFF of the current limiting device 3.
- the control unit 5 is omitted and the voltage generation circuit 31 supplies the FETs 33 and 35 with a predetermined value. The gate voltage may be applied.
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Abstract
充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供する。 複数の単電池を有する蓄電池ユニット(2)と、蓄電池ユニット(2)に直列接続された電流制限手段(3)と、を備える複数の蓄電池モジュール(1)が並列接続された蓄電池システム(100)であって、電流制限手段(3)は、半導体素子(33,35)と、半導体素子(33,35)に所定電圧を印加することによって、半導体素子(33,35)を介した蓄電池ユニット(2)の充放電電流を、半導体素子(33,35)の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段(31,32)と、を備える。
Description
本発明は、複数の蓄電池ユニットが並列に接続された蓄電池システムに関する。
近年、地球温暖化ガスの低減や省エネルギの観点から、太陽光発電システムや風力発電システムなどの導入が進められている。そして、発電によって生成された電力を貯蔵して有効に利用するために、電力系統に大規模な蓄電池システムを導入することが検討されている。なお、大規模な蓄電池システムは、様々な環境下において長期間に亘って使用されることが想定されるため、厳しい環境条件で使用されても高い信頼性を維持することが要請される。
そこで、個々の単電池(セル)の取り扱い、運搬、及び管理などを考慮し、直列又は並列に接続された複数の単電池を蓄電池ユニットとし、この小中規模の蓄電池ユニットを複数個並べて直列又は並列に接続することにより、大規模な蓄電池システムを構成することが行われている。なお、なんらかの原因で短絡が起こった場合に過大な電流が流れることを防ぐため、直列セル群の並列構成が好適であると考えられる。
そのような構成にすると、個々の単電池の製造ばらつきや経時変化などによって、それぞれの蓄電池ユニットの電圧や電池容量に差異が生じる場合がある。そうすると、複数の蓄電池ユニットを並列に接続した蓄電池システムでは、蓄電池ユニットごとに流れる充放電電流が均等にならないため、蓄電池システム全体として充放電可能な電力量が大幅に減少する可能性がある。
例えば、特許文献1には、複数の電池ユニット(蓄電池ユニット)を並列に接続し、それぞれの電池ユニットから流れる電流を制限するための電流制御素子を備えた組電池システム(蓄電池システム)について記載されている。前記制御手段は、各電池ユニットを流れる電流などに応じて前記電流制御素子に送る信号レベルを制御する。
さらに、特許文献1には、前記電流制御素子として、当該電流制限素子を流れる電流の電流値が、制御手段から入力される電流制御信号に応じて変化するディスクリート素子を使用することが記載されている。
さらに、特許文献1には、前記電流制御素子として、当該電流制限素子を流れる電流の電流値が、制御手段から入力される電流制御信号に応じて変化するディスクリート素子を使用することが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の組電池システムでは、制御手段が、電池ユニットを流れる電流などに応じて電流制御素子への電流制御信号を出力し、各電池ユニットの充放電電流を制御している。つまり、前記組電池システムでは、電流制限素子を流れる電流などを検出するための検出手段、及び、当該検出手段から入力される検出値に応じた制御を行う制御手段を備える必要がある。
したがって、特許文献1に記載の組電池システムでは、回路構成が複雑になるとともに、部品点数が多くなってしまうという問題がある。
したがって、特許文献1に記載の組電池システムでは、回路構成が複雑になるとともに、部品点数が多くなってしまうという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供することを課題とする。
前記課題を達成するために、本発明に係る蓄電池システムは、複数の単電池を有する蓄電池ユニットと、前記蓄電池ユニットに直列接続された電流制限手段と、を備える複数の蓄電池モジュールが並列接続された蓄電池システムであって、前記電流制限手段は、半導体素子と、前記半導体素子に所定電圧を印加することによって、前記半導体素子を介した前記蓄電池ユニットの充放電電流を、前記半導体素子の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
≪第1実施形態≫
<蓄電池システムの構成>
図1は、蓄電池システムの概略的な回路構成図である。図1に示すように、蓄電池システム100は、蓄電池モジュール1a,1b,・・・,1nと、制御部5とを備える。
なお、蓄電池モジュール1a,1b,・・・,1nは互いに並列接続されている。
<蓄電池システムの構成>
図1は、蓄電池システムの概略的な回路構成図である。図1に示すように、蓄電池システム100は、蓄電池モジュール1a,1b,・・・,1nと、制御部5とを備える。
なお、蓄電池モジュール1a,1b,・・・,1nは互いに並列接続されている。
蓄電池モジュール1aは、複数の単電池(セル)が直列に接続された蓄電池ユニット2aと、電流制限装置3aとを備え、蓄電池ユニット2aの正極と蓄電池ユニット2aの端子Bとを接続した構成となっている。また、蓄電池モジュール1b,・・・,1nについても、蓄電池モジュール1aと同様の構成を備えている。
また、それぞれの電流制限装置3a,3b,・・・,3nは共通の配線4を介して制御部5に接続されている。
制御部5は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェースなどの電子回路(図示せず)を含んで構成され、それぞれの電流制限装置3a,3b,・・・,3nに対してON信号又はOFF信号を出力する。ちなみに、通常動作時では、制御部5は全ての電流制限装置3a,3b,・・・,3nに対してON信号を出力する。また、蓄電池の取替時やメンテナンス時に、制御部5は各電流制限装置に対してOFF信号を出力する。
また、各電流制限装置3a,3b,・・・,3nの端子Aはそれぞれ正極端子F+に接続され、各蓄電池ユニット2a,2b,・・・,2nの負極はそれぞれ負極端子F-に接続されている。ちなみに、正極端子F+と負極端子F-には外部負荷(図示せず)が接続される。
制御部5は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェースなどの電子回路(図示せず)を含んで構成され、それぞれの電流制限装置3a,3b,・・・,3nに対してON信号又はOFF信号を出力する。ちなみに、通常動作時では、制御部5は全ての電流制限装置3a,3b,・・・,3nに対してON信号を出力する。また、蓄電池の取替時やメンテナンス時に、制御部5は各電流制限装置に対してOFF信号を出力する。
また、各電流制限装置3a,3b,・・・,3nの端子Aはそれぞれ正極端子F+に接続され、各蓄電池ユニット2a,2b,・・・,2nの負極はそれぞれ負極端子F-に接続されている。ちなみに、正極端子F+と負極端子F-には外部負荷(図示せず)が接続される。
図2は、図1に示す電流制限装置の回路構成図である。なお、図2に示す端子A,B,Cはそれぞれ、図1に示す端子A,B,Cに対応している。
電流制限装置3a(図1参照)は、電圧生成回路31と、過電流保護回路32と、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)33,35と、ダイオード34,36と、を備える。
電流制限装置3a(図1参照)は、電圧生成回路31と、過電流保護回路32と、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)33,35と、ダイオード34,36と、を備える。
電圧生成回路31は、端子Haから供給される電源電圧を予め設定された所定電圧に変換し、過電流保護回路32を介してFET33のゲート-ソース間に電圧VGS1を印加し、FET35のゲート-ソース間に電圧VGS2を印加する。また、電圧生成回路31に接続されている端子Cには、制御部5(図3参照)からON信号又はOFF信号が入力される。
なお、電圧生成回路31の詳細については後記する。
なお、電圧生成回路31の詳細については後記する。
過電流保護回路32は、FET33,35に過電流が流れないようにするための回路である。なお、過電流保護回路32の詳細については後記する。
また、図2に示すように、FET33とダイオード34とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。同様に、FET35とダイオード36とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。
また、図2に示すように、FET33とダイオード34とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。同様に、FET35とダイオード36とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。
そして、これら2組の逆並列素子ユニットが逆向きに直列接続されている。なお、前記の「逆向きに直列接続」とは、FET33のソースとFET35のソースとが接続されている状態を示している。
また、FET33のゲートと、FET35のゲートはそれぞれ、過電流保護回路32に接続されている。また、FET33のソース、及び、FET35のソースはそれぞれ、中間点Pから共通の配線を介して過電流保護回路32に接続されている。
また、FET33のゲートと、FET35のゲートはそれぞれ、過電流保護回路32に接続されている。また、FET33のソース、及び、FET35のソースはそれぞれ、中間点Pから共通の配線を介して過電流保護回路32に接続されている。
ちなみに、制御部5からOFF信号が入力されている場合、電圧生成回路31はゲート電圧VGS1、VGS2を略ゼロとするように設定されている。この場合、FET11a,11bがOFF状態になり、蓄電池ユニット5(図1参照)の充放電電流が遮断される。
なお、前記では電流制限装置1a(図1参照)について説明したが、電流制限装置1b,・・・,1nについても同様の構成を備える。
なお、前記では電流制限装置1a(図1参照)について説明したが、電流制限装置1b,・・・,1nについても同様の構成を備える。
図3は、FETのドレイン-ソース間電圧VDSとドレイン電流IDSとの関係を示す特性図である。なお、図3に示す特性図の横軸はドレイン-ソース間電圧VDSを表し、縦軸はドレイン電流IDSを表わしている。
図3に示すように、FETが電流を流し始めるときのゲート-ソース間の閾値電圧をVthとすると、VDS<VGS-Vthの範囲では、ドレイン-ソース間電圧VDSとドレイン電流IDSとの関係が略線形となる線形領域となっている。また、VDS≧VGS-Vthの範囲では、ドレイン-ソース間電圧VDSが変化してもドレイン-ソース間電圧VDSが略一定である定電流領域となっている。
図3に示すように、FETが電流を流し始めるときのゲート-ソース間の閾値電圧をVthとすると、VDS<VGS-Vthの範囲では、ドレイン-ソース間電圧VDSとドレイン電流IDSとの関係が略線形となる線形領域となっている。また、VDS≧VGS-Vthの範囲では、ドレイン-ソース間電圧VDSが変化してもドレイン-ソース間電圧VDSが略一定である定電流領域となっている。
ゲート電圧VGSを変化させると、図3の上下矢印で示すように、ドレイン電流IDSが変化する。つまり、ゲート電圧VGSを低くするとドレイン電流IDSは減少し、ゲート電圧VGSを高くするとドレイン電流IDSは増加する。
したがって、FETを定電流領域で動作させた場合、ゲート電圧VGSが一定であれば、ドレイン-ソース間電圧VDSが変化してもドレイン電流IDSはほとんど変化しない。
ちなみに、ゲート電圧VGSが、VGS<Vthとなる範囲では、FETの動作点が遮断領域(弱反転領域)に入るため、ドレイン電流IDSはほとんど流れなくなる。
したがって、FETを定電流領域で動作させた場合、ゲート電圧VGSが一定であれば、ドレイン-ソース間電圧VDSが変化してもドレイン電流IDSはほとんど変化しない。
ちなみに、ゲート電圧VGSが、VGS<Vthとなる範囲では、FETの動作点が遮断領域(弱反転領域)に入るため、ドレイン電流IDSはほとんど流れなくなる。
図4は、蓄電池システムの回路構成図である。蓄電池ユニット2a,・・・,2n、FET33,35、ダイオード34,36、及び制御部5については図1、図2を用いて説明したので、ここでは電圧生成回路31及び過電流保護回路32について詳細に説明する。
なお、以下の記載において、蓄電池ユニット2a,・・・,2nを総称する場合には、「蓄電池ユニット2」と記載することがあるものとする。また、電流制限装置3a,・・・,3nなどについても前記と同様とする。
なお、以下の記載において、蓄電池ユニット2a,・・・,2nを総称する場合には、「蓄電池ユニット2」と記載することがあるものとする。また、電流制限装置3a,・・・,3nなどについても前記と同様とする。
電圧生成回路31は、DC/DCコンバータ311と、フォトカプラIC312とを備える。
DC/DCコンバータ311は、電源端子Haを介して供給される電源電圧Vccを所定電圧に変換し、当該所定電圧を出力端子Voff,VonからフォトカプラIC312に供給する。内部共通端子comは、FET33のソースと、FET35のソースとに接続されている。出力端子VoffはFET33,35を遮断させる際に所定電圧を出力する端子であり、出力端子VonはFET33,35を定電流領域で動作させる際に所定電圧を出力する端子である。
DC/DCコンバータ311は、電源端子Haを介して供給される電源電圧Vccを所定電圧に変換し、当該所定電圧を出力端子Voff,VonからフォトカプラIC312に供給する。内部共通端子comは、FET33のソースと、FET35のソースとに接続されている。出力端子VoffはFET33,35を遮断させる際に所定電圧を出力する端子であり、出力端子VonはFET33,35を定電流領域で動作させる際に所定電圧を出力する端子である。
フォトカプラIC312は、フォトカプラQと、増幅回路Sと、バイアス電圧発生回路Tと、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)M1,M2と、を備える。
フォトカプラQは、入力された電気信号を光に変換し、その光で受光素子(図示せず)を導通させることにより信号を伝達するものである。なお、前記電気信号は、配線4を介して制御部5から入力される
増幅回路Sは、フォトカプラQから入力される電流を増幅し、バイアス電圧発生回路Tに出力する。バイアス電圧発生回路Tは、それぞれのMOSFET(M1,M2)を適切に動作させるためのバイアス電圧を発生させる。MOSFET(M1,M2)は、バイアス電圧発生回路Tから入力される電圧に応じて、出力端子Dを所定電位とする。
フォトカプラQは、入力された電気信号を光に変換し、その光で受光素子(図示せず)を導通させることにより信号を伝達するものである。なお、前記電気信号は、配線4を介して制御部5から入力される
増幅回路Sは、フォトカプラQから入力される電流を増幅し、バイアス電圧発生回路Tに出力する。バイアス電圧発生回路Tは、それぞれのMOSFET(M1,M2)を適切に動作させるためのバイアス電圧を発生させる。MOSFET(M1,M2)は、バイアス電圧発生回路Tから入力される電圧に応じて、出力端子Dを所定電位とする。
つまり、電圧生成回路31は、制御部5から入力されるON/OFF信号に応じた所定電圧を、過電流保護回路32を介してFET33及びFET35に印加するようになっている。
より具体的には、電圧生成回路31は、制御部5からON信号が入力されている場合、FET33,35のそれぞれに対して略同じ値であるゲート電圧VGS1、VGS2(例えば、V1:図3参照)を印加する。
より具体的には、電圧生成回路31は、制御部5からON信号が入力されている場合、FET33,35のそれぞれに対して略同じ値であるゲート電圧VGS1、VGS2(例えば、V1:図3参照)を印加する。
前記ゲート電圧VGS1、VGS2がそれぞれ、FET33,35の閾値電圧Vth(図3参照)より大きい場合、外部負荷(図示せず)から蓄電池ユニット2aに充電電流が流れるか、又は、蓄電池ユニット2aから外部負荷に放電電流が流れる。
より具体的には、外部負荷(図示せず)から、端子A、FET33、ダイオード36、及び端子Bを介して蓄電池ユニット2aに充電電流が流入する。また、蓄電池ユニット2aから、端子B、FET35、ダイオード34、及び端子Aを介して放電電流が外部負荷(図示せず)に流出する。
より具体的には、外部負荷(図示せず)から、端子A、FET33、ダイオード36、及び端子Bを介して蓄電池ユニット2aに充電電流が流入する。また、蓄電池ユニット2aから、端子B、FET35、ダイオード34、及び端子Aを介して放電電流が外部負荷(図示せず)に流出する。
過電流保護回路32は、ツェナーダイオードZ1,Z2,Z3,Z4と、抵抗R1,R2,R3,R4と、を備える。
ツェナーダイオードZ1,Z2は互いに逆向きに直列接続されている。抵抗R3は、FET33のゲートに一端が接続され、電圧生成回路31の出力端子Dに他端が接続されている。抵抗R1は、FET33のゲート-ソース間にツェナーダイオードZ1,Z2と並列接続されるとともに、抵抗R3の前記一端に接続されている。
なお、ツェナーダイオードZ3,Z4、及び、抵抗R2,R4はFET35を保護するためのものであり、前記と同様に接続されている。
ツェナーダイオードZ1,Z2は互いに逆向きに直列接続されている。抵抗R3は、FET33のゲートに一端が接続され、電圧生成回路31の出力端子Dに他端が接続されている。抵抗R1は、FET33のゲート-ソース間にツェナーダイオードZ1,Z2と並列接続されるとともに、抵抗R3の前記一端に接続されている。
なお、ツェナーダイオードZ3,Z4、及び、抵抗R2,R4はFET35を保護するためのものであり、前記と同様に接続されている。
ツェナーダイオードZ1,Z2は、FET33に過剰な充放電電流が流れることを防止するものである。また、ツェナーダイオードZ3,Z4は、FET35に過剰な充放電電流が流れることを防止するものである。
抵抗R1,R3は、電圧発生回路31の内部共通端子comに対する出力端子Dの電圧を分圧し、FET33のゲート-ソース間に適切な電圧が印加されるようにするものである。抵抗R2,R4についても前記と同様に、適切な電圧がFET35のゲートソース間に印加されるようにするものである。
そして、抵抗R3と抵抗R4とが共通の接続点Eを介して電圧生成回路31の出力端子Dに接続されている。
抵抗R1,R3は、電圧発生回路31の内部共通端子comに対する出力端子Dの電圧を分圧し、FET33のゲート-ソース間に適切な電圧が印加されるようにするものである。抵抗R2,R4についても前記と同様に、適切な電圧がFET35のゲートソース間に印加されるようにするものである。
そして、抵抗R3と抵抗R4とが共通の接続点Eを介して電圧生成回路31の出力端子Dに接続されている。
なお、前記では電流制限装置3aが備える電圧生成回路31及び過電流保護回路32について説明したが、電流制限装置3b,・・・,3nも同様の構成を備える。
また、フォトカプラIC312と制御部5とを接続する配線4は、各電流制限装置3で共通となっている。
ちなみに、電流制限装置3b,・・・,3nも、電流制限装置3aと同様の構成を備えている。
また、フォトカプラIC312と制御部5とを接続する配線4は、各電流制限装置3で共通となっている。
ちなみに、電流制限装置3b,・・・,3nも、電流制限装置3aと同様の構成を備えている。
<作用・効果1>
(1.制御部からON信号が入力される場合)
制御部5からON信号が入力されると、電流制限装置3のDC/DCコンバータ311は、前記ON信号に対応する電圧を出力端子VonからフォトカプラIC312に出力する。
そして、フォトカプラICは、制御部5から配線4を介して入力されるON信号の値に応じて、端子Dを所定電位とする。
(1.制御部からON信号が入力される場合)
制御部5からON信号が入力されると、電流制限装置3のDC/DCコンバータ311は、前記ON信号に対応する電圧を出力端子VonからフォトカプラIC312に出力する。
そして、フォトカプラICは、制御部5から配線4を介して入力されるON信号の値に応じて、端子Dを所定電位とする。
そうすると、DC/DCコンバータ31の内部共通端子comの電位を基準とした電圧VGS1,VGS2(図2参照)が、端子Dの前記電位に応じた所定電圧VONとなる。つまり、FET33,35のゲート電圧として、電圧VONが印加される。
したがって、図4に示す回路において、制御部5からON信号がフォトカプラIC312に入力されると、それぞれのFET33,35のドレイン電流IDと、ドレイン-ソース間電圧VDSとが、例えば図3の実線で示す関係になる。
この場合、FET33,35のゲート電圧は閾値電圧Vthよりも高いため、FET33,35の特性は遮断領域に入っていない。
したがって、図4に示す回路において、制御部5からON信号がフォトカプラIC312に入力されると、それぞれのFET33,35のドレイン電流IDと、ドレイン-ソース間電圧VDSとが、例えば図3の実線で示す関係になる。
この場合、FET33,35のゲート電圧は閾値電圧Vthよりも高いため、FET33,35の特性は遮断領域に入っていない。
ここで、図2に示す端子A,B間に印加される電圧が小さい場合には、FET33,35のドレイン-ソース間電圧VDSも小さくなるため、図3に示すように、FET33,35は線形領域で動作する。
また、図2に示す端子A,B間に印加される電圧が大きい場合には、FET33,35のドレイン-ソース間電圧VDSも大きくなるため、図3に示すように、FET33,35は定電流領域で動作する。この場合、例えば、ドレイン-ソース間電圧VDSが図3に示す電圧V1から電圧V2に変化した場合でも、ドレイン電流IDはほとんど変化しない。
また、図2に示す端子A,B間に印加される電圧が大きい場合には、FET33,35のドレイン-ソース間電圧VDSも大きくなるため、図3に示すように、FET33,35は定電流領域で動作する。この場合、例えば、ドレイン-ソース間電圧VDSが図3に示す電圧V1から電圧V2に変化した場合でも、ドレイン電流IDはほとんど変化しない。
なお、電圧生成回路31は、FET33,35のゲートに印加する電圧VONが、図3に示す閾値電圧Vthよりも高く、かつ、定電流領域におけるドレイン電流IDが所望の電流値となるように予め設定されている。
したがって、電流制限装置3にON信号が入力され、FET33,35のドレイン-ソース間電圧VDSが、電圧値V0(図3に示す線形領域と定電流領域との境界の電圧値)以上となった場合には、FET33,35の特性によって自動的にドレイン電流IDが制限されるようになっている。
したがって、電流制限装置3にON信号が入力され、FET33,35のドレイン-ソース間電圧VDSが、電圧値V0(図3に示す線形領域と定電流領域との境界の電圧値)以上となった場合には、FET33,35の特性によって自動的にドレイン電流IDが制限されるようになっている。
例えば、蓄電池ユニット2a(図4参照)に充電する場合には、前記したように、FET33及びダイオード36を経由して外部負荷(図示せず)から蓄電池ユニット2aに向けて電流が流れる。ここで、FET33は前記の特性を持つため、充電電流を所定値以下に制限することができる。
一方、蓄電池ユニット2aから放電する場合には、前記したように、FET35及びダイオード34を経由して蓄電池ユニット2aから外部負荷(図示せず)に向けて電流が流れる。ここで、FET35は前記の特性を持つため、放電電流を所定値以下に制限することができる。したがって、例えば、電圧の異なる蓄電池を新たに並列接続する際に、電圧の差によって大きな突入電流が蓄電池2に流れることを防止することができる。
一方、蓄電池ユニット2aから放電する場合には、前記したように、FET35及びダイオード34を経由して蓄電池ユニット2aから外部負荷(図示せず)に向けて電流が流れる。ここで、FET35は前記の特性を持つため、放電電流を所定値以下に制限することができる。したがって、例えば、電圧の異なる蓄電池を新たに並列接続する際に、電圧の差によって大きな突入電流が蓄電池2に流れることを防止することができる。
ちなみに、蓄電池ユニット2aに充電するか、又は、蓄電池ユニット2aから放電するかは、蓄電池システム100と外部負荷(図示せず)との関係によって決まるものである。
したがって、本実施形態に係る蓄電池システム100によれば、FET33,35の特性を生かして、自動的に蓄電池ユニット2aの充放電電流を所定値以下に制限することができる。なお、蓄電池ユニット2b,・・・,2n、及び、電流制限装置3a,・・・,3b(図4参照)についても、前記と同様のことがいえる。
したがって、本実施形態に係る蓄電池システム100によれば、FET33,35の特性を生かして、自動的に蓄電池ユニット2aの充放電電流を所定値以下に制限することができる。なお、蓄電池ユニット2b,・・・,2n、及び、電流制限装置3a,・・・,3b(図4参照)についても、前記と同様のことがいえる。
また、逆並列に接続されたFET33とダイオード34、及びFET35とダイオード36は、電流制限手段3の双方向に電流が流れるように、互いに逆向きに直列接続されている。したがって、蓄電池ユニット2の充電/放電に合わせて、いずれか一方のFET(FET33又はFET35)が電流制限機能を担うこととなる。
ちなみに、単電池(セル)の経時変化などによって、並列に接続された蓄電池ユニット2間の内部抵抗や電圧にばらつきがある場合には、蓄電池ユニット2間で横流が生じる。当該横流によって、並列接続された蓄電池ユニット2間における電圧のばらつきが均等化される。
仮に、電流制限装置3を備えておらず、かつ、蓄電池ユニット2の内部抵抗が異なる場合には、内部抵抗が小さい蓄電池ユニット2の充放電電流が最も先に定格電流に達してしまうため、内部抵抗が大きい蓄電池ユニット2は定格電流に達し得ない。
一方、本実施形態に係る蓄電池システム100では、各蓄電池ユニット2に電流制限装置3が接続されているため、過剰な横流を抑制しつつ蓄電池ユニット2間の電圧を均等化することができる。
これによって、それぞれの蓄電池ユニット2から定格電流を取り出すことが可能となり、システム全体として最大の充放電電流を得ることが可能となる。
一方、本実施形態に係る蓄電池システム100では、各蓄電池ユニット2に電流制限装置3が接続されているため、過剰な横流を抑制しつつ蓄電池ユニット2間の電圧を均等化することができる。
これによって、それぞれの蓄電池ユニット2から定格電流を取り出すことが可能となり、システム全体として最大の充放電電流を得ることが可能となる。
また、本実施形態に係る蓄電池システム100によれば、簡単な回路構成でそれぞれの蓄電池ユニット2の充放電電流を所定値以下に制限するとともに、蓄電池ユニット2間の電圧を均等化することができる。これによって、蓄電池ユニット2を保護して安全な運用を可能とするとともに、蓄電池システム全体として最大の充放電電力を得ることができる。
また、制御部5からOFF信号が入力されると、FET33,35のゲート電圧として、前記OFF信号に対応する電圧VOFFが印加される。ここで、電圧VOFFはゲート-ソース間閾値電圧Vthよりも低くなるように電圧生成手段31が設定されている。したがって、それぞれのFET33,35が、図3の斜線で示す遮断領域で動作することとなる。この場合、FET33,35にはドレイン電流IDが流れないため、それぞれの蓄電池ユニット2の充放電電流がゼロとなる。
すなわち、FET33,35を遮断領域で動作させることによって、端子A,B間を電気的に遮断し、それぞれの蓄電池ユニット2の充放電を停止させることができる。
すなわち、FET33,35を遮断領域で動作させることによって、端子A,B間を電気的に遮断し、それぞれの蓄電池ユニット2の充放電を停止させることができる。
≪第2実施形態≫
図5は、本発明の第2実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第2実施形態に係る蓄電池システム100Aは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置3Aの構成が異なるが、その他の構成については第1実施形態の場合と同様である。
したがって、電流制限装置3Aについて説明し、他の構成については説明を省略する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第2実施形態に係る蓄電池システム100Aは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置3Aの構成が異なるが、その他の構成については第1実施形態の場合と同様である。
したがって、電流制限装置3Aについて説明し、他の構成については説明を省略する。
図5に示すように、電流制限装置3Aは、FET33とダイオード34とが順方向に直列に接続された直列素子ユニットと、FET35とダイオード36とが順方向に直列に接続された直列素子ユニットとを備えている。前記2組の直列素子ユニットは、電流制限装置4の双方向に電流が流れるように逆並列に接続されている。
FET33のソースはダイオード34のアノードに接続され、ゲートは過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ドレインは端子Aに接続されている。なお、ダイオード34のカソードは端子Bに接続されている。
また、FET35のソースはダイオード36のアノードに接続され、ゲートは過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ドレインは端子Bに接続されている。なお、ダイオード35のカソードは端子Aに接続されている。
さらに、電圧生成回路31から、FET33,35に印加するゲート電圧を供給するための配線がそれぞれ設けられている。
また、FET35のソースはダイオード36のアノードに接続され、ゲートは過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ドレインは端子Bに接続されている。なお、ダイオード35のカソードは端子Aに接続されている。
さらに、電圧生成回路31から、FET33,35に印加するゲート電圧を供給するための配線がそれぞれ設けられている。
<効果2>
蓄電池ユニット2(図4参照)に充電電流が流入する場合には、FET33及びダイオード34を経由し、蓄電池ユニット2に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット2から放電電流が流出する場合には、FET35及びダイオード36を経由し、外部負荷(図示せず)に向かって放電電流が流れる。
また、制御部5(図4参照)から入力される信号に基づいて、電圧生成回路31(図4参照)がFET33,35の各ゲートに所定のゲート電圧VGS1,VGS2を印加する。これによって、FET33,35を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧VGS1,VGS2に対応する制限電流値以下とすることができる。
蓄電池ユニット2(図4参照)に充電電流が流入する場合には、FET33及びダイオード34を経由し、蓄電池ユニット2に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット2から放電電流が流出する場合には、FET35及びダイオード36を経由し、外部負荷(図示せず)に向かって放電電流が流れる。
また、制御部5(図4参照)から入力される信号に基づいて、電圧生成回路31(図4参照)がFET33,35の各ゲートに所定のゲート電圧VGS1,VGS2を印加する。これによって、FET33,35を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧VGS1,VGS2に対応する制限電流値以下とすることができる。
≪第3実施形態≫
図6は、本発明の第3実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第3実施形態に係る蓄電池システム100Bは、第2実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、FET33及びダイオード34の配置が異なる。
図6は、本発明の第3実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第3実施形態に係る蓄電池システム100Bは、第2実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、FET33及びダイオード34の配置が異なる。
図6に示すように、FET33のドレインはダイオード34のカソードに接続され、ゲートは過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ソースは端子Bに接続されている。なお、ダイオード34のアノードは端子Aに接続されている。
また、FET35のドレインはダイオード36のカソードに接続され、ゲートには過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ソースは端子Aに接続されている。なお、ダイオード36のアノードは端子Bに接続されている。
さらに、電圧生成回路31から、FET33,35にゲート電圧を印加するための配線がそれぞれ設けられている。
また、FET35のドレインはダイオード36のカソードに接続され、ゲートには過電流保護回路32を介して電圧生成回路31の出力端子D(図4参照)に接続され、ソースは端子Aに接続されている。なお、ダイオード36のアノードは端子Bに接続されている。
さらに、電圧生成回路31から、FET33,35にゲート電圧を印加するための配線がそれぞれ設けられている。
<効果3>
蓄電池ユニット2(図4参照)に充電電流が流入する場合には、ダイオード34及びFET33を経由し、蓄電池ユニット2に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット2から放電電流が流出する場合には、ダイオード36及びFET35を経由し、外部負荷(図示せず)に向かって放電電流が流れる。
また、制御部5(図4参照)から入力される信号に基づいて、電圧生成回路31(図4参照)がFET33,35の各ゲートに所定のゲート電圧VGS1,VGS2を印加する。これによって、FET33,35を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧VGS1,VGS2に対応する制限電流値以下とすることができる。
蓄電池ユニット2(図4参照)に充電電流が流入する場合には、ダイオード34及びFET33を経由し、蓄電池ユニット2に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット2から放電電流が流出する場合には、ダイオード36及びFET35を経由し、外部負荷(図示せず)に向かって放電電流が流れる。
また、制御部5(図4参照)から入力される信号に基づいて、電圧生成回路31(図4参照)がFET33,35の各ゲートに所定のゲート電圧VGS1,VGS2を印加する。これによって、FET33,35を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧VGS1,VGS2に対応する制限電流値以下とすることができる。
≪第4実施形態≫
図7は、本発明の第4実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第1実施形態に係る蓄電池システム100は、それぞれの電流制限装置3が電圧生成回路31を備える構成であるが(図4参照)、第4実施形態に係る蓄電池システム100Cは、それぞれの電流制限装置30(30a,・・・,30n)が電圧生成回路31を備えていない点が異なる。また、第4実施形態に係る蓄電池システム100Cは、電圧生成回路31及び制御部51を有する制御装置50を備えた構成となっている。
なお、その他の構成については第1実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第1実施形態に係る蓄電池システム100は、それぞれの電流制限装置3が電圧生成回路31を備える構成であるが(図4参照)、第4実施形態に係る蓄電池システム100Cは、それぞれの電流制限装置30(30a,・・・,30n)が電圧生成回路31を備えていない点が異なる。また、第4実施形態に係る蓄電池システム100Cは、電圧生成回路31及び制御部51を有する制御装置50を備えた構成となっている。
なお、その他の構成については第1実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
図7に示すように、制御装置50は、DC/DCコンバータ311と、フォトカプラIC312とを有する電圧生成装置31と、制御部5とを備える。また、電圧生成装置31の出力端子Dは、配線4を介してそれぞれの電流制限装置30に接続されている。
さらに、それぞれの電流制限装置30は、電圧生成装置31の出力端子Dに接続されている過電流保護回路32と、FET33,35と、ダイオード34,36と、を備える。
なお、過電流保護回路32、FET33,35、及びダイオード34,36の接続関係は第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから、説明を省略する。
さらに、それぞれの電流制限装置30は、電圧生成装置31の出力端子Dに接続されている過電流保護回路32と、FET33,35と、ダイオード34,36と、を備える。
なお、過電流保護回路32、FET33,35、及びダイオード34,36の接続関係は第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから、説明を省略する。
<効果4>
本実施形態に係る蓄電池システム100Cによれば、それぞれの蓄電池ユニット2に対応して電圧生成回路31を設ける必要がないため、蓄電池システム100C全体の部品点数を削減して回路を簡素化することができる。その結果、蓄電池システムの製造コストを抑えることが可能となる。
本実施形態に係る蓄電池システム100Cによれば、それぞれの蓄電池ユニット2に対応して電圧生成回路31を設ける必要がないため、蓄電池システム100C全体の部品点数を削減して回路を簡素化することができる。その結果、蓄電池システムの製造コストを抑えることが可能となる。
≪第5実施形態≫
図8は、本発明の第5実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第5実施形態に係る蓄電池システム100Dは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、DC/DCコンバータが電圧制御端子Vctrlを備え、制御部5が電圧制御信号を電圧制御端子Vctrlに入力する点が異なる。また、蓄電池システム100DはフォトカプラIC312(図4参照)を備えていない点が異なる。
なお、その他の構成については第1実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
図8は、本発明の第5実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第5実施形態に係る蓄電池システム100Dは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、DC/DCコンバータが電圧制御端子Vctrlを備え、制御部5が電圧制御信号を電圧制御端子Vctrlに入力する点が異なる。また、蓄電池システム100DはフォトカプラIC312(図4参照)を備えていない点が異なる。
なお、その他の構成については第1実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
図8に示すDC/DCコンバータ310が備える制御端子Vctrlは制御部5と接続されている。そして、DC/DCコンバータ310は電源電圧Vccを、制御部5から入力される電圧制御信号に応じた所定電圧に変換し、当該所定電圧を出力端子Voutから過電流保護回路32を介してFET33,35のゲート-ソース間に印加する。ちなみに、DC/DCコンバータ310の内部共通端子comは、FET33のソースと、FET35のソースとに接続されている。
制御部5は、電圧制御信号を、DC/DCコンバータ310の電圧制御端子Vctrlに出力することにより、電流制限装置40への入力電圧(つまり、FET33,34のゲート電圧)を調整するようになっている。
制御部5は、電圧制御信号を、DC/DCコンバータ310の電圧制御端子Vctrlに出力することにより、電流制限装置40への入力電圧(つまり、FET33,34のゲート電圧)を調整するようになっている。
<効果5>
本実施形態に係る蓄電池システム100Dによれば、制御部5から電圧制御端子Vctrlに入力される電圧制御信号に応じてFET33,34の各ゲート電圧が変化するため、FET33,34を通流する充放電電流の制限値を任意のレベルに変えることができる(図3参照)。
したがって、蓄電池ユニット2の電池容量や内部抵抗などの状態に応じて充放電電流の大きさを変化させることができる。例えば、蓄電池ユニット2の電池容量(残容量)が少なくなった場合には、ゲート電圧VGSを低くすることによって、蓄電池ユニットの充放電電流を小さくすることができる。
本実施形態に係る蓄電池システム100Dによれば、制御部5から電圧制御端子Vctrlに入力される電圧制御信号に応じてFET33,34の各ゲート電圧が変化するため、FET33,34を通流する充放電電流の制限値を任意のレベルに変えることができる(図3参照)。
したがって、蓄電池ユニット2の電池容量や内部抵抗などの状態に応じて充放電電流の大きさを変化させることができる。例えば、蓄電池ユニット2の電池容量(残容量)が少なくなった場合には、ゲート電圧VGSを低くすることによって、蓄電池ユニットの充放電電流を小さくすることができる。
≪第6実施形態≫
図9は、本発明の第6実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。本実施形態に係る蓄電池システム100Eは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置3の電流、電圧、又は温度を監視する監視部6が追加されている点が異なる。その他の構成は第1実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
なお、以下では監視部6が電流制限装置3の温度及び電流を監視し、制御部5が前記温度及び電流に基づいて制限電流値を制御する場合について説明する。
図9は、本発明の第6実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。本実施形態に係る蓄電池システム100Eは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置3の電流、電圧、又は温度を監視する監視部6が追加されている点が異なる。その他の構成は第1実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
なお、以下では監視部6が電流制限装置3の温度及び電流を監視し、制御部5が前記温度及び電流に基づいて制限電流値を制御する場合について説明する。
図9に示すように、蓄電池システム100Eは、蓄電池ユニット2と、電流制限装置3と、温度センサTa,Tb,・・・,Tnと、電流センサAa,Ab,・・・,Anと、監視部6と、制御部5と、を備えている。
蓄電池ユニット2及び電流制限装置3については、第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから説明を省略する。
蓄電池ユニット2及び電流制限装置3については、第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから説明を省略する。
温度センサTaは、電流制限装置3aに設置されており、電流制限装置3aの温度を検出して監視部6に出力する。なお、温度センサTb,・・・,Tnについても同様である。
電圧センサAaは、電流制限装置3aに直列に接続されており、電流制限装置3aを通流する電流を検出して監視部6に出力する。なお、電流センサAb,・・・,Anについても同様である。
電圧センサAaは、電流制限装置3aに直列に接続されており、電流制限装置3aを通流する電流を検出して監視部6に出力する。なお、電流センサAb,・・・,Anについても同様である。
監視部6は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェースなどの電子回路(図示せず)を含んで構成され、それぞれの温度センサT及び電流センサAから入力される検出値に応じて、制御部5に制限電流値の低減指示信号若しくは増加指示信号、又は、電流遮断指示信号を出力する。
制御部5は、監視部6から入力された前記各信号に応じて、それぞれの電流制限装置3のゲート電圧(つまり、制限電流値:図3参照)を制御する。
制御部5は、監視部6から入力された前記各信号に応じて、それぞれの電流制限装置3のゲート電圧(つまり、制限電流値:図3参照)を制御する。
図10は、第6実施形態に係る蓄電池システムが行う監視制御の流れを示すフローチャートである。
ステップS1において監視部6は、温度センサTから入力される電流制限装置3の温度が所定温度Ta以上であるか否か判断する。ちなみに、所定温度Taは蓄電池ユニット2の充放電がほぼ定格電流で行われている場合の温度であり、予め設定されている温度(例えば、60℃)である。
電流制限装置3の温度が所定温度Ta以上である場合(ステップS1→Yes)、監視部6の処理はステップS2に進む。電流制限装置3の温度が所定温度Ta未満である場合(ステップS1→No)、監視部6の処理はステップS5に進む。
ステップS1において監視部6は、温度センサTから入力される電流制限装置3の温度が所定温度Ta以上であるか否か判断する。ちなみに、所定温度Taは蓄電池ユニット2の充放電がほぼ定格電流で行われている場合の温度であり、予め設定されている温度(例えば、60℃)である。
電流制限装置3の温度が所定温度Ta以上である場合(ステップS1→Yes)、監視部6の処理はステップS2に進む。電流制限装置3の温度が所定温度Ta未満である場合(ステップS1→No)、監視部6の処理はステップS5に進む。
ステップS2において監視部6は、温度センサTから入力される電流制限装置3の温度が所定温度Tb以上であるか否か判断する。ちなみに、所定温度Tbは蓄電池システム100Eが安全に動作する上での閾値であり、予め設定されている温度(例えば、100℃)である。
電流制限装置3の温度が所定温度Tb以上である場合(ステップS2→Yes)、監視部6の処理はステップS3に進む。電流制限装置3の温度が所定温度Tb未満である場合(ステップS2→No)、監視部6の処理はステップS4に進む。
電流制限装置3の温度が所定温度Tb以上である場合(ステップS2→Yes)、監視部6の処理はステップS3に進む。電流制限装置3の温度が所定温度Tb未満である場合(ステップS2→No)、監視部6の処理はステップS4に進む。
ステップS3において監視部6は、制御部5に電流遮断指示信号を出力する。これは。電流制限装置3が安全な温度範囲を超えた高温で動作しているためである。
なお、監視部6から電流遮断信号が入力された場合、制御部5は電流制限装置3が備えるFET33,35を遮断領域で動作させることによって(図3参照)、蓄電池ユニット2が充放電電流を遮断する。
なお、監視部6から電流遮断信号が入力された場合、制御部5は電流制限装置3が備えるFET33,35を遮断領域で動作させることによって(図3参照)、蓄電池ユニット2が充放電電流を遮断する。
ステップS4において監視部6は、制御部5に制限電流値の低減指示信号を出力する。すなわち、電流制限装置3は安全な温度範囲内で動作しているものの、比較的温度が高いため(つまり、定格電流に近い値の電流が流れているため)、蓄電池ユニット2の充放電電流を低減させる。
なお、監視部6から制限電流値の低減指示信号が入力された場合、制御部5は、予め設定された所定電圧(例えば、25mV)だけFET33,35に印加するゲート電圧を低下させる。そうすると、前記ゲート電圧の低下に対応して、電流制限装置3の制限電流値が低減する(図3参照)。
なお、監視部6から制限電流値の低減指示信号が入力された場合、制御部5は、予め設定された所定電圧(例えば、25mV)だけFET33,35に印加するゲート電圧を低下させる。そうすると、前記ゲート電圧の低下に対応して、電流制限装置3の制限電流値が低減する(図3参照)。
ステップS5において監視部6は、電流センサAから入力される電流値に基づいて、電流制限装置3が定格電流で動作しているか否かを判断する。なお、定格電流の値は監視部6の記憶手段(図示せず)に予め記憶されている。
電流制限装置3が定格電流で動作している場合(ステップS5→Yes)、監視部6の処理はステップS1に戻る。電流制限装置3が定格電流で動作していない、つまり、定格電流未満で動作している場合(ステップS5→No)、監視部6の処理はステップS6に進む。
電流制限装置3が定格電流で動作している場合(ステップS5→Yes)、監視部6の処理はステップS1に戻る。電流制限装置3が定格電流で動作していない、つまり、定格電流未満で動作している場合(ステップS5→No)、監視部6の処理はステップS6に進む。
ステップS6において監視部6は、制御部5に制限電流値の増加指示信号を出力する。これは、電流制限装置3を通流する電流値は定格電流に達しておらず、制限電流値を所定量増加させても支障はないからである。
なお、監視部6から制限電流値の増加指示信号が入力された場合、制御部5は、予め設定された所定電圧(例えば、25mV)だけFET33,35に印加するゲート電圧を上昇させる。そうすると、前記ゲート電圧の上昇に対応して、電流制限装置3の制限電流値が増加する(図3参照)。
なお、監視部6から制限電流値の増加指示信号が入力された場合、制御部5は、予め設定された所定電圧(例えば、25mV)だけFET33,35に印加するゲート電圧を上昇させる。そうすると、前記ゲート電圧の上昇に対応して、電流制限装置3の制限電流値が増加する(図3参照)。
<効果6>
本実施形態に係る蓄電池システム100Eによれば、電流制限装置3が高温となっている場合、制御部5が電流制限装置3が備えるFET33,35を遮断領域で動作させる。つまり、蓄電池ユニット2の充放電を行わないようにすることによって、蓄電池システム100Eを安全に運用することができる。
また、監視部6から入力される各電流制限装置3の温度及び電流に基づいて、制御部5がFET33,35のゲート電圧を制御することによって、安全な動作範囲内でシステム全体として最大の充放電電流を得ることができる。
本実施形態に係る蓄電池システム100Eによれば、電流制限装置3が高温となっている場合、制御部5が電流制限装置3が備えるFET33,35を遮断領域で動作させる。つまり、蓄電池ユニット2の充放電を行わないようにすることによって、蓄電池システム100Eを安全に運用することができる。
また、監視部6から入力される各電流制限装置3の温度及び電流に基づいて、制御部5がFET33,35のゲート電圧を制御することによって、安全な動作範囲内でシステム全体として最大の充放電電流を得ることができる。
≪第7実施形態≫
図11は、本発明の第7実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第7実施形態に係る蓄電池システム100Fは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置50がFETとダイオードの逆並列接続ユニットを6組備える点が異なる。その他の構成は第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから説明を省略する。
図11は、本発明の第7実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第7実施形態に係る蓄電池システム100Fは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、電流制限装置50がFETとダイオードの逆並列接続ユニットを6組備える点が異なる。その他の構成は第1実施形態に係る蓄電池システム100と同様であるから説明を省略する。
図11に示すように、電流制限装置60において、FET33pとダイオード34pとを逆並列に接続した逆並列素子ユニットと、FET35pとダイオード36pとを逆並列に接続した逆並列素子ユニットと、が直列に接続されている。FET33q,35q及びダイオード34q,36q、並びに、FET33r,35r及びダイオード34r,36rについても前記と同様の構成を備える。
そして、3組の直列接続された逆並列素子ユニットがさらに並列接続された構成となっている。すなわち、本実施形態に係る蓄電池システム100Fでは、充電経路又は放電経路が3つ存在する。
そして、3組の直列接続された逆並列素子ユニットがさらに並列接続された構成となっている。すなわち、本実施形態に係る蓄電池システム100Fでは、充電経路又は放電経路が3つ存在する。
<効果7>
通常、定電流領域で動作するFETはドレイン-ソース間に電圧が印加された状態でドレイン電流が流れるため、発熱する。本実施形態に係る蓄電池システム100Fによれば、FETの数を増やして充放電経路を3つとすることで充放電電流を分流させ、電流の通流に伴う発熱をそれぞれのFETに分散させることができる。
つまり、複数の充放電経路を有することによって、1個あたりのFET及びダイオードから発生する熱量を小さく抑えながら、蓄電池システムとして必要な充放電電流を確保することができる。
通常、定電流領域で動作するFETはドレイン-ソース間に電圧が印加された状態でドレイン電流が流れるため、発熱する。本実施形態に係る蓄電池システム100Fによれば、FETの数を増やして充放電経路を3つとすることで充放電電流を分流させ、電流の通流に伴う発熱をそれぞれのFETに分散させることができる。
つまり、複数の充放電経路を有することによって、1個あたりのFET及びダイオードから発生する熱量を小さく抑えながら、蓄電池システムとして必要な充放電電流を確保することができる。
≪第8実施形態≫
図12は、本発明の第8実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第8実施形態に係る蓄電池システム100Gは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、制御部5が配線4a,4b,・・・,4nを介してそれぞれの電流制限装置3a,3b,・・・,3nを個別に制御する点が異なる。
その他の点では第1実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
図12は、本発明の第8実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第8実施形態に係る蓄電池システム100Gは、第1実施形態に係る蓄電池システム100と比較して、制御部5が配線4a,4b,・・・,4nを介してそれぞれの電流制限装置3a,3b,・・・,3nを個別に制御する点が異なる。
その他の点では第1実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
図12に示すように、制御部5と、電流制御装置3a,3b,・・・3nとは、それぞれ配線4a,4b,・・・,4nを介して接続されている。ちなみに、配線4aは電圧生成回路31が備えるフォトカプラIC312の入力端子に接続されている。配線4b,・・・,4nについても前記と同様である。
<効果8>
本実施形態に係る蓄電池システム100Gによれば、例えば、劣化した蓄電池ユニット2に対応する電流制限装置3に対してOFF信号を出力することによって、前記蓄電池ユニット2の充放電電流を遮断することができる。一方、正常な蓄電池ユニット2に対応する電流制限装置3に対しては、継続してON信号を出力することができる。
したがって、蓄電池システム100Gの動作を継続させながら、特定の蓄電池ユニット2のメンテナンスや交換を行うことができる。
本実施形態に係る蓄電池システム100Gによれば、例えば、劣化した蓄電池ユニット2に対応する電流制限装置3に対してOFF信号を出力することによって、前記蓄電池ユニット2の充放電電流を遮断することができる。一方、正常な蓄電池ユニット2に対応する電流制限装置3に対しては、継続してON信号を出力することができる。
したがって、蓄電池システム100Gの動作を継続させながら、特定の蓄電池ユニット2のメンテナンスや交換を行うことができる。
≪変形例≫
以上、本発明に係る蓄電池システムについて各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、電流制御装置3が半導体素子としてFETを備える場合について説明したが、これに限らない。例えば、電流制御装置3が備える半導体素子を、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などのように、定電流特性を有する半導体素子とすることもできる。
以上、本発明に係る蓄電池システムについて各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、電流制御装置3が半導体素子としてFETを備える場合について説明したが、これに限らない。例えば、電流制御装置3が備える半導体素子を、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などのように、定電流特性を有する半導体素子とすることもできる。
また、電源電圧を供給する外部電源端子28はそれぞれの電流制限装置3で個別に設けるのではなく、各電流制限装置3で共通化することもできる。さらに、FET33,35のゲートに印加するゲート電圧を調整するための抵抗R1,R2,R3,R4(図4参照)は、それぞれの電流制限装置3ごとに抵抗値を変更できるようにしてもよい。
また、第1実施形態~第8実施形態で説明した蓄電池システムをそれぞれ、適宜組み合わせることができる。例えば、図5に示す電流制限装置3A、又は、図6に示す電流制限装置3Bを、図7に示す蓄電池システム100Cに適用してもよい。
また、第6実施形態で説明した蓄電池システム100Eでは、温度センサT及び電流センサAから入力される検出値に基づいて、監視部6が制御部5に所定の信号を出力することとしたが、これに限らない。
例えば、温度センサTを電流制限装置3に設置し、電流センサAを設置しないこととしてもよい。この場合、監視部6は温度センサTから入力される検出値に基づいて、例えば、図10に示すステップS1~S4の処理を行う。
例えば、温度センサTを電流制限装置3に設置し、電流センサAを設置しないこととしてもよい。この場合、監視部6は温度センサTから入力される検出値に基づいて、例えば、図10に示すステップS1~S4の処理を行う。
また、電流センサA及び電圧センサVを電流制限装置3に設置し、温度センサTを設けないこととしてもよい。電流制限装置3の温度は、電流制限装置3で消費される電力(つまり電流と電圧の積)に比例するため、監視部6が、電流センサAと電圧センサVから入力される検出値に基づいて電流制限装置の温度を推定し、図10に示したものと同様の制御を行うこととしてもよい。
また、第6実施形態では、温度センサT又は電流センサAを電流制限装置3に設置することとしたが、これに限らない。すなわち、温度センサT又は電圧センサVを蓄電池ユニット2に設置することとしてもよい。
また、第6実施形態では、温度センサT又は電流センサAを電流制限装置3に設置することとしたが、これに限らない。すなわち、温度センサT又は電圧センサVを蓄電池ユニット2に設置することとしてもよい。
また、第1実施形態~第8実施形態では、蓄電池ユニット2は、単電池が直列に接続された構成として説明したが、これに限らない。例えば、蓄電池ユニットを、単電池が並列に接続されたものや、単電池が複数個直列に接続されたものが複数組並列接続されたものを使用することとしてもよい。
また、第1実施形態~第8実施形態では、制御部5が電流制限装置3のON/OFFを制御することとしたが、制御部5を省略して電圧生成回路31からFET33,35に所定のゲート電圧を印加することとしてもよい。
また、第1実施形態~第8実施形態では、制御部5が電流制限装置3のON/OFFを制御することとしたが、制御部5を省略して電圧生成回路31からFET33,35に所定のゲート電圧を印加することとしてもよい。
100 蓄電池システム
1,1a,1b・・・,1n 蓄電池モジュール
2,2a,2b・・・,2n 蓄電池ユニット
3,3a,3b・・・,3n 電流制限装置(電流制限手段)
31 電圧発生回路(電圧印加手段)
311 DC/DCコンバータ
312 フォトカプラIC
32 過電流保護回路(電圧印加手段)
33,35 FET(半導体素子)
34、36 ダイオード
4,4a,4b,4c 配線
5 制御部
50 制御装置
6 監視部(監視手段)
T,Ta,・・・,Tn 温度センサ
I,Ia,・・・,In 電流センサ
V,Va,・・・,Vn 電圧センサ
1,1a,1b・・・,1n 蓄電池モジュール
2,2a,2b・・・,2n 蓄電池ユニット
3,3a,3b・・・,3n 電流制限装置(電流制限手段)
31 電圧発生回路(電圧印加手段)
311 DC/DCコンバータ
312 フォトカプラIC
32 過電流保護回路(電圧印加手段)
33,35 FET(半導体素子)
34、36 ダイオード
4,4a,4b,4c 配線
5 制御部
50 制御装置
6 監視部(監視手段)
T,Ta,・・・,Tn 温度センサ
I,Ia,・・・,In 電流センサ
V,Va,・・・,Vn 電圧センサ
Claims (12)
- 複数の単電池を有する蓄電池ユニットと、前記蓄電池ユニットに直列接続される電流制限手段と、を備える複数の蓄電池モジュールが並列接続される蓄電池システムであって、
前記電流制限手段は、
半導体素子と、
前記半導体素子に所定電圧を印加することによって、前記半導体素子を介した前記蓄電池ユニットの充放電電流を、前記半導体素子の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段と、を備えること
を特徴とする蓄電池システム。 - 前記半導体素子は、FET、バイポーラトランジスタ、又はIGBTのいずれかであること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。 - 前記電流制限手段は、前記半導体素子とダイオードとが逆並列に接続される逆並列素子ユニットを2組備え、
前記逆並列素子ユニットは、前記電流制限手段の双方向に電流が流れるように、互いに逆向きに直列接続されること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。 - 前記電圧印加手段は、互いに逆向きに直列接続される前記逆並列素子ユニットの中間点を基準として、それぞれの前記半導体素子の制御端子の電位が略同じとなるように電圧を印加すること
を特徴とする請求の範囲第3項に記載の蓄電池システム。 - 前記電流制限手段は、前記逆並列素子ユニットが複数組並列に接続される素子モジュールを備えること
を特徴とする請求の範囲第3項に記載の蓄電池システム。 - 前記電流制限手段は、前記半導体素子とダイオードとが順方向に直列に接続される直列素子ユニットを2組備え、
前記直列素子ユニットは、前記電流制限手段の双方向に電流が流れるように、互いに逆並列に接続されること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。 - それぞれの前記電圧印加手段を制御することによって、前記電圧印加手段から前記半導体素子に印加する電圧を制御する制御手段を備え、
前記制御手段がそれぞれの前記電圧印加手段に対して送信する制御信号に応じて、前記電圧印加手段に対応する前記半導体素子の動作点を、定電流領域と遮断領域とで切り替え可能であること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。 - 前記制御手段は、前記電圧印加手段が前記半導体素子の制御端子へ印加する電圧を変化させることによって、前記制限電流値を可変とすること
を特徴とする請求の範囲第7項に記載の蓄電池システム。 - 前記電流制限手段に印加される電圧、及び、前記制限電流手段を通流する電流を監視する監視手段を備え、
前記制御手段は、前記監視手段から入力される電圧値及び電流値に基づいて、前記電流制限手段の制限電流値を調整すること
を特徴とする請求の範囲第7項に記載の蓄電池システム。 - 前記電流制限手段の温度を監視する監視手段を備え、
前記制御手段は、前記監視手段から入力される温度の値に基づいて、前記電流制限手段の制限電流値を調整すること
を特徴とする請求の範囲第7項に記載の蓄電池システム。 - 複数の前記電圧印加手段からの配線が一本に共通化されて前記制御手段に接続されること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。 - 前記制御手段と、それぞれの前記電圧印加手段とは、個別の配線で接続されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の蓄電池システム。
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- 2011-11-25 EP EP11870830.4A patent/EP2629392A1/en not_active Withdrawn
- 2011-11-25 WO PCT/JP2011/077262 patent/WO2013076877A1/ja active Application Filing
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2012554152 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
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WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2011870830 Country of ref document: EP |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11870830 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |