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JP6183465B2 - Power storage system - Google Patents

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JP6183465B2 JP2015543791A JP2015543791A JP6183465B2 JP 6183465 B2 JP6183465 B2 JP 6183465B2 JP 2015543791 A JP2015543791 A JP 2015543791A JP 2015543791 A JP2015543791 A JP 2015543791A JP 6183465 B2 JP6183465 B2 JP 6183465B2
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Description

本発明は電気的な負荷に電力を供給する蓄電システムに係り、特に容量型電池及びこれと異なった特性の二次電池を用いた蓄電システムに関するものである。   The present invention relates to a power storage system that supplies power to an electrical load, and more particularly to a capacity type battery and a power storage system that uses a secondary battery having different characteristics.

エネルギーマネージメントシステムの一例として、近年の自動車はアイドリングストップ機能に加えて、減速時の回生エネルギーを発電機によって電気エネルギーに変換して鉛電池に充電し、この鉛電池を用いて電気負荷であるヘッドライト、ヒータ等の補機の電源とするマイクロハイブリッド自動車(以下、マイクロHEVという)が普及し始めている。   As an example of an energy management system, in recent automobiles, in addition to the idling stop function, regenerative energy during deceleration is converted into electrical energy by a generator and charged to a lead battery, and this lead battery is used as a head that is an electrical load. Micro hybrid vehicles (hereinafter referred to as “micro HEVs”) that are used as power sources for auxiliary devices such as lights and heaters are becoming popular.

ここで、従来のマイクロHEVの二次電池は、例えば再公表特許WO2009−013891号公報(特許文献1)にあるように、減速エネルギーを多く回収(回生)するために鉛電池(所謂、容量型電池である)と、リチウムイオン電池のような出力型電池を並列に組み合わせて使用している。尚、基本的には自動車用の二次電池は鉛電池を搭載するのが前提である。この理由は、自動車においては、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を数か月に亘って供給する必要があるため、容量の大きい鉛電池の方がこの要求を満足するからである。   Here, a conventional micro-HEV secondary battery is, for example, a lead battery (so-called capacity type) in order to recover (regenerate) a large amount of deceleration energy, as disclosed in, for example, re-published patent WO2009-013891 (Patent Document 1). Battery) and an output type battery such as a lithium ion battery in parallel. Basically, a secondary battery for automobiles is assumed to be equipped with a lead battery. The reason for this is that, in automobiles, it is necessary to supply weak power such as a security device used during parking for several months, so a lead battery with a larger capacity satisfies this requirement. .

更には、家庭、ビル、工場等のエネルギーマネージメントシステム(以下、XEMSという)では屋内配線に直流48Vから400Vまでの電圧を用いることが有り、外部からの電源(外部送電線からの交流電力を直流電力に変換したものや、太陽電池等がある)によって二次電池を充電し、ビルや工場内の電力需要が増えた場合にこの二次電池に蓄えられた電力を用いてピークカットを行う。更に、雷による瞬時停電が起きた場合に、二次電池に蓄えられた電力を利用することも考慮されている。   Furthermore, in energy management systems (hereinafter referred to as XEMS) in homes, buildings, factories, etc., voltages from DC 48V to 400V may be used for indoor wiring, and external power sources (AC power from external power transmission lines may be converted to DC). When a secondary battery is charged with a battery converted into electric power or a solar battery, etc., and the power demand in the building or factory increases, peak cutting is performed using the power stored in the secondary battery. Furthermore, it is also considered to use power stored in the secondary battery when an instantaneous power failure due to lightning occurs.

そして、ピークカット量を大きくして電気契約料金を安くする(即ち契約アンペア数を減らす)には、上述したマイクロHEVと同様に蓄電システムの高出力化が必要となる。また、瞬時停電時の電力を賄うにも蓄電システムの高出力化が必要となる。また、瞬間的なピークカットや瞬時停電自体には小容量の出力型電池で十分であるが、出力型電池は容量(Ah)に対するコストが高い傾向にある。このため、大きな容量が必要になるXEMSにおいては、低コストの鉛電池も使用せざるを得ないのが実情である。したがって、産業向けでも鉛電池と出力型電池を並列に組み合わせた蓄電システムが提案されている。   In order to increase the peak cut amount and reduce the electricity contract fee (that is, reduce the contract amperage), it is necessary to increase the output of the power storage system as in the case of the micro HEV described above. In addition, it is necessary to increase the output of the power storage system in order to cover power during an instantaneous power failure. In addition, a small capacity output type battery is sufficient for instantaneous peak cut or instantaneous power failure itself, but the output type battery tends to have a high cost for capacity (Ah). For this reason, in XEMS that requires a large capacity, it is a fact that a low-cost lead battery must be used. Therefore, a power storage system in which a lead battery and an output type battery are combined in parallel has also been proposed for industrial use.

ここで、出力型電池及び鉛電池のような特性の異なった二次電池を併用する蓄電システムでは、出力型電池は鉛電池よりも大きな電流で充放電が行われ、鉛電池では出力型電池よりも小さい電流で充放電が行われるものである。また、鉛電池は出力型電池よりも大きな蓄電容量を有しているものである。   Here, in a power storage system that uses a secondary battery with different characteristics such as an output type battery and a lead battery, the output type battery is charged and discharged with a larger current than the lead type battery, and the lead type battery has a higher capacity than the output type battery. Charging and discharging are performed with a small current. Lead batteries have a larger storage capacity than output batteries.

再公表特許WO2009−013891号公報Republished patent WO2009-013891

そして、特許文献1においては鉛電池とキャパシタを並列に繋ぎ、かつ電圧変動の大きなキャパシタ側に直流電圧変換器を接続している。   In Patent Document 1, a lead battery and a capacitor are connected in parallel, and a DC voltage converter is connected to the capacitor side having a large voltage fluctuation.

一般に、鉛電池の充電電圧を鉛電池の定格電圧まで上げた場合には、鉛電池内で発生した硫酸鉛が細かく分解する。更に、液式鉛電池の場合、電解液が撹拌されることで、液式鉛電池の容量が回復し、また寿命が延びることが知られている。すなわち、液式鉛電池においては成層化現象と呼ばれる、濃度の高い硫酸が電池下部に溜まる現象が発生し、濃度の高い硫酸によって電極等の構成部材の腐食が進んで電池寿命が短くなる現象がある。   Generally, when the charging voltage of a lead battery is increased to the rated voltage of the lead battery, lead sulfate generated in the lead battery is finely decomposed. Furthermore, in the case of a liquid lead battery, it is known that the capacity of the liquid lead battery is restored and the life is extended by stirring the electrolyte. That is, in a liquid lead battery, a phenomenon called a stratification phenomenon, in which high-concentration sulfuric acid accumulates at the bottom of the battery, occurs, and corrosion of components such as electrodes proceeds due to high-concentration sulfuric acid. is there.

そこで、電池寿命を延ばすため、液式鉛電池の充電電圧を上げて充電電流を増加させ、その増加した充電電流に伴って電解液の反応で生じる水素、酸素等のガスの発生量が多くなり、ガスの動きによって液式鉛電池内の電解液が攪拌されて硫酸濃度が均一化されることで寿命が延びるようになる。尚、濃度の高い硫酸が電池下部に溜まるという成層化現象を解消して長寿命化を図る方が、水素、酸素等のガスの発生による電解液の液減り劣化よりも、電池としてみた時には、その利得が大きいものである。   Therefore, in order to extend the battery life, the charging voltage of the liquid lead battery is increased to increase the charging current, and the increased amount of gas such as hydrogen and oxygen generated by the reaction of the electrolyte increases with the increased charging current. The life of the liquid lead battery is increased by stirring the electrolyte in the liquid lead battery and making the sulfuric acid concentration uniform. In addition, when eliminating the stratification phenomenon that sulfuric acid with high concentration accumulates in the lower part of the battery and extending the life, it is more suitable for the battery than the deterioration of the electrolyte due to the generation of gas such as hydrogen and oxygen. The gain is large.

ところが、特許文献1では鉛電池と電気負荷が繋がっており、鉛電池の充電電圧は電気負荷の定格電圧の関係により低電圧のままであるため、鉛電池の寿命を大きく延ばせないという課題があった。このため、鉛電池の長寿命化を図るため、特許文献1の構成においても鉛電池側に直流電圧変換器を接続して鉛電池の充電電圧を上げるようにすると、キャパシタと鉛電池の両方に直流電圧変換器が必要となり、このための生産コストの増大と回路の占有容積が大きくなるという課題があった。   However, in Patent Document 1, the lead battery is connected to the electric load, and the charging voltage of the lead battery remains low due to the relationship with the rated voltage of the electric load, so that there is a problem that the life of the lead battery cannot be greatly extended. It was. Therefore, in order to extend the life of the lead battery, even in the configuration of Patent Document 1, if a DC voltage converter is connected to the lead battery side to increase the charge voltage of the lead battery, both the capacitor and the lead battery are used. A DC voltage converter is required, and there are problems in that the production cost increases and the occupied volume of the circuit increases.

尚、以上の説明は鉛電池について説明しているが、これ以外の容量型電池でも同様の現象がある場合は、以下に示す本発明を適用できるものである。   In addition, although the above description has demonstrated the lead battery, when there exists the same phenomenon also in capacity type batteries other than this, this invention shown below can be applied.

本発明の目的は、上述したような課題を解決し、電気負荷の定格電圧を維持しながら容量型電池の充電電圧を上げて、容量型電池の寿命を延ばすことができる改良された蓄電システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an improved power storage system capable of solving the above-described problems and increasing the charging voltage of the capacity type battery while extending the life of the capacity type battery while maintaining the rated voltage of the electric load. It is to provide.

第1の発明の特徴は、電気負荷に電流を放電し、発電機からの電流を充電する出力型電池と、この出力型電池に電流を放電し、出力型電池からの電流を充電する容量型電池とを備え、出力型電池に流せる第1の規定された電流を容量型電池に流せる第2の規定された電流よりも大きい電流値とし、更に、容量型電池を昇圧及び降圧ができる直流電圧変換器を介して出力型電池と直列に接続した、ところにある。   A feature of the first invention is that an output type battery that discharges current to an electric load and charges current from a generator, and a capacity type that discharges current to the output type battery and charges current from the output type battery. A direct current voltage capable of boosting and stepping down the capacity battery, wherein the first specified current that can be passed through the output battery has a larger current value than the second specified current that can be passed through the capacity battery It is in place where it is connected in series with the output type battery via a converter.

第2の発明の特徴は、電気負荷に電流を放電し、発電機からの電流を充電する出力型電池と、この出力型電池に電流を放電し、出力型電池からの電流を充電する容量型電池とを備え、出力型電池に流せる第1の規定された電流を容量型電池に流せる第2の規定された電流よりも大きい電流値とし、更に、容量型電池を昇圧及び降圧ができる直流電圧変換器を介して出力型電池と直列に接続する共に、出力型電池が第1の所定の充電率以上、または第1の所定の電圧以上、或いは第2の所定の充電率以下、または第2の所定の電圧以下になった場合には容量型電池によって電気負荷に電流を放電する、ところにある。   The second aspect of the invention is characterized in that an output type battery that discharges current to an electric load and charges current from a generator, and a capacity type that discharges current to the output type battery and charges current from the output type battery. A direct current voltage capable of boosting and stepping down the capacity battery, wherein the first specified current that can be passed through the output battery has a larger current value than the second specified current that can be passed through the capacity battery The output type battery is connected in series with the output type battery via the converter, and the output type battery is equal to or higher than the first predetermined charging rate, higher than the first predetermined voltage, lower than the second predetermined charging rate, or second. The current is discharged to the electric load by the capacity type battery when the voltage falls below the predetermined voltage.

本発明によれば、容量型電池の充電時に、直流電圧変換器に直列に接続された出力型電池によって直流電圧変換器の分担電圧を下げることで直流電圧変換器の電力を抑えることができる。また、電気負荷の定格電圧を維持しながら容量型電池の充電電圧を上げることで容量型電池の寿命を延ばすことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power of a DC voltage converter can be suppressed by lowering the share voltage of a DC voltage converter with the output type battery connected in series with the DC voltage converter at the time of charge of a capacity type battery. Moreover, the lifetime of a capacity type battery can be extended by raising the charging voltage of a capacity type battery, maintaining the rated voltage of an electrical load.

また、出力型電池の充電状態が正常でないと判断されている場合は、容量型電池(例、鉛電池)と発電機、電気負荷を接続して出力型電池の過充電や過放電を防止することができる。   If it is determined that the charge state of the output type battery is not normal, connect the capacity type battery (eg, lead battery), generator, and electrical load to prevent overcharge and overdischarge of the output type battery. be able to.

本発明が適用される蓄電システムを搭載したマイクロHEVの概略を示した構成図である。It is the block diagram which showed the outline of the micro HEV carrying the electrical storage system with which this invention is applied. 本発明が適用される蓄電システムを搭載したXEMSの概略を示した構成図である。It is the block diagram which showed the outline of XEMS carrying the electrical storage system with which this invention is applied. 本発明の第1の実施形態になる蓄電システムの概略を示した構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an outline of a power storage system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態で使用される直流電圧変換器回路の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the DC voltage converter circuit used in the 1st Embodiment of this invention. 図4に示す直流電圧変換器に使用される電圧制御器の原理を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the principle of the voltage controller used for the DC voltage converter shown in FIG. 図4に示す直流電圧変換器に使用される電圧制御器の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the voltage controller used for the direct-current voltage converter shown in FIG. 図4に示す直流電圧変換器に使用される電圧制御器の別の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows another structure of the voltage controller used for the DC voltage converter shown in FIG. 本発明の第2の実施形態になる蓄電システムの概略を示した構成図である。It is the block diagram which showed the outline of the electrical storage system which becomes the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態になる蓄電システムの概略を示した構成図である。It is the block diagram which showed the outline of the electrical storage system which becomes the 3rd Embodiment of this invention. 図9に示す蓄電システムを更に具体化した蓄電システムの概略を示した構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an outline of a power storage system that further embodies the power storage system illustrated in FIG. 9. 図10に示すスイッチ切り替え制御部の具体的な処理フローを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the specific process flow of the switch switching control part shown in FIG.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and application examples are included in the technical concept of the present invention. Is included in the range.

本発明の実施形態を説明する前に、マイクロHEVとXEMSの構成を簡単に説明する。図1にマイクロHEVの構成を示し、図2にXEMSの構成を示す。   Before describing the embodiment of the present invention, the configuration of the micro HEV and the XEMS will be briefly described. FIG. 1 shows the configuration of the micro HEV, and FIG. 2 shows the configuration of the XEMS.

図1において、蓄電システム14を搭載したマイクロHEV11は、エンジンン12、及びこのエンジン12に機械的に接続された発電機13(例えば、オルタネータ)、蓄電システム14、ライト、電動エアコン、スタータ等の電気負荷15から構成されている。   In FIG. 1, a micro HEV 11 equipped with a power storage system 14 includes an engine 12, a generator 13 (for example, an alternator) mechanically connected to the engine 12, a power storage system 14, a light, an electric air conditioner, a starter, and the like. An electric load 15 is included.

ここで、マイクロHEV11の電気負荷15の電力はアイドリングストップ時には蓄電システム15から供給されるようになっている。そして、自動車の減速時には自動車の惰行によって生じるタイヤからの回転力(減速エネルギー)で発電機13を回転、動作させ、この発電機13によって発生した電気エネルギーを電気負荷15に電力として供給する共に、蓄電システム14に設けられている二次電池に充電するように構成されている。ここで、発電機13の電圧は電気負荷15の定格電圧(例えば14V)としている。   Here, the electric power of the electric load 15 of the micro HEV 11 is supplied from the power storage system 15 when idling is stopped. Then, when the vehicle is decelerated, the generator 13 is rotated and operated by the rotational force (deceleration energy) from the tire generated by the coasting of the vehicle, and the electric energy generated by the generator 13 is supplied to the electric load 15 as electric power, The secondary battery provided in the power storage system 14 is configured to be charged. Here, the voltage of the generator 13 is the rated voltage (for example, 14 V) of the electric load 15.

また、図2において、蓄電システム14を設置した搭載したXEMS21は、外部からの配電線22、配電設備23、交流/直流変換器24、発電機(例えば、燃料電池等がある)25、変換器26、XEMS内の直流配電線27、太陽電池28、太陽電池用直流/直流変換器29、蓄電システム14、家庭、ビル等の電気負荷(ライト、電動機等がある)15等から構成される。   In FIG. 2, an XEMS 21 equipped with a power storage system 14 includes an external distribution line 22, a distribution facility 23, an AC / DC converter 24, a generator (for example, a fuel cell) 25, a converter 26, a DC distribution line 27 in XEMS, a solar cell 28, a solar cell DC / DC converter 29, a power storage system 14, an electric load (such as a light, an electric motor, etc.) 15 for homes, buildings, and the like.

ここで、XEMS内の直流配電線27は定格電圧が48V〜400Vで、かつ規定内の電圧に維持されるようになっている。また、発電機25はメンテナンスのため定期的に停止される構成となっている。太陽電池28も夜間は発電せず、曇りの日は電力出力が一定でない。配電線も停電の場合には、電力供給が停止する。このようにXEMSに供給される電力は一定でなく、かつ発電電力も一定でない。更には、電気負荷15も室内ライトのオン、オフや、エアコン等の負荷により一定でない。この場合には、蓄電システム14によってXEMS内の直流配電の電圧を一定に保つように電力を供給する。ここで、XEMSの瞬間的なピーク、瞬時停電は長時間持続しないため、蓄電システム14の電力を必要とする時間は一般的に長くないものである。つまり、XEMSへの電力供給時間は短いものである。   Here, the DC distribution line 27 in the XEMS has a rated voltage of 48 V to 400 V and is maintained at a specified voltage. Further, the generator 25 is configured to be periodically stopped for maintenance. The solar cell 28 also does not generate power at night, and the power output is not constant on a cloudy day. In the case of a power failure, the power supply is also stopped. Thus, the power supplied to XEMS is not constant, and the generated power is not constant. Furthermore, the electric load 15 is not constant depending on the on / off state of the indoor light and the load of the air conditioner. In this case, electric power is supplied by the power storage system 14 so as to keep the voltage of the DC power distribution in the XEMS constant. Here, since the instantaneous peak and instantaneous power failure of XEMS do not last for a long time, the time required for the power of the power storage system 14 is generally not long. That is, the power supply time to XEMS is short.

上述したようなエネルギーマネージメントシステムにおいて、次に本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施例では、マイクロHEV11の電源を構成する蓄電システム14に本発明を適用した場合を示す。尚、以下に説明する実施例は図2に示すXEMSの蓄電システム14にも適用できる。   In the energy management system as described above, an embodiment of the present invention will be described next. In the embodiment described below, a case where the present invention is applied to the power storage system 14 constituting the power source of the micro HEV 11 is shown. The embodiment described below can also be applied to the XEMS power storage system 14 shown in FIG.

本発明の第1の実施形態を図3乃至図7に基づいて詳細に説明する。図3に本実施形態における蓄電システム14の全体的な構成を示す。以下の実施例においては、容量型電池として望ましくは鉛電池を使用し、出力型電池の代表としてリチウムイオン電池と電気二重層キャパシタを組み合わせたリチウムイオンキャパシタを使用する。   A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 shows the overall configuration of the power storage system 14 in the present embodiment. In the following embodiments, a lead battery is desirably used as the capacity type battery, and a lithium ion capacitor in which a lithium ion battery and an electric double layer capacitor are combined is used as a representative of the output type battery.

但し、上述したように容量型電池は鉛電池に限定されるものではなく、鉛電池と同様の特性を有しているものでも良い。例えば、ニッケル水素電池や、ニッケル亜鉛電池を使用できるものである。また出力型電池はリチウムイオンキャパシタに限定されることなく、他の電池、或いは蓄電素子を使用できるものである。例えば、出力型電池として電気二重層キャパシタや、リチウムイオン電池等を使用できるものである。   However, as described above, the capacity type battery is not limited to the lead battery, and may have the same characteristics as the lead battery. For example, a nickel metal hydride battery or a nickel zinc battery can be used. The output type battery is not limited to a lithium ion capacitor, and other batteries or power storage elements can be used. For example, an electric double layer capacitor, a lithium ion battery, or the like can be used as the output type battery.

図3において、蓄電システム14は鉛電池31、直流電圧変換器32、出力型電池33、鉛電池側電圧検出線34、蓄電システム側出力電圧検出線35、直流電圧変換器32の電圧制御器36から構成され、直流電圧変換器32は出力型電池33と鉛電池31の間で直列に接続されている。また、出力型電池33はヘッドライト、電動エアコン等の補機類の電気負荷15と、オルタネータのような発電機13と接続されている。   In FIG. 3, the power storage system 14 includes a lead battery 31, a DC voltage converter 32, an output type battery 33, a lead battery side voltage detection line 34, a power storage system side output voltage detection line 35, and a voltage controller 36 for the DC voltage converter 32. The DC voltage converter 32 is connected in series between the output type battery 33 and the lead battery 31. The output battery 33 is connected to an electric load 15 of auxiliary equipment such as a headlight and an electric air conditioner, and a generator 13 such as an alternator.

したがって、出力型電池33は或る状態では電気負荷15に電力を供給するように放電し、また、自動車の減速時に発電機13で発電された電気エネルギーで充電される。尚、出力型電池33は鉛電池31より電流を多く流せる電池や蓄電素子を用いている。つまり、出力型電池33の電池に流せる電流(以下、第1の規定された電流という)は、鉛電池31の電池に流せる電流(以下、第2の規定された電流という)より大きな値となっている。これらの規定電流は例えば、最大電流値が選ばれる。また、システムの設計によって適切な値が選ばれるようにしても良い。更に、この鉛電池31は直流電圧変換器32を介して出力型電池33に電流を放電し、逆に出力型電池33からの電流で充電される。   Therefore, the output type battery 33 is discharged so as to supply electric power to the electric load 15 in a certain state, and is charged with electric energy generated by the generator 13 when the automobile is decelerated. Note that the output type battery 33 uses a battery or a storage element that can flow more current than the lead battery 31. That is, the current that can be passed through the battery of the output battery 33 (hereinafter referred to as the first specified current) has a larger value than the current that can be passed through the battery of the lead battery 31 (hereinafter referred to as the second specified current). ing. For example, the maximum current value is selected as the specified current. An appropriate value may be selected depending on the design of the system. Further, the lead battery 31 discharges current to the output type battery 33 via the DC voltage converter 32, and conversely, it is charged with the current from the output type battery 33.

ここで、マイクロHEVの場合には、出力型電池33の容量(Ah)は少なくとも「アイドリングストップ時間×負荷の平均電流」の容量分を確保すれば良いものである。もちろん、これ以上の容量を確保できるような出力型電池33を用いても良いことはいうまでもない。更に、XEMSの場合には、出力型電池の容量(Ah)は少なくとも「(瞬間的なピークの電力―契約電力)×持続時間」や「瞬停時間×負荷電力」の容量分を確保すれば良いものである。尚、鉛電池31、出力型電池33は市販の単電池を直並列に繋いでおいても良いが、電気負荷15は出力型電池33から電力を供給されるため、出力型電池33の直列数は電気負荷15の定格電圧以下の電圧となるように設定することが必要である。   Here, in the case of the micro HEV, the capacity (Ah) of the output type battery 33 is sufficient to ensure at least the capacity of “idling stop time × average load current”. Of course, it goes without saying that an output type battery 33 capable of securing a capacity larger than this may be used. Furthermore, in the case of XEMS, the capacity (Ah) of the output type battery should be at least “(instant peak power−contract power) × duration” or “instantaneous power interruption time × load power”. It ’s good. The lead battery 31 and the output type battery 33 may be connected to commercially available single cells in series and parallel. However, since the electric load 15 is supplied with power from the output type battery 33, the number of output type batteries 33 in series is not limited. It is necessary to set so that the voltage is equal to or lower than the rated voltage of the electric load 15.

ここで、電気負荷15の定格電圧は、電気負荷としてオルタネータを使用した場合では14V程度である。また、一般的にガスが多く発生する電池として鉛電池31を使用した場合の定格電圧は16V程度である。   Here, the rated voltage of the electric load 15 is about 14 V when an alternator is used as the electric load. In general, the rated voltage when the lead battery 31 is used as a battery that generates a large amount of gas is about 16V.

次に、本実施例になる蓄電システム14の充放電の電圧、電流の挙動をマイクロHEVの充電時、及び放電時に分けて説明する。   Next, the charging / discharging voltage and current behavior of the power storage system 14 according to the present embodiment will be described separately when the micro HEV is charged and discharged.

先ず、充電時の電流、電圧の挙動を説明する。充電時においては、発電機13の電力は自動車(マイクロHEV)の減速エネルギー(回生)で生成されるが、この発電電圧は電気負荷の定格電圧(例えば、14V)に維持され、蓄電システム14自体の充電電圧もこの定格電圧(例えば14V)となる。また、最近では電装部品の大電力化や燃費の改善要求に伴って自動車の発電機13が大型化(4kW以上)する傾向にあり、例えば、蓄電システム14に流れる充電電流は300A程度まで増加する要求がある。   First, the behavior of current and voltage during charging will be described. At the time of charging, the electric power of the generator 13 is generated by the deceleration energy (regeneration) of the automobile (micro HEV), but this generated voltage is maintained at the rated voltage (for example, 14V) of the electric load, and the power storage system 14 itself The charging voltage is also the rated voltage (for example, 14V). In recent years, there has been a tendency for the generator 13 of an automobile to increase in size (4 kW or more) in response to a request for improvement in electric power and fuel consumption, and for example, the charging current flowing through the power storage system 14 increases to about 300A. There is a request.

発電機13から蓄電システム14に流れ込む充電電流は出力型電池33に充電されるが、この時、直流電圧変換器32の電圧自体は、出力型電池33の電圧分だけ降下する。例えば、出力型電池33としてリチウムイオンキャパシタ(公称電圧3V)を2個直列にして使用した場合、その合成公称電圧は約6V程度である。したがって、出力型電池33としてリチウムイオンキャパシタを2個直列接続した場合では、直流電圧変換器32の入力電圧はおよそ14V−6V=8V、入力電流は300A程度となる。尚、直流電圧変換器32は双方向で電圧を昇圧及び降圧できる形式である。   The charging current flowing from the generator 13 into the power storage system 14 is charged in the output type battery 33. At this time, the voltage of the DC voltage converter 32 drops by the voltage of the output type battery 33. For example, when two lithium ion capacitors (nominal voltage 3V) are used in series as the output battery 33, the combined nominal voltage is about 6V. Therefore, when two lithium ion capacitors are connected in series as the output type battery 33, the input voltage of the DC voltage converter 32 is about 14V-6V = 8V, and the input current is about 300A. Note that the DC voltage converter 32 has a format capable of stepping up and down the voltage bidirectionally.

そして、直流電圧変換器32の出力電圧は、鉛電池31の電圧を蓄電システム14の電圧以上で、かつ、鉛電池31の最大定格以下の電圧(例えば、15V程度)になるように昇圧される。このためには鉛電池電圧検出線34で検出した鉛電池31の電圧を元に、直流電圧変換器32に入力される8Vの電圧を直流電圧変換器32に設けた電圧制御器36で昇圧制御する。尚、直流電圧変換器32の電圧制御器36の詳細は後述する。   The output voltage of the DC voltage converter 32 is boosted so that the voltage of the lead battery 31 is not less than the voltage of the power storage system 14 and not more than the maximum rating of the lead battery 31 (for example, about 15V). . For this purpose, based on the voltage of the lead battery 31 detected by the lead battery voltage detection line 34, the voltage controller 36 provided in the DC voltage converter 32 controls the voltage of 8V input to the DC voltage converter 32. To do. The details of the voltage controller 36 of the DC voltage converter 32 will be described later.

この直流電圧変換器32の働きによって、鉛電池31の充電電圧は15V程度となり、充電電流は直流電圧変換器32の効率がほぼ1のため155A程度となる。鉛電池31は、充電時に鉛電池31の電解液中に発生する酸素や水素等のガスの発生量が多くなり、この多量に発生するガスによって鉛電池31の電解液が攪拌され、硫酸の濃度が均一化される。このように、従来の鉛電池で生じていた成層化現象が抑制されることで電池寿命が改善される。この場合の鉛電池は所謂、液式鉛電池の場合である。また制御弁式鉛電池の場合でも、充電電流が多くなることでサルフェーション回復作用(若返り)が働き長寿命化する。   By the action of the DC voltage converter 32, the charging voltage of the lead battery 31 is about 15V, and the charging current is about 155A because the efficiency of the DC voltage converter 32 is approximately 1. In the lead battery 31, the amount of gas such as oxygen and hydrogen generated in the electrolyte of the lead battery 31 during charging increases, and the electrolyte of the lead battery 31 is agitated by this large amount of gas to generate a concentration of sulfuric acid. Is made uniform. Thus, the battery life is improved by suppressing the stratification phenomenon which has occurred in the conventional lead battery. The lead battery in this case is a so-called liquid lead battery. Even in the case of a control valve type lead battery, the sulfation recovery action (rejuvenation) works due to an increase in the charging current, thus extending the life.

次に、放電時の電流、電圧挙動を説明する。放電時においては、鉛電池31の電圧は「開路電圧(約12.8V)−鉛電池31の内部抵抗×放電電流」の電圧となり、およそ9Vから12V程度となる。そして、この電圧が直流電圧変換器32に入力され、放電時に直流電圧変換器32の降圧制御により6V程度に電圧を下げられる。そして、直流電圧変換器32に出力型電池33が直列に接続されているため、直流電圧変換器32によって降圧された6Vと、上述した出力型電池33の合成公称電圧6Vが加算され、6V+6V=12Vとなる。尚、これらの数値はあくまでも目安である。   Next, the current and voltage behavior during discharge will be described. At the time of discharging, the voltage of the lead battery 31 is a voltage of “open circuit voltage (about 12.8V) −internal resistance of the lead battery 31 × discharge current”, which is about 9V to 12V. Then, this voltage is input to the DC voltage converter 32, and the voltage is lowered to about 6 V by the step-down control of the DC voltage converter 32 during discharging. Since the output type battery 33 is connected to the DC voltage converter 32 in series, 6V stepped down by the DC voltage converter 32 and the above-mentioned combined nominal voltage 6V of the output type battery 33 are added, and 6V + 6V = 12V. These numerical values are only a guide.

ここで、直流電圧変換器32の電圧制御器36は、蓄電システム14からの出力電圧が12Vとなるように、蓄電システム14の出力電圧検出線35で蓄電システム14の出力電圧を検出して、直流電圧変換器32の出力を制御することで、蓄電システム14の出力電圧が12Vになるように帰還制御している。これによって、蓄電システム14は安定した電源としての機能を備えることができる。したがって、例えば、アイドリングストップ後の再始動に際して、スタータモータに供給される電圧の変動や低下が少ないので、エンジンの始動不良が改善されるという効果がある。   Here, the voltage controller 36 of the DC voltage converter 32 detects the output voltage of the power storage system 14 with the output voltage detection line 35 of the power storage system 14 so that the output voltage from the power storage system 14 becomes 12V. By controlling the output of the DC voltage converter 32, feedback control is performed so that the output voltage of the power storage system 14 becomes 12V. Accordingly, the power storage system 14 can have a function as a stable power source. Therefore, for example, at the time of restart after idling stop, there is little fluctuation or decrease in the voltage supplied to the starter motor.

更に、放電時の電流について説明すると、スタータモータによってエンジンを再始動させる場合には1秒程度の間に亘って300Aの電流を流し続けることが必要とされている。本実施例においては、直流電圧変換器32は鉛電池31の電圧を降圧制御しているため、鉛電池31の放電電流は約半分の150A程度と小さくなり、内部抵抗の大きい鉛電池31を用いても電圧降下がそれほど大きくなく、エンジンが始動しないといったトラブルの発生頻度を下げる事ができるようになる。   Further, the current at the time of discharge will be described. When the engine is restarted by the starter motor, it is necessary to continuously supply a current of 300 A for about 1 second. In the present embodiment, since the DC voltage converter 32 controls the voltage of the lead battery 31 to be stepped down, the discharge current of the lead battery 31 is reduced to about 150 A, which is about half, and the lead battery 31 having a large internal resistance is used. However, the voltage drop is not so large, and the frequency of troubles such as the engine not starting can be reduced.

次に直流電圧変換器32の回路構成を図4に基づき説明する。直流電圧変換器32は昇圧動作と降圧動作ができる双方向型であり、直流電圧変換器32の出力型電池側端子41には出力型電池33が接続され、直流電圧変換器32の鉛電池側端子42には鉛電池31が接続されている。   Next, the circuit configuration of the DC voltage converter 32 will be described with reference to FIG. The DC voltage converter 32 is a bidirectional type that can perform a step-up operation and a step-down operation. The output type battery 33 is connected to the output type battery side terminal 41 of the DC voltage converter 32, and the lead voltage side of the DC voltage converter 32. A lead battery 31 is connected to the terminal 42.

そして、直流電圧変換器32は、出力型電池側端子41の電圧が鉛電池側端子42の電圧以下になるように降圧型で使用され、また、鉛電池側端子42の電圧が発電機13の発電電圧(例えば14V)以上となるように昇圧型で使用されるものである。   The DC voltage converter 32 is used in a step-down manner so that the voltage of the output type battery side terminal 41 is equal to or lower than the voltage of the lead battery side terminal 42, and the voltage of the lead battery side terminal 42 is It is used in a step-up type so that the power generation voltage (for example, 14V) or higher.

直流電圧変換器32は、平滑用のコンデンサ43、44、スイッチング素子(例えば、パワーMOS-FET、IGBT、サイリスタ等がある)45、46、昇圧用ダイオード47、降圧用ダイオード48、チョークコイル49、電圧制御器36から構成されている。電圧制御器36には鉛電池側端子42から鉛電池31の電圧を検出する鉛電池側電圧検出線34、及び蓄電システム14の出力電圧を検出する蓄電システム側出力電圧検出線35が接続されている。そして、電圧制御器36は夫々の検出線34,35から得られた鉛電池31の電圧及び蓄電システム14の出力電圧に基づいてスイッチング素子45、46をオン、オフする制御信号を生成する。つまり、電圧制御器36は鉛電池31の電圧及び蓄電システム14の電圧が、夫々所定の電圧になるように帰還制御する。   The DC voltage converter 32 includes smoothing capacitors 43 and 44, switching elements (for example, power MOS-FET, IGBT, thyristor, etc.) 45 and 46, a boosting diode 47, a step-down diode 48, a choke coil 49, The voltage controller 36 is configured. A lead battery side voltage detection line 34 for detecting the voltage of the lead battery 31 and a power storage system side output voltage detection line 35 for detecting the output voltage of the power storage system 14 are connected to the voltage controller 36 from the lead battery side terminal 42. Yes. The voltage controller 36 generates a control signal for turning on and off the switching elements 45 and 46 based on the voltage of the lead battery 31 and the output voltage of the power storage system 14 obtained from the respective detection lines 34 and 35. That is, the voltage controller 36 performs feedback control so that the voltage of the lead battery 31 and the voltage of the power storage system 14 are respectively predetermined voltages.

例えば、出力型電池側端子41から鉛電池側端子42に電流を流す充電時においては、直流電圧変換器32は昇圧型で使用され、スイッチング素子45は常にオフとされ、スイッチング素子46は鉛電池側端子42が所定電圧(例えば15V)になるようにオン、オフを繰り返すように制御される。このスイッチング素子46のオン、オフの方法としては、目標とする電圧と鉛電池側端子42の電圧の差分の値に応じて、スイッチング素子46のオン、オフの比(所謂、デューティ比)を制御することで、鉛電池側端子42の電圧を目標とする電圧に帰還制御することができる。ここで、スイッチング素子46のオン、オフ比の代わりに、オン、オフの周波数を制御するようにしても良い。   For example, during charging in which a current flows from the output type battery side terminal 41 to the lead battery side terminal 42, the DC voltage converter 32 is used in a step-up type, the switching element 45 is always off, and the switching element 46 is a lead battery. Control is performed so that the side terminal 42 is repeatedly turned on and off so as to have a predetermined voltage (for example, 15 V). As a method for turning on / off the switching element 46, the ratio of the on / off of the switching element 46 (so-called duty ratio) is controlled according to the value of the difference between the target voltage and the voltage of the lead battery side terminal 42. By doing so, feedback control of the voltage of the lead battery side terminal 42 to the target voltage can be performed. Here, instead of the on / off ratio of the switching element 46, the on / off frequency may be controlled.

一方、鉛電池側端子42から出力電池側端子41に電流を流す放電時においては、直流電圧変換器32は降圧型で使用され、スイッチング素子46は常にオフとされ、スイッチング素子45は蓄電システム14の出力電圧が一定になるようにオン、オフを繰り返すように制御される。このオン、オフの方法としては、上述した方法と同様に、目標とする出力電圧と蓄電システム14の出力電圧の差分の値に応じて、スイッチング素子45のオン、オフの比(所謂、デューティ比)を制御することで、鉛電池側端子42の電圧を目標とする電圧に帰還制御することができる。ここで、同様にスイッチング素子45のオン、オフ比の代わりに、オン、オフの周波数を制御するようにしても良い。   On the other hand, during discharging in which current flows from the lead battery side terminal 42 to the output battery side terminal 41, the DC voltage converter 32 is used in a step-down type, the switching element 46 is always turned off, and the switching element 45 is turned off. The output voltage is controlled to be turned on and off repeatedly so that the output voltage becomes constant. As the on / off method, the on / off ratio of the switching element 45 (so-called duty ratio) is determined according to the value of the difference between the target output voltage and the output voltage of the power storage system 14 in the same manner as described above. ), Feedback control of the voltage of the lead battery side terminal 42 to the target voltage can be performed. Here, similarly, the on / off frequency may be controlled instead of the on / off ratio of the switching element 45.

ここで、放電と充電を切り替えるには、充電時には発電機13の電圧が例えば14Vに制御されているため、蓄電システム14の出力電圧を検出する蓄電システム側出力電圧検出線35からの電圧が14Vに達しているかどうかで判定すれば良い。したがって、蓄電システム側出力電圧検出線35からの電圧が14Vに達していると判断されると充電状態と判断して、直流電圧変換器32を昇圧型として使用し、そうでない場合は、放電状態と判断して直流電圧変換器32を降圧型として使用する。   Here, in order to switch between discharging and charging, since the voltage of the generator 13 is controlled to 14 V, for example, at the time of charging, the voltage from the power storage system side output voltage detection line 35 that detects the output voltage of the power storage system 14 is 14 V. It can be determined by whether or not Therefore, if it is determined that the voltage from the power storage system side output voltage detection line 35 has reached 14 V, it is determined that the battery is in the charged state, and the DC voltage converter 32 is used as a boost type. Therefore, the DC voltage converter 32 is used as a step-down type.

また、この他に発電機13の動作状況を表す信号を通信線で受信することで、放電と充電を切り替えるようにしても良い。この場合は直流電圧変換器32にマイクロコンピュータを搭載し、マイクロコンピュータによって発電機13の動作状況を判断し、発電機13が動作すると、充電状態と判断する。例えば、発電機13の電圧をA/D変換してマイクロコンピュータのメモリに記憶された所定の電圧(例えば、14V)と比較することで、発電機13の動作状態を判断することができる。更に、充放電の判定を行わずにスイッチング素子45、46を同時にスイッチングする制御によっても、上述した動作と同様のことができる。即ち、スイッチング素子45がオンの時にスイッチング素子46をオフとし、スイッチング素子45がオフの時にスイッチング素子46をオンとするものである。   In addition to this, it is also possible to switch between discharging and charging by receiving a signal representing the operating state of the generator 13 through a communication line. In this case, a microcomputer is mounted on the DC voltage converter 32, the operation state of the generator 13 is determined by the microcomputer, and when the generator 13 is operated, it is determined that the battery is charged. For example, the operating state of the generator 13 can be determined by A / D converting the voltage of the generator 13 and comparing it with a predetermined voltage (for example, 14 V) stored in the memory of the microcomputer. Furthermore, the same operation as described above can also be performed by controlling the switching elements 45 and 46 to be switched simultaneously without performing charge / discharge determination. That is, the switching element 46 is turned off when the switching element 45 is on, and the switching element 46 is turned on when the switching element 45 is off.

尚、図4に示すような直流電圧変換器32でなく、4象限直流電圧変換器といわれる直流電圧変換器を用いても良い。要は鉛電池31に出力型電池33から充電する時は昇圧型として機能し、鉛電池31から出力型電池33に放電する時は降圧型として機能すれば良い。   Instead of the DC voltage converter 32 as shown in FIG. 4, a DC voltage converter called a four-quadrant DC voltage converter may be used. In short, it functions as a step-up type when charging the lead battery 31 from the output type battery 33, and functions as a step-down type when discharging from the lead battery 31 to the output type battery 33.

尚、図4に示す実施例においては、出力型電池側端子41から鉛電池側端子42に電流を流す充電時では、スイッチング素子45は常にオフとされ、鉛電池側端子42から出力電池側端子41に電流を流す放電時ではスイッチング素子46は常にオフとされている。
これに加えて、充電及び放電の状態に両方のスイッチング素子45,46を作動させて、直流電圧変換器32が昇圧及び降圧の動作を行なうようにしても良い。しかしながら、充電及び放電の状態に両方のスイッチング素子45,46を作動させる場合では、スイッチング素子45,46が両方ともオン状態となると、直流電圧変換器32の効率が低下するので、これを避けることが重要である。
In the embodiment shown in FIG. 4, the switching element 45 is always turned off during charging in which a current flows from the output type battery side terminal 41 to the lead battery side terminal 42, and the output battery side terminal 42 is switched from the lead battery side terminal 42 to the output battery side terminal. The switching element 46 is always turned off at the time of discharging in which a current flows through 41.
In addition to this, both the switching elements 45 and 46 may be operated in the state of charge and discharge, so that the DC voltage converter 32 performs step-up and step-down operations. However, in the case where both switching elements 45 and 46 are operated in the state of charging and discharging, the efficiency of the DC voltage converter 32 is reduced when both of the switching elements 45 and 46 are turned on. is important.

次に、図5に基づいて直流電圧変換器32の電圧制御器36の構成とその制御について説明する。制御の方法としては、アナログ回路、或いはA/D変換器を内蔵または外付けしたマイクロコンピュータを使用しても良い。ここでは、アナログ回路を使用してPWM制御をおこなう電圧制御器36について説明する。   Next, the configuration and control of the voltage controller 36 of the DC voltage converter 32 will be described with reference to FIG. As a control method, an analog circuit or a microcomputer incorporating or externally attaching an A / D converter may be used. Here, the voltage controller 36 that performs PWM control using an analog circuit will be described.

図5に示す電圧制御器36は、スイッチング素子45、46のオン-オフ比を変えるPWM(Pulse Wide Modulation)によって電圧を制御するものである。電圧制御器36は基本的には増幅回路503、三角波発生回路504、比較器505から構成されており、電圧端子501を入力とし、スイッチング素子45、46のオン-オフ信号502を出力としている。電圧端子501には出力型電池側端子41の電圧(蓄電システム14の出力電圧)や鉛電池側端子42の電圧(鉛電池31の電圧)が入力される。   The voltage controller 36 shown in FIG. 5 controls the voltage by PWM (Pulse Wide Modulation) that changes the on / off ratio of the switching elements 45 and 46. The voltage controller 36 basically includes an amplifier circuit 503, a triangular wave generation circuit 504, and a comparator 505. The voltage controller 36 has a voltage terminal 501 as an input and an on / off signal 502 for the switching elements 45 and 46 as an output. The voltage of the output type battery side terminal 41 (output voltage of the power storage system 14) and the voltage of the lead battery side terminal 42 (voltage of the lead battery 31) are input to the voltage terminal 501.

増幅回路503は、基準電圧Vref506と蓄電システム14の出力電圧や鉛電池31の電圧との差を作動増幅器507で増幅する機能を有している。三角波発生回路504は、基準電圧Vcc508の分圧した電圧と三角波発生用コンデンサ509で積分した電圧を比較し、周期的な三角波の時系列電圧信号を作成する機能を有している。尚、基準電圧Vcc508は鉛電池31の電圧を用いても良いし、別に設けた一定電圧源を用いても良いものである。   The amplifier circuit 503 has a function of amplifying the difference between the reference voltage Vref 506 and the output voltage of the power storage system 14 or the voltage of the lead battery 31 with the operational amplifier 507. The triangular wave generation circuit 504 has a function of comparing a voltage obtained by dividing the reference voltage Vcc 508 with a voltage integrated by the triangular wave generating capacitor 509 to generate a periodic triangular wave time series voltage signal. The reference voltage Vcc 508 may be the voltage of the lead battery 31 or may be a separately provided constant voltage source.

そして、三角波発生回路504で発生させた周期的な三角波電圧信号と増幅回路503の出力電圧信号を比較器505で比較し、増幅回路503の出力電圧信号が三角波電圧信号以上の電圧になったときに比較器505をオンにし、逆の場合はオフにしてスイッチング素子45、46のオン-オフ信号を作成する。   When the periodic triangular wave voltage signal generated by the triangular wave generating circuit 504 is compared with the output voltage signal of the amplifier circuit 503 by the comparator 505, the output voltage signal of the amplifier circuit 503 becomes a voltage equal to or higher than the triangular wave voltage signal. On the other hand, the comparator 505 is turned on, and in the reverse case, the comparator 505 is turned off to generate an on-off signal for the switching elements 45 and 46.

そして、三角波電圧信号の周期が一定であるため、増幅回路503からの出力電圧が三角波の電圧信号より低い場合には、比較器505による比較結果はオン時間/周期が長くなる。この長いオン時間/周期は直流電圧変換器32の電圧を上げる方向にスイッチング素子45、或いはスイッチング素子46を制御する。一方、増幅回路503からの出力電圧が三角波の電圧信号より高い場合には、比較器505による比較結果はオン時間/周期が短くなる。この短いオン時間/周期は直流電圧変換器32の電圧を下げる方向にスイッチング素子45、或いはスイッチング素子46を制御する。   Since the period of the triangular wave voltage signal is constant, when the output voltage from the amplifier circuit 503 is lower than the voltage signal of the triangular wave, the comparison result by the comparator 505 has a longer on time / period. This long on-time / cycle controls the switching element 45 or the switching element 46 in the direction of increasing the voltage of the DC voltage converter 32. On the other hand, when the output voltage from the amplifier circuit 503 is higher than the triangular wave voltage signal, the comparison result by the comparator 505 has a shorter ON time / cycle. This short ON time / cycle controls the switching element 45 or the switching element 46 in the direction of decreasing the voltage of the DC voltage converter 32.

したがって、充電する場合にスイッチング素子46が選択される場合では、鉛電池31の電圧が目標電圧より低いとオン時間/周期を長くして昇圧度合いを大きくし、鉛電池31の電圧が目標電圧より高い場合はオン時間/周期を短くして昇圧度合いを小さくする。
また、放電する場合にスイッチング素子45が選択される場合では、蓄電システム14側の出力電圧が目標電圧より低い場合はオン時間/周期を長くして降圧度合いを小さくし、蓄電システム14側の出力電圧が目標電圧より高い場合はオン時間/周期を短くして降圧度合いを大きくする。もちろん、上述したように、両方のスイッチング素子45,46を用いて昇圧動作或いは降圧動作を行うことも可能である。
Therefore, when the switching element 46 is selected for charging, if the voltage of the lead battery 31 is lower than the target voltage, the ON time / cycle is lengthened to increase the degree of boosting, and the voltage of the lead battery 31 is higher than the target voltage. If it is high, shorten the ON time / cycle to reduce the degree of boosting.
When the switching element 45 is selected for discharging, when the output voltage on the power storage system 14 side is lower than the target voltage, the ON time / cycle is lengthened to reduce the step-down degree, and the output on the power storage system 14 side is reduced. If the voltage is higher than the target voltage, shorten the ON time / cycle to increase the degree of step-down. Of course, as described above, it is possible to perform the step-up operation or the step-down operation using both the switching elements 45 and 46.

次に、このような電圧制御器36を、図4に示す双方向型の直流電圧変換器32に適用した場合の構成と、その動作について図6を用いて説明する。以下の説明では両方のスイッチング素子45,46を用いて昇圧動作或いは降圧動作を行う場合を示す。   Next, the configuration and operation of such a voltage controller 36 applied to the bidirectional DC voltage converter 32 shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. In the following description, a case where a boosting operation or a step-down operation is performed using both switching elements 45 and 46 is shown.

図6において、直流電圧変換器32の電圧制御器36は充電状態、或いは放電状態のどちらかを判定する充放電判定部601、検出線切り替え部602、放電時の降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号端子603、充電時の昇圧スイッチング素子46のオン-オフ信号端子604、図5に示す回路からなるスイッチング素子制御回路605、降圧スイッチング素子45へ与えるオン-オフ信号を反転するインバータ606、鉛電池側電圧入力端子607、蓄電システムの出力電圧入力端子608、電圧バッファ609、610から構成される。   In FIG. 6, the voltage controller 36 of the DC voltage converter 32 includes a charge / discharge determination unit 601 that determines either a charge state or a discharge state, a detection line switching unit 602, and on / off of the step-down switching element 45 during discharge. Signal terminal 603, ON / OFF signal terminal 604 of step-up switching element 46 at the time of charging, switching element control circuit 605 comprising the circuit shown in FIG. 5, inverter 606 for inverting ON / OFF signal applied to step-down switching element 45, lead battery A side voltage input terminal 607, an output voltage input terminal 608 of the power storage system, and voltage buffers 609 and 610 are configured.

鉛電池側電圧入力端子607には、鉛電池側電圧検出線34から鉛電池31の電圧が入力されており、蓄電システムの出力電圧入力端子608には、蓄電システム側出力電圧検出線35から蓄電システム14の出力電圧が入力されている。   The voltage of the lead battery 31 is input from the lead battery side voltage detection line 34 to the lead battery side voltage input terminal 607, and the power is stored from the power storage system side output voltage detection line 35 to the output voltage input terminal 608 of the power storage system. The output voltage of the system 14 is input.

降圧スイッチング素子45のインバータ606は、スイッチング素子45、46が両方ともオン状態となることを避けるための機能を有しており、スイッチング素子制御回路605からのオン−オフ信号に対して、スイッチング素子45のオン−オフ動作に対して、スイッチング素子46が常に反対のオン−オフ動作を行なう。   The inverter 606 of the step-down switching element 45 has a function for preventing both of the switching elements 45 and 46 from being turned on. In response to an on-off signal from the switching element control circuit 605, the switching element 45 In contrast to the on / off operation of 45, the switching element 46 always performs the opposite on / off operation.

充放電判定部601では前述したように、発電機13に入力される発電制御信号や、発電機13の出力電圧が、例えば14Vの電圧以上になったときに充電状態であることを示す充電信号(デジタル信号のON、論理回路では例えば3.3Vや5Vの電圧)を出力する。充電信号は検出線切り替え部602に入力され、充電状態であれば鉛電池31側の電圧バッファ610を選択し、放電状態であれば蓄電システム14側の電圧バッファ609を選択する。どちらかの電圧バッファ609、610の電圧は、スイッチング素子制御回路605の入力電圧として、図5に示す電圧端子501に入力される。   As described above, in the charge / discharge determination unit 601, a power generation control signal input to the generator 13 or a charge signal indicating that the battery 13 is in a charged state when the output voltage of the generator 13 becomes, for example, a voltage of 14V or higher. (Digital signal ON, in logic circuit, for example, 3.3V or 5V voltage) is output. The charge signal is input to the detection line switching unit 602, and if it is in the charged state, the voltage buffer 610 on the lead battery 31 side is selected, and if it is in the discharged state, the voltage buffer 609 on the power storage system 14 side is selected. The voltage of one of the voltage buffers 609 and 610 is input to the voltage terminal 501 shown in FIG. 5 as the input voltage of the switching element control circuit 605.

スイッチング素子制御回路605の動作は図5で説明した通りであり、これによって生成された信号は、スイッチング素子45、46のオン-オフ信号として使用される。つまり、スイッチング素子制御回路605の出力は、充電時の昇圧スイッチング素子46の、オン-オフ信号端子604のオン-オフ信号となり、論理をインバータ606で反転させて放電時の降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号端子606の、オン-オフ信号となる。このように、蓄電システム側出力電圧検出線35からの電圧が14Vに達していると充電状態と判断して、直流電圧変換器32を昇圧型として使用し、14V未満だと放電状態と判断して、直流電圧変換器32を降圧型として使用する。   The operation of the switching element control circuit 605 is as described with reference to FIG. 5, and the signal generated thereby is used as an on / off signal for the switching elements 45 and 46. That is, the output of the switching element control circuit 605 becomes an on / off signal of the on / off signal terminal 604 of the step-up switching element 46 during charging, and the logic is inverted by the inverter 606 to turn on the step-down switching element 45 during discharging. -It becomes an on-off signal of the off signal terminal 606. Thus, when the voltage from the power storage system side output voltage detection line 35 has reached 14V, it is determined that the battery is in the charged state, and the DC voltage converter 32 is used as a boost type. Thus, the DC voltage converter 32 is used as a step-down type.

また、この電圧制御器36の変形例を図7に示す。電圧制御器36は、充電時の充電用スイッチング素子制御回路(図5に示す電圧制御器)71、放電時の放電用スイッチング素子制御回路(図5に示す電圧制御器)72、スイッチング素子45、スイッチング素子46が同時にオンにならないようにした論理回路のスイッチング素子ドライバー部73から構成されている。スイッチング素子ドライバー部73はXORゲート(排他的論理和)に構成されている。   A modification of the voltage controller 36 is shown in FIG. The voltage controller 36 includes a charging switching element control circuit (voltage controller shown in FIG. 5) 71 during charging, a discharging switching element control circuit (voltage controller shown in FIG. 5) 72 during discharging, a switching element 45, It comprises a switching element driver 73 of a logic circuit that prevents the switching elements 46 from being turned on at the same time. The switching element driver unit 73 is configured as an XOR gate (exclusive OR).

したがって、充電用スイッチング素子制御回路71と、放電用スイッチング素子制御回路72のどちらかの信号が入力されると、その信号は出力され、このように、スイッチング素子制御回路71とスイッチング素子制御回路72のXOR(排他的論理和)で、降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号603を生成し、降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号603の反転信号で、昇圧スイッチング素子46のオン-オフ信号604を作っても良い。   Therefore, when one of the signals of the charging switching element control circuit 71 and the discharging switching element control circuit 72 is input, the signal is output. Thus, the switching element control circuit 71 and the switching element control circuit 72 are output. The on / off signal 603 of the step-down switching element 45 is generated by XOR (exclusive OR) of the step-down switching element 45, and the on-off signal 604 of the step-up switching element 46 is generated by an inverted signal of the on-off signal 603 of the step-down switching element 45. You can make it.

また、図6に示した充放電判定部601を用いて充電状態か、或いは放電状態かを判定し、この判定に基づいて充電用スイッチング素子制御回路71、放電時の放電用スイッチング素子制御回路72を切り替えることもできる。これによって、降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号603を生成し、降圧スイッチング素子45のオン-オフ信号603の反転信号で昇圧スイッチング素子46のオン-オフ信号604を作っても良い。   Further, the charging / discharging determination unit 601 shown in FIG. 6 is used to determine whether the charging state or the discharging state. Based on this determination, the charging switching element control circuit 71 and the discharging switching element control circuit 72 during discharging are used. Can also be switched. As a result, the on / off signal 603 of the step-down switching element 45 may be generated, and the on / off signal 604 of the step-up switching element 46 may be generated by the inverted signal of the on / off signal 603 of the step-down switching element 45.

また、直流電圧変換器の電力は鉛電池31から得ても良いし、別に小型電池を設置しても良い。   Moreover, the electric power of a DC voltage converter may be obtained from the lead battery 31, or a small battery may be installed separately.

次に、本発明の第2実施形態を図8に基づいて説明する。本実施例では、鉛電池31を充電する際に充電電流を制御する点で実施例1と異なる。実施例1では鉛電池31の電圧を検出しているが、本実施例では鉛電池31の電流を電流センサ81によって検出する点が特徴である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the charging current is controlled when the lead battery 31 is charged. Although the voltage of the lead battery 31 is detected in the first embodiment, the current sensor 81 is characterized in that the current of the lead battery 31 is detected by the current sensor 81.

制御上での違いは、実施例1では充電時に鉛電池31の充電電圧を例えば15Vに昇圧するのに対し、実施例2では充電時の鉛電池31の充電電流を一定にする点で異なっている。但し、充電電流は鉛電池31に流せる第2の規定された電流以下の値に設定されていることが重要である。そして、図6、7の鉛電池側の電圧607の代わりに充電電流の値を入力する。電流センサ81はシャント抵抗、ホール素子を用いることができる。   The difference in control differs in that the charging voltage of the lead battery 31 is boosted to, for example, 15 V during charging in the first embodiment, whereas the charging current of the lead battery 31 during charging is constant in the second embodiment. Yes. However, it is important that the charging current is set to a value equal to or less than the second specified current that can flow through the lead battery 31. And the value of a charging current is input instead of the voltage 607 on the lead battery side in FIGS. The current sensor 81 can use a shunt resistor or a Hall element.

本実施例では電流制御であるため、電圧は制御されていない。このため、鉛電池31に過剰な電圧がかかるのを防止して鉛電池を保護するため、鉛電池31の電圧を検出する電圧検出線を追加して鉛電池31が定格電圧になった時に、これ以上の電圧がかからないように電圧リミッタ制御を行うことも有効である。   In this embodiment, since the current is controlled, the voltage is not controlled. For this reason, in order to protect the lead battery by preventing an excessive voltage from being applied to the lead battery 31, when a voltage detection line for detecting the voltage of the lead battery 31 is added and the lead battery 31 reaches the rated voltage, It is also effective to perform voltage limiter control so that no more voltage is applied.

次に、本発明の第3実施形態を図9乃至図11に基づいて説明する。本実施例の特徴は、出力型電池33が第1の所定の充電量以上、例えば、出力型電池33が満充電された場合や、或いは第2の所定の充電量以下になった場合、例えば、充電量が実質的に「0」になった場合の非常時の対策を行うことにある。出力形電池33の種類によって上述した範囲は異なっており、リチウムイオン電池の場合には、充電率が例えば0%〜80%の範囲外、リチウムイオンキャパシタの場合には、電圧が例えば2.2V〜3.8Vの範囲外、電気二重層キャパシタの場合には、電圧が例えば0V〜2Vの範囲外に設定する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The feature of the present embodiment is that the output type battery 33 is equal to or higher than a first predetermined charge amount, for example, when the output type battery 33 is fully charged, or when the output type battery 33 is equal to or lower than a second predetermined charge amount. An emergency measure is taken when the charge amount is substantially “0”. The range described above varies depending on the type of the output battery 33. In the case of a lithium ion battery, the charging rate is outside the range of 0% to 80%, for example. In the case of a lithium ion capacitor, the voltage is 2.2V, for example. In the case of an electric double layer capacitor outside the range of ˜3.8 V, the voltage is set outside the range of 0 V to 2 V, for example.

本実施例と、図3に示す実施例1及び図8に示す実施例2との違いは、蓄電システム14から電気負荷15に電力を供給する電源を、出力型電池33或いは鉛電池31のどちらかに切り替える、切り替えスイッチ91を追加したところにある。ここで、図9では検出線34は鉛電池31の電圧を検出しているが、図8に示す実施例2と同様に電流を検出するようにしても良い。尚、図9は切り換えスイッチ91を設けたことを強調するための模式図であり、具体的な構成は図10に示している。   The difference between the present embodiment and the first embodiment shown in FIG. 3 and the second embodiment shown in FIG. 8 is that the power source for supplying power from the power storage system 14 to the electric load 15 is either the output type battery 33 or the lead battery 31. The changeover switch 91 is added. Here, although the detection line 34 detects the voltage of the lead battery 31 in FIG. 9, the current may be detected as in the second embodiment shown in FIG. 8. FIG. 9 is a schematic diagram for emphasizing the provision of the changeover switch 91, and a specific configuration is shown in FIG.

図9において、切り替えスイッチ91は、蓄電システム14自体がオフになった場合、或いは出力型電池33の充電率(現在の充電量/満充電量×100(%))、或いは電圧が予め指定した範囲外に有る場合に、鉛電池31側に電気負荷14と発電機13の接続状態を切り替える。ここで、図9に示す切り替えスイッチ91は通常状態の位置を示し、非常時の場合は反対側に反転される。蓄電システム14自体がオフになった場合、例えばマイクロHEVにおいては、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を長い期間に亘って供給する必要があるため、容量の大きい鉛電池31を用いることが有効であるためである。   In FIG. 9, the changeover switch 91 is designated in advance when the power storage system 14 is turned off, or the charging rate of the output battery 33 (current charge amount / full charge amount × 100 (%)) or voltage is specified in advance. When it is outside the range, the connection state of the electric load 14 and the generator 13 is switched to the lead battery 31 side. Here, the changeover switch 91 shown in FIG. 9 indicates the position in the normal state, and is reversed to the opposite side in the case of an emergency. When the power storage system 14 itself is turned off, for example, in the micro HEV, it is necessary to supply weak power such as a security device used during parking for a long period of time, so the lead battery 31 having a large capacity is used. This is because it is effective.

また、出力型電池33の充電率、或いは電圧が予め指定した範囲外(リチウムイオン電池の場合には、充電率は例えば0%〜80%の範囲外、リチウムイオンキャパシタの場合には、電圧は例えば2.2V〜3.8Vの範囲外、電気二重層キャパシタの場合には、電圧は例えば0V〜2Vの範囲外である。)になった場合は以下の状態が発生する。例えば、充電率、或いは電圧が低い場合に放電を継続すれば過放電状態となり、時に回復不能な劣化を電池に引き起こすことがある。また、充電率、或いは電圧が高い場合に充電を継続すれば、電極等の劣化を引き起こすため電池への悪影響が不可避である。更には、リチウムイオン電池の場合には過充電になると発火、発煙を引き起こす可能性が有る。   Further, the charging rate or voltage of the output type battery 33 is out of a predetermined range (in the case of a lithium ion battery, the charging rate is outside the range of 0% to 80%, for example, in the case of a lithium ion capacitor, the voltage is For example, in the case of an electric double layer capacitor outside the range of 2.2V to 3.8V, the voltage is outside the range of 0V to 2V, for example. For example, if discharging is continued when the charging rate or voltage is low, an overdischarged state may be caused, and sometimes the battery may cause irreparable deterioration. Further, if charging is continued when the charging rate or voltage is high, deterioration of the electrodes and the like is caused, and thus adverse effects on the battery are inevitable. Furthermore, in the case of a lithium ion battery, if it is overcharged, it may cause fire and smoke.

次に、図9の模式図に示した第3の実施形態の具体的な構成とその動作について図10を用いて説明する。以下の説明は、出力型電池33としてリチウムイオン電池を使用し、その充電率を測定して切り替えスイッチ91を切り替える例である。   Next, a specific configuration and operation of the third embodiment shown in the schematic diagram of FIG. 9 will be described with reference to FIG. The following description is an example in which a lithium ion battery is used as the output type battery 33, the charge rate is measured, and the changeover switch 91 is switched.

図10において、図3或いは図8に示す実施例に出力型電池33の充電率を推定する充電率推定部101、切り替えスイッチ91を制御する切り替え制御部102、出力型電池33の間の電圧検出線103、104、切り替えスイッチ91と出力型電池33の間の電流検出線105を追加したところに特徴がある。   10, in the embodiment shown in FIG. 3 or FIG. 8, the charge rate estimation unit 101 that estimates the charge rate of the output type battery 33, the switching control unit 102 that controls the changeover switch 91, and the voltage detection between the output type battery 33. It is characterized in that the lines 103 and 104 and the current detection line 105 between the changeover switch 91 and the output type battery 33 are added.

ここで、切り替え制御部102は、工場出荷時または電池交換時に起動され、電池交換またはシステム廃棄時まで処理を続けることができる。また、充電率推定部101と切り替え制御部102は、一つのマイクロコンピュータ内のプログラムとして実装しても良いし、直流電圧変換器32内の電圧制御器36にマイクロコンピュータを使用している場合には、そのマイクロコンピュータと兼用しても良い。マイクロコンピュータを使用する場合には、マイコンの電源は鉛電池31から得ても良い。更に、切り替えスイッチ91は、パワーMOS-FET、IGBT等を使用することができる。   Here, the switching control unit 102 is activated at the time of factory shipment or battery replacement, and can continue processing until battery replacement or system disposal. Further, the charging rate estimation unit 101 and the switching control unit 102 may be implemented as a program in one microcomputer, or when the microcomputer is used for the voltage controller 36 in the DC voltage converter 32. May also be used as the microcomputer. When using a microcomputer, the power source of the microcomputer may be obtained from the lead battery 31. Furthermore, the changeover switch 91 can use a power MOS-FET, IGBT, or the like.

以下、充電率推定部101の動作、及び切り替えスイッチ91の切り替え制御について説明する。   Hereinafter, the operation of the charging rate estimation unit 101 and the switching control of the selector switch 91 will be described.

充電率推定部101は、出力型電池33の電圧を検出する検出線103、104、および電流検出線105の電圧及び電流を読み込み、出力型電池33の充電率を計算し、計算された充電率を切り替え制御部102に送る。ここで、出力型電池33の充電率計算方法は種々の方法があるが、この蓄電システム14に適切な方法を用いて推定すれば良い。   The charging rate estimation unit 101 reads the voltages and currents of the detection lines 103 and 104 for detecting the voltage of the output type battery 33 and the current detection line 105, calculates the charging rate of the output type battery 33, and calculates the calculated charging rate. Is sent to the switching control unit 102. Here, although there are various methods for calculating the charging rate of the output type battery 33, the charging rate may be estimated using a method suitable for the power storage system 14.

例えば、本実施例では以下の方法で充電率を推定している。すなわち、予めマップ化した抵抗テーブルを参照して抵抗値を求め、この抵抗値を使用して「電流×抵抗+電圧差(電圧検出線103と電圧検出線104の間の電圧差)」の計算式によって電池電圧を推定する。次に、この電池電圧から予めマップ化した電池電圧と充電率のテーブルにより、充電率(以下、電圧推定充電率)を推定する。   For example, in this embodiment, the charging rate is estimated by the following method. That is, a resistance value is obtained by referring to a resistance table mapped in advance, and the calculation of “current × resistance + voltage difference (voltage difference between voltage detection line 103 and voltage detection line 104)” is performed using this resistance value. The battery voltage is estimated by the formula. Next, a charging rate (hereinafter, voltage estimated charging rate) is estimated from a battery voltage and charging rate table mapped in advance from the battery voltage.

この他に、蓄電システム14が休止している時の電圧差(電圧検出線103と電圧検出線104の電圧差)で推定した充電率を初期値とし、この初期値に、電流検出線105で計測した電流の積分値を、電池容量で割った値を加えた充電率(以下、電流推定充電率)を用いても良い。更には、電圧推定充電率と電流推定充電率の加重平均を充電率として出力しても良い。また、充電率は温度によっても変化するので、出力型電池33に温度センサを取り付けて、抵抗テーブルを温度補正しても良い。温度センサ、は熱電対やサーミスタを使用することができる。   In addition, the charging rate estimated by the voltage difference when the power storage system 14 is at rest (voltage difference between the voltage detection line 103 and the voltage detection line 104) is set as an initial value, and the current detection line 105 is set to this initial value. You may use the charging rate (henceforth a current estimation charging rate) which added the value which divided the integral value of the measured electric current by battery capacity. Furthermore, a weighted average of the voltage estimated charging rate and the current estimated charging rate may be output as the charging rate. Further, since the charging rate also varies depending on the temperature, a temperature sensor may be attached to the output type battery 33 to correct the temperature of the resistance table. As the temperature sensor, a thermocouple or a thermistor can be used.

次に切り替えスイッチ91の切り替え制御部102の動作について図11に示す制御フローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of the switching control unit 102 of the changeover switch 91 will be described using the control flowchart shown in FIG.

≪ステップS111≫
ステップS111において、充電率推定部102で推定された出力型電池33の充電率を読み込む。この充電率は上述したような適切な推定方法を使用して推定されている。ここで、推定された充電率が求められると、次のステップに進む。
<< Step S111 >>
In step S111, the charging rate of the output type battery 33 estimated by the charging rate estimation unit 102 is read. This charging rate is estimated using an appropriate estimation method as described above. Here, when the estimated charging rate is obtained, the process proceeds to the next step.

≪ステップS112≫
次に、ステップS112においては、出力型電池23の推定された充電率が予め設定された充電率の上限値と下限値の範囲に入っているかどうかを判断する。つまり、このステップS112は、出力型電池33の充電状態が正常かどうかを判断している。このステップS112によって、推定された充電率が予め設定された充電率の上限値と下限値の範囲に入っている場合は、ステップS113に処理を進め、そうでなければステップS114に処理を進める。ここで、充電率の上限値と下限値の範囲はリチウムイオン電池の場合には例えば0%〜80%である。
<< Step S112 >>
Next, in step S112, it is determined whether or not the estimated charging rate of the output type battery 23 is within the range between the preset upper limit value and lower limit value of the charging rate. That is, this step S112 determines whether or not the charging state of the output type battery 33 is normal. If the estimated charging rate is within the range between the preset upper limit value and lower limit value in step S112, the process proceeds to step S113. Otherwise, the process proceeds to step S114. Here, the range of the upper limit value and the lower limit value of the charging rate is, for example, 0% to 80% in the case of a lithium ion battery.

≪ステップS113≫
ステップ113では、蓄電システム14の運転状態を判断している。例えば、マイクロHEVではイグニッション信号が投入されているかどうか、XEMSでは保守状態で無い状態、即ち運用中の信号かどうかを判定している。これらの判断信号はこれに限定されることなく、要は蓄電システム14の運転状態を判断できれば他の信号を用いても良い。そして、蓄電システム14が運転状態であればステップS115に処理を進め、そうでなければステップS114に処理を進める。
<< Step S113 >>
In step 113, the operating state of the power storage system 14 is determined. For example, in the micro HEV, it is determined whether an ignition signal is input, and in the XEMS, it is determined whether the signal is not in a maintenance state, that is, whether the signal is in operation. These determination signals are not limited to these, and other signals may be used as long as the operation state of the power storage system 14 can be determined. If power storage system 14 is in the operating state, the process proceeds to step S115, and if not, the process proceeds to step S114.

≪ステップS114≫
ステップS114では、ステップS112で出力型電池33の充電状態が正常でないと判断されているので、切り替えスイッチ91を鉛電池31側に切り替え指定するための切り替え指定信号を送り、鉛電池31と発電機13、電気負荷15を接続する。これによって、出力型電池33の過充電や過放電を防止することができる。
<< Step S114 >>
In step S114, since it is determined in step S112 that the charging state of the output type battery 33 is not normal, a switching designation signal for switching the switching switch 91 to the lead battery 31 side is sent, and the lead battery 31 and the generator 13. Connect the electrical load 15. Thereby, overcharging and overdischarging of the output type battery 33 can be prevented.

また、ステップS112で出力型電池33の充電状態が正常であっても、蓄電システム14が休止された場合、マイクロHEVにおいては、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を長い期間に亘って供給する必要があるため、鉛電池31と発電機13、電気負荷15を接続する。これによって、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を長い期間に亘って供給することができる。   In addition, even if the charging state of the output battery 33 is normal in step S112, if the power storage system 14 is suspended, the micro HEV supplies weak power such as a security device used during parking for a long period of time. Therefore, the lead battery 31, the generator 13, and the electric load 15 are connected. As a result, weak power such as a security device used during parking can be supplied over a long period of time.

≪ステップS115≫
ステップS115では、ステップS112で出力型電池33の充電状態が正常で、且つ、ステップS113で蓄電システム14が運転中と判断されているので、切り替えスイッチ91を出力形電池33側に切り替え指定するための切り替え指定信号を送り、出力形電池33と発電機13、電気負荷15を接続する。
<< Step S115 >>
In step S115, since the state of charge of the output type battery 33 is normal in step S112 and the power storage system 14 is determined to be operating in step S113, the changeover switch 91 is designated to be switched to the output type battery 33 side. The output type battery 33, the generator 13, and the electric load 15 are connected.

以上述べたように、本実施例においては、切り替えスイッチ91は、蓄電システム14自体がオフになった場合、或いは出力型電池23の充電率が予め指定した範囲外に有る場合に、鉛電池31側に電気負荷14と発電機13の接続状態を切り替えるように構成されている。このため、出力型電池33の充電状態が正常でないと判断されている場合は、鉛電池31と発電機13、電気負荷15を接続して出力型電池33の過充電や過放電を防止することができるようになる。また、蓄電システム14が休止された場合、マイクロHEVにおいては、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を長い期間に亘って供給する必要があるため、鉛電池31と発電機13、電気負荷15を接続して、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を長い期間に亘って供給することができるようになる。   As described above, in the present embodiment, the changeover switch 91 is connected to the lead battery 31 when the power storage system 14 itself is turned off or when the charging rate of the output type battery 23 is outside the range specified in advance. The connection state of the electrical load 14 and the generator 13 is switched to the side. For this reason, when it is determined that the charging state of the output type battery 33 is not normal, the lead battery 31, the generator 13, and the electric load 15 are connected to prevent overcharging and overdischarging of the output type battery 33. Will be able to. In addition, when the power storage system 14 is suspended, the micro HEV needs to supply weak power such as a security device used during parking for a long period of time, so the lead battery 31, the generator 13, By connecting the load 15, weak power such as a security device used during parking can be supplied over a long period of time.

本実施例では、リチウムイオン電池の充電率を推定する充電率推定部を用いているが、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタの電圧を推定する場合は電圧推定部を設ければ良い。したがって、上述の説明で『充電率』は『電圧』に読み替えれば良い。   In this embodiment, a charging rate estimation unit that estimates the charging rate of a lithium ion battery is used. However, when estimating the voltage of a lithium ion capacitor or an electric double layer capacitor, a voltage estimation unit may be provided. Therefore, in the above description, “charging rate” may be read as “voltage”.

以上述べたように、本発明によれば、電気負荷に電流を放電し、発電機からの電流で充電される出力型電池と、この出力型電池に電流を放電し、出力型電池からの電流で充電される容量型電池とを備え、出力型電池に流せる第1の規定された電流を容量型電池に流せる第2の規定された電流よりも大きい電流値とし、更に、容量型電池を昇圧及び降圧ができる直流電圧変換器を介して出力型電池と直列に接続した。   As described above, according to the present invention, an output type battery that discharges a current to an electric load and is charged by a current from a generator, and a current that is discharged from the output type battery to the output type battery. The first specified current that can be supplied to the output type battery is set to a current value larger than the second specified current that can be supplied to the capacity type battery, and further boosts the capacity type battery. And it connected in series with the output type battery via the DC voltage converter which can step down.

これによって、容量型電池の充電時に、直流電圧変換器に直列に接続された出力型電池によって直流電圧変換器の分担電圧を下げることにより直流電圧変換器の電力を抑えることができる。計算では70%まで抑えることができた。   As a result, when the capacity type battery is charged, the power of the DC voltage converter can be suppressed by lowering the shared voltage of the DC voltage converter by the output type battery connected in series with the DC voltage converter. The calculation was able to reduce to 70%.

また、電気負荷の定格電圧を維持しながら容量型電池の充電電圧を上げることで、容量型電池の寿命を延ばすことができる。例えば、マイクロHEVで鉛電池の充電電圧を14.4Vに上げた時には、鉛電池の寿命は1.8倍となった。   Moreover, the lifetime of a capacity type battery can be extended by raising the charging voltage of a capacity type battery, maintaining the rated voltage of an electrical load. For example, when the charge voltage of a lead battery is increased to 14.4 V with a micro HEV, the life of the lead battery is 1.8 times longer.

11…マイクロHEV、12…エンジン、13…発電機、14…蓄電システム、15…電気負荷、21…XEMS、31…鉛電池、32…直流電圧変換器、33…出力型電池、34…鉛電池側の電圧検出線、35…蓄電システム側の出力電圧検出線、36…直流電圧変換器の電圧制御器、41…出力型電池側の直流電圧変換器端子、42…鉛電池側の直流電圧変換器端子、43…平滑用コンデンサ1、44…平滑用コンデンサ2、45…降圧用スィッチング素子、46…昇圧用スィッチング素子、47…昇圧用ダイオード、48…降圧用ダイオード、49…チョークコイル、501…電圧検出端子、502…オン-オフ信号、503…増幅回路、504…三角波発生回路、505…比較器、506…基準電圧、507…差動増幅器、508…VCC、509…三角波発生用コンデンサ、601…充放電判定部、602…切り替えスィッチ、603…降圧スイッチング素子信号端子、604…昇圧スイッチング素子信号端子、605…スイッチング素子制御回路、606…インバータ、607…鉛電池電圧入力端子、608…蓄電システム出力電圧入力端子、609…電圧バッファ、610…電圧バッファ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Micro HEV, 12 ... Engine, 13 ... Generator, 14 ... Power storage system, 15 ... Electric load, 21 ... XEMS, 31 ... Lead battery, 32 ... DC voltage converter, 33 ... Output type battery, 34 ... Lead battery Voltage detection line on the side, 35 ... Output voltage detection line on the power storage system side, 36 ... Voltage controller of the DC voltage converter, 41 ... DC voltage converter terminal on the output type battery side, 42 ... DC voltage conversion on the lead battery side Terminal 43, smoothing capacitor 1, 44 ... smoothing capacitor 2, 45 ... step-down switching element, 46 ... step-up switching element, 47 ... step-up diode, 48 ... step-down diode, 49 ... choke coil, 501 ... Voltage detection terminal, 502 ... On-off signal, 503 ... Amplifier circuit, 504 ... Triangular wave generation circuit, 505 ... Comparator, 506 ... Reference voltage, 507 ... Differential amplifier, 508 ... V CC, 509... Triangular wave generating capacitor, 601. Charge / discharge determination unit, 602... Switching switch, 603. Step-down switching element signal terminal, 604. Step-up switching element signal terminal, 605 ... switching element control circuit, 606 ... inverter, 607. Lead battery voltage input terminal, 608... Power storage system output voltage input terminal, 609... Voltage buffer, 610.

Claims (14)

電気負荷に電力を供給すると共に、発電機で発生された電力によって充電される二次電池を備えてなる蓄電システムにおいて、
前記電気負荷に電流を放電し、発電機からの電流によって充電される出力型電池と、前記出力型電池に接続される出力型電池側端子が備えられた昇圧及び降圧ができる直流電圧変換器と、前記直流電圧変換器に備えられた容量型電池側端子に接続された容量型電池とを備え、前記出力型電池に流せる第1の規定された電流を前記容量型電池に流せる第2の規定された電流よりも大きい電流値とすると共に、前記出力型電池と前記容量型電池とが前記直流電圧変換器を介して直列接続され、前記直流電圧変換器は、前記出力型電池側端子の電圧を昇圧して前記容量型電池に充電する充電動作を行ない、また、前記直流電圧変換器は、前記容量型電池の電圧を降圧して前記出力型電池側端子に放電する放電動作を行なうことを特徴とする蓄電システム。
In a power storage system comprising a secondary battery charged with electric power generated by a generator while supplying electric power to an electric load,
An output-type battery that discharges current to the electric load and is charged by a current from a generator; and a DC voltage converter capable of step-up and step-down provided with an output-type battery side terminal connected to the output-type battery; And a capacity type battery connected to a capacity type battery side terminal provided in the DC voltage converter, and a second specification that allows a first specified current that can flow to the output type battery to flow to the capacity type battery. The output type battery and the capacity type battery are connected in series via the DC voltage converter, and the DC voltage converter is connected to the voltage of the output type battery side terminal . And the DC voltage converter performs a discharging operation to step down the voltage of the capacitive battery and discharge it to the output battery side terminal. Characteristic power storage system Beam.
請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記出力型電池に流せる第1の規定された電流と前記容量型電池に流せる第2の規定された電流は充電電流であることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 1,
The power storage system according to claim 1, wherein the first specified current that can flow through the output type battery and the second specified current that can flow through the capacity type battery are charging currents.
請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記容量型電池は鉛電池であり、前記鉛電池に充電する際に、前記直流電圧変換器によって前記鉛電池の充電電圧を前記発電機の発電電圧以上で前記鉛電池の充電定格電圧以下の値に調整することを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 1,
The capacity type battery is a lead battery, and when the lead battery is charged, the charge voltage of the lead battery is greater than the power generation voltage of the generator and less than the rated charge voltage of the lead battery by the DC voltage converter. A power storage system characterized by adjusting to the above.
請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記容量型電池は鉛電池であり、前記鉛電池に充電する際に、前記直流電圧変換器によって前記鉛電池の充電電流を予め定めた充電電流以下になるように電圧を調整することを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 1,
The capacity type battery is a lead battery, and when the lead battery is charged, the voltage is adjusted by the DC voltage converter so that the charge current of the lead battery is equal to or lower than a predetermined charge current. Power storage system.
請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記容量型電池は鉛電池であり、充電時の前記鉛電池の電圧が定格電圧になったときに、前記直流電圧変換器によって充電電圧を定格電圧となるように充電電圧に制限をかけることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 1,
The capacitive battery is a lead battery, and when the voltage of the lead battery at the time of charging reaches a rated voltage, the charging voltage is limited by the DC voltage converter so that the charging voltage becomes the rated voltage. A featured power storage system.
請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記出力型電池から前記電気負荷に放電する際に、前記出力型電池と前記直流電圧変換器の合成された放電電圧が、前記電気負荷の定格電圧になるように前記直流電圧変換器によって調整されることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 1,
When discharging from the output type battery to the electric load, the combined discharge voltage of the output type battery and the DC voltage converter is adjusted by the DC voltage converter so as to become a rated voltage of the electric load. A power storage system characterized by that.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の蓄電システムにおいて、
前記出力型電池はリチウムイオン電池、或いはリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to any one of claims 1 to 6,
The output type battery is a lithium ion battery or a lithium ion capacitor.
電気負荷に電力を供給すると共に、発電機で発生された電力によって充電される二次電池を備えてなる蓄電システムにおいて、
前記電気負荷に電流を放電し、発電機からの電流によって充電される出力型電池と、前記出力型電池に接続される出力型電池側端子が備えられた昇圧及び降圧ができる直流電圧変換器と、前記直流電圧変換器に備えられた容量型電池側端子に接続された容量型電池とを備え、前記出力型電池に流せる第1の規定された電流を前記容量型電池に流せる第2の規定された電流よりも大きい電流値とすると共に、前記出力型電池と前記容量型電池とが前記直流電圧変換器を介して直列接続され、前記直流電圧変換器は、前記出力型電池側端子の電圧を昇圧して前記容量型電池に充電する充電動作を行ない、また、前記直流電圧変換器は、前記容量型電池の電圧を降圧して前記出力型電池側端子に放電する放電動作を行なうと共に、前記出力型電池が第1の所定の充電率以上、または第1の所定の電圧以上、或いは第2の所定の充電率以下、または第2の所定の電圧以下になった場合には、前記出力型電池ではなく前記容量型電池によって前記電気負荷に電流を放電することを特徴とする蓄電システム。
In a power storage system comprising a secondary battery charged with electric power generated by a generator while supplying electric power to an electric load,
An output-type battery that discharges current to the electric load and is charged by a current from a generator; and a DC voltage converter capable of step-up and step-down provided with an output-type battery side terminal connected to the output-type battery; And a capacity type battery connected to a capacity type battery side terminal provided in the DC voltage converter, and a second specification that allows a first specified current that can flow to the output type battery to flow to the capacity type battery. The output type battery and the capacity type battery are connected in series via the DC voltage converter, and the DC voltage converter is connected to the voltage of the output type battery side terminal . The DC voltage converter performs a discharging operation to step down the voltage of the capacity type battery and discharge it to the output type battery side terminal . The output type battery When the voltage is equal to or higher than a predetermined charge rate of 1, or equal to or higher than a first predetermined voltage, equal to or lower than a second predetermined charge rate, or equal to or lower than a second predetermined voltage, the capacity is not the output type battery. A power storage system, wherein a current is discharged to the electric load by a battery.
請求項8に記載の蓄電システムにおいて、
前記出力型電池に流せる第1の規定された電流と前記容量型電池に流せる第2の規定された電流は充電電流であることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 8, wherein
The power storage system according to claim 1, wherein the first specified current that can flow through the output type battery and the second specified current that can flow through the capacity type battery are charging currents.
請求項8に記載の蓄電システムにおいて、
前記容量型電池は鉛電池であり、前記出力型電池と前記鉛電池は切り替えスイッチを介して前記電気負荷とに接続され、前記切り替えスイッチによって前記出力型電池と前記鉛電池のいずれかに切り替えられて前記電気負荷に放電することを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 8, wherein
The capacity type battery is a lead battery, and the output type battery and the lead battery are connected to the electric load via a changeover switch, and are switched to either the output type battery or the lead battery by the changeover switch. A power storage system that discharges to the electrical load.
請求項8に記載の蓄電システムにおいて、
前記容量型電池は鉛電池であり、前記出力型電池と前記鉛電池は切り替えスイッチを介して前記電気負荷とに接続され、前記出力型電池の充電率を推定する充電率推定部、或いは前記出力型電池の電圧を推定する電圧推定部を設け、前記出力型電池の充電率、或いは電圧が予め決められた所定範囲に無い場合は、前記切り替えスイッチは前記鉛電池と前記電気負荷を接続することを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 8, wherein
The capacity type battery is a lead battery, and the output type battery and the lead battery are connected to the electric load via a changeover switch, and a charge rate estimating unit for estimating a charge rate of the output type battery, or the output A voltage estimation unit for estimating the voltage of the battery, and when the charging rate or voltage of the output battery is not within a predetermined range, the changeover switch connects the lead battery and the electric load. A power storage system characterized by this.
請求項11に記載の蓄電システムにおいて、
前記出力型電池はリチウムイオン電池、或いはリチウムイオンキャパシタ、或いは電気二重層キャパシタであり、前記リチウムイオン電池では充電率の前記所定範囲は0%〜80%に設定され、前記リチウムイオンキャパシタでは電圧の前記所定範囲は2.2V〜3.8に設定され、電気二重層キャパシタでは電圧の前記所定範囲は0V〜2Vに設定されていることを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 11, wherein
The output type battery is a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, or an electric double layer capacitor. In the lithium ion battery, the predetermined range of the charging rate is set to 0% to 80%. The power storage system is characterized in that the predetermined range is set to 2.2V to 3.8, and in the electric double layer capacitor, the predetermined range of voltage is set to 0V to 2V.
請求項10或いは請求項11に記載の蓄電システムにおいて、
前記電気負荷或いは前記発電機が運転されていない場合は、前記切り替えスイッチは前記鉛電池と前記電気負荷を接続することを特徴とする蓄電システム。
In the electrical storage system of Claim 10 or Claim 11,
When the electric load or the generator is not operated, the changeover switch connects the lead battery and the electric load.
請求項13に記載の蓄電システムにおいて、
前記電気負荷或いは前記発電機はマイクロHEVに使用されるものであり、前記マイクロHEVが運転されていない場合は、前記切り替えスイッチは前記鉛電池と前記電気負荷を接続することを特徴とする蓄電システム。
The power storage system according to claim 13,
The electrical load or the generator is used for a micro HEV, and when the micro HEV is not operated, the changeover switch connects the lead battery and the electrical load. .
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