DE10157003A1 - Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten - Google Patents

Abstract

Eine Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten umfaßt einen Kern, eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen und eine zweite geschlossene Schaltung. Die Vielzahl der ersten geschlossenen Schaltung umfaßt jeweils eine Einheit aus einer Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, eine Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und eine Vorrichtung aus einer Vielzahl der ersten Schaltvorrichtungen. Die zweite geschlossene Schaltung umfaßt eine zweite Batterieeinheit, eine Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung. Die ersten Schaltvorrichtungen und die zweite Schaltvorrichtung werden wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet, um die Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinheiten auszugleichen. Die ersten Schaltvorrichtungen bleiben nach der Beendigung des Transports der Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, weiter angeschaltet. In der Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten wird das Verhältnis der Zeitdauer des angeschalteten Zustands T¶ON2¶/T¶ON1¶ zwischen der Zeitdauer T¶ON2¶ des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauer T¶ON1¶ des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung so eingestellt, daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung annehmen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für das Durchführen eines Energietransports zwischen einer Vielzahl von Batterieeinheiten, die in Serie verbunden sind, und die in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angeordnet sind, um somit die Spannung über jeder der Batte­ rieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, auszu­ gleichen.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Der Stand der Technik auf diesem Gebiet ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. Hei 11-176483 und dem US-Patent Nr. 5,003,244 beschrieben. In der Konfigu­ ration des früheren Patents sind, wie das in Fig. 7 gezeigt ist, die Ausgangsspannungen E1 bis En einer Vielzahl von Bat­ terieeinheiten 1-1 bis 1-n in Serie miteinander verbunden. Für einen Gleichgewichtskorrektur der Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten wird ein Schalttransistor 2, der mit einer Primärspule Np in Serie verbunden ist, in Erwiderung auf die Ausgangsspannungen eingeschaltet und ausgeschaltet. Ein Um­ former besteht aus einer Vielzahl von Sekundärspulen Ns, wo­ bei jede einer der Batterieeinheiten entspricht, und diese auf einen mit der Primärspule gemeinsamen Umformerkern gewickelt sind. Die Verbindung ist so gestaltet, daß der Se­ kundärausgang des Umformers jede Batterieeinheit lädt. Wenn der Schalttransistor 2 periodisch angeschaltet und ausge­ schaltet wird, wird eine Spannung in Abhängigkeit vom Win­ dungsverhältnis in jeder Sekundärspule Ns erzeugt. Da die Se­ kundärspulen auf einen gemeinsamen Kern aufgewickelt sind, konzentriert sich der induzierte Ladestrom in einer Batterie­ einheit, die unter den Batterieeinheiten die niedrigste Span­ nung aufweist, wodurch ein Ausgleich der Spannungen bei den Batterieeinheiten durchgeführt wird.

In dieser ersteren Schaltung wird zusätzlich zum einfachen Anschaltung und Ausschalten des Transistors der Strom Ip, der in die Primärspule Np fließt, in Abhängigkeit vom Ladestrom Io gesteuert.

Weiterhin sind in der Konfiguration des letzteren Patents, wie das in Fig. 8 gezeigt ist, die Ausgangsspannungen einer Vielzahl von Batterieeinheiten 25, 26, 27 und 28 in Serie verbunden. Für den Zweck der Gleichgewichtskorrektur der Aus­ gangsspannungen der Batterieeinheiten wird ein Schalttransi­ stor 34, der mit einer Primärspule 16 in Serie verbunden ist, in Erwiderung auf die Eingabegröße von einer Leistungsversor­ gung 30 angeschaltet und ausgeschaltet. Ein Umformer 14 be­ steht aus einer Vielzahl von Sekundärspulen 21, 22, 23 und 24, wobei jede einer der Batterieeinheiten entspricht, und sie gemeinsam mit der Primärspule 16 auf einen Umformerkern 18 gewickelt sind. Die Verbindung ist so gestaltet, daß der Sekundärausgang des Umformers 14 jede Batterieeinheit lädt. Wenn der Schalttransistor 34 periodisch angeschaltet und aus­ geschaltet wird, wird eine Spannung in Abhängigkeit vom Win­ dungsverhältnis in jeder Sekundärspule erzeugt. Da die Sekun­ därspulen auf den gemeinsamen Kern aufgewickelt sind, konzen­ triert sich der induzierte Ladestrom in einer Batterieein­ heit, die unter den Batterieeinheiten die geringste Spannung aufweist, wodurch ein Gleichgewicht der Spannungen der Batte­ rieeinheiten hergestellt wird.

In den oben erwähnten Vorrichtungen des Standes der Technik für das Ausgleichen der Spannungen über einer Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen (Batterieeinheiten), die in Se­ rie verbunden sind, mittels des Schaltens eines Umformers treten die folgenden Probleme auf:

• a) In jeder der oben erwähnten Vorrichtungen des Stan­ des der Technik ist die Magnetisierungsstärke im Umformerkern während der Dauer des angeschalteten und des ausgeschalteten Zustands der Schaltvorrichtung (Transistor) in einer Richtung ausgerichtet. Somit ist der Bereich der Änderung der Magnet­ flußdichte des Kerns klein, und somit ist die Nutzung des Kerns wenig effizient. Die niedrige Effizienz bei der Nutzung des Kerns macht einen größeren Querschnitt des Kerns für eine spezifizierte Ausgangsleistung notwendig, was somit zu den Problemen einer größeren Vorrichtung und höheren Kosten führt.
  Weiterhin verursacht das Anschalten und Ausschalten der Schaltvorrichtung für den Spannungsausgleich das Problem, daß elektrische Ladung, die in der Kapazität, die zwischen den Anschlüssen der Schaltvorrichtung existiert, und die während der Zeitdauer des ausgeschalteten Zustands gespeichert wird, durch das nächste Anschalten entladen wird, was zu einem Lei­ stungsverlust und einem Rauschen durch den Kurzschlußstrom führt.
• b) In jeder oben erwähnten Vorrichtung des Stands der Technik wird Energie, die im Umformer während des Zeitdauer des angeschalteten Zustands der Schaltvorrichtung gespeichert wird, während der Zeitdauer des nächsten ausgeschalteten Zu­ stands der Schaltvorrichtung entladen, um somit eine Batte­ rieeinheit zu laden, die unter den Batterieeinheiten die ge­ ringste Spannung aufweist, um somit die Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten auszugleichen. Somit besteht die Größe der Ausgleichsenergie nur aus der Menge der Energie, die wäh­ rend dem angeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung gespei­ chert wird. Um somit den Ausgleich zu erhöhen, ist eine grö­ ßere Schaltvorrichtung für eine Erhöhung des Ausgleichsstroms notwendig. Diese größere Schaltvorrichtung bedingt jedoch eine größere Vorrichtung und somit höhere Kosten, wie das oben im Fall (a) erwähnt wurde. Weiterhin bewirkt, da jede Batterieeinheit einen inneren Widerstand aufweist, der höhere Strom von der Schaltvorrichtung einen größeren Spannungsab­ fall über dem inneren Widerstand, um somit die scheinbare Ausgangsspannung der Batterieeinheit beim Laden zu erhöhen. Dies ergibt ein Problem, da die Präzision des Ausgleichs der Ausgangsspannung reduziert wird.
  Zusätzlich zur Lösung der oben erwähnten Probleme ist ein kurzzeitiger Ausgleich des Ausgangsspannungen der Batterie­ einheiten, eine Reduktion des Energieverlusts nach der Aus­ gleichsoperation und das Einstellen der Spannung auf einen beliebigen Wert nach dem Ausgleich sehr wünschenswert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben in (a) und (b) erwähnten Probleme zu lösen, um somit eine Spannungsausgleichsvorrichtung zu liefern, die eine hohe Effizienz und eine hohe Präzision des Ausgleichs aufweist und die von geringer Größe ist. Weiterhin besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spannungsausgleichs­ vorrichtung, die eine gewünschte Spannung in einer kurzen Zeit ausgleichen kann, die den Energieverlust nach der Been­ digung des Ausgleichs reduzieren kann, und die das Einstellen der Spannung nach dem Ausgleich auf einen beliebigen Wert er­ möglicht, bereit zu stellen.

Ein Aspekt der Erfindung für das Lösen der oben erwähnten Probleme besteht aus einer Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit der Vielzahl der ersten Batterie­ einheiten (1-1 bis 1-n), die miteinander in Serie verbunden sind, eine der Windungen aus der Vielzahl der Sekundärwindun­ gen (4-1 bis 4-n), die magnetisch miteinander durch den Kern (3) verbunden sind, und eine der Vorrichtungen aus der Viel­ zahl der ersten Schaltvorrichtungen (2-1 bis 2-n) gebildet werden; und
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit (1-m), einer Primärwindung (4-m), die ma­ gnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden sind, und einer zweiten Schaltvorrichtung (2-m) gebildet wird;
wobei die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen alternativ angeschaltet und ausgeschaltet werden, um die Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrichtungen transportiert wird; und
die ersten Schaltvorrichtungen weiterhin angeschaltet bleiben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

Gemäß der Erfindung wird,
wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Er­ regungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrichtungen trans­ portiert, und
die ersten Schaltvorrichtungen bleiben angeschaltet, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

In einer anderen Konfiguration wird ein Detektor für die De­ tektion der Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinheiten (1-1 bis 1-n) bereit gestellt, wobei im Fall einer großen Variation die Zeitdauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung (2-m) und/oder der er­ sten Schaltvorrichtungen (2-1 bis 2-n) ausgedehnt wird.

In einer anderen Konfiguration wird im Falle einer kleinen Variation bei den Ausgangsspannungen der ersten Batterieele­ mente der An/Aus-Betrieb der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung gestoppt, und/oder die Zeit­ dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen und der zweiten Schaltvorrichtung wird extrem ver­ kürzt. Dies vermeidet einen Leistungsverlust und ein Rauschen durch eine unnötige Spannungsausgleichsoperation im Falle ei­ ner kleinen Variation der Ausgangsspannungen.

In einer anderen Konfiguration wird in dem Fall, daß die Va­ riation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterieelemente kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, die Dauer des ange­ schalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und/oder der zweiten Schaltvorrichtung für eine Reduktion des für den Ausgleich benötigten Leistungsverbrauchs verkürzt. Dadurch erhöht sich die Präzision beim Ausgleich der Anschlußspannun­ gen der Batterieelemente.

In einer anderen Konfiguration wird in dem Fall, bei dem ein Strom, der größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, durch die ersten Batterieeinheiten fließt, der An/Aus-Betrieb der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrich­ tung gestoppt, und/oder die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrich­ tung wird extrem verkürzt. Dadurch wird der Spannungsaus­ gleichsbetrieb im wesentlichen dann gestoppt, wenn die Zellspannungsdetektion jeder Batterieeinheit durch einen Spannungsabfall beeinträchtigt wird, der über dem inneren Wi­ derstand der Batterieeinheit durch einen hohen Strom, der durch die ersten Batterieeinheiten fließt, erzeugt wird.

In einer anderen Konfiguration wird während des Ladens von einer externen Leistungsversorgung und dem Entladen an eine externe Last durch die ersten Batterieeinheiten der An/Aus- Betrieb der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtungen gestoppt, und/oder die Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtungen wird extrem verkürzt. Dadurch wird die Spannungsausgleichoperation, sogar ohne eine Strom­ detektion automatisch in Erwiderung auf die Betätigung eines Schalters (S11) für das Schalten zwischen den Lade- und Ent­ ladebetriebsarten gestoppt.

In einer anderen Konfiguration gibt es, wenn die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen ab­ wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, eine Pause in einem Intervall vom Ausschalten der ersten Schaltvorrich­ tungen zum Einschalten der zweiten Schaltvorrichtung, und in einem Intervall vom Ausschalten der zweiten Schaltvorrichtung zum Einschalten der ersten Schaltvorrichtungen. Dadurch kann jede Schaltvorrichtung im Zustand, bei dem sich im wesentli­ chen keine elektrische Ladung in der Kapazitätskomponente zwischen den Anschlüssen der in Frage kommenden Schaltvor­ richtung befindet, geschaltet werden (spannungsloses Schal­ ten).

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung für das Ausgleichen von Schaltkreisspannungen, umfassend:
eine Vielzahl von Schaltkreisen, wobei in jedem Schalt­ kreis jede Schaltung aus einer Vielzahl von geschlossenen Schaltungen aus jeder Einheit aus einer Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch miteinander verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird, und wobei jeder Schaltkreis einen Umformer umfaßt, der mindestens eine Schaltkreisausgleichswindung, die magnetisch gemeinsam mit den Sekundärwindungen gekoppelt ist, umfaßt;
wobei die Schaltkreisausgleichswindungen, die jeweils in jedem Schaltkreis vorgesehen sind, parallel miteinander ver­ bunden sind, wobei mindestens einer der Schaltkreise mit ei­ ner Erregungswindung, die magnetisch mit den Sekundärwindun­ gen, die im in Frage kommenden Schaltkreis eingeschlossen sind, gekoppelt ist, wobei eine geschlossene Schaltung durch die serielle Verbindung der Erregungswindung, einer zweiten Batterieeinheit und einer zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird, und
wobei, wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieelementen durch die ersten Schaltvorrichtungen transportiert wird, und
die ersten Schaltvorrichtungen weiter angeschaltet blei­ ben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

Somit besteht eine weitere Wirkung darin, daß eine notwendige Ausgangsspannung durch eine passende Kombination einzelner Schaltkreise erhalten werden kann.

In einer anderen Konfiguration wird, wenn die erste Schalt­ vorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zur zweiten Schaltvorrichtung durch die zweite Schaltvorrichtung transportiert, und
die zweite Schaltvorrichtung bleibt weiter eingeschal­ tet, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet wurde.

Dadurch kann ein Spannungsausgleichbetrieb ähnlich der bei dem einzelnen Schaltkreis auch zwischen den Schaltkreisen er­ reicht werden, wobei ein gesamter Spannungsausgleichsbetrieb erhalten werden kann.

Die kombinierte Verwendung der Erregungswindung und der Schaltkreisausgleichswindung gestattet eine Miniaturisierung der Vorrichtung.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfaßt eine Spannungsaus­ gleichsvorrichtung für Batterieeinheiten, die folgendes um­ faßt:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tischmiteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit, einer Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieein­ heiten zu bewirken, und somit die Spannungen der ersten Bat­ terieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der ersten Batte­ rieeinheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dadurch wird der Spannungsausgleich ausgeführt, und es wird eine vorbestimmte Spannung erhalten.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfaßt eine Spannungsaus­ gleichsvorrichtung für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit, einer Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieein­ heiten zu bewirken, und somit die Spannungen der ersten Bat­ terieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der ersten Batte­ rieeinheiten eine vorbestimmte Spannung überschreiten, und wobei bevor die Spannungen der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung überschreiten, die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zu­ stands so einstellt, daß die Spannungen der ersten Batterie­ einheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dadurch wird die Zeit, die für den Energietransport von der zweiten Batterieeinheit zu jeder der ersten Batterieeinheiten benötigt wird, weiter reduziert.

In einer anderen Konfiguration stellt die Steuervorrichtung die Frequenz, die den Kehrwert der summierten Dauer des ange­ schalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen, darstellt, auf eine Frequenz ein, die niedriger als der normale Frequenzwert ist, um somit die Menge der Energie, die zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder ersten Batterieeinheit in einer Zeiteinheit transportiert wird, zu erhöhen, so daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten in kurzer Zeit den vorbestimmten Spannungswert annehmen. Da­ durch werden die Spannungen der ersten Batterieeinheiten in einer kürzeren Zeit auf die vorbestimmte Spannung einge­ stellt.

In einer anderen Konfiguration stellt, wenn der Transport ei­ ner vorbestimmten Menge der Energie zwischen der zweiten Bat­ terieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten un­ gefähr die vorbestimmte Spannung angenommen haben, die Steu­ ervorrichtung die Frequenz, die den Kehrwert der summierten Dauer der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zu­ stands der ersten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine Frequenz ein, die höher als der normale Wert ist. Dies ge­ stattet eine Reduktion der Zirkulationsenergie, nachdem der Ausgleich beendet ist, und somit wird der Energieverlust re­ duziert.

In einer anderen Konfiguration schaltet, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten been­ det ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung angenommen haben, die Steuervorrichtung die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen aus. Dies gestattet eine Reduktion des Energieverlusts.

In einer anderen Konfiguration werden eine dritte Schaltvor­ richtung und einer dritte Batterieeinheit weiter in der zwei­ ten geschlossenen Schaltung, die aus der zweiten Batterieein­ heit, der Primärwindung und der zweiten Schaltvorrichtung ge­ bildet wird, vorgesehen,
wobei eine geschlossene Schaltung durch die zweite Batterieeinheit, die dritte Schaltvorrichtung und die dritte Batterieeinheit gebildet wird;
wobei eine geschlossene Schaltung durch die Primärwin­ dung, die zweite Schaltvorrichtung und die dritte Batterie­ einheit gebildet wird, und
wenn der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, die Steuervorrichtung die dritte Schaltvorrichtung ausschaltet und bewirkt, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen weiter angeschaltet sind, um somit einen Ausgleich der Span­ nungen der ersten Batterieeinheiten fortzusetzen.

Wenn nahezu die gesamte zu transportierende Energie transpor­ tiert wurde, so wird ein Ausgleich effizient in dem Fall aus­ geführt, daß nur eine kleine Menge von Energie zwischen der Primärwindung und den Sekundärwindungen transportiert wird. Somit wird der Energieverlust reduziert, wenn die dritte Schaltvorrichtung ausgeschaltet wird, und wenn die dritte Batterieeinheit, die eine Energiekapazität aufweist, die kleiner als die der zweiten Batterieeinheit ist, für den Aus­ gleich verwendet wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfaßt eine Spannungsaus­ gleichsvorrichtung für Batterieeinheiten, die folgendes um­ faßt:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine Vielzahl von zweiten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit einer Vielzahl zweiter Batterieein­ heiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Win­ dung aus der Vielzahl der Primärwindungen, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtun­ gen gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Bat­ terieeinheiten zu bewirken, und somit die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der zweiten Batte­ rieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbe­ stimmte Spannung annehmen.

Dies gestattet den Energietransport in zwei Richtungen und den Spannungsausgleich zwischen jeder der zweiten Batterie­ einheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten. Dieses Steuerverfahren gestattet ferner, die Ausbildung einer klei­ nen Spannungsausgleichsvorrichtung, die ein nur geringes Rau­ schen aufweist. Weiterhin können, wenn die Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands eingestellt wird, wie dies oben be­ schrieben ist, und die Aktivierung der zweiten Schaltvorrich­ tungen und der ersten Schaltvorrichtungen gesteuert wird, die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und der ersten Bat­ terieeinheiten auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wer­ den. Somit wird ein Ausgleich erzielt und es wird eine vorbe­ stimmte Spannung erhalten.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfaßt eine Spannungsaus­ gleichsvorriehtung für Batterieeinheiten, die folgendes um­ faßt:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine Vielzahl von zweiten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit aus einer Vielzahl von zweiten Bat­ terieeinheiten, einer Windung aus einer Vielzahl von Primär­ windungen, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtungen gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Bat­ terieeinheiten zu bewirken, und somit die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der zweiten Batte­ rieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbe­ stimmte Spannung überschreiten, und wobei bevor die Spannun­ gen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterie­ einheiten die vorbestimmte Spannung überschreiten, die Steu­ ervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauerwerte des einge­ schalteten Zustands so rücksetzt, daß die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dies gestattet eine weitere Reduktion der Zeit, die für den Energietransport von jeder der zweiten Batterieeinheiten zu jeder der ersten Batterieeinheiten oder in umgekehrter Rich­ tung notwendig ist.

In einer anderen Konfiguration stellt die Steuervorrichtung die Frequenz, die den Kehrwert der aufsummierten Dauer der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der zweiten Schaltvor­ richtungen und der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zu­ stands der ersten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine niedrige Frequenz ein, um somit das Erhöhen der Menge der Energie, die zwischen jeder der zweiten. Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten in einer Zeiteinheit transportiert wird, zu erhöhen, so daß die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten den vorbestimmten Spannungswert in einer kurzen Zeit anneh­ men. Dadurch werden die Spannungen der zweiten Batterieein­ heiten oder der ersten Batterieeinheiten in einer kürzeren Zeit auf die vorbestimmte Spannung ausgeglichen.

In einer anderen Konfiguration stellt, wenn der Transport ei­ ner vorbestimmten Menge von Energie zwischen jeder der zwei­ ten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Batterieein­ heiten oder der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbe­ stimmte Spannung angenommen haben, die Steuervorrichtung die Frequenz, die den Kehrwert der aufsummierten Werte der Zeit­ dauerwerte des eingeschalteten Zustands der zweiten Schalt­ vorrichtungen und der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zu­ stands der ersten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine hohe Frequenz ein. Dies gestattet die Reduktion der Zirkula­ tionsenergie, nachdem der Ausgleich vollendet ist, und somit wird der Energieverlust reduziert.

In einer anderen Konfiguration schaltet, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieein­ heiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Bat­ terieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung annehmen, die Steuervorrichtung die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtun­ gen aus. Dadurch werden die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen gleichzeitig ausgeschaltet, womit der Energieverlust reduziert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Spannungsausgleichsvor­ richtung für Batterieeinheiten gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer Spannungsaus­ gleichsvorrichtung für Batterieeinheiten gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Spannungsausgleichsvor­ richtung für Batterieeinheiten gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Spannungsausgleichsvor­ richtung für Batterieeinheiten gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten und ei­ ner externen Leistungsversorgung und einer Last zeigt.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Schaltung für die Detek­ tion des Zeitpunkts der Freigabe der Erregungsenergie eines Umformers zeigt.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Spannungsausgleichsvor­ richtung für Batterieeinheiten gemäß einem ersten Stand der Technik zeigt.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Spannungsausgleichsvor­ richtung für Batterieeinheiten gemäß einem zweiten Stand der Technik zeigt.

Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Kon­ figuration einer Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterie­ einheiten gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 10A(a) bis 10A(d) sind Zeitdiagramme der Situation, in der die ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn ausgeglichen wurden. Fig. 10(a) zeigt S1, Fig. 10(b) zeigt S2 bis Sn, Fig. 10(c) zeigt den Lade- und Entladestrom von B1 und Fig. 10(d) zeigt den Lade- und Entladestrom von B2 bis Bn.

Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Konfiguration einer Spannungsausgleichsvorrichtung für Batte­ rieeinheiten gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt.

Fig. 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Konfiguration einer Spannungsausgleichsvorrichtung für Batte­ rieeinheiten gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Grundschaltung der vorliegenden Erfindung. Die Zahlen 1-1 bis 1-n bezeichnen eine Vielzahl von Batterie­ einheiten, die miteinander in Serie verbunden sind. Die Zah­ len 2-1 bis 2-n bezeichnen einer Vielzahl von ersten Schalt­ vorrichtungen. Die Zahl 1-m bezeichnet eine Batterieeinheit, die getrennt von den Batterieeinheiten vorgesehen ist, und die in Kombination mit einer Gleichstromleistungsversorgung, einem Ladegerät oder einem Generator vorgesehen sein kann. Die Zahl 2-m bezeichnet eine zweite Schaltvorrichtung für das Leiten eines Strom von der Batterieeinheit zu einer Primär­ wicklung 4-m, die auf einem gemeinsamen Kern des Umformers 3 gewickelt ist. Der gemeinsame Kern des Umformers 3 ist weiter mit einer Vielzahl von Sekundärwindungen 4-1 bis 4-n verse­ hen, um Ladeströme in die Batterieeinheiten 1-1 bis 1-n, die in Serie miteinander verbunden sind, zu liefern.

Die Schaltvorrichtung 2-m und die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n werden mit Impulsen entgegengesetzter Polarität versehen, wie das in der Figur gezeigt ist. Somit wird ihre Leitung so gesteuert, daß die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n ausge­ schaltet sind, wenn die Schaltvorrichtung 2-m angeschaltet ist, und daß die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n angeschaltet sind, wenn die Schaltvorrichtung 2-m ausgeschaltet ist.

Als nächstes wird der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Schal­ tung nachfolgend unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2(a) zeigt die Dauer des angeschalteten und ausgeschal­ teten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m. Fig. 2(b) zeigt die Dauer des angeschalteten und ausgeschalteten Zu­ stands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n. Fig. 2(c) zeigt die Lade- und Entladeströme für den Spannungsausgleich der Batterieeinheiten 1-1 bis 1-n. Diese Ströme fließen durch die Sekundärwindungen 4-1 bis 4-n. (Diese Ströme unterschei­ den sich von einem Ladestrom einer externen Ladevorrichtung und einem Entladestrom zu einer externen Last, die zu und von den in Serie miteinander verbundenen Batterieeinheiten gelie­ fert werden.) Fig. 2(d) zeigt einen Strom, der durch die Primärwindung 4-m fließt. Dieser Strom liefert Ausgleichs­ energie, die im Umformer 3 gespeichert ist.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung im oben erwähnten Be­ trieb ist der Punkt, daß die Dauer des angeschalteten Zu­ stands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m sich von der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n unterscheidet, und daß insbesondere die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n so eingestellt ist, daß sie länger ist als die Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m, wodurch die Spannungsvariation der Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, im Vergleich zum Stand der Technik reduziert wird.

Wie oben beschrieben wurde, werden die Dauer des angeschalte­ ten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m und die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n auf unterschiedliche Werte eingestellt, und die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen 2-1 bis 2-m wird so eingestellt, daß sie länger als die andere Dauer ist.

Das Merkmal, daß die Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m und die Dauer des angeschalte­ ten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, und daß die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n so eingestellt wird, daß sie länger als die andere Dauer ist, führt nicht bloß zu einem Unterschied in der Zeit­ dauer sondern es führt auch dazu, daß der angeschaltete Be­ trieb der ersten Schaltvorrichtungen fortgesetzt wird während einer Zeit nach der Beendigung der Freigabe der Erregungs­ energie, die im Umformer gespeichert ist, durch eine An­ schaltoperation der zweiten Schaltvorrichtung in die ersten Schaltvorrichtungen durch die ersten Schaltvorrichtungen.

Um die Beendigung der Freigabe der Erregungsenergie, die im Umformer gespeichert ist, durch eine Anschaltoperation der zweiten Schaltvorrichtung in die ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrichtungen zu detektieren, wird ein Stromumformer CT-1 bis CT-n als Stromdetektor in jeder ge­ schlossenen Schaltung, die aus jeder Sekundärwindung 4-1 bis 4-n, jeder Batterieeinheit 1-1 bis 1-n und jeder Schaltvor­ richtung 2-1 bis 2-n gebildet wird, wie das in Fig. 6 ge­ zeigt ist, bereit gestellt. Dann kann durch die Detektion der Zeit der Polaritätsumkehr der Ausgangsgröße jedes Umformers die Zeit der Beendigung der Freigabe der Erregungsenergie im Umformer 3 detektiert werden. Hier kann ein Widerstand statt jedes hier gezeigten Stromwandlers verwendet werden. Weiter­ hin kann ein Pulsumformer PT für das Ansteuern der Schaltvor­ richtungen 2-1 bis 2-n verwendet werden, wie das in Fig. 6 gezeigt ist.

Weiterhin kann die Zeit der Beendigung der Freigabe der Erre­ gungsenergie im Umformer 3 durch eine Überwachung der An­ schlußspannung der ersten Batterieeinheiten, der Erregungs­ energie in den Umformer oder dergleichen detektiert werden.

Nachfolgend wird eine Diskussion beschrieben, bei der der Spannungsausgleich zwischen den Batterieeinheiten ohne eine Erhöhung der Größe der Vorrichtung verwirklicht werden kann.

Ein Strom von der Batterieeinheit 1-m fließt in die Windung 4-m während der Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung 2-m, wodurch eine Menge von Energie im Um­ former 3 durch einen Stromteil, der in Fig. 2(d) nicht schraffiert ist, gespeichert wird.

Fig. 2(f) zeigt die Änderung der Spannung Vds über der Schaltvorrichtung 2-m vor und nach dem Übergang der Schalt­ vorrichtung 2-m zum eingeschalteten Zustand.

Wenn die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n in den ausgeschalte­ ten Zustand gehen, so wird die elektrische Ladung, die in ei­ ner kapazitiven Komponente (parasitäre Kapazität und ein ex­ terner Kondensator) über der Schaltvorrichtung 2-m gespei­ chert ist, durch eine parasitäre Diode, die in der Schaltvor­ richtung 2-m eingeschlossen ist, entladen, wodurch die Span­ nung Vds über der Schaltvorrichtung 2-m für die Dauer der Pause bis zum Übergang in den angeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 2-m auf ungefähr null fällt (ungefähr gleich der Normalrichtungsspannung der Diode ist).

Wenn der angeschaltete Zustand der Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n nach der Freigabe der Erregungsenergie im Umformer fortgesetzt wird, so wird die Richtung des Stroms, der in je­ der geschlossenen Schaltung fließt, umgekehrt, und es beginnt somit ein Strom von jeder Schaltvorrichtung 2-1 bis 2-n zu jeder Windung 4-1 bis 4-n (schraffierter Teil in Fig. 2(c)) zu fließen. Der umgekehrte Strom erregt den Umformer und überträgt Energie von einer Batterieeinheit, die eine höhere Anschlußspannung aufweist, auf eine Batterieeinheit, die eine niedrigere Anschlußspannung aufweist.

Zu dieser Zeit ändert sich die Spannung über jeder Schaltvor­ richtung 2-1 bis 2-n so, wie das in Fig. 2(e) gezeigt ist.

Wenn die Schaltvorrichtungen (FETs) 2-1 bis 2-n in den ausge­ schalteten Zustand gehen, wird die Erregungsenergie, die durch einen Teil des umgekehrten Stroms gespeichert wurde, zur Primärwindung freigegeben. Der Freigabestrom zieht die elektrische Ladung, die in der Kapazitätskomponente (die ei­ nen externen Kondensator umfaßt) gespeichert ist, über die Vds der Schaltvorrichtung (FET) 2-m. Danach wird die Vds auf der Normalrichtungsspannung (ungefähr 0,5 V) für die Dauer, wenn ein Normalrichtungsstrom in der parasitären Diode des FETs fließt, festgehalten.

Somit fließt während nahezu der gesamte Zeit, die in der Wel­ lenform in Fig. 2(d) durch eine Schraffur bezeichnet ist, ein Strom in die parasitäre Diode. Somit ist, wenn die Schaltvorrichtung 2-m während dieser Dauer angeschaltet wird, die Spannung Vds nahezu null, und somit kann ein Schalten bei null Volt erzielt werden. Das Schalten bei null Volt redu­ ziert den Schaltleistungsverlust und das Rauschen beim An­ schalten.

Die obige Beschreibung wurde für das Schalten der Vorrichtung 2-m angegeben. Die Situation ist jedoch auch für die Schalt­ vorrichtungen 2-1 bis 2-n (Fig. 2(e)) ähnlich.

Dann geht die Schaltvorrichtung 2-m in den ausgeschalteten Zustand, und die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n gehen in den angeschalteten Zustand. In dieser Situation ist jede Batte­ rieeinheit 1-1 bis 1-n bereit für das Laden durch die Span­ nung über jeder Windung 4-1 bis 4-n, die durch die Energie induziert wird, die im Umformer 3 während der Dauer des ange­ schalteten Zustands der Schaltvorrichtung 2-m gespeichert ist.

Es wird jedoch nicht jede Batterieeinheit 1-1 bis 1-n gleich­ förmig durch die induzierte Spannung über jeder Windung 4-1 bis 4-n geladen.

Wenn es eine Variation in den Ausgangsspannungen der Batte­ rieeinheiten 1-1 bis 1-n, die in Serie miteinander verbunden sind, gibt, so konzentriert sich der Strom des Teils, der in Fig. 2c nicht schraffiert ist, in einer Batterieeinheit, die unter den Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbun­ den sind, die niedrigste Spannung aufweist. Dieser Ladestrom erhöht die Spannung der Batterieeinheit, die unter den Batte­ rieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, die niedrigste Spannung aufweist. Ein solcher Betrieb wird wie­ derholt, um somit die Spannungen der Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, auszugleichen. (Die Si­ tuation ist die gleiche wie die Spannungsausgleichoperation in den Schaltungen des Standes der Technik, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt sind).

Wie oben beschrieben wurde, bleiben bei der vorliegenden Er­ findung, sogar nach der konzentrierten Freigabe der Energie, die im Umformer 3 während der Dauer des angeschalteten Zu­ stands der Schaltvorrichtung 2-m gespeichert wurde, in die Batterieeinheit, die die niedrigste Spannung aufweist (nach der Zeit, die in Fig. 2 durch eine unterbrochene Linie X be­ zeichnet ist) die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n im ange­ schalteten Zustand.

Wenn es eine Variation in den Ausgangsspannungen der Batte­ rieeinheiten 1-1 bis 1-n, die miteinander in Serie verbunden sind, noch zum Zeitpunkt X der konzentrierten Freigabe der Energie, die im Umformer 3 für die Dauer des angeschalteten Zustands der Schaltvorrichtung 2-m gespeichert wurde, in die Batterieeinheit, die die niedrigste Spannung aufweist, gibt, so tritt ein Entladen von einer Batterieeinheit, die die höchste Spannung der Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, aufweist, auf. Das ergibt sich dadurch, daß die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n sich im angeschalte­ ten Zustand befinden. Der Entladestrom ist durch den schraf­ fierten Teil in Fig. 2(c) gezeigt.

Somit wird Energie im Umformer 3 durch den Strom, der durch den schraffierten Teil in Fig. 2(c) gezeigt ist, von einer Batterieeinheit, die die höchste Spannung unter den in Serie verbundenen Batterieeinheiten aufweist, gespeichert. Weiter­ hin wird Energie von einer Batterieeinheit, die die höchste Spannung aufweist, zu einer Batterieeinheit, die die niedrig­ ste Spannung aufweist, übertragen.

Die Energie, die im Umformer 3 gespeichert ist, wird als ein Ladestrom (schraffierter Teil in Fig. 2(d)), der in die Bat­ terieeinheit 1-m fließt, nachdem die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n in den ausgeschalteten Zustand gehen, freigegeben. (Während dieser Dauer geht die Schaltvorrichtung 2-m jedoch nicht schon in den angeschalteten Zustand. Die Schaltvorrich­ tung 2-m ist jedoch mit einer Diode versehen, die in einer Richtung angeordnet ist, die das Laden der Batterieeinheit 1m gestattet. Somit ist ein Laden möglich).

Wenn ein FET für die Schaltvorrichtung verwendet wird, wie das in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, so wird die parasi­ täre Diode durch ein Herstellungsverfahren erzeugt. Die Ener­ gie wird durch die Windungen 4-1 bis 4-n transportiert, und somit im Umformer 3 gespeichert. Wenn die Schaltvorrichtungen 2-1 bis 2-n in den ausgeschalteten Zustand gehen, so wird die Energie entladen und vom Umformer 3 freigegeben, um die zweite Batterieeinheit 1-m zu ändern.

Somit wird, sogar wenn es eine Variation in den Ausgangsspan­ nungen der Batterieeinheiten, die miteinander in Serie ver­ bunden sind, gibt, die Steuerung so ausgeführt, daß eine Bat­ terieeinheit, die eine niedrigere Spannung aufweist, geladen wird, und daß eine Batterieeinheit, die eine höhere Spannung aufweist, entladen wird. Somit wird der Ausgleich der Span­ nungen der Batterieeinheiten im Vergleich zum Stand der Tech­ nik verbessert.

Eine solche Ausgleichsoperation kann einen Ausgleich bis zu einem gewissen Grad (beispielsweise 20 mv) ausführen, wobei aber die Variation nicht weiter verbessert wird.

Das kommt daher, daß ein hoher Strom in jede geschlossene Schaltung geliefert wird (die Dauer des angeschalteten Zu­ stands der zweiten Schaltvorrichtung und/oder der ersten Schaltvorrichtungen ist lang), um den Spannungsausgleich im anfänglichen Zustand, der ein großes Ungleichgewicht auf­ weist, so schnell wie möglich durchzuführen.

Wenn ein solch hoher Strom durch einen Leitungswiderstand, den Durchlaßwiderstand eines FET, den Widerstand in einer Um­ formerwindung und dergleichen fließt, so tritt ein Spannungs­ abfall auf und wird der Anschlußspannung jeder Schaltvorrich­ tung hinzugefügt. Diese hinzugefügte Spannung erscheint über jeder Sekundärwindung. Somit wird, wenn eine hinzugefügte Spannung mit einer anderen hinzugefügten Spannung zusammen­ fällt, der Ausgleich zwischen diesen Batterieeinheiten, sogar dann wenn eine tatsächliche Spannungsdifferenz vorhanden ist, nicht durchgeführt.

Das heißt, das Ausgleichen der Anschlußspannungen der Batte­ rieeinheiten wird durch den "Unterschied in der erzeugten Spannung", der durch eine Variation im Leitungswiderstand, dem Durchlaßwiderstand eines FET, dem Widerstand in einer Um­ formerwindung und dergleichen, die in der ersten geschlosse­ nen Schaltung existieren, verursacht wird, behindert.

Ein Verfahren, dieses Problem zu lösen, besteht darin, den Schaltungsstrom während des Ausgleichs zu reduzieren, um so­ mit den "Unterschied in der erzeugten Spannung" zu reduzieren (das heißt, die Zeitdauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und/oder der ersten Schaltvorrich­ tungen zu verkürzen).

Somit ist das Verfahren der Verkürzung der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und/oder der ersten Schaltvorrichtungen, um somit die Ausgleichsströme zu reduzieren, wenn die Variation etwas kleiner wird, wirk­ sam, um die Präzision des Ausgleichs der Anschlußspannungen der Batterieeinheiten zu verbessern.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

In Fig. 3 wird die Grundschaltung der vorliegenden Erfin­ dung, die in Fig. 1 gezeigt ist, als ein einzelner Schalt­ kreis behandelt. Eine Vielzahl solcher Schaltkreise (drei Schaltkreise in Fig. 3) werden bereitgestellt, und eine Vielzahl von Batterieeinheiten in den jeweiligen Schaltkrei­ sen sind in Serie miteinander verbunden. Es werden jedoch eine Batterieeinheit 1-m und eine Pulsversorgungsschaltung für das Anschalten und das Ausschalter jeder Schaltvorrich­ tung gemeinsam verwendet.

Weiterhin ist in Fig. 3 eine Schaltkreisausgleichswindung 4m gemein mit einer Erregungswindung von einer Batterieeinheit 1-m. Die Erregungswindung und die Schaltkreisausgleichswin­ dung können jedoch getrennt ausgebildet sein, wie das in Fig. 4 gezeigt ist.

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen derselbe wie der der ersten Ausführungsform. Der Spannungs­ ausgleich tritt jedoch auch zwischen den Schaltkreisen in ähnlicher Weise wie innerhalb eines einzelnen Schaltkreises auf, wodurch ein gesamter Ausgleich der Spannung erzielt wird.

Diese Konfiguration hat die weitere Wirkung, daß eine gefor­ derte Ausgangsspannung durch eine passende Kombination einer Vielzahl von einzelnen Schaltkreisen erhalten werden kann.

Fig. 5 zeigt die Verwendung einer Spannungsausgleichvorrich­ tung für Batterieeinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszahlen 1-1 bis 1-n eine Viel­ zahl von Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbun­ den sind. Die Bezeichnung A bezeichnet eine Spannungsaus­ gleichsvorrichtung. Die Zahl 12 bezeichnet eine externe Lade­ vorrichtung. Die Bezeichnung L bezeichnet eine Last. Die Be­ zeichnung S11 bezeichnet einen Schalter.

Wenn eine Vielzahl von Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, als Antriebszelle für ein Elektrofahr­ zeug dienen, so ist die Last ein Elektromotor für den Antrieb des Fahrzeugs. Wenn der Schalter S11 in die Ladebetriebsart eingestellt wurde, so führt die Ladevorrichtung ein Laden un­ ter Verwendung elektrischer Leistung, die durch einen Genera­ tor während des Betriebs des Fahrzeugs mit einem Benzinmotor erzeugt wird, durch. Während des Betriebs mit der Antriebs­ zelle, wird der Schalter S11 auf die Entladebetriebsart ein­ gestellt, um den Elektromotor anzutreiben.

Somit wird, wenn eine Spannungsausgleichsvorrichtung (ein Verfahren zum Spannungsausgleich) für Batterieelemente gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Hybridfahrzeug, das die Kombination eines Benzinmotors und eines Elektromotors ver­ wendet, und auf ein Elektrofahrzeug, das nur einen Elektromo­ tor verwendet, angewandt wird, die Ausgangsspannung zwischen einer Vielzahl von Batterieeinheiten, die miteinander in Se­ rie verbunden sind, und die für den Antrieb des Elektromotors benötigt werden, ausgeglichen, wodurch die Ausgangsleistung der Zelle effektiv verwendet wird. Somit wird der Ausstoß von Kohlendioxyd und dergleichen reduziert, was zum Schutz der Umwelt beiträgt.

Während des Ladens vom Ladegerät und der Entladung an die Last durch die Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, fließt ein großer Strom in jede der Batterie­ einheiten, die miteinander in Serie verbunden sind. Der große Strom verursacht einen großen Spannungsabfall über dem inne­ ren Widerstand jeder Batterieeinheit und beeinträchtigt somit die Spannungsdetektion jeder Batterieeinheit. Somit wird der Spannungsausgleichbetrieb durch die Spannungsausgleichvor­ richtung während einer solchen Zeit vorzugsweise gestoppt.

In den Fig. 1 und 3 wird eine FET-Schaltvorrichtung ver­ wendet. Die Schaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf einen FET beschränkt. Das heißt, eine andere Schaltvorrichtung, wie ein Transistor und ein Thyristor, kön­ nen verwendet werden. Wenn ein Transistor und dergleichen verwendet wird, wird vorzugsweise eine Diode, die einen Strom in Rückwärtsrichtung während der Dauer des ausgeschalteten Zustands der Schaltvorrichtung fließen läßt, parallel ge­ schaltet.

Die Batterieeinheit kann eine Batteriezelle, wie eine Blei­ säurebatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Zelle, eine Lithiumio­ nenzelle und eine Polymerlithiumzelle sein. Weiterhin kann eine Batterieeinheit aus einem elektrisch doppellagigen Kon­ densator bestehen. Der Typ jeder der Batterieeinheiten 1-1 bis 1-n, die miteinander in Serie verbunden sind, kann der­ selbe Typ wie der Typ der Batterieeinheit 1-m oder ein ande­ rer Typ sein.

Eine Vielzahl von Batterieeinheiten 1-1 bis 1-n, die mitein­ ander in Serie verbunden sind, kann auch als eine zweite Bat­ terieeinheit verwendet werden, wie das in Fig. 6 gezeigt ist.

Dritte Ausführungsform

Es wird nachfolgend eine dritte Ausführungsform beschrieben. Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Kon­ figuration einer Spannungsausgleichsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, umfaßt die Spannungsausgleichvor­ richtung 10 eine Vielzahl erster Batterieeinheiten B2 bis Bn, die miteinander in Serie verbunden sind. Es wird eine ge­ schlossene Schaltung durch jede der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn, jede der vielen Sekundärwindungen (mit der Win­ dungszahl N₂), die magnetisch miteinander durch einen Umfor­ mer T verbunden sind, und jede einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn ausgebildet.

Zusätzlich zu den ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn ist eine zweite Batterieeinheit B1 vorgesehen. Die zweite Batterieein­ heit B1 kann gemeinsam mit einer Gleichspannungsversorgung, einer Ladevorrichtung oder einem Generator verwendet werden. Eine geschlossene Schaltung wird durch die zweite Batterie­ einheit B1, eine Primärwindung (mit der Windungszahl N₁), die magnetisch gemeinsam mit den Sekundärwindungen verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung S1 ausgebildet.

Die Aktivierung der zweiten Schaltvorrichtung S1 wird durch ein Steuersignal AC1 gesteuert, während die Aktivierung der ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn gleichzeitig durch ein Steuersignal AC2 gesteuert wird.

Das Steuersignal AC1 und das Steuersignal AC2 werden von ei­ ner Steuervorrichtung 11 übertragen. Das Steuersignal AC1 und das Steuersignal AC2 steuern die Aktivierung so, daß wenn sich die zweite Schaltvorrichtung S1 im angeschalteten Zu­ stand befindet, sich die ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn im ausgeschalteten Zustand befinden, und daß wenn die ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn sich im angeschalteten Zustand befindet, sich die zweite Schaltvorrichtung S1 im ausgeschal­ teten Zustand befindet. Somit wird die Aktivierung so gesteu­ ert, daß die ersten Schaltvorrichtungen und die zweite Schaltvorrichtung wechselt angeschaltet und ausgeschaltet werden, wodurch die Energie von der zweiten Batterieeinheit B1 zu jeder der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn transpor­ tiert wird.

Da die Sekundärwindungen mit einem gemeinsamen Kern verbunden sind, fließt ein Ladestrom durch eine Batterieeinheit, die unter den ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn die niedrigste Spannung aufweist. Somit werden die Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn ausgeglichen.

Alternativ kann jeweils einer der Stromdetektoren 19-1 bis 19-n in jeder geschlossenen Schaltung, die aus einer der Se­ kundärwindungen, einer der ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn und einer der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn gebildet wird, vorgesehen sein. Dadurch wird der Strom, der durch jede geschlossene Schaltung fließt, detektiert. Stromsignale 15-1 bis 15-n, die durch den Stromdetektor 19-1 bis 19-n detek­ tiert wurden, werden an die Steuervorrichtung 11 gegeben. Wenn beispielsweise ein Stromumformer jeweils als Stromdetek­ tor 19-1 bis 19-n verwendet wird, und wenn die Zeit der Pola­ ritätsumkehr des Ausgangssignals jedes Umformers detektiert wird, so wird die Zeit der Beendigung der Freigabe der Erre­ gungsenergie des Umformers T detektiert. Dies ergibt die Zeit der Beendigung des Transports einer vorbestimmten Menge von Energie, was später im Steuerverfahren der Spannungsaus­ gleichsvorrichtung beschrieben wird.

Weiterhin kann ein Spannungsdetektor 14 beispielsweise zwi­ schen dem positiven Anschluß der ersten Batterieeinheit B2 und dem negativen Anschluß der ersten Batterieeinheit Bn vor­ gesehen sein. Das detektierte Spannungssignal 16 wird an die Steuervorrichtung 11 gegeben.

Wenn eine Zeitdauer, bei der sich die zweite Schaltvorrich­ tung S1 und die ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn gleich­ zeitig im ausgeschalteten Zustand befinden, in der Zeitdauer zwischen dem Ausschalten der zweiten Schaltvorrichtung S1 und dem Anschalten der ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn und in der Zeitdauer zwischen dem Ausschalten der ersten Schalt­ vorrichtungen S2 bis Sn und dem Anschalten der zweiten Schaltvorrichtung S1 vorgesehen ist, so wird ein spannungslo­ ses Schalten erzielt, bei dem die zweite Schaltvorrichtung S1 oder die ersten Schaltvorrichtungen S2 bis Sn in der Situa­ tion angeschaltet werden, in der keine Ladung in den Kapazi­ tätskomponenten über diesen Schaltvorrichtungen existiert.

Nachfolgend wird die Situation beschrieben, in welcher die Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn in der in Fig. 9 gezeigten Schaltung ausgeglichen werden.

Hier bezeichnet V₂ die Spannung jeder der ersten Batterieein­ heiten B2 bis Bn, während i₂ den Lade- und Entladestrom be­ zeichnet. T_ON1 bezeichnet die Dauer des eingeschalteten Zu­ stands der zweiten Schaltvorrichtung S1, während T_ON2 die Dauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen S2 bis Sn bezeichnet. V1 bezeichnet die Spannung der zweiten Batterieeinheit B1, während i₁ den Lade- und Entlade­ strom bezeichnet. Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm, das die Be­ ziehung zwischen diesen Größen zeigt.

In der in Fig. 9 gezeigten Schaltung wird, da die Windungs­ zahl der Primärwindung N₁ ist, und da die Windungszahl der Sekundärwindung N₂ ist, die Beziehung, die durch die folgende Gleichung (1) gezeigt ist, erfüllt.

N₁i₁ = nN₂i₂ (1)

Gemäß der Gleichung (1) wird der Lade- und Entladestrom i₂ zu den ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.

i₂ = N₁i₁/nN₂ (2)

Aus der Dauer T_ON1 des eingeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung S1, dem Lade- und Entladestrom i₁ von der zweiten Batterieeinheit B1 und der Induktivität L₁ der Pri­ märwindung wird die Spannung V₁ der zweiten Batterieeinheit B1 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.

V₁ = 2×i₁L₁/T_ON1 (3)

In ähnlicher Weise wird aus der Dauer T_ON2 des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtung S2, dem Lade- und Ent­ ladestrom i₂ der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn und der Induktivität L₂ einer einzigen Sekundärwindung die ausgegli­ chene Spannung V₂ der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt.

V₂ = 2n×i₂L₂/T_ON2 (4)

Setzt man die Gleichung (2) in die Gleichung (4) ein, so er­ hält man die folgende Gleichung (5).

V₂ = 2×(N₁/N₂)i₂L₂/T_ON2 (5)

Aus den Gleichungen (3) und (5) wird das Verhältnis V₁/V₂ durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt.

V₁/V₂ = (L₁/L₂)×(N₂/N₁)×(T_ON2/T_ON1) (6)

Da die Beziehung zwischen der Induktivität und der Windungs­ zahl durch L₁/L₂ = N₁ ²/N₂ ² ausgedrückt wird, wird das Ver­ hältnis V₁/V₂ durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt.

V₁/V₂ = (N₁ ²/N₂ ²)×(N₂/N₁)×(T_ON2/T_ON1)
= (N₁/N₂)×(T_ON2/T_ON1) (7)

Wie man aus Gleichung (7) sieht, wird das Verhältnis V₁/V₂ zwischen der Spannung V₁ der zweiten Batterieeinheit B1 und der ausgeglichenen Spannung V₂ der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn durch das Einstellen des Verhältnisses der Zeit­ dauer des angeschalteten Zustands T_ON2/T_ON1 zwischen der Zeit­ dauer T_ON2 des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen S2 bis Sn und der Zeitdauer T_ON1 des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung S1 bestimmt.

In einem Verfahren zur Steuerung einer Spannungsausgleichs­ vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird, wenn die Spannung der zweiten Batterieeinheit B1 als Quelle des Ener­ gietransports oder des Empfangs V₁ ist, um die Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn auf eine vorbestimmte Spannung V₂ einzustellen, das Verhältnis der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zustands T_ON2/T_ON1 auf einen Wert einge­ stellt, der aus der Beziehung der Gleichung (7) berechnet wird, wobei die Steuervorrichtung 11 ein Steuersignal AC1 und ein Steuersignal AC2 ausgibt, um somit die Aktivierung der zweiten Schaltvorrichtung S1 und der ersten Schaltvorrichtun­ gen S2 bis Sn zu steuern.

Weiterhin kann ein Verfahren zur Steuerung einer Spannungs­ ausgleichsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform im fol­ genden Steuerverfahren implementiert werden.

Zuerst wird das Verhältnis der Zeitdauerwerte des eingeschal­ teten Zustands T_ON2/T_ON1 auf einen Wert eingestellt, der be­ wirkt, daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten den Wert V₂ übersteigen, und dann wird der Energietransport, di­ rekt bevor die Spannungen der ersten Batterieeinheiten tat­ sächlich V₂ übersteigen, durchgeführt.

Die Überwachung der Spannungen kann beispielsweise durch die Steuervorrichtung 11, die die Spannung, die man vom Span­ nungsdetektor 14 erhält, überwacht, ausgeführt werden.

Als nächstes setzt die Steuervorrichtung das Verhältnis der. Zeitdauerwerte des angeschalteten Zustands T_ON2/T_ON1 auf einen Wert zurück, der bewirkt, daß die Spannungen den Wert V₂ an­ nehmen, und dann wird der Energietransport ausgeführt, bis die Spannungen den Wert V₂ annehmen, wodurch die Spannungen der ersten Batterieeinheiten schließlich auf den Wert V₂ ein­ gestellt werden.

Dadurch werden die Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn in kürzerer Zeit auf eine gewünschte Spannung einge­ stellt.

Es kann weiter ein Verfahren zur Steuerung einer Spannungs­ ausgleichsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform im folgenden Steuerverfahren implementiert werden.

Hier ist die Frequenz f als der Kehrwert der Summe der Zeit­ dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrich­ tung T_ON1 und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen T_ON2 so definiert, wie das durch die folgende Gleichung (8) gezeigt ist. Hier ist die Zeit­ dauer, während der die zweite Schaltvorrichtung und die er­ sten Schaltvorrichtungen sich gleichzeitig im ausgeschalteten Zustand befinden, im allgemeinen sehr kurz und kann somit vernachlässigt werden.

f = 1/(T_ON1 + T_ON2) (8)

Während das Verhältnis der Zeitdauerwerte des angeschalteten Zustands T_ON2/T_ON1 gehalten wird, wird die Frequenz f auf eine niedrige Frequenz eingestellt (eine Frequenz, die niedriger als im stationären Zustand ist), und der Energietransport wird ausgeführt.

Dies reduziert die Zeit, die für den Energietransport von der zweiten Batterieeinheit B1 zu jeder der ersten Batterieein­ heiten B2 bis Bn und in umgekehrter Richtung notwendig ist.

Weiterhin kann ein Verfahren zur Steuerung einer Spannungs­ ausgleichsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform im folgenden Steuerverfahren implementiert werden.

Wenn der Transport einer vorbestimmten Menge der Energie von der zweiten Batterieeinheit B1 zu den ersten Batterieeinhei­ ten B2 bis Bn und in umgekehrter Richtung beendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten ungefähr ausgeglichen wurden, wird die Frequenz f, die durch die Glei­ chung (8) gezeigt ist, auf eine hohe Frequenz gesetzt (eine höhere Frequenz als im stationären Zustand).

Wenn, wie das oben beschrieben wurde, die Frequenz f, die durch die Gleichung (8) dargestellt wird, auf eine höhere Frequenz (eine höhere Frequenz als im stationären Zustand) eingestellt wird, wird die Menge der Zirkulationsenergie nach der Vollendung des Ausgleichs reduziert, wodurch der Energie­ verlust in der Spannungsausgleichsvorrichtung reduziert wird.

Weiterhin kann ein Verfahren zur Steuerung einer Spannungs­ ausgleichsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform im folgenden Steuerverfahren implementiert werden.

Wenn der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie von der zweiten Batterieeinheit B1 zu den ersten Batterieeinhei­ ten B2 bis Bn und in umgekehrter Richtung vollendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn ungefähr ausgeglichen wurden, werden die zweite Schaltvor­ richtung S1 und die erste Schaltvorrichtung S2 gleichzeitig ausgeschaltet. Dies reduziert den Energieverlust in der Span­ nungsausgleichsvorrichtung.

Wenn sich das Spannungsgleichgewicht verschlechtert, so wer­ den, um dem entgegen zu wirken, die zweite Schaltvorrichtung S1 und die erste Schaltvorrichtung S2 in wiederholter Weise wieder angeschaltet und ausgeschaltet.

Vierte Ausführungsform

Eine vierte Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Kon­ figuration einer Spannungsausgleichsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, umfaßt zusätzlich zur Konfigura­ tion der Spannungsausgleichsvorrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform die Spannungsausgleichsvorrichtung 20 eine dritte Schaltvorrichtung S0 zwischen dem positiven Anschluß einer zweiten Batterieeinheit B1 und einer Primärwindung, und eine dritte Batterieeinheit C1 zwischen dem Anschluß der Pri­ märseite der dritten Schaltvorrichtung S0 und dem negativen Anschluß der zweiten Batterieeinheit B1.

Die Position der dritten Schaltvorrichtung S0 kann zwischen dem negativen Anschluß der zweiten Batterieeinheit B1 und der zweiten Schaltvorrichtung S1 liegen.

Die dritte Batterieeinheit C1 ist vorzugsweise eine Batterie­ einheit, die eine Kapazität aufweist, die kleiner als die der zweiten Batterieeinheit B1 ist.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Steuern einer Spannungs­ ausgleichsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform be­ schrieben.

In einem Verfahren zur Steuerung einer Spannungsausgleichs­ vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird das Ver­ fahren zur Steuerung einer Spannungsausgleichsvorrichtung ge­ mäß der dritten Ausführungsform ausgeführt, bis der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie von der zweiten Batte­ rieeinheit B1 zu den ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn und in umgekehrter Richtung beendet ist. Danach wird die dritte Schaltvorrichtung S0 ausgeschaltet.

Dann wird der An/Aus-Betrieb der zweiten Schaltvorrichtung S1 und der ersten Schaltvorrichtung S2 fortgesetzt, wodurch der Ausgleich der Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn aufrecht gehalten wird.

Wenn nahezu die gesamte zu transportierende Energie transpor­ tiert wurde, wird ein Ausgleich effizient in dem Fall ausge­ führt, wenn nur eine kleine Menge von Energie zwischen der Primärwindung und den Sekundärwindungen transportiert wird. Somit wird der Verlust bis zum Ausgleich der Spannungen der ersten Batterieeinheiten B2 bis Bn reduziert, wenn die dritte Schaltvorrichtung S0 ausgeschaltet wird, und wenn die dritte Batterieeinheit C1, die eine Energiekapazität aufweist, die kleiner als die der zweiten Batterieeinheit B1 ist, für den Ausgleich verwendet wird.

Fünfte Ausführungsform

Es wird nachfolgend eine fünfte Ausführungsform beschrieben. Fig. 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das die fundamentale Konfiguration einer Spannungsausgleichsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, umfaßt die Spannungsausgleichs­ vorrichtung 30 eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten B2- 1 bis B2-n, die miteinander in Serie verbunden sind. Es wird eine geschlossene Schaltung durch jede der ersten Batterie­ einheiten B2-1 bis B2-n, jede Windung aus der Vielzahl der Sekundärwindungen (mit der Windungszahl N₂), die magnetisch miteinander durch einen Umformer T verbunden sind, und jede der Vorrichtungen aus der Vielzahl der ersten Schaltvorrich­ tungen S2-1 bis S2-n gebildet.

Zusätzlich zu den ersten Batterieeinheiten B2-1 bis B2-n ist eine Vielzahl von zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n vorgesehen. Es wird eine geschlossene Schaltung durch jede der zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n, jede der Windun­ gen aus der Vielzahl der Primärwindungen (mit der Windungs­ zahl N₁), die magnetisch mit den Sekundärwindungen gemeinsam verbunden sind, und jede der Vorrichtungen aus der Vielzahl der Schaltvorrichtungen S1-1 bis S1-n ausgebildet.

Die Aktivierung der zweiten Schaltvorrichtungen S1-1 bis S1-n wird gleichzeitig durch ein Steuersignal AC1 gesteuert, wäh­ rend die Aktivierung der ersten Schaltvorrichtungen S2-1 bis S2-n gleichzeitig durch ein Steuersignal AC2 gesteuert wird.

Das Steuersignal AC1 und das Steuersignal AC2 werden von ei­ ner Steuervorrichtung 11 übertragen. Das Steuersignal AC1 und das Steuersignal AC2 steuern die Aktivierung so, daß wenn die zweiten Schaltvorrichtungen S1-1 bis S1-n sich im angeschal­ teten Zustand befinden, sich die ersten Schaltvorrichtungen S2-1 bis S2-n im ausgeschalteten Zustand befinden, und so daß wenn sich die ersten Schaltvorrichtungen S2-1 bis S2-n im an­ geschalteten Zustand befinden, sich die zweiten Schaltvor­ richtungen S1-1 bis S1-n im ausgeschalteten Zustand befinden. Somit wird die Aktivierung so gesteuert, daß die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen wech­ selnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, wodurch Energie zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n und jeder der ersten Batterieeinheiten B2-1 bis B2-n trans­ portiert wird.

Da die Primärwindungen und die Sekundärwindungen mit einem gemeinsamen Kern verbunden sind, fließt ein Ladestrom durch eine Batterieeinheit, die die niedrigste Spannung unter den zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n und den ersten Batte­ rieeinheiten B2-1 bis B2-n aufweist. Somit werden die Span­ nungen der zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n oder der ersten Batterieeinheiten B2-1 bis B2-n ausgeglichen.

Alternativ kann jeweils ein Stromdetektor 191-1 bis 191-n in jeder geschlossenen Schaltung, die aus einer der Primärwin­ dungen, einer der zweiten Schaltvorrichtungen S1-1 bis S1-n und einer der zweiten Batterievorrichtungen B1-1 bis B1-n ge­ bildet wird, vorgesehen sein. Weiterhin kann jeweils ein Stromdetektor 192-1 bis 192-n in jeder geschlossenen Schal­ tung, die aus einer der Sekundärwindungen, einer der ersten Schaltvorrichtungen S2-1 bis S2-n und einer der ersten Batte­ rieeinheiten B2-1 bis B2-n gebildet wird, vorgesehen sein. Dadurch wird der Strom, der durch jede geschlossene Schaltung fließt, detektiert. Stromsignale 151-1 bis 151-n und 152-1 bis 152-n, die durch die Stromdetektoren 191-1 bis 191-n und 192-1 bis 192-n detektiert werden, werden an die Steuervor­ richtung 11 übermittelt.

Weiterhin kann ein Spannungsdetektor 14-1 beispielsweise zwi­ schen dem positiven Anschluß der zweiten Batterieeinheit B1-1 und dem negativen Anschluß der zweiten Batterieeinheit B1-n vorgesehen sein, während ein Spannungsdetektor 14-2 zwischen dem positiven Anschluß der ersten Batterieeinheit B2-1 und dem negativen Anschluß der ersten Batterieeinheit B2-n vorge­ sehen sein kann. Die detektierten Spannungssignale 16-1 und 16-2 werden zur Steuervorrichtung 11 übertragen.

Somit werden in der fünften Ausführungsform eine Vielzahl von zweiten Batterieeinheiten verwendet, wobei jede von diesen ähnlich denen in der dritten Ausführungsform ist. Somit wer­ den zusätzlich zur Wirkung der dritten Ausführungsform die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten B1-1 bis B1-n eben­ falls ausgeglichen.

In der fünften Ausführungsform werden, da die zweiten Schalt­ vorrichtungen S1-1 bis S1-n durch ein gemeinsames Steuersi­ gnal AC1 gesteuert werden, Beziehungen erhalten, die ähnlich den Gleichungen (1) bis (8) sind. Somit wird die Spannungs­ ausgleichsvorrichtung durch ein Steuerverfahren gemäß der dritten Ausführungsform gesteuert.

Die vorherigen Erläuterungen wurden hauptsächlich für den Fall eines Energietransports von der zweiten Batterieeinheit zu den ersten Batterieeinheiten gegeben. Ein Merkmal der fünften Ausführungsform ist jedoch, daß der Energietransport in Rückwärtsrichtung von den ersten Batterieeinheiten zu den zweiten Batterieeinheiten ebenfalls möglich ist.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Spannungsausgleichsvorrich­ tungen für Batterieeinheiten folgendes:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit der Vielzahl der ersten Batterie­ einheiten (1-1 bis 1-n), die miteinander in Serie verbunden sind, eine der Windungen aus der Vielzahl der Sekundärwindun­ gen (4-1 bis 4-n), die magnetisch miteinander durch den Kern (3) verbunden sind, und eine der Vorrichtungen aus der Viel­ zahl der Schaltvorrichtungen (2-1 bis 2-n) gebildet werden;
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit (1-m), einer Primärwindung (4-m), die ma­ gnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung (2-m) gebildet wird;
wobei die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen alternativ angeschaltet und ausgeschaltet werden, um die Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrichtungen transportiert wird; und
die ersten Schaltvorrichtungen weiterhin angeschaltet bleiben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

Dadurch wird ein Spannungsausgleich in effizienterer Weise als in Schaltungen des Stands der Technik ausgeführt.

Gemäß der Erfindung wird, wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schalt­ vorrichtungen transportiert, und
die ersten Schaltvorrichtungen bleiben angeschaltet, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist. Da­ durch wird ein ähnlicher Effekt erreicht.

Gemäß der Erfindung wird ein Detektor für die Detektion der Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterieein­ heiten (1-1 bis 1-n) bereit gestellt, wobei im fall einer großen Variation die Zeitdauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung (2-m) und/oder der ersten Schaltvorrichtungen (2-1 bis 2-n) ausgedehnt wird. Dadurch wird der Spannungsausgleich beschleunigt.

Gemäß der Erfindung wird im Falle einer kleinen Variation bei den Ausgangsspannungen der ersten Batterieelemente der An/Aus-Betrieb der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung gestoppt, und/oder die Zeitdauer des ange­ schalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung wird extrem verkürzt. Dies vermei­ det einen Leistungsverlust und ein Rauschen durch eine unnö­ tige Spannungsausgleichsoperation im Falle einer kleinen Va­ riation der Ausgangsspannungen.

Gemäß der Erfindung wird in dem Fall, daß die Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterieelemente kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und/oder der zweiten Schaltvorrichtung für eine Reduktion des für den Ausgleich benötigten Leistungsverbrauchs verkürzt. Dadurch wird der Stromverbrauch für den Ausgleich reduziert, nachdem der Aus­ gleich bis zu einem gewissen Grad (beispielsweise 20 mV) er­ reicht wurde, wodurch die Präzision beim Ausgleich der An­ schlußspannungen der Batterieelemente zunimmt.

Gemäß der Erfindung wird in dem Fall, bei dem ein Strom, der größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, durch die ersten Batterieeinheiten fließt, der An/Aus-Betrieb der er­ sten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung gestoppt, und/oder die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung wird extrem verkürzt. Dadurch wird der Spannungsausgleichsbe­ trieb im wesentlichen dann gestoppt, wenn die Zellspannungs­ detektion jeder Batterieeinheit durch einen Spannungsabfall beeinträchtigt wird, der über dem inneren Widerstand der Bat­ terieeinheit durch einen hohen Strom 18512 00070 552 001000280000000200012000285911840100040 0002010157003 00004 18393, der durch die ersten Batterieeinheiten fließt, erzeugt wird. Dies vermeidet das Problem, das durch einen großen Strom in den Batterieeinhei­ ten verursacht wird.

Gemäß der Erfindung wird während des Ladens von einer exter­ nen Leistungsversorgung und dem Entladen an eine externe Last durch die ersten Batterieeinheiten der An/Aus-Betrieb der er­ sten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtungen gestoppt, und/oder die Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrich­ tungen wird extrem verkürzt. Dadurch wird die Spannungsaus­ gleichoperation sogar ohne eine Stromdetektion automatisch in Erwiderung auf die Betätigung eines Schalters (S11) für das Schalten zwischen den Lade- und Entladebetriebsarten ge­ stoppt.

Gemäß der Erfindung gibt es, wenn die ersten Schaltvorrich­ tungen und die zweiten Schaltvorrichtungen abwechselnd ange­ schaltet und ausgeschaltet werden, eine Pause in einem Inter­ vall vom Ausschalten der ersten Schaltvorrichtungen zum Ein­ schalten der zweiten Schaltvorrichtung, und in einem Inter­ vall vom Ausschalten der zweiten Schaltvorrichtung zum Ein­ schalten der ersten Schaltvorrichtungen. Dadurch kann jede Schaltvorrichtung im Zustand, bei dem sich im wesentlichen keine elektrische Ladung in der Kapazitätskomponente zwischen den Anschlüssen der in Frage kommenden Schaltvorrichtung be­ findet, geschaltet werden (spannungsloses Schalten). Somit wird, wenn die Schaltvorrichtungen für den Spannungsausgleich angeschaltet und ausgeschaltet werden, das Problem eines Lei­ stungsverlustes, der durch die Entladung der elektrischen La­ dung, die während der Zeitdauer des ausgeschalteten Zustands der Schaltvorrichtungen in der Kapazität über den Anschlüssen der Schaltvorrichtung angehäuft wurde, vermieden. Weiterhin wird das Problem des Rauschens, das durch den Entladestrom verursacht wird, vermieden.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung für das Ausglei­ chen von Schaltkreisspannungen folgendes:
eine Vielzahl von Schaltkreisen, wobei in jedem Schalt­ kreis jede Schaltung aus einer Vielzahl von geschlossenen Schaltungen aus jeder Einheit aus einer Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die miteinander in Serie verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch miteinander verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen gebildet wird, und wobei jeder Schaltkreis einen Umformer umfaßt, der mindestens eine Schaltkreisausgleichswindung, die magnetisch gemeinsam mit den Sekundärwindungen gekoppelt ist, umfaßt;
wobei die Schaltkreisausgleichswindungen, die jeweils in jedem Schaltkreis vorgesehen sind, parallel miteinander ver­ bunden sind, wobei mindestens einer der Schaltkreise mit ei­ ner Erregungswindung, die magnetisch mit den Sekundärwindun­ gen, die im in Frage kommenden Schaltkreis eingeschlossen sind, gekoppelt ist, wobei eine geschlossene Schaltung durch die serielle Verbindung der Erregungswindung, einer zweiten Batterievorrichtung und einer zweiten Schaltvorrichtung ge­ bildet wird, und
wobei, wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieelementen durch die ersten Schaltvorrichtungen transportiert wird, und
die ersten Schaltvorrichtungen weiter angeschaltet blei­ ben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

Dadurch kann eine Wirkung ähnlich dem Spannungsausgleich in einem einzelnen Schaltkreis unter den Schaltkreisen ausgebil­ det werden, wobei insgesamt ein Spannungsausgleich erhalten wird.

Somit besteht eine weitere Wirkung darin, daß eine notwendige Ausgangsspannung durch eine passende Kombination einzelner Schaltkreise erhalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird, wenn die erste Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zur zweiten Batterieeinheit durch die zweite Schaltvor­ richtung transportiert, und
die zweite Schaltvorrichtung setzt ihren eingeschalteten Zustand fort, nachdem der Transport der Erregungsenergie vollendet wurde.

Dadurch kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden.

Gemäß der Erfindung gestattet die kombinierte Verwendung der Erregungswindung und der Schaltkreisausgleichswindung eine Miniaturisierung der Vorrichtung.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Spannungsausgleichsvorrich­ tung für Batterieeinheiten folgendes:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit, einer Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieein­ heiten zu bewirken, und somit die Spannungen der ersten Bat­ terieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der ersten Batte­ rieeinheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dadurch wird der Spannungsausgleich der ersten Batterieein­ heiten ausgeführt, und es wird eine vorbestimmte Spannung er­ halten.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Spannungsausgleichsvorrich­ tung für Batterieeinheiten folgendes:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine zweite geschlossene Schaltung, die aus einer zwei­ ten Batterieeinheit, einer Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieein­ heiten zu bewirken, und somit die Spannungen der ersten Bat­ terieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der ersten Batte­ rieeinheiten eine vorbestimmte Spannung überschreiten, und wobei bevor die Spannungen der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung überschreiten, die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zu­ stands so einstellt, daß die Spannungen der ersten Batterie­ einheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dadurch wird die Zeit, die für den Energietransport von der zweiten Batterieeinheit zu jeder der ersten Batterieeinheiten benötigt wird, weiter reduziert.

Gemäß der Erfindung stellt die Steuervorrichtung die Fre­ quenz, die den Kehrwert der summierten Dauer des angeschalte­ ten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen dar­ stellt, auf eine Frequenz ein, die niedriger als der normale Frequenzwert ist, um somit die Menge der Energie, die zwi­ schen der zweiten Batterieeinheit und jeder ersten Batterie­ einheit in einer Zeiteinheit transportiert wird, zu erhöhen, so daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten in kurzer Zeit den vorbestimmten Spannungswert annehmen. Dadurch werden die Spannungen der ersten Batterieeinheiten in einer kürzeren Zeit auf die vorbestimmte Spannung eingestellt.

Gemäß der Erfindung wird, wenn der Transport einer vorbe­ stimmten Menge der Energie zwischen der zweiten Batterieein­ heit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung angenommen haben, die Frequenz, die den Kehrwert der summierten Dauer der Zeitdauer des eingeschalte­ ten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine Frequenz eingestellt, die höher als der normale Wert ist. Dies gestattet eine Reduktion der Zirkula­ tionsenergie, nachdem der Ausgleich beendet ist, und somit wird der Energieverlust reduziert.

Gemäß der Erfindung schaltet, wenn der Transport einer vorbe­ stimmten Menge von Energie zwischen der zweiten Batterieein­ heit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung angenommen haben, die Steuervorrichtung die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtun­ gen aus. Dies gestattet eine Reduktion des Energieverlusts.

Gemäß der Erfindung werden eine dritte Schaltvorrichtung und einer dritte Batterieeinheit weiter in der zweiten geschlos­ senen Schaltung, die aus der zweiten Batterieeinheit, der Primärwindung und der zweiten Schaltvorrichtung gebildet wird, vorgesehen,
wobei eine geschlossene Schaltung durch die zweite Batterieeinheit, die dritte Schaltvorrichtung und die dritte Batterieeinheit gebildet wird;
wobei eine geschlossene Schaltung durch die Primärwin­ dung, die zweite Schaltvorrichtung und die dritte Batterie­ einheit gebildet wird, und
wenn der Transport einer vorbestimmten Menge von Energie zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, die Steuervorrichtung die dritte Schaltvorrichtung ausschaltet und bewirkt, daß die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen weiter angeschaltet sind, um somit einen Ausgleich der Span­ nungen der ersten Batterieeinheiten fortzusetzen.

Wenn nahezu die gesamte zu transportierende Energie transpor­ tiert wurde, so wird ein Ausgleich effizient in dem Fall aus­ geführt, daß nur eine kleine Menge zwischen der Primärwindung und den Sekundärwindungen transportiert wird. Somit wird der Energieverlust reduziert, wenn die dritte Schaltvorrichtung ausgeschaltet wird, und wenn die dritte Batterieeinheit, die eine Energiekapazität aufweist, die kleiner als die der zwei­ ten Batterieeinheit ist, für den Ausgleich verwendet wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Spannungsausgleichsvorrich­ tung für Batterieeinheiten folgendes:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine Vielzahl von zweiten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit einer Vielzahl zweiter Batterieein­ heiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Win­ dung aus der Vielzahl der Primärwindungen, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden ist, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtun­ gen gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Bat­ terieeinheiten zu bewirken, und somit die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der zweiten Batte­ rieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbe­ stimmte Spannung annehmen.

Dies gestattet den Energietransport in zwei Richtungen und den Spannungsausgleich zwischen jeder der zweiten Batterie­ einheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten. Dieses Steuerverfahren gestattet ferner, die Ausbildung einer klei­ nen Spannungsausgleichsvorrichtung, die ein nur geringes Rau­ schen aufweist. Weiterhin können, wenn die Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands eingestellt wird, wie dies oben be­ schrieben ist, und die Aktivierung der zweiten Schaltvorrich­ tungen und der ersten Schaltvorrichtungen gesteuert wird, die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und der ersten Bat­ terieeinheiten auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wer­ den. Somit wird ein Ausgleich erzielt und es wird eine vorbe­ stimmte Spannung erhalten.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Spannungsausgleichsvorrich­ tung für Batterieeinheiten folgendes:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten geschlossenen Schaltungen, wo­ bei jede aus einer Einheit einer Vielzahl von ersten Batte­ rieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind, einer Windung aus einer Vielzahl von Sekundärwindungen, die magne­ tisch miteinander durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen gebildet wird;
eine Vielzahl von zweiten geschlossenen Schaltungen, die jeweils aus einer Einheit aus einer Vielzahl von zweiten Bat­ terieeinheiten, einer Windung aus einer Vielzahl von Primär­ windungen, die magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden sind, und einer Vorrichtung aus einer Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtungen gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals, um zu bewirken, daß die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, um somit den Energietransport zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Bat­ terieeinheiten zu bewirken, und somit die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands zwischen der Zeitdauer des ein­ geschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so festlegt, daß die Spannungen der zweiten Batte­ rieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbe­ stimmte Spannung überschreiten, und wobei bevor die Spannun­ gen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterie­ einheiten die vorbestimmte Spannung überschreiten, die Steu­ ervorrichtung das Verhältnis der Zeitdauerwerte des einge­ schalteten Zustands so rücksetzt, daß die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten eine vorbestimmte Spannung annehmen.

Dies gestattet eine weitere Reduktion der Zeit, die für den Energietransport von jeder zweiten Batterieeinheit zu jeder der ersten Batterieeinheit oder in umgekehrter Richtung not­ wendig ist.

Gemäß der Erfindung stellt die Steuervorrichtung die Fre­ quenz, die den Kehrwert der aufsummierten Dauer der Zeitdauer des eingeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zustands der er­ sten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine niedrige Fre­ quenz ein, um somit das Erhöhen der Menge der Energie, die zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten in einer Zeiteinheit transportiert wird, zu erhöhen, so daß die Spannungen der zweiten Batterie­ einheiten oder der ersten Batterieeinheiten den vorbestimmten Spannungswert in einer kurzen Zeit annehmen. Dadurch werden die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten in einer kürzeren Zeit auf die vorbestimmte Spannung ausgeglichen.

Gemäß der Erfindung stellt, wenn der Transport einer vorbe­ stimmten Menge von Energie zwischen jeder der zweiten Batte­ rieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung angenommen haben, die Steuervorrichtung die Fre­ quenz, die den Kehrwert der aufsummierten Werte der Zeitdau­ erwerte des eingeschalteten Zustands der zweiten Schaltvor­ richtungen und der Zeitdauerwerte des eingeschalteten Zu­ stands der ersten Schaltvorrichtungen darstellt, auf eine hohe Frequenz ein. Dies gestattet die Reduktion der Zirkula­ tionsenergie, nachdem der Ausgleich vollendet ist, und somit wird der Energieverlust reduziert.

Gemäß der Erfindung schaltet, wenn der Transport einer vorbe­ stimmten Menge von Energie zwischen jeder der zweiten Batte­ rieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten ungefähr die vorbestimmte Spannung annehmen, die Steuervorrichtung die zweiten Schalt­ vorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen aus. Dadurch werden die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schalt­ vorrichtungen gleichzeitig ausgeschaltet, womit der Energie­ verlust reduziert wird.

Claims (22)

1. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine zweite Batterieeinheit;
eine Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwin­ dungen durch den Kern verbunden ist; und
eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Primärwindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden;
wobei die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen alternativ angeschaltet und ausgeschaltet werden, um die Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die im Kern gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrichtungen transportiert wird; und
die ersten Schaltvorrichtungen weiterhin angeschaltet bleiben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

2. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine zweite Batterieeinheit;
eine Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwin­ dungen durch den Kern verbunden ist; und
eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Primärwindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden;
wobei die ersten Schaltvorrichtungen und die zweiten Schaltvorrichtungen alternativ angeschaltet und ausgeschaltet werden, um die Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei wenn die ersten Schaltvorrichtungen angeschaltet werden, Erregungsenergie, die im Kerngespeichert ist, zur zweiten Batterieeinheit durch die zweite Schaltvorrichtung transportiert wird; und
die zweite Schaltvorrichtung weiterhin angeschaltet bleibt, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet ist.

3. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend:
einen Detektor für die Detektion einer Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterieeinheiten,
wobei, wenn die Variation groß ist, die Dauer des ange­ schalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und/oder der ersten Schaltvorrichtungen ausgedehnt wird.

4. Spannungsausgleichvorrichtung nach Anspruch 3, wobei wenn die Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterie­ einheiten klein ist, der An-/Aus-Betrieb der ersten Schalt­ vorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung gestoppt wird, und/oder die Dauer des angeschalteten Zustands der er­ sten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung extrem verkürzt wird.

5. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei wenn die Variation in den Ausgangsspannungen der ersten Batterie­ einheiten kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und/oder der zweiten Schaltvorrichtung verkürzt wird, um den Leistungsverbrauch beim Ausgleich zu reduzieren.

6. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei wenn ein Strom größer als oder gleich einem vorbestimmten Wert durch die ersten Batterieeinheiten fließt, der An-/Aus-Be­ trieb der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schalt­ vorrichtung gestoppt wird, und/oder die Dauer des angeschal­ teten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung extrem verkürzt wird.

7. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei wenn eine externe Leistungsversorgung die ersten Batterieeinheiten lädt, oder die ersten Batterieeinheiten sich in eine externe Last entladen, der An-/Aus-Betrieb der ersten Schaltvorrich­ tungen und der zweiten Schaltvorrichtung gestoppt wird, und/oder die Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen und der zweiten Schaltvorrichtung extrem verkürzt wird.

8. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenn die ersten Schaltvorrichtungen und die zweite Schaltvorrich­ tung wechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden, es eine Pause in einem Intervall vom Ausschalten der ersten Schalt­ vorrichtungen zum Einschalten der zweiten Schaltvorrichtung und in einem Intervall vom Ausschalten der zweiten Schaltvor­ richtung zum Einsschalten der ersten Schaltvorrichtungen gibt.

9. Vorrichtung für das Ausgleichen von Schaltkreisspannungen, umfassend:

• a) eine Vielzahl von ersten Schaltkreisen, wobei jeder Schaltkreis folgendes umfaßt:
  einen Kern;
  eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
  eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind; und
  eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
• b) eine Vielzahl von Schaltkreisausgleichswindungen, die jeweils magnetisch mit den Sekundärwindungen durch die Kerne verbunden sind, wobei die Schaltkreisausgleichswindun­ gen parallel miteinander verbunden sind; und
• c) einen zweiten Schaltkreis, umfassend:
  eine zweite Batterieeinheit;
  eine Erregungswindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen und den Schaltkreisausgleichswindungen ver­ bunden ist; und
  eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Erregungswindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden;
  wobei wenn die zweite Schaltvorrichtung angeschaltet wird, Erregungsenergie, die in den Kernen gespeichert ist, zu den ersten Batterieeinheiten durch die ersten Schaltvorrich­ tungen transportiert wird; und
  die ersten Schaltvorrichtungen weiter angeschaltet blei­ ben, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet wurde.

10. Vorrichtung für das Ausgleichen von Schaltkreisspannun­ gen, umfassend:

• a) eine Vielzahl von ersten Schaltkreisen, wobei jeder Schaltkreis folgendes umfaßt:
  einen Kern;
  eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in. Serie miteinander verbunden sind;
  eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind; und
  eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
• b) eine Vielzahl von Schaltkreisausgleichswindungen, die jeweils magnetisch mit den Sekundärwindungen durch die Kerne verbunden sind, wobei die Schaltkreisausgleichswindun­ gen parallel miteinander verbunden sind; und
• c) einen zweiten Schaltkreis, umfassend:
  eine zweite Batterieeinheit;
  eine Erregungswindung, die magnetisch mit den Sekundärwindungen und den Schaltkreisausgleichswindungen ver­ bunden ist; und
  eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Erregungswindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden;
  wobei wenn die ersten Schaltvorrichtungen angeschaltet werden, Erregungsenergie, die in den Kernen gespeichert ist, zur zweiten Batterieeinheit durch die zweite Schaltvorrich­ tung transportiert wird; und
  die zweite Schaltvorrichtung weiter angeschaltet bleibt, nachdem der Transport der Erregungsenergie beendet wurde.

11. Vorrichtung für das Ausgleichen von Schaltkreisspannungen nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Erregungswindung eine der Schaltkreisausgleichswindungen ist.

12. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine zweite Batterieeinheit;
eine Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwin­ dungen durch den Kern verbunden ist; und
eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Primärwindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden;
und eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steu­ ersignals für das Steuern der zweiten Schaltvorrichtung und der ersten Schaltvorrichtungen, so daß diese wechselnd ange­ schaltet und ausgeschaltet werden, um somit einen Energie­ transport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten zu bewirken, um die Spannungen der ersten Batterieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands zwischen der Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen so einstellt, daß die Spannungen der ersten Batterie­ einheiten einen vorbestimmten Spannungswert annehmen.

13. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine zweite Batterieeinheit;
eine Primärwindung, die magnetisch mit den Sekundärwin­ dungen durch den Kern verbunden ist; und
eine zweite Schaltvorrichtung, die in Serie mit der zweiten Batterieeinheit und der Primärwindung verbunden ist, um eine zweite geschlossene Schaltung zu bilden; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals für das Steuern der zweiten Schaltvorrichtung und der ersten Schaltvorrichtungen, so daß diese wechselnd angeschal­ tet und ausgeschaltet werden, um somit einen Energietransport zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten zu bewirken, um die Spannungen der ersten Batterieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands zwischen der Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrich­ tungen so einstellt, daß die Spannungen der ersten Batterie­ einheiten einen vorbestimmten Spannungswert überschreiten; und
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands so rücksetzt, daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung annehmen, bevor die Spannungen der ersten Batterie­ einheiten die vorbestimmte Spannung übersteigen.

14. Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Frequenz durch den Kehrwert der Summe der Zeitdauerwerte des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtung und des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen definiert wird; und die Steuervorrichtung die Frequenz auf einen Wert ein­ stellt, der niedriger als der normale Wert ist, um die Menge der Energie, die zwischen der zweiten Batterieeinheit und je­ der der ersten Batterieeinheiten in einer Zeiteinheit trans­ portiert wird, zu erhöhen, so daß die Spannungen der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung in einer kurzen Zeit annehmen.

15. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuervorrichtung die Frequenz auf einen Wert einstellt, der höher als der normale Wert ist, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge der Energie zwischen der zweiten Batte­ rieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten un­ gefähr den vorbestimmten Spannungswert angenommen haben.

16. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuervorrichtung die zweite Schaltvorrichtung und die ersten Schaltvorrichtungen ausschaltet, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge der Energie zwischen der zweiten Batterieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten been­ det ist, und wenn die Spannungen der ersten Batterieeinheiten ungefähr den vorbestimmten Spannungswert angenommen haben.

17. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die zweite geschlossene Schaltung weiter folgendes um­ faßt:
eine dritte Schaltvorrichtung; und
eine dritte Batterieeinheit,
wobei eine geschlossene Schaltung durch die zweite Batterieeinheit, die dritte Schaltvorrichtung und die dritte Batterieeinheit gebildet wird;
wobei eine geschlossene Schaltung durch die Primärwin­ dung, die zweite Schaltvorrichtung und die dritte Batterie­ einheit gebildet wird; und
wobei nach der Beendigung des Transports einer vorbestimmten Menge von Energie zwischen der zweiten Batte­ rieeinheit und jeder der ersten Batterieeinheiten die Steuer­ vorrichtung die dritte Schaltvorrichtung ausschaltet und den Betrieb der zweiten Schaltvorrichtung und der ersten Schalt­ vorrichtungen fortsetzt, um somit den Ausgleich der Spannun­ gen der ersten Batterieeinheiten fortzusetzen.

18. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine Vielzahl von zweiten Batterieeinheiten, die in Se­ rie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Primärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind, wobei die Primärwin­ dungen auch magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden sind;
eine Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtungen, die je­ weils in Serie mit einer der zweiten Batterieeinheiten und einer der Primärwindungen verbunden sind, um eine zweite ge­ schlossene Schaltung zu bilden;
und eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steu­ ersignals für das Steuern der zweiten Schaltvorrichtungen und der ersten Schaltvorrichtungen, so daß diese wechselnd ange­ schaltet und ausgeschaltet werden, um somit einen Energie­ transport zwischen der jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten zu bewirken, um die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinheiten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands zwischen der Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so einstellt, daß die Spannungen der zweiten Bat­ terieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten einen vorbe­ stimmten Spannungswert annehmen.

19. Spannungsausgleichsvorrichtungen für Batterieeinheiten, umfassend:
einen Kern;
eine Vielzahl von ersten Batterieeinheiten, die in Serie miteinander verbunden sind;
eine Vielzahl von Sekundärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kernverbunden sind;
eine Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungen, wobei jede mit einer der Sekundärwindungen und einer der ersten Batte­ rieeinheiten verbunden ist, um eine erste geschlossene Schal­ tung zu bilden;
eine Vielzahl von zweiten Batterieeinheiten, die mitein­ ander in Serie verbunden sind;
eine Vielzahl von Primärwindungen, die magnetisch mit­ einander durch den Kern verbunden sind, wobei die Primärwin­ dungen auch magnetisch mit den Sekundärwindungen durch den Kern verbunden sind; und
eine Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtungen, die je­ weils in Serie mit einer der zweiten Batterieeinheiten und einer der Primärwindungen verbunden sind, um eine zweite ge­ schlossene Schaltung zu bilden; und
eine Steuervorrichtung für das Ausgeben eines Steuersi­ gnals für das Steuern der zweiten Schaltvorrichtungen und der ersten Schaltvorrichtungen, so daß diese wechselnd angeschal­ tet und ausgeschaltet werden, um somit einen Energietransport zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieeinheiten zu bewirken, um die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten und/oder der ersten Batterieeinhei­ ten auszugleichen;
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands zwischen der Dauer des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und der Dauer des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvor­ richtungen so einstellt, daß die Spannungen der zweiten Bat­ terieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten einen vorbe­ stimmten Spannungswert überschreiten; und
wobei die Steuervorrichtung das Verhältnis der Zeitdau­ erwerte des angeschalteten Zustands so rücksetzt, daß die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Bat­ terieeinheiten die vorbestimmte Spannung annehmen, bevor die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Bat­ terieeinheiten die vorbestimmte Spannung übersteigen.

20. Spannungsausgleichsvorrichtung für Batterieeinheiten nach Anspruch 18 oder 19, wobei eine Frequenz durch den Kehrwert der Summe der Zeitdauerwerte des angeschalteten Zustands der zweiten Schaltvorrichtungen und des angeschalteten Zustands der ersten Schaltvorrichtungen definiert wird; und die Steuervorrichtung die Frequenz auf einen niedrigen Wert einstellt, um die Menge der Energie, die zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterie­ einheiten in einer Zeiteinheit transportiert wird, zu erhö­ hen, so daß die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten die vorbestimmte Spannung in ei­ ner kurzen Zeit annehmen.

21. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Steuervorrichtung die Frequenz auf einen hohen Wert ein­ stellt, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge der Energie zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und je­ der der ersten Batterieeinheiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Batterieeinheiten oder der ersten Bat­ terieeinheiten ungefähr den vorbestimmten Spannungswert ange­ nommen haben.

22. Spannungsausgleichsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Steuervorrichtung die zweiten Schaltvorrichtungen und die ersten Schaltvorrichtungen ausschaltet, wenn der Transport einer vorbestimmten Menge der Energie zwischen jeder der zweiten Batterieeinheiten und jeder der ersten Batterieein­ heiten beendet ist, und wenn die Spannungen der zweiten Bat­ terieeinheiten oder der ersten Batterieeinheiten ungefähr den vorbestimmten Spannungswert angenommen haben.