ES2826403T3 - Dispositivo de corrección de equilibrio y dispositivo de almacenamiento de electricidad - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) para una batería ensamblada que incluye una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie y que ecualiza las tensiones de los módulos de almacenamiento de energía que incluyen una o más celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie, en el que el dispositivo de corrección de equilibrio (1) comprende: una pluralidad de unidades de corrección de equilibrio incluyendo un inductor (L) que tiene un extremo del mismo conectable a un punto de conexión entre un primero de los módulos de almacenamiento de energía y un segundo de los módulos de almacenamiento de energía conectados en serie, un primer elemento de conmutación (S) que está conectado en serie junto con el inductor y es conectable entre los terminales positivo y negativo del primer módulo de almacenamiento de energía (B1), un segundo elemento de conmutación (S) que está conectado en serie junto con el inductor y es conectable entre los terminales positivo y negativo del segundo módulo de almacenamiento de energía (B2), una unidad de control de conmutación (10) que está adaptada para controlar un suministro de una corriente a cada uno de los módulos de almacenamiento de energía por medio de un control de encendido/apagado del primer elemento de conmutación (S) y el segundo elemento de conmutación (S) para ecualizar las tensiones de los módulos de almacenamiento de energía por el intercambio de energía eléctrica de los módulos de almacenamiento de energía a través del inductor (L); en el que un primer módulo de almacenamiento de energía conectable a una de las unidades de corrección de equilibrio puede estar conectado simultáneamente a otra unidad de corrección de equilibrio de manera tal que se convierta en el segundo módulo de almacenamiento de energía de esta otra unidad, caracterizado porque el dispositivo de corrección de equilibrio comprende una unidad de suministro de señales de temporización (100) que está adaptada para suministrar a la unidad de control de conmutación (10) respectiva de las unidades de corrección de equilibrio una señal de temporización común usada para generar una señal de control (φ) a ser ingresada al primer elemento de conmutación (S) y al segundo elemento de conmutación (S) para controlar el encendido/apagado del primer elemento de conmutación (S) y el segundo elemento de conmutación (S).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de corrección de equilibrio y dispositivo de almacenamiento de electricidad

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de corrección de equilibrio y a un dispositivo de almacenamiento de energía que ecualizan las tensiones de celdas de almacenamiento de energía o módulos de almacenamiento de energía que incluyen una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie, en una batería ensamblada que incluye una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie.

Técnica anterior

En una batería ensamblada configurada por una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie, existe la necesidad de suprimir las variaciones de las tensiones (fuerza electromotriz) de las celdas de almacenamiento de energía con el fin de evitar una reducción de la capacidad de descarga y un acortamiento de la vida útil. En particular, como en un dispositivo de almacenamiento de energía usado para vehículos eléctricos y similares, existe la necesidad de suprimir con precisión las variaciones de tensión de las celdas de almacenamiento de energía en una batería ensamblada configurada de múltiples celdas de almacenamiento de energía.

Como un mecanismo para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía, por ejemplo, la PTL 1 desvela un procedimiento de corrección de balance denominado de tipo convertidor en el que un extremo del inductor L es conectado de antemano a un punto de conexión de las baterías secundarias conectadas en serie B1, B2 y las tensiones de las baterías B1 y B2 son ecualizadas por la realización durante un período adecuado de una operación alterna repetida de corto tiempo (operación de conmutación) entre el primer modo en el que una corriente eléctrica fluye a través del primer circuito cerrado formado por la conexión del otro extremo del inductor L al otro extremo de la batería B1 y el segundo modo en el que una corriente eléctrica fluye a través del segundo circuito cerrado formado por la conexión del otro extremo del inductor L al otro extremo de la batería B2.

La Publicación de Solicitud de Patente Internacional Núm. WO 2012/132414 se refiere a un aparato de corrección de equilibrio y un sistema de almacenamiento eléctrico.

Listado de citas

Literatura de patentes

[PTL 1] Publicación Abierta de la Solicitud de Patente Japonesa Núm. 2001-185229

Sumario de la invención

Problema técnico

La Fig. 23 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio de tipo convertidor 7. Como es mostrado en la Fig. 23, las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2 están conectadas en serie para configurar la batería ensamblada 3. La celda de almacenamiento de energía B1 tiene conectado entre los terminales positivos y negativos de la misma un elemento de conmutación S1 así como también un elemento capacitivo C1, y la celda de almacenamiento de energía B2 tiene conectado entre los terminales positivos y negativos de la misma un elemento de conmutación S2 así como también un elemento capacitivo C2, respectivamente. Además, un inductor L está conectado entre el punto de conexión común J3 de los elementos de conmutación S1 y S2, y el punto de conexión J1 de las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2.

Los elementos de conmutación S1, S2 funcionan de manera complementaria de manera tal que cuando un elemento de conmutación se enciende, el otro elemento de conmutación se apaga con los controladores de puerta G1, G2 que son controlados por las señales de control 91, 92 que son generadas por el circuito de control 10. Los elementos capacitivos C1, C2 se proporcionan con el propósito de, por ejemplo, reducir el ruido creado debido a las operaciones de encendido/apagado de los elementos de conmutación, para aliviar la diferencia de tensión creada entre las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 debido a las operaciones de encendido/apagado de los elementos de conmutación.

El circuito de control 10 controla el encendido/apagado de los elementos de conmutación S1 y S2 de manera alternada a una relación de trabajo predeterminada por el control de los controladores de puerta G1, G2 con las señales de control 91, 92. De este modo, se intercambia energía entre las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2 a través del inductor L para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2, como resultado.

En la Fig. 24, (a) ilustra las formas de onda de las señales de control 91, 92 que son generadas por el circuito de control 10 durante el período de control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2. Durante el período anterior, el circuito de control 10 genera, por ejemplo, las señales de control 91, 92 que están configuradas de ondas cuadradas con las operaciones de encendido/apagado que son llevadas a cabo de manera complementaria en el mismo ciclo, como es ilustrado en (a) de la Fig. 24.

En la Fig. 24, (b) a (d) muestran las formas de onda de las corrientes iL (en adelante en la presente memoria también denominadas corriente regenerada) que fluyen a través del inductor L durante el período de control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2. Entre las figuras de la Fig. 24, (b) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es mayor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2, (c) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es menor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2, y (d) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es igual (sustancialmente igual) al tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2.

Cuando existe una diferencia de tensión entre las dos celdas de almacenamiento de energía B1, B2, la energía se intercambia entre las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2 por la corriente iL que fluye de manera alternada a lo largo de la primera trayectoria y la segunda trayectoria. Y como resultado, las tensiones entre las dos son ecualizadas para de este modo asegurar un equilibrio.

La configuración indicada con anterioridad corresponde a un caso en el que el número de celdas de almacenamiento de energía es dos, sin embargo, la configuración se puede ampliar para un caso en el que hay tres o más celdas de almacenamiento de energía.

La Fig. 25 ilustra un ejemplo del circuito de corrección de equilibrio 7 que está adaptado para ecualizar las tensiones de tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3. En la Fig. 25, el circuito de control 10A ecualiza las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2 por el encendido/apagado complementario de los elementos de conmutación S1, S2, y el circuito de control 10B ecualiza las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B2 y B3 por el encendido/apagado complementario de los elementos de conmutación S3, S4. La tensión de la celda de almacenamiento de energía B2 es ecualizada con las dos celdas de almacenamiento de energía B1, B3 con dicho control y, como resultado de ello, son ecualizados las tensiones de las tres celdas de almacenamiento de energía B1, B2 y B3.

En el circuito de corrección de equilibrio 7 que es mostrado en la Fig. 25, los circuitos de control 10A y 10B pueden llevar a cabo un control independiente entre sí, es decir, el circuito de control 10A puede controlar el encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2 en paralelo con el circuito de control 10B que controla el encendido/apagado de los elementos de conmutación S3, S4 (en adelante en la presente memoria también denominado control paralelo). Cuando es llevado a cabo el control paralelo, sin embargo, por ejemplo, si las frecuencias de la entrada de señales de control (proporcionada a la puerta del elemento de conmutación) al elemento de conmutación durante el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación por cada uno de los circuitos de control 10A, 10B no están sincronizados, pueden ocurrir problemas como los siguientes.

La Fig. 26 ejemplifica la forma de onda de la señal de control 92 del elemento de conmutación S2, la forma de onda de la señal de control 93 del elemento de conmutación S3, y las formas de onda de tensión del punto de conexión en la Fig. 25 (las formas de onda obtenidas por el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2 con el circuito de control 10A (la forma de onda que tiene adjuntado el carácter de referencia (a), la forma de onda obtenida por el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S3, S4 con el circuito de control 10B (la forma de onda que tiene adjuntado el carácter de referencia (b), y la forma de onda obtenida por la superposición (combinación) de la forma de onda que tiene adjuntado el carácter de referencia (a) con la forma de onda que tiene adjuntado el carácter de referencia (b) (la forma de onda que tiene adjuntado el carácter de referencia (c)) cuando es llevado a cabo el control paralelo descrito con anterioridad. Si bien las formas de onda 91, 94 de los elementos de conmutación S1, S4 no están ilustradas en la Fig. 26, la forma de onda de la señal de control 91 tiene una fase opuesta a la de la forma de onda de la señal de control 92 y la forma de onda de la señal de control 94 tiene una fase opuesta a la de la forma de onda de la señal de control 93.

Como es mostrado en la Fig. 26, la diferencia de fase entre las señales de control 92 y 93 cambia junto con el tiempo dado que las dos no están sincronizadas. Junto con esto, la diferencia de fase entre la forma de onda indicada con el carácter de referencia (a) y la forma de onda indicada con el carácter de referencia (b) también cambia. Por lo tanto, la forma de onda de tensión real (c) que aparece en el punto de conexión J42 es una forma de onda desordenada que incluye múltiples componentes de frecuencia y es inestable con respecto al tiempo. Tal forma de onda de tensión puede ser la causa del desarrollo de problemas tales como perturbaciones y ruido, una corriente regenerada anormal, una oscilación anormal y similares.

La presente invención ha sido llevada a cabo en vista de los problemas descritos con anterioridad y un objeto de la misma es proporcionar un dispositivo de corrección de equilibrio y un dispositivo de almacenamiento de energía que puede evitar los problemas provocados por las señales que controlan los elementos de conmutación no sincronizados en los circuitos de control.

Solución al problema

La presente invención para lograr el objeto descrito con anterioridad es un dispositivo de corrección de equilibrio que está en una batería ensamblada que incluye una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie y ecualiza las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía o de los módulos de almacenamiento de energía que incluyen las celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie, el dispositivo de corrección de equilibrio comprende: una pluralidad de unidades de corrección de equilibrio que incluyen un inductor que tiene un extremo del mismo conectado a un punto de conexión entre un primero de los módulos de almacenamiento de energía y un segundo de los módulos de almacenamiento de energía conectados en serie, un primer elemento de conmutación que está conectado en serie junto con el inductor entre los terminales positivos y negativos del primer módulo de almacenamiento de energía, un segundo elemento de conmutación que está conectado en serie junto con el inductor entre los terminales positivos y negativos del segundo módulo de almacenamiento de energía, una unidad de control de conmutación que controla un suministro de corriente a cada uno de los módulos de almacenamiento de energía por medio de un control de encendido/apagado del primer elemento de conmutación y el segundo elemento de conmutación para ecualizar las tensiones de los módulos de almacenamiento de energía por el intercambio de energía eléctrica de los módulos de almacenamiento de energía a través del inductor; y una unidad de suministro de señales de temporización que tiene el primer módulo de almacenamiento de energía de una de las unidades de corrección de equilibrio conectado en línea con el segundo módulo de almacenamiento de energía de otra de las unidades de corrección de equilibrio a ser uno mismo de los módulos de almacenamiento de energía, y suministra a la unidad de control de conmutación respectiva de las unidades de corrección de equilibrio, una señal de temporización común usada para generar una señal de control a ser ingresada al primer elemento de conmutación y el segundo elemento de conmutación para controlar el encendido/apagado del primer elemento de conmutación y el segundo elemento de conmutación.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que la unidad de suministro de señales de temporización suministra directamente la señal de temporización a la unidad de control de conmutación respectiva de las unidades de corrección de equilibrio.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que la unidad de suministro de señales de temporización incluye un primer circuito que suministra la señal de temporización a la unidad de control de conmutación de una segunda de las unidades de corrección de equilibrio y un segundo circuito que suministra la señal de temporización suministrada desde la unidad de suministro de señales de temporización por la segunda unidad de corrección de equilibrio, a la unidad de control de conmutación de una primera de las unidades de corrección de equilibrio.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito genera una señal de temporización en base a la señal de control que genera la unidad de control de conmutación de la segunda unidad de corrección de equilibrio y suministra la señal de temporización generada a la unidad de control de conmutación de la primera unidad de corrección de equilibrio.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito genera la señal de temporización en base a una variación en los tensiones aplicadas a un elemento capacitivo que está cargado por una diferencia de tensión creada entre la señal de control que es generada por la unidad de control de conmutación de la segunda unidad de corrección de equilibrio y un cátodo del segundo módulo de almacenamiento de energía de la segunda unidad de corrección de equilibrio.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito carga el elemento capacitivo por una tensión obtenida por la rectificación de una tensión aplicada al elemento capacitivo.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad, en el que el segundo circuito genera la señal de temporización en base a una tensión dividida obtenida por la división de una tensión aplicada al elemento capacitivo.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito genera la señal de temporización en base a una tensión generada en una parte de conexión común del primer elemento de conmutación y el segundo elemento de conmutación de la unidad de control de conmutación de la segunda unidad de corrección de equilibrio y el inductor.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito genera la señal de temporización en base a una variación en las tensiones obtenidas por la rectificación de las tensiones generadas en la parte de conexión común.

Otro aspecto de la presente invención es el dispositivo de corrección de equilibrio mencionado con anterioridad en el que el segundo circuito genera la señal de temporización en base a una variación en las tensiones obtenidas por la división de las tensiones generadas en la parte de conexión común.

Otro aspecto de la presente invención es un dispositivo de almacenamiento de energía que incluye la pluralidad de celdas de almacenamiento de energía y el dispositivo de corrección de equilibrio.

Otros problemas desvelados por la presente solicitud y los procedimientos para resolver tales problemas resultarán claros a partir de la descripción de realizaciones con referencia a los dibujos adjuntos.

Efectos ventajosos de la invención

De acuerdo con la presente invención, pueden ser evitados los problemas resultantes de que las señales que controlan los elementos de conmutación no estén sincronizadas en los circuitos de control.

Breve descripción de los dibujos

[Fig. 1]

La Fig. 1 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio 1.

[Fig. 2]

La Fig. 2 ilustra en (a) una forma de onda de las señales de control 91, 92 emitidas por el circuito de control 10 durante el primer período y (b) a (d) formas de onda de las corrientes que fluyen a través del inductor L durante el primer período.

[Fig. 3]

La Fig. 3 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio adaptado para ecualizar las tensiones de tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3.

[Fig. 4]

La Fig. 4 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio adaptado para ecualizar las tensiones de cuatro celdas de almacenamiento de energía B1 a B4.

[Fig. 5]

La Fig. 5 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la primera realización.

[Fig. 6]

La Fig. 6 ilustra un ejemplo modificado del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la primera realización.

[Fig. 7]

La Fig. 7 ilustra un ejemplo modificado del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la primera realización.

[Fig. 8]

La Fig. 8 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 (en un caso de tres celdas de almacenamiento de energía) mostrado como la segunda realización.

[Fig. 9]

La Fig. 9 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión de una señal de control 94 y una forma de onda de tensión de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10A.

[Fig. 10]

La Fig. 10 ilustra un ejemplo modificado del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la segunda realización.

[Fig. 11]

La Fig. 11 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 (en un caso de cuatro celdas de almacenamiento de energía) mostrado como la segunda realización.

[Fig. 12]

La Fig. 12 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión de una señal de control 96 y una forma de onda de tensión de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10B.

[Fig. 13]

La Fig. 13 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión de la señal de control 94 y una forma de onda de tensión de la señal de temporización proporcionada al circuito de control 10A.

[Fig. 14]

La Fig. 14 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 (en un caso de tres celdas de almacenamiento de energía) mostrado como la tercera realización.

[Fig. 15]

La Fig. 15 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión en un punto de conexión común J64 de la segunda unidad de corrección de equilibrio y una forma de onda de tensión de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10A.

[Fig. 16]

La Fig. 16 ilustra un ejemplo modificado del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la tercera realización.

[Fig. 17]

La Fig. 17 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 (en un caso de cuatro celdas de almacenamiento de energía) mostrado como la tercera realización.

[Fig. 18]

La Fig. 18 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión de una señal de control 96 y una forma de onda de tensión de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10B.

[Fig. 19]

La Fig. 19 ilustra un ejemplo de una forma de onda de tensión de una señal de control 94 y una forma de onda de tensión de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10A.

[Fig. 20]

La Fig. 20 es un diagrama que ilustra un mecanismo del circuito de control 10 que genera señales de control que se sincronizan con la señal de temporización.

[Fig. 21]

La Fig. 21 es un diagrama que ilustra la forma en que el circuito de generación de señales de control 101 genera señales de control 9i, 9i+1.

[Fig. 22]

La Fig. 22 es un diagrama que ilustra un mecanismo del circuito de generación de ondas de dientes de sierra 1011 que genera una onda de dientes de sierra que se sincroniza con la señal de temporización.

[Fig. 23]

La Fig. 23 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio de tipo convertidor 7.

[Fig. 24]

La Fig. 24 ilustra en (a) formas de onda de las señales de control 91, 92 emitidas por el circuito de control 10 durante el primer período y (b) a (d) formas de onda de corrientes que fluyen a través del inductor L durante el primer período.

[Fig. 25]

La Fig. 25 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio 7 adaptado para ecualizar las tensiones de tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3.

[Fig. 26]

La Fig. 26 ilustra un ejemplo de una forma de onda generada en el punto de conexión J42 cuando las frecuencias de las señales de control no están sincronizadas.

Descripción de realizaciones

A continuación, será proporcionada una descripción de las realizaciones de acuerdo con la presente invención. En la siguiente descripción, las partes iguales o similares tienen asignados los mismos números de referencia para omitir la descripción duplicada. Las letras índice pueden ser omitidas de los números de referencia para referir colectivamente al mismo elemento constituyente (por ej., los circuitos de control 10A, 10B, 10C pueden ser denominados colectivamente circuito de control 10).

Configuración básica del circuito de corrección de equilibrio

La Fig. 1 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio de tipo convertidor 1 (dispositivo de corrección de equilibrio). El circuito de corrección de equilibrio 1 es aplicado, por ejemplo, a dispositivos de almacenamiento de energía (vehículos eléctricos, vehículos híbridos, vehículos eléctricos de dos ruedas, vehículos ferroviarios, ascensores, dispositivos de almacenamiento de energía conectados al sistema, ordenadores personales, ordenadores portátiles, dispositivos de telefonía móvil, teléfonos inteligentes, instrumentos PDA, etc.) que usan una batería ensamblada que incluye una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie. Una celda de almacenamiento de energía es, por ejemplo, una batería secundaria de iones de litio, una batería secundaria de polímero de iones de litio y similares; sin embargo, pueden ser otros tipos de elementos de almacenamiento de energía tales como un condensador eléctrico de doble capa.

Si el grado de calidad de fabricación o deterioro difiere en las celdas de almacenamiento de energía que configuran la batería ensamblada, se pueden crear diferencias en las características de la batería (capacidad de la batería, características de tensión de descarga) en las celdas de almacenamiento de energía de manera tal que las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía varían durante la carga/descarga de electricidad debido a la diferencia en las características de la batería. Por tal razón, el circuito de corrección de equilibrio 1 opera para ecualizar (asegurar el equilibrio de la celda) las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía o de los módulos de almacenamiento de energía configurados de una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie con el fin de suprimir la generación de variaciones como las anteriores.

Como es ilustrado en la Fig. 1, la batería ensamblada 3 está configurada con celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie B1, B2. Los terminales positivos y negativos 31, 32 de la batería ensamblada 3 tienen conectados a ellos, por ejemplo, una fuente de suministro de corriente (por ej., cargador, circuito de regeneración) que suministra una corriente de carga a la batería ensamblada 3, una carga (por ej., motor, circuito electrónico, aparatos eléctricos) que funcionan por el uso de la fuerza electromotriz de la batería ensamblada 3 y similares. La línea (línea que incluye el punto que conecta las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 en serie) que conecta el ánodo de la celda de almacenamiento de energía B1 y el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B2 tiene conectado un extremo del inductor L. La línea que conecta el otro extremo del inductor L y el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B1 tiene proporcionado un elemento de conmutación S1. Y la línea que conecta el otro extremo del inductor L y el ánodo de la celda de almacenamiento de energía B2 tiene proporcionado un elemento de conmutación S2.

Los elementos de conmutación S1, S2 están configurados por medio de un MOSFET (Transistor de Efecto de Campo Semiconductor de Óxido Metálico). Los elementos de conmutación S1, S2 funcionan de manera complementaria con los controladores de puerta G1, G2 que son controlados por las señales de control 91, 92 que son generadas por el circuito de control 10 (unidad de control de conmutación) de manera tal que cuando un elemento de conmutación se enciende, el otro elemento de conmutación está apagado. En este caso, los elementos de conmutación S1, S2 pueden estar configurados por el uso de un transistor bipolar.

Un elemento capacitivo C1 es proporcionado entre un extremo del inductor L y el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B1, y un elemento capacitivo C2 es proporcionado entre un extremo del inductor L y el ánodo de la celda de almacenamiento de energía B2. Los elementos capacitivos C1, C2 son proporcionados con el propósito de, por ejemplo, reducir el ruido generado debido a las operaciones de encendido/apagado del elemento de conmutación, la variación en las tensiones generadas entre las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 debido a las operaciones de encendido/apagado del elemento de conmutación y similares. El elemento capacitivo C1 puede ser proporcionado entre, por ejemplo, el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B1 y el ánodo de la celda de almacenamiento de energía b2.

El circuito de control 10 incluye un circuito de generación de señales de control 101, un circuito de control de relación de trabajo 102 y un circuito de medición 103 (unidad de medición de tensión). El circuito de control 10 puede ser implementado por el uso de un microordenador que incluye, por ejemplo, un dispositivo aritmético (CPU (Unidad Central de Procesamiento), MPU (Unidad de Microprocesamiento), etc.) y un dispositivo de almacenamiento (RAM (Memoria de Acceso Aleatorio), ROM (Memoria de Solo Lectura), etc.).

El circuito de generación de señales de control 101 genera señales de control difase 91, 92 a ser suministradas respectivamente a los controladores de puerta G1, G2. De manera específica, el circuito de generación de señales de control 101 genera las señales de control 91, 92 de acuerdo con la señal de control de relación de trabajo descrita más adelante que es ingresada desde el circuito de control de relación de trabajo 102. Se supone que las señales de control 91, 92 en la presente realización son ondas cuadradas (por ej., pulsos PWM (Modulación de Ancho de Pulso)) difase (nivel alto, nivel bajo) de una relación de trabajo predeterminada.

El circuito de control de relación de trabajo 102 genera señales (en adelante en la presente memoria denominadas señales de control de relación de trabajo) para controlar las señales de control 91, 92 generadas por el circuito de generación de señales de control 101 e introduce las señales de control de relación de trabajo generadas en el circuito de generación de señales de control 101. El circuito de control de relación de trabajo 102 genera las señales de control de relación de trabajo de manera tal que las tensiones entre las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 sean ecualizadas de manera adecuada con el fin de mejorar la velocidad, la seguridad, la eficiencia y similares de acuerdo, por ejemplo, con las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 obtenidas de las mediciones del circuito de medición 103.

El circuito de medición 103 obtiene las mediciones en tiempo real de las tensiones (por ej., tensión entre los puntos de conexión J4 y J2, tensión entre los puntos de conexión J2 y J7, etc.) en una parte predeterminada de la línea que configura el circuito de corrección de equilibrio 1 y transmite las mediciones obtenidas al circuito de generación de señales de control 101 y al circuito de control de relación de trabajo 102.

A continuación, será presentada una descripción de las operaciones básicas del circuito de corrección de equilibrio 1 configurado según lo descrito con anterioridad con referencia a la Fig. 2.

En la Fig. 2, (a) muestra la forma de onda de las señales de control 91, 92 que son generadas durante el período en el que el circuito de control 10 lleva a cabo el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2. Durante el período anterior, el circuito de control 10 genera, por ejemplo, las señales de control 91, 92 que están configuradas de ondas cuadradas formadas por el encendido/apagado complementario en el mismo ciclo.

En la Fig. 2, (b) a (d) muestran las formas de onda de las corrientes iL que fluyen a través del inductor L (en adelante en la presente memoria también denominado circuito de regeneración) durante el período de control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2. Entre ellos, (b) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es mayor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2, (c) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es menor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2, y (d) muestra la forma de onda de la corriente iL que fluye a través del inductor L cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 y la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2 son iguales (sustancialmente iguales).

Como es mostrado en (b) de la Fig. 2, cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es mayor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2 (E1>E2), una corriente iL fluye principalmente a lo largo de un camino (en adelante en la presente memoria denominada la primera trayectoria) desde el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B1 -> el punto de conexión J5 -> el punto de conexión J4 -> el elemento de conmutación S1 -> el punto de conexión J3 -> el inductor L -> el punto de conexión J2 -> el punto de conexión J1 -> y al ánodo de la celda de almacenamiento de energía B1 mientras el elemento de conmutación S1 está encendido y el elemento de conmutación S2 está apagado. Es decir, durante este período, la corriente iL fluye principalmente en la dirección que es mostrada con la flecha sólida indicada en la Fig. 1 para tener energía almacenada en el inductor L.

Posteriormente, cuando es apagado el elemento de conmutación S1 y es encendido el elemento de conmutación S2, la energía almacenada en el inductor L es descargada a lo largo de la trayectoria desde el inductor L -> el punto de conexión J2 -> el punto de conexión J1 -> el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B2 -> el ánodo de la celda de almacenamiento de energía B2 -> el punto de conexión J6 -> el punto de conexión J7 -> el elemento de conmutación S2 -> el punto de conexión J3 -> y al inductor L para cargar la celda de almacenamiento de energía B2. Y cuando la energía en el inductor L resulta agotada, la corriente iL comienza a fluir hacia la dirección opuesta (la dirección que es mostrada con una flecha discontinua en la Fig. 1) en el inductor L.

Como es mostrado en (c) de la Fig. 2, cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 es menor que la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2 (E1<E2), una corriente iL fluye principalmente a lo largo de un camino (en adelante en la presente memoria denominada la segunda trayectoria) desde el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B2 -> el punto de conexión J1 -> el punto de conexión J2 -> el inductor L -> el punto de conexión J3 -> el elemento de conmutación S2 -> el punto de conexión J7 -> el punto de conexión J6 -> y al ánodo de la celda de almacenamiento de energía B2 mientras el elemento de conmutación S1 está apagado y el elemento de conmutación S2 está encendido. Es decir, durante este período, la corriente iL fluye principalmente en la dirección que es mostrada con la flecha discontinua indicada en la Fig. 1 para tener energía almacenada en el inductor L.

Posteriormente, cuando es apagado el elemento de conmutación S2 y es encendido el elemento de conmutación S1, la energía almacenada en el inductor L es descargada a lo largo de la trayectoria desde el inductor L -> el punto de conexión J3 -> el elemento de conmutación S1 -> el punto de conexión J4 -> el punto de conexión J5 -> el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B1 -> el ánodo de la celda de almacenamiento de energía B1 -> el punto de conexión J1 -> el punto de conexión J2 -> y al inductor L para cargar la celda de almacenamiento de energía B1. Y cuando la energía en el inductor L resulta agotada, la corriente iL comienza a fluir hacia la dirección opuesta (la dirección que es mostrada con una flecha sólida en la Fig. 1) en el inductor L.

Por la presente, cuando existe una diferencia entre las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2, la energía se intercambia entre la celda de almacenamiento de energía B1 y la celda de almacenamiento de energía B2 por la corriente iL que fluye de manera alternada a través de la primera trayectoria y la segunda trayectoria para ecualizar las tensiones de las dos y como resultado asegura un equilibrio de celdas. Como es mostrado en (d) de la Fig. 2, cuando la tensión E1 de la celda de almacenamiento de energía B1 y la tensión E2 de la celda de almacenamiento de energía B2 son iguales (E1=E2), la compensación de la energía intercambiada entre las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 se equilibra junto con el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2 de manera tal que las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 se mantengan iguales.

El circuito de control 10 lleva a cabo un monitoreo en tiempo real de las tensiones (tensión entre los respectivos terminales de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2, por ejemplo, la tensión entre los puntos de conexión J4 y J2, la tensión entre los puntos de conexión J2 y J7) medidos con el circuito de medición 103, y detiene el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1, S2 tras la detección de que las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 son iguales (sustancialmente iguales).

En este caso, el circuito de control 10 puede controlar la relación de trabajo de las señales de control 91, 92 de acuerdo con, por ejemplo, los valores de tensión de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 obtenidos a partir de las mediciones del circuito de medición 103 de manera tal que las tensiones entre las celdas de almacenamiento de energía B1, B2 estén ecualizadas de manera adecuada con vistas a mejorar la velocidad, la seguridad, la eficiencia y similares.

En el caso de tres o más celdas de almacenamiento de energía

La configuración del circuito de corrección de equilibrio 1 descrita con anterioridad se puede ampliar para un caso en el que hay tres o más celdas de almacenamiento de energía.

La Fig. 3 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3. Como es mostrado en la Fig. 3, este circuito de corrección de equilibrio 1 incluye un circuito (en adelante en la presente memoria, este circuito también es denominado primera unidad de corrección de equilibrio) configurado para incluir el circuito de control 10A, los controladores de puerta G1, G2, los elementos de conmutación S1, S2, el inductor L1 y los elementos capacitivos C1, C2 para controlar la carga/descarga de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2, y un circuito (en adelante en la presente memoria, este circuito también es denominado segunda unidad de corrección de equilibrio) configurado para incluir el circuito de control 10B, los controladores de puerta G3, G4, los elementos de conmutación S3, S4, el inductor L2 y los elementos capacitivos C3, C4 para controlar la carga/descarga de las celdas de almacenamiento de energía B2, B3.

En la Fig. 3, el circuito de control 10A enciende/apaga de manera complementaria los elementos de conmutación S1, S2 para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2, y el circuito de control 10B enciende/apaga de manera complementaria los elementos de conmutación S3, S4 para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B2 y B3. Tal control permite que la tensión de la celda de almacenamiento de energía B2 sea igual a las tensiones de las dos celdas de almacenamiento de energía B1, B3 y como resultado se ecualizan las tensiones de las tres celdas de almacenamiento de energía B1, B2 y B3.

En la Fig. 3, todos los elementos capacitivos C1 a C4 están proporcionados con el propósito de reducir el ruido generado debido a las operaciones de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1 a S4 y relajar la variación de tensión generada en cada una de las celdas de almacenamiento de energía B1 a B3.

La Fig. 4 ilustra un ejemplo de un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de las cuatro celdas de almacenamiento de energía B1 a B4. Como es mostrado en la Fig. 4, este circuito de corrección de equilibrio 1 incluye un circuito (en adelante en la presente memoria, este circuito también es denominado primera unidad de corrección de equilibrio) configurado para incluir el circuito de control 10A, los controladores de puerta G1, G2, los elementos de conmutación S1, S2, el inductor L1 y los elementos capacitivos C1, C2 para controlar la carga/descarga de las celdas de almacenamiento de energía B1, B2, un circuito (en adelante en la presente memoria, este circuito también es denominado segunda unidad de corrección de equilibrio) configurado para incluir el circuito de control 10B, los controladores de puerta G3, G4, los elementos de conmutación S3, S4, el inductor L2 y los elementos capacitivos C3, C4 para controlar la carga/descarga de las celdas de almacenamiento de energía B2, B3 y un circuito (en adelante en la presente memoria, este circuito también es denominado tercera unidad de corrección de equilibrio) configurado para incluir el circuito de control 10C, los controladores de puerta G5, G6, los elementos de conmutación S5, S6, el inductor L3 y los elementos capacitivos C5, C6 para controlar la carga/descarga de las celdas de almacenamiento de energía B3, B4.

En la Fig. 4, el circuito de control 10A enciende/apaga de manera complementaria los elementos de conmutación S1, S2 para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B1 y B2, el circuito de control 10B enciende/apaga de manera complementaria los elementos de conmutación S3, S4 para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B2 y B3, y el circuito de control 10C enciende/apaga de manera complementaria los elementos de conmutación S5, S6 para ecualizar las tensiones de las celdas de almacenamiento de energía B3 y B4. Dicho control permite que la tensión de la celda de almacenamiento de energía B2 sea igual a las tensiones de las dos celdas de almacenamiento de energía B1, B3 y permite que la tensión de la celda de almacenamiento de energía B3 sea igual a las tensiones de las dos celdas de almacenamiento B2, B4 y, como resultado, se ecualizan las tensiones de las cuatro celdas de almacenamiento de energía B1, B2, B3 y B4. En la Fig. 4, los elementos capacitivos C1 a C6 están todos provistos con el propósito de reducir el ruido generado debido a las operaciones de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1 a S6 y relajar la variación de tensión generada en cada una de las celdas de almacenamiento de energía B1 a B4.

Problemas resultantes del control paralelo

En el circuito de corrección de equilibrio 1 que es mostrado en la Fig. 3 o la Fig. 4, cada circuito de control 10 (10A a 10C) puede ser operado de manera independiente, y también puede ser realizado un control de encendido/apagado del elemento de conmutación con un circuito de control 10 en paralelo con el control de encendido/apagado del elemento de conmutación con otro circuito de control 10 (en adelante en la presente memoria este control será denominado control paralelo).

Sin embargo, cuando las frecuencias de la entrada de señales de control (impartidas a la puerta del elemento de conmutación) al elemento de conmutación no están sincronizadas cuando los circuitos de control 10A, 10B y 10C controlan el encendido/apagado de los elementos de conmutación, existe la posibilidad de que surjan cuestiones cuando sea llevado a cabo el control paralelo mencionado. En otras palabras, por ejemplo, una forma de onda de tensión desordenada que incluye múltiples componentes de frecuencia y que es inestable con respecto al tiempo aparecería en el punto de conexión J42 en el caso de la Fig. 3 y en los puntos de conexión J42, J67 en el caso de la Fig. 4, de manera tal que los problemas surgirían perturbaciones y ruidos, anormalidad en la corriente regenerada, anormalidad en la oscilación generada y similares. Las configuraciones específicas para prevenir tales problemas son descritas a continuación.

Primera realización

La Fig. 5 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la primera realización. Este circuito de corrección de equilibrio 1 está configurado con, como base, un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de las cuatro celdas de almacenamiento de energía B1 a B4 mostradas en la Fig. 4.

En este circuito de corrección de equilibrio 1, las señales de temporización comunes (por ej., la señal de reloj de onda cuadrada generada por un circuito oscilador y similares) generadas en el dispositivo de suministro de señales de temporización 100 (unidad de suministro de señales de temporización) son suministradas directamente a los circuitos de control 10A a 10C y los circuitos de control 10A a 10C generan las señales de control 91 a 96 para el control de encendido/apagado de los elementos de conmutación S1 a S6 que son respectivamente los objetos de control basados en la señal de temporización común suministrada desde el dispositivo de suministro de señales de temporización 100. El dispositivo de suministro de señales de temporización 100 está configurado con, por ejemplo, un microordenador, un circuito oscilador, un generador de reloj y similares; sin embargo, el dispositivo de suministro de señales de temporización 100 puede ser configurado como parte de cualquiera de los circuitos de control 10. El circuito de corrección de equilibrio 1 de esta manera hace que cada uno de los circuitos de control 10A a 10C genere las señales de control 91 a 96 en base a una señal de temporización común suministrada directamente desde el mismo dispositivo de suministro de señales de temporización 100 de manera tal que las señales de control generadas por los circuitos de control 10A a 10C están sincronizados con precisión y, por lo tanto, se evita que ocurran los problemas mencionados con anterioridad.

Las Figs. 6 y 7 ilustran ejemplos modificados del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado en la Fig. 5. En el circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado en la Fig. 6, el dispositivo de suministro de señales de temporización 100 ha suministrado a los circuitos de control 10A a 10C las señales de temporización emitidas desde el mismo puerto por la distribución con un ramal común comúnmente conectado al mismo. Además, como es mostrado en la Fig. 7, el circuito de corrección de equilibrio 1 tiene una señal de temporización suministrada directamente solo a un circuito de control 10 (circuito de control 10C en la Fig. 7) desde el dispositivo de suministro de señales de temporización 100, la señal de temporización suministrada a este circuito de control 10 desde el circuito de control 10 (circuito de control 10C) es suministrada a otro circuito de control (circuito de control 10B en la Fig. 7), y la señal de temporización suministrada a este circuito de control 10 desde el circuito de control (circuito de control 10B) es suministrada a otro circuito de control (circuito de control 10A). En otras palabras, la señal de temporización emitida desde el dispositivo de suministro de señales de temporización 100 es suministrada a los circuitos de control 10A a 10C de una manera denominada brigada de cubo. Cuando es adoptada la configuración del circuito de la Fig. 6 o la Fig. 7, el número de puertos de salida requeridos para la señal de temporización del dispositivo de suministro de señales de temporización 100 debe ser solo uno de manera tal que los recursos del dispositivo de suministro de señales de temporización 100 puedan ser usados de manera eficaz.

Segunda realización

La Fig. 8 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la segunda realización. Este circuito de corrección de equilibrio 1 está configurado con el circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3 mostradas en la Fig. 3, como base.

En este circuito de corrección de equilibrio 1, una señal de temporización es generada en base a la señal de control 94 generada por el circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio a ser suministrada al circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio. De manera específica, la segunda unidad de corrección de equilibrio genera las señales de temporización de la siguiente manera.

Como es mostrado en la Fig. 8, este circuito de corrección de equilibrio 1 tiene un elemento capacitivo C81 proporcionado entre la línea de suministro al elemento de conmutación S4 de la señal de control 94 de la segunda unidad de corrección de equilibrio y el cátodo (punto de conexión J67) de la celda de almacenamiento de energía B3. Además, un elemento de rectificación D1 (diodo, etc.) que permite que una corriente pase solo en la dirección del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 al terminal del lado del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 del elemento capacitivo C81 es proporcionado entre el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 y el terminal del lado del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 (terminal del lado del punto de conexión J69) del elemento capacitivo C81. Y el terminal del lado del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 del elemento capacitivo C81 y el terminal de entrada de la señal de temporización del circuito de control 10A están conectados en línea de manera tal que la tensión en el terminal del lado del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 del elemento capacitivo C81 sea suministrada al circuito de control 10A como una señal de temporización.

En la configuración anterior, el elemento capacitivo C81 es cargado cuando la señal de control 94 está en un nivel bajo y la tensión del terminal del lado del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 del elemento capacitivo C81 toma un valor obtenido por la adición del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 potencial con la tensión de la señal de control 94 cuando la señal de control 94 está en un nivel alto.

La Fig. 9 ejemplifica una forma de onda de la señal de control 94 y una forma de onda de una señal de temporización proporcionada al circuito de control 10A. Como es mostrado en la Fig. 9, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10A está en una forma de onda sincronizada con la señal de control 94. Además, como es mostrado en la Fig. 9, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3) cuando la señal de control 94 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial obtenido por la adición al potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 con la tensión entre los terminales del elemento capacitivo C81 cargado por la señal de control 94) cuando la señal de control 94 está en un nivel alto. El mecanismo específico del circuito de control 10A que genera las señales de control 91, 92 en base a la señal de temporización será descrito más adelante.

El circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio genera las señales de control 91, 92 por la sincronización con las señales de temporización suministradas desde la segunda unidad de corrección de equilibrio según lo descrito con anterioridad. Y cuando existe la necesidad de ajustar el nivel de tensión de la señal de temporización, por ejemplo, como es mostrado en la Fig. 10, solo la tensión obtenida por la división de la tensión entre los terminales del elemento de rectificación D1 con los elementos resistivos R1, r2 tiene que ser suministrada al circuito de control 10A como una señal de temporización.

Un mecanismo similar puede ser extendido al circuito de corrección de equilibrio 1 que está adaptado para un caso que incluye cuatro o más celdas de almacenamiento de energía. La Fig. 11 ilustra un ejemplo de un caso en el que el mecanismo es aplicado a un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de las cuatro celdas de almacenamiento de energía B1 a B4. Este circuito de corrección de equilibrio 1 está configurado por el uso del circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado en la Fig. 1 como base.

Como es mostrado en la Fig. 11, en este circuito de corrección de equilibrio 1, una señal de temporización es generada en base a la señal de control 96 generada por el circuito de control 10C de la tercera unidad de corrección de equilibrio que ha de ser suministrada al circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio. Además, una señal de temporización es generada en base a la señal de control 94 generada por el circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio en base a la señal de temporización descrita con anterioridad para suministrarla al circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio.

La Fig. 12 ilustra un ejemplo de una forma de onda de una señal de control 96 y una forma de onda de una señal de temporización suministrada al circuito de control 10B. Como es mostrado en la Fig. 12, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10B está en una forma de onda sincronizada con la señal de control 96. Además, como es mostrado en la Fig. 12, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B4) cuando la señal de control 96 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial obtenido por la adición al potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B4 con la tensión entre los terminales del elemento capacitivo C81 cargado por la señal de control 96) cuando la señal de control 96 está en un nivel alto.

La Fig. 13 ejemplifica una forma de onda de una señal de control 94 y una forma de onda de una señal de temporización suministrada al circuito de control 10A. Como es mostrado en la Fig. 13, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10A está en una forma de onda sincronizada con la señal de control 94. Además, como es mostrado en la Fig. 13, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3) cuando la señal de control 94 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial obtenido por la adición al potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 con la tensión entre los terminales del elemento capacitivo C82 cargado por la señal de control 94) cuando la señal de control 94 está en un nivel alto. El mecanismo específico del circuito de control 10A que genera las señales de control 91, 92 en base a la señal de temporización será descrito más adelante.

El circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio genera las señales de control 93, 94 mientras que permiten la sincronización con las señales de temporización suministradas desde la tercera unidad de corrección de equilibrio según lo descrito con anterioridad. Y el circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio genera las señales de control 91, 92 mientras que permite la sincronización con las señales de temporización suministradas desde la segunda unidad de corrección de equilibrio según lo descrito con anterioridad. Y cuando existe la necesidad de ajustar el nivel de tensión de la señal de temporización, similar al caso del circuito de corrección de equilibrio 1 que está adaptado para un caso que incluye tres celdas de almacenamiento de energía, solo la tensión obtenida por la división de la tensión entre los terminales del elemento de rectificación D1 (o el elemento de rectificación D2) tiene que ser suministrado al circuito de control 10B (o el circuito de control 10A) como una señal de temporización.

Según lo descrito con anterioridad, las señales de control pueden ser sincronizadas con precisión entre los circuitos de control 10 de acuerdo con el circuito de corrección de equilibrio 1 de la segunda realización, dado que una señal de temporización generada en base a una señal de control generada por el circuito de control 10 de una unidad de corrección de equilibrio es suministrada al circuito de control 10 de otra unidad de corrección de equilibrio para que la otra unidad de corrección de equilibrio genere una señal de control basada en esta señal de temporización. Por lo tanto, se pueden evitar los problemas mencionados con anterioridad resultantes de que las señales de control no estén sincronizadas.

Tercera realización

La Fig. 14 ilustra un circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado como la tercera realización. Este circuito de corrección de equilibrio 1 está configurado con un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de las tres celdas de almacenamiento de energía B1 a B3 mostradas en la Fig. 3, como base.

En este circuito de corrección de equilibrio 1, las señales de temporización son generadas en base a las señales de control 93, 94 generadas por el circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio a ser suministradas al circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio. De manera específica, en este circuito de corrección de equilibrio 1, la tensión en el punto de conexión común J64 (línea que incluye el punto de conexión común) entre el elemento de conmutación S1, el elemento de conmutación S2 y el inductor L2 del circuito de control 10B en la segunda unidad de corrección de equilibrio es alimentada al circuito de control 10A a través del elemento de rectificación D1 (diodo, etc.).

La Fig. 15 ejemplifica una forma de onda en un punto de conexión común J64 y una forma de onda de una señal de temporización suministrada al circuito de control 10A. Como es mostrado en la Fig. 15, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10A está en una forma de onda sincronizada con la forma de onda sincronizada con el punto de conexión común J64, es decir, una forma de onda sincronizada con las señales de control 93, 96. Además, como es mostrado en la Fig. 15, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J64 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B2) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J64 está en un nivel alto.

El circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio genera las señales de control 91, 92 al permitir la sincronización con las señales de temporización suministradas desde la segunda unidad de corrección de equilibrio según lo descrito con anterioridad. Y cuando sea necesario ajustar el nivel de tensión de la señal de temporización en función de la configuración del lado del circuito de control 10A, por ejemplo, como es mostrado en la Fig. 16, el nivel de tensión solo tiene que ser ajustado por la inserción en serie de un elemento resistivo R1 entre el punto de conexión común J64 y el terminal de entrada de señal de temporización del circuito de control 10A, así como también por la inserción de un elemento resistivo R2 entre el cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3 y el terminal de entrada de señal de temporización del circuito de control 10A.

Un mecanismo similar puede ser extendido al circuito de corrección de equilibrio 1 que está adaptado para un caso que incluye cuatro o más celdas de almacenamiento de energía. La Fig. 17 ilustra un ejemplo de un caso en el que el mecanismo es aplicado a un circuito de corrección de equilibrio 1 adaptado para ecualizar las tensiones de las cuatro celdas de almacenamiento de energía B1 a B4. Este circuito de corrección de equilibrio 1 está configurado con el circuito de corrección de equilibrio 1 mostrado en la Fig. 4 como base.

Como es mostrado en la Fig. 17, en este circuito de corrección de equilibrio 1, una señal de temporización es generada en base a las señales de control 95, 96 generadas por el circuito de control 10C de la tercera unidad de corrección de equilibrio a ser suministrada al circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio. Además, una señal de temporización es generada en base a las señales de control 93, 94 generadas por el circuito de control 10B de la segunda unidad de corrección de equilibrio en base a la señal de temporización descrita con anterioridad suministrada desde la tercera unidad de corrección de equilibrio para suministrar al circuito de control 10A de la primera unidad de corrección de equilibrio.

La Fig. 18 ilustra un ejemplo de una forma de onda en el punto de conexión común J74 y una forma de onda de una señal de temporización suministrada al circuito de control 10B. Como es mostrado en la Fig. 18, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10B está en una forma de onda sincronizada con la forma de onda en el punto de conexión común J74, es decir, en una forma de onda sincronizada con las señales de control 95, 96. Además, como es mostrado en la Fig. 18, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B4) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J74 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B4) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J74 está en un nivel alto.

La Fig. 19 ilustra un ejemplo de una forma de onda en el punto de conexión común J64 y una forma de onda de una señal de temporización suministrada al circuito de control 10A. Como es mostrado en la Fig. 19, la señal de temporización suministrada al circuito de control 10A está en una forma de onda sincronizada con la forma de onda en el punto de conexión común J64, es decir, en una forma de onda sincronizada con las señales de control 93, 94. Además, como es mostrado en la Fig. 19, la señal de temporización está en un nivel bajo (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B3) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J64 está en un nivel bajo y la señal de temporización está en un nivel alto (potencial del cátodo de la celda de almacenamiento de energía B2) cuando la forma de onda en el punto de conexión común J64 está en un nivel alto.

Según lo descrito con anterioridad, las señales de control pueden ser sincronizadas con precisión entre los circuitos de control 10 de acuerdo con el circuito de corrección de equilibrio 1 de la tercera realización, dado que una señal de temporización generada en base a una señal de control generada por el circuito de control 10 de una unidad de corrección de equilibrio es suministrada al circuito de control 10 de otra unidad de corrección de equilibrio para que la otra unidad de corrección de equilibrio genere una señal de control en base a esta señal de temporización. Por lo tanto, pueden ser evitados los problemas mencionados con anterioridad resultantes de que las señales de control no estén sincronizadas.

Además, no es requerido que el circuito de corrección de equilibrio 1 de la tercera realización haya proporcionado un elemento capacitivo como en la segunda realización, dado que la señal de temporización generada en base al tensión en el punto de conexión común a los dos elementos de conmutación S1 y el inductor L en el circuito de control 10 de una unidad de corrección de equilibrio es suministrada al circuito de control 10 de otra unidad de corrección de equilibrio. Por lo tanto, puede ser realizado un mecanismo para sincronizar con precisión las señales de control de los circuitos de control 10 en una configuración más simplificada.

Procedimiento de generación de la señal de control en sincronización con la señal de temporización

En las realizaciones descritas con anterioridad, el circuito de control 10 genera señales de control en base a las señales de temporización suministradas, por ejemplo, de la siguiente manera.

La Fig. 20 ilustra una configuración del circuito de corrección de equilibrio 1 descrito en la primera a la tercera realización (la unidad de corrección de equilibrio 1 está representada de manera generalizada en la Fig. 20.) Como es mostrado en la Fig. 20, el circuito de control 10 incluye un circuito de generación de señales de control 101, un circuito de control de relación de trabajo 102 y un circuito de medición 103. Las configuraciones básicas de estos circuitos son las mencionadas con anterioridad. Y como es mostrado en la Fig. 20, el circuito de generación de señales de control 101 incluye un circuito de generación de ondas de dientes de sierra 1011. El circuito de generación de ondas de dientes de sierra 1011 genera una onda de dientes de sierra sincronizada con la señal de temporización ingresada.

Como es mostrado en la Fig. 21, el circuito de generación de señales de control 101 compara la entrada de la señal de control de relación de trabajo desde el circuito de control de relación de trabajo 102 con la onda de dientes de sierra generada por el circuito de generación de ondas de dientes de sierra 1011 para de ese modo generar señales de control 9i (i = 1, 3, 5...) y señales de control 9i+1 que están en fases opuestas a las señales de control 9i. Por propósitos de brevedad de la descripción, la Fig. 21 solo muestra las señales de control 9i.

El circuito de generación de ondas de dientes de sierra 1011, por ejemplo, como es ilustrado en la Fig. 22, genera una onda de dientes de sierra que es sincronizada con una señal de temporización por el restablecimiento al valor máximo (o valor mínimo) de la onda de dientes de sierra en un momento en el que la señal de temporización pasa de un nivel bajo a un nivel alto (la teoría inversa (nivel alto a nivel bajo) puede ser suficiente).

A partir de la descripción anterior, el circuito de control 10 puede generar señales de control (señales de control 9i, 9Í+1) que estén sincronizadas con las señales de temporización introducidas desde el exterior.

Las realizaciones anteriores están destinadas a facilitar la comprensión de la presente invención pero no a limitar la invención. Y es innecesario decir que son posibles modificaciones y mejoras de la presente invención sin apartarse del ámbito de la invención, y que la invención también abarca sus equivalentes.

Por ejemplo, el circuito de corrección de equilibrio de acuerdo con la presente invención puede ser proporcionado por separado de la celda de almacenamiento de energía o puede configurar un paquete de baterías y similares que esté integrado con una celda de almacenamiento de energía.

Listado de señales de referencia

1 circuito de corrección de equilibrio, 10A a 10C circuito de control, 101 circuito de generación de señales de control, 1011 circuito de generación de ondas de dientes de sierra, 102 circuito de control de relación de trabajo, 103 circuito de medición, 100 dispositivo de suministro de señales de temporización, L1 a L3 inductor, C1 a C6 elemento capacitivo, B1 a B4 celda de almacenamiento de energía, S1 a S6 elemento de conmutación, D1, D2 elemento de rectificación

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) para una batería ensamblada que incluye una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie y que ecualiza las tensiones de los módulos de almacenamiento de energía que incluyen una o más celdas de almacenamiento de energía conectadas en serie, en el que el dispositivo de corrección de equilibrio (1) comprende:

una pluralidad de unidades de corrección de equilibrio incluyendo

un inductor (L) que tiene un extremo del mismo conectable a un punto de conexión entre un primero de los módulos de almacenamiento de energía y un segundo de los módulos de almacenamiento de energía conectados en serie,

un primer elemento de conmutación (S) que está conectado en serie junto con el inductor y es conectable entre los terminales positivo y negativo del primer módulo de almacenamiento de energía (B1),

un segundo elemento de conmutación (S) que está conectado en serie junto con el inductor y es conectable entre los terminales positivo y negativo del segundo módulo de almacenamiento de energía (B2),

una unidad de control de conmutación (10) que está adaptada para controlar un suministro de una corriente a cada uno de los módulos de almacenamiento de energía por medio de un control de encendido/apagado del primer elemento de conmutación (S) y el segundo elemento de conmutación (S) para ecualizar las tensiones de los módulos de almacenamiento de energía por el intercambio de energía eléctrica de los módulos de almacenamiento de energía a través del inductor (L);

en el que un primer módulo de almacenamiento de energía conectable a una de las unidades de corrección de equilibrio puede estar conectado simultáneamente a otra unidad de corrección de equilibrio de manera tal que se convierta en el segundo módulo de almacenamiento de energía de esta otra unidad,

caracterizado porque el dispositivo de corrección de equilibrio comprende una unidad de suministro de señales de temporización (100) que está adaptada para suministrar a la unidad de control de conmutación (10) respectiva de las unidades de corrección de equilibrio una señal de temporización común usada para generar una señal de control (9) a ser ingresada al primer elemento de conmutación (S) y al segundo elemento de conmutación (S) para controlar el encendido/apagado del primer elemento de conmutación (S) y el segundo elemento de conmutación (S).

2. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

la unidad de suministro de señales de temporización (100) está configurada para suministrar directamente la señal de temporización a la unidad de control de conmutación (10) respectiva de las unidades de corrección de equilibrio.

3. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

la unidad de suministro de señales de temporización (100) incluye

un primer circuito que está configurado para suministrar la señal de temporización a la unidad de control de conmutación (10) de una segunda de las unidades de corrección de equilibrio, y

un segundo circuito que está configurado para suministrar además dicha señal de temporización por la segunda unidad de corrección de equilibrio a la unidad de control de conmutación (10) de una primera de las unidades de corrección de equilibrio.

4. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que

el segundo circuito está configurado para generar una señal de temporización en base a la señal de control que genera la unidad de control de conmutación (10) de la segunda unidad de corrección de equilibrio y está configurado para suministrar la señal de temporización generada a la unidad de control de conmutación (10) de la primera unidad de corrección de equilibrio.

5. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que

el segundo circuito está configurado para generar la señal de temporización en base a una variación en las tensiones aplicadas a un elemento capacitivo que está cargado por una diferencia de tensión creada entre la señal de control que es generada por la unidad de control de conmutación (10) de la segunda unidad de corrección de equilibrio y un cátodo del segundo módulo de almacenamiento de energía conectable a la segunda unidad de corrección de equilibrio.

6. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que

el segundo circuito está configurado para cargar el elemento capacitivo por una tensión obtenida por la rectificación de una tensión aplicada al elemento capacitivo.

7. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que

el segundo circuito está configurado para generar la señal de temporización en base a una tensión dividida obtenida por la división de una tensión aplicada al elemento capacitivo.

8. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que

el segundo circuito está configurado para generar la señal de temporización en base a una tensión generada en una parte de conexión común del primer elemento de conmutación y el segundo elemento de conmutación de la unidad de control de conmutación (10) de la segunda unidad de corrección de equilibrio y el inductor.

9. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que

el segundo circuito está configurado para generar la señal de temporización en base a una variación en las tensiones obtenidas por la rectificación de las tensiones generadas en la parte de conexión común.

10. Un dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que

el segundo circuito está configurado para generar la señal de temporización en base a una variación en las tensiones obtenidas por la división de las tensiones generadas en la parte de conexión común.

11. Un dispositivo de almacenamiento de energía que incluye la pluralidad de módulos de almacenamiento de energía y el dispositivo de corrección de equilibrio (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.