JP2001076765A

JP2001076765A - エネルギー移送装置

Info

Publication number: JP2001076765A
Application number: JP25404399A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Yasuzawa; 精一安沢
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JP3280641B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギー蓄積手段に接続すべき配線数を低
減する。【解決手段】少なくとも巻線２ａ〜２ｄおよびスイッ
チ手段Ｓａ〜Ｓｄを直列接続してなる直列回路を複数有
すると共に、直列接続された複数のエネルギー蓄積手段
Ｃａ〜Ｃｄの各々に複数の直列回路の各々をそれぞれ並
列接続可能に構成され、複数の巻線２ａ〜２ｄは、互い
にそれぞれ磁気結合され、複数のスイッチ手段Ｓａ〜Ｓ
ｄは、互いに同期してそれぞれスイッチング制御される
エネルギー移送装置１であって、複数の巻線２ａ〜２ｄ
の一部または全部を直列接続して構成されると共に各巻
線２ａ〜２ｄの接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃが形成さ
れたトランス２Ａを備え、複数のスイッチ手段Ｓａ〜Ｓ
ｄの少なくとも一部が、トランス２Ａの各中間タップＴ
ａ〜Ｔｃを介して巻線２ａ〜２ｄにそれぞれ直列接続さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のエネルギー
蓄積手段に接続されて、そのエネルギー蓄積手段相互間
においてエネルギーを移送するエネルギー移送装置に関
し、詳しくは、直列接続された複数のエネルギー蓄積手
段の各々の両端電圧を平均化するのに適したエネルギー
移送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の開発が盛んな今日、その電
気自動車を駆動するためのバッテリーの開発も盛んにな
っている。この種のバッテリーとしては、現在、電気二
重層コンデンサが有望視されている。その一方、現段階
では、電気二重層コンデンサは、大容量タイプの場合、
高電圧に充電するのが困難である。したがって、高電圧
を出力できかつ大容量のタイプが望ましい電気自動車用
バッテリーとして用いるためには、数個〜数十個を直列
接続し、かつ各電気二重層コンデンサの端子間電圧が等
しくなるように効率よく充電させる必要がある。このた
め、出願人は、複数の電気二重層コンデンサに蓄積され
ている電気エネルギーを平均化するための装置として、
移送装置を既に提案している（特願平１１−１１３２３
５号）。

【０００３】この出願人が既に提案している移送装置２
１は、図６に示すように、例えば、電気エネルギー蓄積
手段としての４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄ（以下、区別
しないときには、「コンデンサＣ」という）相互間での
エネルギーの移送を可能に構成されている。具体的に
は、移送装置２１は、巻線２２ａ〜２２ｄ（以下、区別
しないときには、「巻線２２」という）を有するトラン
ス２２Ａを備えている。このトランス２２Ａは、各巻線
２２の抵抗成分が０Ωで、かつリーケージインダクタン
スがなく、しかも励磁電流のない理想トランスとして機
能する。また、各巻線２２ａ〜２２ｄは、鉄心によって
互いに磁気的結合されており、巻数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，
Ｎｄでそれぞれ巻き回されている。さらに、移送装置２
１は、各巻線２２ａ〜２２ｄの巻終わり側端部とコンデ
ンサＣａ〜Ｃｄのマイナス側端子との間にそれぞれ接続
されるスイッチＳａ〜Ｓｄ（以下、区別しないときに
は、「スイッチＳ」という）を備えている。この場合、
各スイッチＳａ〜Ｓｄは、例えばＦＥＴやバイポーラト
ランジスタで構成され、図外のスイッチング制御回路に
よって互いに同期してオン／オフ制御される。

【０００４】この移送装置２１では、各巻線２２の各巻
始め側端部と、対応する各スイッチＳの固定接点とをコ
ンデンサＣａ〜Ｃｄの両端にそれぞれ接続し、その状態
で、スイッチング制御回路が各スイッチＳａ〜Ｓｄをス
イッチング制御する。この際には、コンデンサＣａ〜Ｃ
ｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄと、巻線２２の巻数Ｎａ
〜Ｎｄとの間には、下記の式が成立する。Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ＝Ｎａ：Ｎｂ：Ｎｃ：Ｎｄ・・・式

【０００５】したがって、スイッチＳａ〜Ｓｄのスイッ
チング時には、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間において
エネルギーの移転が行われる。具体的に、例えば、コン
デンサＣａの端子間に上記式に規定される電圧よりも
高電圧が印加された場合を例に挙げて説明する。各スイ
ッチＳａ〜Ｓｄがオン状態に制御されると、コンデンサ
Ｃａの端子間電圧Ｖｃａのみが上記式に応じた電圧よ
りも高電圧のため、コンデンサＣａのプラス側端子、巻
線２２ａ、スイッチＳａおよびコンデンサＣａのマイナ
ス側端子からなる電流経路を電流が流れる。この場合、
巻線２２ａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａと等し
い値の電圧Ｖａが発生し、他の巻線２２ｂ〜２２ｄに
は、巻線２２ａの巻数Ｎａとの比率に応じた値の電圧Ｖ
ｂ〜Ｖｄがそれぞれ発生する。

【０００６】この場合、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄは、対応する
各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高電圧とな
る。このため、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄに基づく電流が、巻線
２２、コンデンサＣおよびスイッチＳからなる電流経路
を流れ続けて各コンデンサＣｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電す
る。次いで、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄと対応する各端子間電圧
Ｖｃｂ〜Ｖｃｄとが等しい電圧に達したコンデンサＣか
ら順次充電が停止され、最終的には、上記式が満足さ
れる。この結果、コンデンサＣａから他のコンデンサＣ
ｂ〜Ｃｄへのエネルギーの分散移転が行われる。

【０００７】このように、この移送装置２１によれば、
簡易な構成でありながら、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの端
子間電圧を等しくすることができる。このため、コンデ
ンサＣａ〜Ｃｄを直列接続すると共に、その両端間に充
電電圧を供給した状態で、各スイッチＳａ〜Ｓｄを同期
させてスイッチングさせることにより、コンデンサＣａ
〜Ｃｄを効率よく充電させることができる結果、高電圧
かつ大容量のバッテリーを構成することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この出願人
の提案している移送装置２１には、以下の改善点があ
る。すなわち、数多くのコンデンサＣを直列接続して百
数十Ｖの高電圧出力タイプのバッテリーを構成する場
合、移送装置２１では、各コンデンサＣの両端にそれぞ
れ２本の接続ケーブルを接続しなければならない。この
ため、接続ケーブルの配線引き回し作業のコストが高騰
すると共に、接続ケーブルの収納スペースも確保しなけ
ればならず、これらの点の改善が望まれている。

【０００９】また、電気二重層コンデンサをバッテリー
として用いる場合、各電気二重層コンデンサの充電電圧
が極端にばらついたときには、スイッチＳのスイッチン
グ時に、充電電圧が高い電気二重層コンデンサから充電
電圧が低い電気二重層コンデンサに大電流が流れるおそ
れがある。かかる場合には、スイッチＳに大電流が流れ
ることになるため、場合によっては、スイッチＳの電流
破壊を引き起こすおそれがあり、この点の改善も望まれ
ている。

【００１０】本発明は、かかる改善点を解決すべくなさ
れたものであり、エネルギー蓄積手段に接続すべき配線
数を低減可能なエネルギー移送装置を提供することを主
目的とし、故障が少なく高信頼性のエネルギー移送装置
を提供することを他の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のエネルギー移送装置は、少なくとも巻線お
よびスイッチ手段を直列接続してなる直列回路を複数有
すると共に、直列接続された複数のエネルギー蓄積手段
の各々に複数の直列回路の各々をそれぞれ並列接続可能
に構成され、複数の巻線は、互いにそれぞれ磁気結合さ
れ、複数のスイッチ手段は、互いに同期してそれぞれス
イッチング制御されるエネルギー移送装置であって、複
数の巻線の一部または全部を直列接続して構成されると
共に各巻線の接続点に中間タップが形成されたトランス
を備え、複数のスイッチ手段の少なくとも一部が、トラ
ンスの各中間タップを介して巻線にそれぞれ直列接続さ
れていることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載のエネルギー移送装置は、請
求項１記載のエネルギー移送装置において、エネルギー
蓄積手段の両端電圧を検出する電圧検出手段を備え、ス
イッチ手段は、電圧検出手段の検出電圧に応じてオン／
オフ制御されることを特徴とする。

【００１３】請求項３記載のエネルギー移送装置は、請
求項１または２記載のエネルギー移送装置において、ス
イッチ手段に流れている電流を検出する電流検出手段を
備え、スイッチ手段は、電流検出手段の検出電流値が所
定値を超えたときにスイッチングを停止させられること
を特徴とする。

【００１４】請求項４記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から３のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、直列回路内に過電流保護手段が直列接続されて
いることを特徴とする。

【００１５】請求項５記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から４のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、エネルギー蓄積手段は、二次電池またはコンデ
ンサであることを特徴とする。この場合、二次電池に
は、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが含
まれ、コンデンサには、電気二重層コンデンサなどが含
まれる。なお、エネルギー蓄積手段は、二次電池とコン
デンサとが混在する複合品であってもよい。

【００１６】請求項６記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から５のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、スイッチ手段は、電界効果トランジスタまたは
バイポーラトランジスタで構成されていることを特徴と
する。

【００１７】請求項７記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から６のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、スイッチ手段のスイッチングを制御する他励方
式の発振回路を備えていることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るエネルギー移送装置の好適な実施の形態につい
て説明する。なお、移送装置２１と同一の構成要素につ
いては同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【００１９】最初に、本発明に係るエネルギー移送装置
の動作原理について、図１を参照して説明する。

【００２０】同図に示すように、移送装置１は、例え
ば、電気エネルギー蓄積手段としての直列接続された４
つのコンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間での電気エネルギーの
移送を可能に構成されている。具体的には、移送装置１
は、トランス２Ａ、スイッチＳａ〜Ｓｄおよびスイッチ
ング制御回路１１を備えている。この場合、トランス２
Ａには、巻線２ａ〜２ｄ（以下、区別しないときには、
「巻線２」という）が直列接続されると共に各巻線２の
接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃ（以下、区別しないとき
には「中間タップＴ」という）がそれぞれ形成されてい
る。また、各巻線２ａ〜２ｄは、鉄心によって互いに磁
気的結合されており、巻数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄでそ
れぞれ巻き回されている。なお、このトランス２Ａは、
各巻線２の抵抗成分が０Ωで、かつリーケージインダク
タンスがなく、しかも励磁電流のない理想トランスとし
て機能する。

【００２１】一方、各スイッチＳは、例えばＦＥＴやバ
イポーラトランジスタで構成され、スイッチングオフ時
には常開状態に維持される。また、スイッチＳａ〜Ｓｃ
は、その一端がトランス２Ａの中間タップＴａ〜Ｔｃに
それぞれ接続され、その他端が各コンデンサＣの接続点
にそれぞれ接続されている。さらに、スイッチＳｄは、
その一端が巻線２ｄの巻き終わり側端子に接続され、そ
の他端がアース電位としてのコンデンサＣｄのマイナス
側端子に接続されている。また、スイッチング制御回路
１１は、各スイッチＳを互いに同期してオン／オフ制御
する。

【００２２】この移送装置１では、スイッチング制御回
路１１によって各スイッチＳがスイッチングされると、
コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄに関
して上記式が成立するように、各コンデンサＣ間での
エネルギーの分散移転が行われる。したがって、各巻線
２の巻数を同一に形成することによって、各コンデンサ
Ｃの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを等しくすることができ
る。なお、動作原理は、移送装置２１と同一のため、そ
の詳細動作説明については省略する。

【００２３】この移送装置１では、巻線２ａの巻始め側
端子をコンデンサＣａのプラス側端子に接続し、スイッ
チＳａ〜Ｓｃの各他端を、コンデンサＣａおよびコンデ
ンサＣｂの接続点、コンデンサＣｂおよびコンデンサＣ
ｃの接続点、並びにコンデンサＣｃおよびコンデンサＣ
ｄの接続点にそれぞれ接続し、かつスイッチＳｄの他端
をコンデンサＣｄのマイナス側端子に接続する。次い
で、スイッチング制御回路が各スイッチＳａ〜Ｓｄをス
イッチング制御する。なお、出力電圧ＶO は、各スイッ
チＳがスイッチングされている間、およびスイッチング
が停止されている間の任意の期間において、コンデンサ
Ｃａ〜Ｃｄの両端から図外の負荷に供給される。

【００２４】この際に、移送装置１では、移送装置２１
と同様にして、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間において
エネルギーの分散移転が行われる。例えば、コンデンサ
Ｃａの端子間電圧Ｖｃａが上記式に規定される電圧よ
りも高電圧の場合、各スイッチＳａ〜Ｓｄがオン状態に
制御されると、コンデンサＣａのプラス側端子、巻線２
ａ、中間タップＴａ、スイッチＳａおよびコンデンサＣ
ａのマイナス側端子からなる電流経路を電流が流れる。
この場合、巻線２ａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃ
ａと等しい値の電圧Ｖａが発生し、他の巻線２ｂ〜２ｄ
には、巻線２ａの巻数Ｎａとの比率に応じた値の電圧Ｖ
ｂ〜Ｖｄがそれぞれ発生する。具体的には、巻線２ｂに
は、値（電圧Ｖａ×Ｎｂ／Ｎａ）の電圧Ｖｂが発生し、
巻線２ｃには、値（電圧Ｖａ×Ｎｃ／Ｎａ）の電圧Ｖｃ
が発生し、巻線２ｄには、値（電圧Ｖａ×Ｎｄ／Ｎａ）
の電圧Ｖｄが発生する。

【００２５】この際に、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄは、対応する
各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高電圧とな
るため、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄに基づく電流が、巻線２、コ
ンデンサＣおよびスイッチＳからなる電流経路を流れ続
けて各コンデンサＣｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電する。この
場合、例えば、中間タップＴｂおよびコンデンサＣｂ，
Ｃｃの接続点を結ぶ接続ラインは、コンデンサＣｂおよ
びコンデンサＣｃに流れる電流経路を兼用する。次い
で、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄと、対応する各端子間電圧Ｖｃｂ
〜Ｖｃｄとが等しい電圧に達したコンデンサＣから順次
充電が停止され、最終的には、上記式が満足される。
この結果、コンデンサＣａから他のコンデンサＣｂ〜Ｃ
ｄへのエネルギーの分散移転が行われ、上記した式が
成立する。

【００２６】このように、この移送装置１によれば、中
間タップＴａと、コンデンサＣａ，Ｃｂの接続点とを結
ぶ接続ラインが、コンデンサＣａおよびコンデンサＣｂ
に流れる電流経路を兼用し、同様にして、他の中間タッ
プＴと、他のコンデンサＣ，Ｃの接続点とを結ぶ接続ラ
インが、その両コンデンサＣ，Ｃに流れる電流経路を兼
用する。したがって、Ｎ個のコンデンサＣが直列接続さ
れている場合、これらのコンデンサＣに接続すべき接続
ケーブルの数が（Ｎ＋１）本のため、同じ例では２・Ｎ
本の移送装置２１と比較してその接続数を低減すること
ができる。特に、コンデンサＣが数多い場合には、その
接続ケーブルの数をほぼ半減させることができる。この
結果、配線作業コストを低減できると共に配線材料コス
トを半減することができる。

【００２７】次に、現実的なトランスを用いた実際の回
路構成について、図２を参照して説明する。なお、以
下、移送装置１と同一の構成要素については同一の符号
を付して重複した説明を省略し、同一の動作についても
重複した説明を省略する。

【００２８】同図に示すように、移送装置１Ａは、トラ
ンス２Ｂを備え、このトランス２Ｂには、互いに同一の
巻数Ｎａ〜Ｎｄで巻き回された４つの巻線２ａ〜２ｄ
と、巻線２ａの例えば４倍の巻数Ｎｅで巻き回されたリ
セット巻線２ｅ（以下、巻線２ａ〜２ｅを区別しないと
きには「巻線２」という）とが直列接続されると共に各
巻線２の接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃ，Ｔｅ（以下、
区別しないときには「中間タップＴ」という）がそれぞ
れ形成されている。この場合、各巻線２ａ〜２ｅは、鉄
心によって互いに磁気的結合されている。また、移送装
置１Ａは、各スイッチＳａ（またはＳｂ〜Ｓｄ）と、コ
ンデンサＣへの接続端子との間に直列接続されたフュー
ズＦａ（またはＦｂ〜Ｆｄ、以下、区別しないときには
「フューズＦ」という）およびカレントトランスＣＴａ
（またはＣＴｂ〜ＣＴｄ、以下、区別しないときには
「カレントトランスＣＴ」という）を備えるほか、電圧
検出回路１２、電流検出回路１３、およびリセット電流
放出用のダイオードＤ１を備えている。なお、フューズ
ＦおよびカレントトランスＣＴのいずれか一方のみを備
える構成であってもよい。

【００２９】フューズＦは、本発明における過電流保護
手段に相当し、スイッチＳの定格最大電流を超える過電
流が流れようとする際に、その電流で切断されることに
より、スイッチＳの電流破壊や、配線およびトランス２
Ｂの焼損を防止する。カレントトランスＣＴは、本発明
における電流検出手段に相当し、スイッチング時に一次
巻線ＣＴａａ（または、ＣＴｂａ〜ＣＴｄａ）を流れる
電流値を検出し、二次巻線ＣＴａｂ（または、ＣＴｂｂ
〜ＣＴｄｂ）から出力する。電圧検出回路１２は、直列
接続されたコンデンサＣａ〜Ｃｄの両端電圧を検出し、
各コンデンサＣの定格充電電圧の加算値の例えば６０％
に相当する所定電圧を超えたときに、検出信号ＳD1をス
イッチング制御回路１１に出力することにより、スイッ
チング制御回路１１に対して各スイッチＳをスイッチン
グさせる。また、電流検出回路１３は、各カレントトラ
ンスＣＴの二次巻線から出力される電流値が所定値（例
えばスイッチＳの定格電流の９０％）を超えたときに、
検出信号ＳD2をスイッチング制御回路１１に出力するこ
とにより、スイッチング制御回路１１に対して各スイッ
チＳのスイッチングを停止させる。

【００３０】この移送装置１Ａでは、コンデンサＣａ〜
Ｃｄが図外の充電器によって所定電圧まで充電される
と、電圧検出回路１２が検出信号ＳD1をスイッチング制
御回路１１に出力する。次に、スイッチング制御回路１
１が、各スイッチＳを同期してスイッチングさせること
により、移送装置１と同様にして各コンデンサＣの端子
間電圧を平均化する。この際に、実際のトランス２Ｂで
は、励磁電流が流れるため、スイッチＳのオン状態制御
時には、トランス２Ｂが磁化される。次いで、各スイッ
チＳがオフ状態に制御されると、各巻線２ａ〜３ｅが共
通する鉄心によって磁気的に結合されているため、各巻
線２ａ〜３ｅには、トランス２Ｂの励磁エネルギーに基
づいて、同図に示すように、その巻数比に応じた電圧Ｖ
ａ〜Ｖｅがそれぞれ発生する。この場合、各電圧Ｖａ〜
Ｖｄに基づく電流は、オフ状態に制御された各スイッチ
Ｓａ〜Ｓｄによってその通過がそれぞれ阻止される。し
たがって、電圧Ｖｅに基づく電流が、中間タップＴｅ、
コンデンサＣａ〜Ｃｄ、ダイオードＤ１、および巻線２
ｅの巻始め側端子からなる電流経路を流れることによ
り、各コンデンサＣａ〜Ｃｄが充電されると共にトラン
ス２ｂが磁気リセットされる。

【００３１】この場合、巻線２ａに対する巻線２ｅの巻
数比（Ｎｅ／Ｎａ）が値４のため、スイッチＳを５０％
デューティーでスイッチングすることにより、理論的に
は、トランス２Ｂの励磁エネルギーは、スイッチＳのオ
フ期間内ですべて放出されて、トランス２Ｂの磁気飽和
が確実に防止される。この結果、トランス２Ｂに蓄積さ
れたエネルギーのすべてが各コンデンサＣに分散移転さ
れる。一方、充電が停止された状態で出力電圧ＶO が負
荷に供給されることによって、コンデンサＣａ〜Ｃｄの
端子間電圧が所定電圧よりも低下したときには、電圧検
出回路１２が検出信号ＳD1のスイッチング制御回路１１
への出力を停止する。この際には、スイッチング制御回
路１１は、スイッチＳのスイッチングを停止させること
により、スイッチＳのスイッチングの際の損失を低減さ
せる。

【００３２】一方、各コンデンサＣの端子間電圧が極端
にばらついたときには、スイッチＳのスイッチング時
に、端子間電圧が高いコンデンサＣから端子間電圧が低
いコンデンサＣに大電流が流れることもある。かかる場
合、カレントトランスＣＴが、その電流を検出して電流
検出回路１３に出力する。この場合、電流検出回路１３
が、カレントトランスＣＴの一次巻線を流れる電流が所
定電流値を超えるときに、スイッチング制御回路１１に
検出信号ＳD2を出力することによりスイッチＳのスイッ
チングを停止させる。これにより、各スイッチＳの電流
破壊や、配線およびトランス２Ｂの焼損が防止される。
なお、リーケージトランスをトランス２Ｂに用いた場
合、スイッチＳのオン状態制御時に各巻線２を介して電
流が流れる際に、そのリーケージインダクタンスを介し
て電流が流れることにより、その電流のピーク値を適度
に制限することができる。また、スイッチＳの最大定格
電流を超える過大な電流がスイッチＳを流れようとする
際には、その電流経路に配設されているフューズＦが切
断されることにより、スイッチＳの破壊や、配線および
トランス２Ｂの焼損が防止される。これにより、高信頼
性を有する移送装置１Ａを構成することができる。

【００３３】次に、図３を参照して他の実施の形態に係
る移送装置１Ｂについて説明する。なお、以下に説明す
る移送装置では、移送装置１Ａと異なる点を主として説
明するものとし、スイッチング制御回路１１などの動作
的に共通する回路部品の図示を省略する。

【００３４】この移送装置１Ｂは、移送装置１Ａにおけ
るトランス２Ｂに代えてトランス３を備えている。この
トランス３は、直列接続されてその接続点に中間タップ
Ｔ1が設けられた巻線３ａ，３ｂと、直列接続されてそ
の接続点に中間タップＴ2 が設けられた巻線３ｃ，３ｄ
と、直列接続されてその接続点に中間タップＴ3 ，Ｔ4
が設けられた巻線３ｅ，３ｆおよびリセット巻線３ｇと
が、互いに分離し、かつ磁気的に結合された状態で巻き
回されている。この場合、巻線３ａ〜３ｆは互いに同一
の巻数Ｎａ〜Ｎｆで巻き回され、かつ巻線３ｇは、巻線
３ｅの２倍の巻数Ｎｇで巻き回されている。また、移送
装置１Ｂは、トランス３の励磁エネルギー放出用のダイ
オードＤ２〜Ｄ４を備えている。

【００３５】この移送装置１Ｂでは、スイッチＳのスイ
ッチングオン状態制御時には、移送装置１Ａと同様にし
て、下記式で規定される電圧よりも高電圧のコンデン
サＣのプラス側端子からマイナス端子側に向けて電流が
流れることにより、各コンデンサＣａ〜Ｃｆの各端子間
電圧Ｖｃａ〜ＶCｆが下記式を満たすようにエネルギ
ーが移送される。一方、スイッチＳのスイッチングオフ
時には、巻線３ｃ，３ｄに誘起する電圧Ｖｃ，Ｖｄに基
づいて、電流Ｉ1 が、巻線３ｄの巻き終わり側端子、ダ
イオードＤ２、コンデンサＣａ，Ｃｂ、および巻線３ｃ
の巻き始め側端子からなる電流経路を流れる。同様にし
て、巻線３ｅ，３ｆに誘起する電圧Ｖｅ，Ｖｆに基づい
て、電流Ｉ2 が、巻線３ｆの巻き終わり側端子、ダイオ
ードＤ３、コンデンサＣｃ，Ｃｄ、および巻線３ｅの巻
き始め側端子からなる電流経路を流れ、リセット巻線３
ｇに誘起する電圧Ｖｇに基づいて、電流Ｉ3 が、巻線３
ｇの巻き終わり側端子、コンデンサＣｅ，Ｃｆ、ダイオ
ードＤ４、および巻線３ｇの巻き始め側端子からなる電
流経路を流れる。これにより、トランス３の励磁エネル
ギーが、コンデンサＣａ，Ｃｂの直列回路、コンデンサ
Ｃｃ，Ｃｄの直列回路、およびコンデンサＣｅ，Ｃｆの
直列回路に分散されて放出される。Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ：Ｖｃｅ：Ｖｃｆ＝Ｎａ：Ｎｂ：Ｎｃ：Ｎｄ：Ｎｅ：Ｎｆ・・・式

【００３６】この結果、スイッチＳのオフ状態制御時に
は、トランス３の励磁エネルギーが、両端電圧の最も低
い一組のコンデンサＣ，Ｃの直列回路に移転され、その
後、励磁エネルギーの放出が終了するまでの間におい
て、両端電圧のより低い一組のコンデンサＣ，Ｃの直列
回路から優先的に順次移転される。このため、すべての
コンデンサＣａ〜Ｃｄの直列回路に一括してエネルギー
が放出される移送装置１Ａと比較して、スイッチＳのス
イッチングオフ時におけるトランス３の励磁エネルギー
の放出を効率よく行うことができる。

【００３７】次に、各スイッチＳのスイッチングを制御
するドライブ方式について、図４を参照して説明する。

【００３８】図４に示す移送装置１Ｃは、他励発振方式
でスイッチＳのオン／オフを制御する装置であって、巻
線４ａ〜４ｃが直列接続されてその各接続点に中間タッ
プＴａ，Ｔｂが設けられたトランス４と、ＦＥＴで構成
されたスイッチＳａ〜Ｓｃと、各スイッチＳのゲート−
ソース間に二次巻線５ａ〜５ｃが接続されると共に一次
巻線５ｄがスイッチＳ１を介してコンデンサＣａ〜Ｃｃ
の直列回路に並列接続されたトランス５とを備えてい
る。この場合、スイッチＳ１は、例えば、ＦＥＴやバイ
ポーラ型トランジスタで構成され、装置外部のスイッチ
ング制御回路から出力されるスイッチング用同期信号に
同期してオン／オフ制御される。

【００３９】この移送装置１Ｃでは、スイッチＳ１がオ
ン／オフ制御されると、トランス５の一次巻線５ｄに電
流が流れ、その際に、各二次巻線５ａ〜５ｃに電圧が誘
起する。次いで、この誘起電圧が各スイッチＳａ〜Ｓｃ
に供給されることにより、各スイッチＳａ〜Ｓｃが、ス
イッチＳ１のスイッチング周波数に同期してオン／オフ
制御される。したがって、装置外部からスイッチング用
同期信号を入力することにより、すべてのスイッチＳａ
〜Ｓｃに対するスイッチングオン／オフをスイッチング
同期用信号に確実に同期させて制御することができる。

【００４０】このように、上記した移送装置１，１Ａ〜
１Ｃによれば、各コンデンサＣの端子間電圧を上記の
式または式に従った電圧に維持しつつ充電または放電
させることができるため、各コンデンサＣにより多くの
エネルギーを蓄積させることができると共に、各コンデ
ンサＣから効率よくエネルギーを放出させることができ
る。また、各トランスの巻線の接続点に中間タップＴを
設け、その中間タップＴと、コンデンサＣ，Ｃの接続点
とを結ぶことにより、コンデンサＣに接続すべき接続ケ
ーブルの数を低減することができる結果、配線作業コス
トを低減できると共に配線材料コストを半減することが
できる。加えて、回路部品数が少ないため、移送装置
１，１Ａ〜１Ｃを小型かつ安価に構成することができ
る。

【００４１】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に限定されず、その構成を適宜変更することができ
る。例えば、コンデンサＣの蓄積エネルギーを負荷に供
給する方法は、上記した実施の形態に限定されず、図５
に示すように、各コンデンサＣ（例えば同図ではコンデ
ンサＣｃ）の両端や、任意の数のコンデンサＣの両端か
ら負荷ＲＬに供給することができる。なお、同図に示す
ように、特定のコンデンサＣｃの両端から負荷ＲＬにエ
ネルギーを供給する場合、そのコンデンサＣｃの端子間
電圧の低下が大きいため、そのコンデンサＣｃにより多
く電流が流れることになる。このため、そのコンデンサ
Ｃｃに直列接続される巻線２（この例では巻線２ｃ）の
線径を他の巻線２の線径よりも太くしておくことが好ま
しい。

【００４２】さらに、本発明は、自動車用バッテリーの
各セルとしてのコンデンサＣの端子間電圧を平均化する
用途に限らない。例えば、大容量蓄電手段が直列接続さ
れる蓄電システムなどにおいて、その大容量蓄電手段の
各両端電圧を平均化したり、トランスにおける巻線の巻
数比に応じた電圧に維持する場合など、任意の用途に適
用できるのは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のエネルギ
ー移送装置によれば、複数のスイッチ手段の少なくとも
一部をトランスに形成した各中間タップを介して各巻線
にそれぞれ直列接続したことにより、エネルギー蓄積手
段に接続すべき接続ケーブルの数を低減することができ
る結果、配線作業コストおよび配線材料コストを低減す
ることができると共にその分の省スペース化を図ること
ができる。

【００４４】また、請求項２記載のエネルギー移送装置
によれば、スイッチ手段が電圧検出手段の検出電圧に応
じてオン／オフ制御されることにより、スイッチ手段の
不要なスイッチングを避けることができ、これにより、
スイッチ手段によるスイッチングの際の損失を低減する
ことができる。

【００４５】さらに、請求項３記載のエネルギー移送装
置によれば、スイッチ手段が電流検出手段の検出電流値
が所定値を超えたときにスイッチングを停止させられる
ことにより、スイッチ手段の電流破壊や、配線およびト
ランスの焼損を防止することができる。

【００４６】また、請求項４記載のエネルギー移送装置
によれば、過電流保護手段を備えたことにより、スイッ
チ手段の電流破壊や、配線およびトランスの焼損を確実
に防止することができる。

【００４７】また、請求項５記載のエネルギー移送装置
によれば、二次電池またはコンデンサでエネルギー蓄積
手段を構成したことにより、各種バッテリーに用いられ
る二次電池やコンデンサの両端電圧を平均化することが
できるため、バッテリーを高効率で充放電させることが
できる。

【００４８】さらに、請求項６記載のエネルギー移送装
置によれば、電界効果トランジスタまたはバイポーラト
ランジスタでスイッチ手段を構成したことにより、スイ
ッチ手段を安価に構成することができると共にスイッチ
ング時における電力損失をより少なくすることができ
る。

【００４９】また、請求項７記載のエネルギー移送装置
によれば、スイッチ手段のスイッチングを制御する他励
方式の発振回路を備えたため、装置外部からスイッチン
グ用同期信号を入力することにより、すべてのスイッチ
手段に対するスイッチングオン／オフをスイッチング同
期用信号に確実に同期させて制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を説明するための移送装置１
の回路図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る移送装置１Ａの回路
図である。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る移送装置１Ｂの
回路図である。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る移送装置１Ｃの
回路図である。

【図５】コンデンサＣの蓄積エネルギーの負荷への供給
方法を示す移送装置１の回路図である。

【図６】出願人が既に提案している移送装置２１の動作
原理を説明するための回路図である。

【符号の説明】

１，１Ａ〜１Ｃ移送装置２Ａ，２Ｂ，３〜５トランス２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｆ，４ａ〜４ｃ巻線２ｅ，３ｇリセット巻線１２電圧検出回路１３電流検出回路Ｃａ〜ＣｆコンデンサＣＴａ〜ＣＴｄカレントトランスＦａ〜ＦｄフューズＳ１，Ｓａ〜ＳｆスイッチＴａ〜Ｔｃ，Ｔ1 〜Ｔ4 中間タップ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月１０日（２０００．７．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】エネルギー移送装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００８】

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のエネルギー移送装置は、少なくとも巻線お
よびスイッチ手段を直列接続してなる直列回路を複数有
すると共に、直列接続された複数のエネルギー蓄積手段
の各々に複数の直列回路の各々をそれぞれ並列接続可能
に構成され、複数の巻線は、互いにそれぞれ磁気結合さ
れ、複数のスイッチ手段は、互いに同期してそれぞれス
イッチング制御されるエネルギー移送装置であって、複
数の巻線の一部または全部を直列接続して構成されると
共に各巻線の接続点に中間タップが形成されたトランス
と、直列接続された複数のエネルギー蓄積手段全体とし
ての両端電圧を検出する電圧検出手段とを備え、複数の
スイッチ手段の少なくとも一部が、トランスの各中間タ
ップを介して巻線にそれぞれ直列接続され、複数のスイ
ッチ手段は、電圧検出手段の検出電圧が所定電圧を超え
たときにスイッチング制御されることを特徴とするエネ
ルギー移送装置。

【００１２】請求項２記載のエネルギー移送装置は、請
求項１記載のエネルギー移送装置において、スイッチ手
段に流れている電流を検出する電流検出手段を備え、ス
イッチ手段は、電流検出手段の検出電流値が所定値を超
えたときにスイッチングを停止させられることを特徴と
する。

【００１３】請求項３記載のエネルギー移送装置は、請
求項１または２記載のエネルギー移送装置において、直
列回路内に過電流保護手段が直列接続されていることを
特徴とする。

【００１４】請求項４記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から３のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、エネルギー蓄積手段は、二次電池またはコンデ
ンサであることを特徴とする。この場合、二次電池に
は、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが含
まれ、コンデンサには、電気二重層コンデンサなどが含
まれる。なお、エネルギー蓄積手段は、二次電池とコン
デンサとが混在する複合品であってもよい。

【００１５】請求項５記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から４のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、スイッチ手段は、電界効果トランジスタまたは
バイポーラトランジスタで構成されていることを特徴と
する。

【００１６】請求項６記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から５のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、スイッチ手段のスイッチングを制御する他励方
式の発振回路を備えていることを特徴とする。

【００１７】

【００１８】最初に、本発明に係るエネルギー移送装置
の動作原理について、図１を参照して説明する。

【００１９】同図に示すように、移送装置１は、例え
ば、電気エネルギー蓄積手段としての直列接続された４
つのコンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間での電気エネルギーの
移送を可能に構成されている。具体的には、移送装置１
は、トランス２Ａ、スイッチＳａ〜Ｓｄおよびスイッチ
ング制御回路１１を備えている。この場合、トランス２
Ａには、巻線２ａ〜２ｄ（以下、区別しないときには、
「巻線２」という）が直列接続されると共に各巻線２の
接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃ（以下、区別しないとき
には「中間タップＴ」という）がそれぞれ形成されてい
る。また、各巻線２ａ〜２ｄは、鉄心によって互いに磁
気的結合されており、巻数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄでそ
れぞれ巻き回されている。なお、このトランス２Ａは、
各巻線２の抵抗成分が０Ωで、かつリーケージインダク
タンスがなく、しかも励磁電流のない理想トランスとし
て機能する。

【００２０】一方、各スイッチＳは、例えばＦＥＴやバ
イポーラトランジスタで構成され、スイッチングオフ時
には常開状態に維持される。また、スイッチＳａ〜Ｓｃ
は、その一端がトランス２Ａの中間タップＴａ〜Ｔｃに
それぞれ接続され、その他端が各コンデンサＣの接続点
にそれぞれ接続されている。さらに、スイッチＳｄは、
その一端が巻線２ｄの巻き終わり側端子に接続され、そ
の他端がアース電位としてのコンデンサＣｄのマイナス
側端子に接続されている。また、スイッチング制御回路
１１は、各スイッチＳを互いに同期してオン／オフ制御
する。

【００２１】この移送装置１では、スイッチング制御回
路１１によって各スイッチＳがスイッチングされると、
コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄに関
して上記式が成立するように、各コンデンサＣ間での
エネルギーの分散移転が行われる。したがって、各巻線
２の巻数を同一に形成することによって、各コンデンサ
Ｃの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを等しくすることができ
る。なお、動作原理は、移送装置２１と同一のため、そ
の詳細動作説明については省略する。

【００２２】この移送装置１では、巻線２ａの巻始め側
端子をコンデンサＣａのプラス側端子に接続し、スイッ
チＳａ〜Ｓｃの各他端を、コンデンサＣａおよびコンデ
ンサＣｂの接続点、コンデンサＣｂおよびコンデンサＣ
ｃの接続点、並びにコンデンサＣｃおよびコンデンサＣ
ｄの接続点にそれぞれ接続し、かつスイッチＳｄの他端
をコンデンサＣｄのマイナス側端子に接続する。次い
で、スイッチング制御回路が各スイッチＳａ〜Ｓｄをス
イッチング制御する。なお、出力電圧ＶO は、各スイッ
チＳがスイッチングされている間、およびスイッチング
が停止されている間の任意の期間において、コンデンサ
Ｃａ〜Ｃｄの両端から図外の負荷に供給される。

【００２３】この際に、移送装置１では、移送装置２１
と同様にして、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間において
エネルギーの分散移転が行われる。例えば、コンデンサ
Ｃａの端子間電圧Ｖｃａが上記式に規定される電圧よ
りも高電圧の場合、各スイッチＳａ〜Ｓｄがオン状態に
制御されると、コンデンサＣａのプラス側端子、巻線２
ａ、中間タップＴａ、スイッチＳａおよびコンデンサＣ
ａのマイナス側端子からなる電流経路を電流が流れる。
この場合、巻線２ａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃ
ａと等しい値の電圧Ｖａが発生し、他の巻線２ｂ〜２ｄ
には、巻線２ａの巻数Ｎａとの比率に応じた値の電圧Ｖ
ｂ〜Ｖｄがそれぞれ発生する。具体的には、巻線２ｂに
は、値（電圧Ｖａ×Ｎｂ／Ｎａ）の電圧Ｖｂが発生し、
巻線２ｃには、値（電圧Ｖａ×Ｎｃ／Ｎａ）の電圧Ｖｃ
が発生し、巻線２ｄには、値（電圧Ｖａ×Ｎｄ／Ｎａ）
の電圧Ｖｄが発生する。

【００２４】この際に、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄは、対応する
各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高電圧とな
るため、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄに基づく電流が、巻線２、コ
ンデンサＣおよびスイッチＳからなる電流経路を流れ続
けて各コンデンサＣｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電する。この
場合、例えば、中間タップＴｂおよびコンデンサＣｂ，
Ｃｃの接続点を結ぶ接続ラインは、コンデンサＣｂおよ
びコンデンサＣｃに流れる電流経路を兼用する。次い
で、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄと、対応する各端子間電圧Ｖｃｂ
〜Ｖｃｄとが等しい電圧に達したコンデンサＣから順次
充電が停止され、最終的には、上記式が満足される。
この結果、コンデンサＣａから他のコンデンサＣｂ〜Ｃ
ｄへのエネルギーの分散移転が行われ、上記した式が
成立する。

【００２５】このように、この移送装置１によれば、中
間タップＴａと、コンデンサＣａ，Ｃｂの接続点とを結
ぶ接続ラインが、コンデンサＣａおよびコンデンサＣｂ
に流れる電流経路を兼用し、同様にして、他の中間タッ
プＴと、他のコンデンサＣ，Ｃの接続点とを結ぶ接続ラ
インが、その両コンデンサＣ，Ｃに流れる電流経路を兼
用する。したがって、Ｎ個のコンデンサＣが直列接続さ
れている場合、これらのコンデンサＣに接続すべき接続
ケーブルの数が（Ｎ＋１）本のため、同じ例では２・Ｎ
本の移送装置２１と比較してその接続数を低減すること
ができる。特に、コンデンサＣが数多い場合には、その
接続ケーブルの数をほぼ半減させることができる。この
結果、配線作業コストを低減できると共に配線材料コス
トを半減することができる。

【００２６】次に、現実的なトランスを用いた実際の回
路構成について、図２を参照して説明する。なお、以
下、移送装置１と同一の構成要素については同一の符号
を付して重複した説明を省略し、同一の動作についても
重複した説明を省略する。

【００２７】同図に示すように、移送装置１Ａは、トラ
ンス２Ｂを備え、このトランス２Ｂには、互いに同一の
巻数Ｎａ〜Ｎｄで巻き回された４つの巻線２ａ〜２ｄ
と、巻線２ａの例えば４倍の巻数Ｎｅで巻き回されたリ
セット巻線２ｅ（以下、巻線２ａ〜２ｅを区別しないと
きには「巻線２」という）とが直列接続されると共に各
巻線２の接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃ，Ｔｅ（以下、
区別しないときには「中間タップＴ」という）がそれぞ
れ形成されている。この場合、各巻線２ａ〜２ｅは、鉄
心によって互いに磁気的結合されている。また、移送装
置１Ａは、各スイッチＳａ（またはＳｂ〜Ｓｄ）と、コ
ンデンサＣへの接続端子との間に直列接続されたフュー
ズＦａ（またはＦｂ〜Ｆｄ、以下、区別しないときには
「フューズＦ」という）およびカレントトランスＣＴａ
（またはＣＴｂ〜ＣＴｄ、以下、区別しないときには
「カレントトランスＣＴ」という）を備えるほか、電圧
検出回路１２、電流検出回路１３、およびリセット電流
放出用のダイオードＤ１を備えている。なお、フューズ
ＦおよびカレントトランスＣＴのいずれか一方のみを備
える構成であってもよい。

【００２８】フューズＦは、本発明における過電流保護
手段に相当し、スイッチＳの定格最大電流を超える過電
流が流れようとする際に、その電流で切断されることに
より、スイッチＳの電流破壊や、配線およびトランス２
Ｂの焼損を防止する。カレントトランスＣＴは、本発明
における電流検出手段に相当し、スイッチング時に一次
巻線ＣＴａａ（または、ＣＴｂａ〜ＣＴｄａ）を流れる
電流値を検出し、二次巻線ＣＴａｂ（または、ＣＴｂｂ
〜ＣＴｄｂ）から出力する。電圧検出回路１２は、直列
接続されたコンデンサＣａ〜Ｃｄの両端電圧を検出し、
各コンデンサＣの定格充電電圧の加算値の例えば６０％
に相当する所定電圧を超えたときに、検出信号ＳD1をス
イッチング制御回路１１に出力することにより、スイッ
チング制御回路１１に対して各スイッチＳをスイッチン
グさせる。また、電流検出回路１３は、各カレントトラ
ンスＣＴの二次巻線から出力される電流値が所定値（例
えばスイッチＳの定格電流の９０％）を超えたときに、
検出信号ＳD2をスイッチング制御回路１１に出力するこ
とにより、スイッチング制御回路１１に対して各スイッ
チＳのスイッチングを停止させる。

【００２９】この移送装置１Ａでは、コンデンサＣａ〜
Ｃｄが図外の充電器によって所定電圧まで充電される
と、電圧検出回路１２が検出信号ＳD1をスイッチング制
御回路１１に出力する。次に、スイッチング制御回路１
１が、各スイッチＳを同期してスイッチングさせること
により、移送装置１と同様にして各コンデンサＣの端子
間電圧を平均化する。この際に、実際のトランス２Ｂで
は、励磁電流が流れるため、スイッチＳのオン状態制御
時には、トランス２Ｂが磁化される。次いで、各スイッ
チＳがオフ状態に制御されると、各巻線２ａ〜３ｅが共
通する鉄心によって磁気的に結合されているため、各巻
線２ａ〜３ｅには、トランス２Ｂの励磁エネルギーに基
づいて、同図に示すように、その巻数比に応じた電圧Ｖ
ａ〜Ｖｅがそれぞれ発生する。この場合、各電圧Ｖａ〜
Ｖｄに基づく電流は、オフ状態に制御された各スイッチ
Ｓａ〜Ｓｄによってその通過がそれぞれ阻止される。し
たがって、電圧Ｖｅに基づく電流が、中間タップＴｅ、
コンデンサＣａ〜Ｃｄ、ダイオードＤ１、および巻線２
ｅの巻始め側端子からなる電流経路を流れることによ
り、各コンデンサＣａ〜Ｃｄが充電されると共にトラン
ス２ｂが磁気リセットされる。

【００３０】この場合、巻線２ａに対する巻線２ｅの巻
数比（Ｎｅ／Ｎａ）が値４のため、スイッチＳを５０％
デューティーでスイッチングすることにより、理論的に
は、トランス２Ｂの励磁エネルギーは、スイッチＳのオ
フ期間内ですべて放出されて、トランス２Ｂの磁気飽和
が確実に防止される。この結果、トランス２Ｂに蓄積さ
れたエネルギーのすべてが各コンデンサＣに分散移転さ
れる。一方、充電が停止された状態で出力電圧ＶO が負
荷に供給されることによって、コンデンサＣａ〜Ｃｄの
端子間電圧が所定電圧よりも低下したときには、電圧検
出回路１２が検出信号ＳD1のスイッチング制御回路１１
への出力を停止する。この際には、スイッチング制御回
路１１は、スイッチＳのスイッチングを停止させること
により、スイッチＳのスイッチングの際の損失を低減さ
せる。

【００３１】一方、各コンデンサＣの端子間電圧が極端
にばらついたときには、スイッチＳのスイッチング時
に、端子間電圧が高いコンデンサＣから端子間電圧が低
いコンデンサＣに大電流が流れることもある。かかる場
合、カレントトランスＣＴが、その電流を検出して電流
検出回路１３に出力する。この場合、電流検出回路１３
が、カレントトランスＣＴの一次巻線を流れる電流が所
定電流値を超えるときに、スイッチング制御回路１１に
検出信号ＳD2を出力することによりスイッチＳのスイッ
チングを停止させる。これにより、各スイッチＳの電流
破壊や、配線およびトランス２Ｂの焼損が防止される。
なお、リーケージトランスをトランス２Ｂに用いた場
合、スイッチＳのオン状態制御時に各巻線２を介して電
流が流れる際に、そのリーケージインダクタンスを介し
て電流が流れることにより、その電流のピーク値を適度
に制限することができる。また、スイッチＳの最大定格
電流を超える過大な電流がスイッチＳを流れようとする
際には、その電流経路に配設されているフューズＦが切
断されることにより、スイッチＳの破壊や、配線および
トランス２Ｂの焼損が防止される。これにより、高信頼
性を有する移送装置１Ａを構成することができる。

【００３２】次に、図３を参照して他の実施の形態に係
る移送装置１Ｂについて説明する。なお、以下に説明す
る移送装置では、移送装置１Ａと異なる点を主として説
明するものとし、スイッチング制御回路１１などの動作
的に共通する回路部品の図示を省略する。

【００３３】この移送装置１Ｂは、移送装置１Ａにおけ
るトランス２Ｂに代えてトランス３を備えている。この
トランス３は、直列接続されてその接続点に中間タップ
Ｔ1が設けられた巻線３ａ，３ｂと、直列接続されてそ
の接続点に中間タップＴ2 が設けられた巻線３ｃ，３ｄ
と、直列接続されてその接続点に中間タップＴ3 ，Ｔ4
が設けられた巻線３ｅ，３ｆおよびリセット巻線３ｇと
が、互いに分離し、かつ磁気的に結合された状態で巻き
回されている。この場合、巻線３ａ〜３ｆは互いに同一
の巻数Ｎａ〜Ｎｆで巻き回され、かつ巻線３ｇは、巻線
３ｅの２倍の巻数Ｎｇで巻き回されている。また、移送
装置１Ｂは、トランス３の励磁エネルギー放出用のダイ
オードＤ２〜Ｄ４を備えている。

【００３４】この移送装置１Ｂでは、スイッチＳのスイ
ッチングオン状態制御時には、移送装置１Ａと同様にし
て、下記式で規定される電圧よりも高電圧のコンデン
サＣのプラス側端子からマイナス端子側に向けて電流が
流れることにより、各コンデンサＣａ〜Ｃｆの各端子間
電圧Ｖｃａ〜ＶCｆが下記式を満たすようにエネルギ
ーが移送される。一方、スイッチＳのスイッチングオフ
時には、巻線３ｃ，３ｄに誘起する電圧Ｖｃ，Ｖｄに基
づいて、電流Ｉ1 が、巻線３ｄの巻き終わり側端子、ダ
イオードＤ２、コンデンサＣａ，Ｃｂ、および巻線３ｃ
の巻き始め側端子からなる電流経路を流れる。同様にし
て、巻線３ｅ，３ｆに誘起する電圧Ｖｅ，Ｖｆに基づい
て、電流Ｉ2 が、巻線３ｆの巻き終わり側端子、ダイオ
ードＤ３、コンデンサＣｃ，Ｃｄ、および巻線３ｅの巻
き始め側端子からなる電流経路を流れ、リセット巻線３
ｇに誘起する電圧Ｖｇに基づいて、電流Ｉ3 が、巻線３
ｇの巻き終わり側端子、コンデンサＣｅ，Ｃｆ、ダイオ
ードＤ４、および巻線３ｇの巻き始め側端子からなる電
流経路を流れる。これにより、トランス３の励磁エネル
ギーが、コンデンサＣａ，Ｃｂの直列回路、コンデンサ
Ｃｃ，Ｃｄの直列回路、およびコンデンサＣｅ，Ｃｆの
直列回路に分散されて放出される。Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ：Ｖｃｅ：Ｖｃｆ＝Ｎａ：Ｎｂ：Ｎｃ：Ｎｄ：Ｎｅ：Ｎｆ・・・式

【００３５】この結果、スイッチＳのオフ状態制御時に
は、トランス３の励磁エネルギーが、両端電圧の最も低
い一組のコンデンサＣ，Ｃの直列回路に移転され、その
後、励磁エネルギーの放出が終了するまでの間におい
て、両端電圧のより低い一組のコンデンサＣ，Ｃの直列
回路から優先的に順次移転される。このため、すべての
コンデンサＣａ〜Ｃｄの直列回路に一括してエネルギー
が放出される移送装置１Ａと比較して、スイッチＳのス
イッチングオフ時におけるトランス３の励磁エネルギー
の放出を効率よく行うことができる。

【００３６】次に、各スイッチＳのスイッチングを制御
するドライブ方式について、図４を参照して説明する。

【００３７】図４に示す移送装置１Ｃは、他励発振方式
でスイッチＳのオン／オフを制御する装置であって、巻
線４ａ〜４ｃが直列接続されてその各接続点に中間タッ
プＴａ，Ｔｂが設けられたトランス４と、ＦＥＴで構成
されたスイッチＳａ〜Ｓｃと、各スイッチＳのゲート−
ソース間に二次巻線５ａ〜５ｃが接続されると共に一次
巻線５ｄがスイッチＳ１を介してコンデンサＣａ〜Ｃｃ
の直列回路に並列接続されたトランス５とを備えてい
る。この場合、スイッチＳ１は、例えば、ＦＥＴやバイ
ポーラ型トランジスタで構成され、装置外部のスイッチ
ング制御回路から出力されるスイッチング用同期信号に
同期してオン／オフ制御される。

【００３８】この移送装置１Ｃでは、スイッチＳ１がオ
ン／オフ制御されると、トランス５の一次巻線５ｄに電
流が流れ、その際に、各二次巻線５ａ〜５ｃに電圧が誘
起する。次いで、この誘起電圧が各スイッチＳａ〜Ｓｃ
に供給されることにより、各スイッチＳａ〜Ｓｃが、ス
イッチＳ１のスイッチング周波数に同期してオン／オフ
制御される。したがって、装置外部からスイッチング用
同期信号を入力することにより、すべてのスイッチＳａ
〜Ｓｃに対するスイッチングオン／オフをスイッチング
同期用信号に確実に同期させて制御することができる。

【００３９】このように、上記した移送装置１，１Ａ〜
１Ｃによれば、各コンデンサＣの端子間電圧を上記の
式または式に従った電圧に維持しつつ充電または放電
させることができるため、各コンデンサＣにより多くの
エネルギーを蓄積させることができると共に、各コンデ
ンサＣから効率よくエネルギーを放出させることができ
る。また、各トランスの巻線の接続点に中間タップＴを
設け、その中間タップＴと、コンデンサＣ，Ｃの接続点
とを結ぶことにより、コンデンサＣに接続すべき接続ケ
ーブルの数を低減することができる結果、配線作業コス
トを低減できると共に配線材料コストを半減することが
できる。加えて、回路部品数が少ないため、移送装置
１，１Ａ〜１Ｃを小型かつ安価に構成することができ
る。

【００４０】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に限定されず、その構成を適宜変更することができ
る。例えば、コンデンサＣの蓄積エネルギーを負荷に供
給する方法は、上記した実施の形態に限定されず、図５
に示すように、各コンデンサＣ（例えば同図ではコンデ
ンサＣｃ）の両端や、任意の数のコンデンサＣの両端か
ら負荷ＲＬに供給することができる。なお、同図に示す
ように、特定のコンデンサＣｃの両端から負荷ＲＬにエ
ネルギーを供給する場合、そのコンデンサＣｃの端子間
電圧の低下が大きいため、そのコンデンサＣｃにより多
く電流が流れることになる。このため、そのコンデンサ
Ｃｃに直列接続される巻線２（この例では巻線２ｃ）の
線径を他の巻線２の線径よりも太くしておくことが好ま
しい。

【００４１】さらに、本発明は、自動車用バッテリーの
各セルとしてのコンデンサＣの端子間電圧を平均化する
用途に限らない。例えば、大容量蓄電手段が直列接続さ
れる蓄電システムなどにおいて、その大容量蓄電手段の
各両端電圧を平均化したり、トランスにおける巻線の巻
数比に応じた電圧に維持する場合など、任意の用途に適
用できるのは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のエネルギ
ー移送装置によれば、複数のスイッチ手段の少なくとも
一部をトランスに形成した各中間タップを介して各巻線
にそれぞれ直列接続したことにより、エネルギー蓄積手
段に接続すべき接続ケーブルの数を低減することができ
る結果、配線作業コストおよび配線材料コストを低減す
ることができると共にその分の省スペース化を図ること
ができる。また、スイッチ手段が、電圧検出手段の検出
電圧が所定電圧を超えたときに初めてスイッチング制御
されるため、複数のスイッチ手段によるスイッチングの
際の損失を低減することができる。

【００４３】さらに、請求項２記載のエネルギー移送装
置によれば、スイッチ手段が電流検出手段の検出電流値
が所定値を超えたときにスイッチングを停止させられる
ことにより、スイッチ手段の電流破壊や、配線およびト
ランスの焼損を防止することができる。

【００４４】また、請求項３記載のエネルギー移送装置
によれば、過電流保護手段を備えたことにより、スイッ
チ手段の電流破壊や、配線およびトランスの焼損を確実
に防止することができる。

【００４５】また、請求項４記載のエネルギー移送装置
によれば、二次電池またはコンデンサでエネルギー蓄積
手段を構成したことにより、各種バッテリーに用いられ
る二次電池やコンデンサの両端電圧を平均化することが
できるため、バッテリーを高効率で充放電させることが
できる。

【００４６】さらに、請求項５記載のエネルギー移送装
置によれば、電界効果トランジスタまたはバイポーラト
ランジスタでスイッチ手段を構成したことにより、スイ
ッチ手段を安価に構成することができると共にスイッチ
ング時における電力損失をより少なくすることができ
る。

【００４７】また、請求項６記載のエネルギー移送装置
によれば、スイッチ手段のスイッチングを制御する他励
方式の発振回路を備えたため、装置外部からスイッチン
グ用同期信号を入力することにより、すべてのスイッチ
手段に対するスイッチングオン／オフをスイッチング同
期用信号に確実に同期させて制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１，１Ａ〜１Ｃ移送装置２Ａ，２Ｂ，３〜５トランス２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｆ，４ａ〜４ｃ巻線２ｅ，３ｇリセット巻線１２電圧検出回路１３電流検出回路Ｃａ〜ＣｆコンデンサＣＴａ〜ＣＴｄカレントトランスＦａ〜ＦｄフューズＳ１，Ｓａ〜ＳｆスイッチＴａ〜Ｔｃ，Ｔ1 〜Ｔ4 中間タップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA11 CC02 FA06 FA08 GA01 5G065 AA00 AA08 DA04 EA02 GA09 HA01 HA16 JA02 KA02 KA05 LA01 LA02 MA09 MA10 NA01 NA04 NA05 NA09 5H030 AA03 AA04 AA06 AS08 BB01 BB06 BB08 BB21 FF42 FF43 FF44 5H730 AA15 AS08 BB21 DD04 DD22 EE14 EE73 FD11 FD31 XX15 XX35 XX46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも巻線およびスイッチ手段を直
列接続してなる直列回路を複数有すると共に、直列接続
された複数のエネルギー蓄積手段の各々に前記複数の直
列回路の各々をそれぞれ並列接続可能に構成され、前記
複数の巻線は、互いにそれぞれ磁気結合され、前記複数
のスイッチ手段は、互いに同期してそれぞれスイッチン
グ制御されるエネルギー移送装置であって、前記複数の巻線の一部または全部を直列接続して構成さ
れると共に当該各巻線の接続点に中間タップが形成され
たトランスを備え、前記複数のスイッチ手段の少なくと
も一部が、前記トランスの前記各中間タップを介して前
記巻線にそれぞれ直列接続されていることを特徴とする
エネルギー移送装置。
【請求項２】前記エネルギー蓄積手段の両端電圧を検
出する電圧検出手段を備え、前記スイッチ手段は、前記
電圧検出手段の検出電圧に応じてオン／オフ制御される
ことを特徴とする請求項１記載のエネルギー移送装置。
【請求項３】前記スイッチ手段に流れている電流を検
出する電流検出手段を備え、前記スイッチ手段は、前記
電流検出手段の検出電流値が所定値を超えたときにスイ
ッチングを停止させられることを特徴とする請求項１ま
たは２記載のエネルギー移送装置。
【請求項４】前記直列回路内に過電流保護手段が直列
接続されていることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載のエネルギー移送装置。
【請求項５】前記エネルギー蓄積手段は、二次電池ま
たはコンデンサであることを特徴とする請求項１から４
のいずれかに記載のエネルギー移送装置。
【請求項６】前記スイッチ手段は、電界効果トランジ
スタまたはバイポーラトランジスタで構成されているこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエネ
ルギー移送装置。
【請求項７】前記スイッチ手段のスイッチングを制御
する他励方式の発振回路を備えていることを特徴とする
請求項１から６のいずれかに記載のエネルギー移送装
置。