JP2001185229A - 直列接続された２次電池のバランス補正方法および装置 - Google Patents
直列接続された２次電池のバランス補正方法および装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２次電池を直列接続して用いる電源システム
に関連して、各電池の電圧を高度に均等化することがで
き、かつ簡単で安価に実現可能なバランス補正方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】 直列接続されている２次電池Ｂ１と２次
電池Ｂ２の接続点にインダクタＬの一端を接続してお
き、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続するこ
とで形成される第１閉回路に電流を流す第１モードと、
インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続することで
形成される第２閉回路に電流を流す第２モードとを短時
間ずつ交互に繰り返す動作を適当な期間実行し、電池Ｂ
１と電池Ｂ２の電圧を均等化する。
に関連して、各電池の電圧を高度に均等化することがで
き、かつ簡単で安価に実現可能なバランス補正方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】 直列接続されている２次電池Ｂ１と２次
電池Ｂ２の接続点にインダクタＬの一端を接続してお
き、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続するこ
とで形成される第１閉回路に電流を流す第１モードと、
インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続することで
形成される第２閉回路に電流を流す第２モードとを短時
間ずつ交互に繰り返す動作を適当な期間実行し、電池Ｂ
１と電池Ｂ２の電圧を均等化する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、たとえば電気自
動車やノート型パソコンのように直列接続された複数の
２次電池を電源として用いる技術に関するものであり、
とくに、各電池の電圧を均等化するためのバランス補正
方法および装置に関する。
動車やノート型パソコンのように直列接続された複数の
２次電池を電源として用いる技術に関するものであり、
とくに、各電池の電圧を均等化するためのバランス補正
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、２次電池を直
列にして充放電を繰り返しながら使用する電源システム
の場合、電池能力の有効活用とか電池寿命をできるだけ
長くするなどの面で、充電の局面でも放電の局面でも各
電池の電圧をできるだけ均等にすることが望まれる。一
般の電池は同一仕様であっても、個々の電池ごとに特性
がばらつくことは避けがたいので、直列電池の電源シス
テムを使用しながら各電池の電圧を均等化する対策が必
要となる。
列にして充放電を繰り返しながら使用する電源システム
の場合、電池能力の有効活用とか電池寿命をできるだけ
長くするなどの面で、充電の局面でも放電の局面でも各
電池の電圧をできるだけ均等にすることが望まれる。一
般の電池は同一仕様であっても、個々の電池ごとに特性
がばらつくことは避けがたいので、直列電池の電源シス
テムを使用しながら各電池の電圧を均等化する対策が必
要となる。
【０００３】そこで本発明者らは先に、特開平１１−１
７６４８３号公報に開示されているつぎのような技術を
開発した。巻数の等しい多数の２次巻線を有するトラン
スを用意する（これをマルチチャンネル・ユニフォーム
出力型トランスと名付けた）。このトランスの１次巻線
とスイッチング素子の直列回路に多数の電池の直列出力
を印加し、スイッチング素子を高速でオンオフさせて１
次電流を流す。トランスの各２次巻線の出力をそれぞれ
整流平滑して、各直流出力を直列電池の個々の電池に印
加する。つまり、直列電池の出力でオンオフ式コンバー
タを駆動し、そのコンバータのマルチチャンネル出力で
直列電池の個々を充電するような構成となる。この構成
では、より高い電圧を示す電池出力により、より低い電
圧を示す電池が充電されることとなり、各電池の電圧が
均等化される。
７６４８３号公報に開示されているつぎのような技術を
開発した。巻数の等しい多数の２次巻線を有するトラン
スを用意する（これをマルチチャンネル・ユニフォーム
出力型トランスと名付けた）。このトランスの１次巻線
とスイッチング素子の直列回路に多数の電池の直列出力
を印加し、スイッチング素子を高速でオンオフさせて１
次電流を流す。トランスの各２次巻線の出力をそれぞれ
整流平滑して、各直流出力を直列電池の個々の電池に印
加する。つまり、直列電池の出力でオンオフ式コンバー
タを駆動し、そのコンバータのマルチチャンネル出力で
直列電池の個々を充電するような構成となる。この構成
では、より高い電圧を示す電池出力により、より低い電
圧を示す電池が充電されることとなり、各電池の電圧が
均等化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したマルチチャン
ネル・ユニフォーム出力型トランスを用いたコンバータ
方式のバランス補正技術では、ｎ個の直列電池を対象に
するとｎ個の２次巻線をもったユニフォーム出力型トラ
ンスが必要であり、また２次巻線出力を整流平滑する回
路もｎ個必要となるので、構成部品要素が多くて高価格
になるという問題があった。たとえば電気自動車では１
００個から２００個もの電池を直列にした電源システム
を用いるが、これに前記の従来技術を適用することを想
定すると、前記の問題は大きくクローズアップされるこ
とになる。
ネル・ユニフォーム出力型トランスを用いたコンバータ
方式のバランス補正技術では、ｎ個の直列電池を対象に
するとｎ個の２次巻線をもったユニフォーム出力型トラ
ンスが必要であり、また２次巻線出力を整流平滑する回
路もｎ個必要となるので、構成部品要素が多くて高価格
になるという問題があった。たとえば電気自動車では１
００個から２００個もの電池を直列にした電源システム
を用いるが、これに前記の従来技術を適用することを想
定すると、前記の問題は大きくクローズアップされるこ
とになる。
【０００５】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、２次電池を直列接続して用
いる電源システムに関連して、各電池の電圧を高度に均
等化することができ、かつ簡単で安価に実現可能なバラ
ンス補正方法および装置を提供することにある。
されたもので、その目的は、２次電池を直列接続して用
いる電源システムに関連して、各電池の電圧を高度に均
等化することができ、かつ簡単で安価に実現可能なバラ
ンス補正方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の原型的なバラ
ンス補正方法は、直列接続されている２次電池Ｂ１と２
次電池Ｂ２の接続点にインダクタＬの一端を接続してお
き、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続するこ
とで形成される第１閉回路に電流を流す第１モードと、
インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続することで
形成される第２閉回路に電流を流す第２モードとを短時
間ずつ交互に繰り返す動作を適当な期間実行し、電池Ｂ
１と電池Ｂ２の電圧を均等化するものである（請求項１
の発明）。
ンス補正方法は、直列接続されている２次電池Ｂ１と２
次電池Ｂ２の接続点にインダクタＬの一端を接続してお
き、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続するこ
とで形成される第１閉回路に電流を流す第１モードと、
インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続することで
形成される第２閉回路に電流を流す第２モードとを短時
間ずつ交互に繰り返す動作を適当な期間実行し、電池Ｂ
１と電池Ｂ２の電圧を均等化するものである（請求項１
の発明）。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載のバラ
ンス補正方法を実行するための装置であって、電池Ｂ１
と電池Ｂ２の接続点に一端が接続されるインダクタＬ
と、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続して第
１閉回路を形成するための第１スイッチング素子Ｓ１
と、インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続して第
２閉回路を形成するための第２スイッチング素子Ｓ２
と、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子
Ｓ２とを短時間ずつ相補的にオン・オフ駆動するための
制御回路とを備えたものである。この装置においては、
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子
Ｓ２のそれぞれにキャパシタを並列接続することが望ま
しい（請求項３の発明）。
ンス補正方法を実行するための装置であって、電池Ｂ１
と電池Ｂ２の接続点に一端が接続されるインダクタＬ
と、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続して第
１閉回路を形成するための第１スイッチング素子Ｓ１
と、インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続して第
２閉回路を形成するための第２スイッチング素子Ｓ２
と、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子
Ｓ２とを短時間ずつ相補的にオン・オフ駆動するための
制御回路とを備えたものである。この装置においては、
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子
Ｓ２のそれぞれにキャパシタを並列接続することが望ま
しい（請求項３の発明）。
【０００８】この発明のより普遍的なバランス補正方法
は、４個以上の偶数個の２次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，
…，Ｂｎの直列回路において、ｉを１から（ｎ−１）ま
での奇数とし、電池Ｂｉと電池Ｂｉ＋１の接続点にイン
ダクタＬｉの一端を接続するとともに、これら（ｎ÷
２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉをすべて磁気回路により
巻き極を電池側またはスイッチング素子側に揃えて磁気
結合しておき、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉの他端
に接続することで形成される奇数側閉回路に電流を流す
第１モードと、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉ＋１の
他端に接続することで形成される偶数側閉回路に電流を
流す第２モードとを短時間ずつ交互に繰り返す動作を適
当な期間実行し、各電池の電圧を均等化するものである
（請求項４の発明）。
は、４個以上の偶数個の２次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，
…，Ｂｎの直列回路において、ｉを１から（ｎ−１）ま
での奇数とし、電池Ｂｉと電池Ｂｉ＋１の接続点にイン
ダクタＬｉの一端を接続するとともに、これら（ｎ÷
２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉをすべて磁気回路により
巻き極を電池側またはスイッチング素子側に揃えて磁気
結合しておき、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉの他端
に接続することで形成される奇数側閉回路に電流を流す
第１モードと、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉ＋１の
他端に接続することで形成される偶数側閉回路に電流を
流す第２モードとを短時間ずつ交互に繰り返す動作を適
当な期間実行し、各電池の電圧を均等化するものである
（請求項４の発明）。
【０００９】請求項５の発明は、請求項４に記載のバラ
ンス補正方法を実行するための装置であって、電池Ｂｉ
と電池Ｂｉ＋１の接続点に一端が接続されるインダクタ
Ｌｉと、これら（ｎ÷２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉを
磁気結合する磁気回路と、インダクタＬｉの他端を電池
Ｂｉの他端に接続して奇数側閉回路を形成するための奇
数側スイッチング素子Ｓｉと、インダクタＬｉの他端を
電池Ｂｉ＋１の他端に接続して偶数側閉回路を形成する
ための偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１と、奇数側スイ
ッチング素子Ｓｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１と
を短時間ずつ相補的にオン・オフ駆動するための制御回
路とを備えたものである。この装置においては、奇数側
スイッチング素子Ｓｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋
１とのそれぞれにキャパシタを並列接続することが望ま
しい（請求項６の発明）。
ンス補正方法を実行するための装置であって、電池Ｂｉ
と電池Ｂｉ＋１の接続点に一端が接続されるインダクタ
Ｌｉと、これら（ｎ÷２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉを
磁気結合する磁気回路と、インダクタＬｉの他端を電池
Ｂｉの他端に接続して奇数側閉回路を形成するための奇
数側スイッチング素子Ｓｉと、インダクタＬｉの他端を
電池Ｂｉ＋１の他端に接続して偶数側閉回路を形成する
ための偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１と、奇数側スイ
ッチング素子Ｓｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１と
を短時間ずつ相補的にオン・オフ駆動するための制御回
路とを備えたものである。この装置においては、奇数側
スイッチング素子Ｓｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋
１とのそれぞれにキャパシタを並列接続することが望ま
しい（請求項６の発明）。
【００１０】
【発明の実施の形態】====２個の直列電池のバランス補
正==== この発明の原型的な実施例の回路構成を図１に示してい
る。２次電池Ｂ１とＢ２が直列接続されており、インダ
クタＬの一端が両電池Ｂ１とＢ２の中点に接続されてい
る。電池Ｂ１の他端（プラス端子）とインダクタＬの他
端との間にスイッチング素子Ｓ１が接続され、電池Ｂ２
の他端（マイナス端子）とインダクタＬの他端との間に
スイッチング素子Ｓ２が接続されている。
正==== この発明の原型的な実施例の回路構成を図１に示してい
る。２次電池Ｂ１とＢ２が直列接続されており、インダ
クタＬの一端が両電池Ｂ１とＢ２の中点に接続されてい
る。電池Ｂ１の他端（プラス端子）とインダクタＬの他
端との間にスイッチング素子Ｓ１が接続され、電池Ｂ２
の他端（マイナス端子）とインダクタＬの他端との間に
スイッチング素子Ｓ２が接続されている。
【００１１】スイッチング素子Ｓ１とＳ２はＭＯＳＦＥ
Ｔからなり、相補動作するゲートドライバＤ１とＤ２に
よって一方のスイッチング素子がオンのときには他方が
オフとなるように駆動される。コントローラ１０は、こ
の電池Ｂ１・Ｂ２のバランス補正を実行する期間に、デ
ューティ比が５０％の所定周期のパルス列を発生してゲ
ートドライバＤ１・Ｄ２に入力する。これにより図２の
タイミングチャートに示すように、スイッチング素子Ｓ
１とＳ２とは相補的にオン・オフを繰り返す。オン時間
とオフ時間は等しい。
Ｔからなり、相補動作するゲートドライバＤ１とＤ２に
よって一方のスイッチング素子がオンのときには他方が
オフとなるように駆動される。コントローラ１０は、こ
の電池Ｂ１・Ｂ２のバランス補正を実行する期間に、デ
ューティ比が５０％の所定周期のパルス列を発生してゲ
ートドライバＤ１・Ｄ２に入力する。これにより図２の
タイミングチャートに示すように、スイッチング素子Ｓ
１とＳ２とは相補的にオン・オフを繰り返す。オン時間
とオフ時間は等しい。
【００１２】スイッチング素子Ｓ１がオンでスイッチン
グ素子Ｓ２がオフのときは電池Ｂ１とスイッチング素子
Ｓ１とインダクタＬとで閉回路が形成され（この閉回路
をＢ１ループと呼ぶ）、スイッチング素子Ｓ１がオフで
スイッチング素子Ｓ２がオンのときは電池Ｂ２とインダ
クタＬとスイッチング素子Ｓ２とで閉回路が形成される
（この閉回路をＢ２ループと呼ぶ）。
グ素子Ｓ２がオフのときは電池Ｂ１とスイッチング素子
Ｓ１とインダクタＬとで閉回路が形成され（この閉回路
をＢ１ループと呼ぶ）、スイッチング素子Ｓ１がオフで
スイッチング素子Ｓ２がオンのときは電池Ｂ２とインダ
クタＬとスイッチング素子Ｓ２とで閉回路が形成される
（この閉回路をＢ２ループと呼ぶ）。
【００１３】Ｂ１ループ期間において、電池Ｂ１の起電
力により順方向にループ電流が流れているとする。電池
Ｂ１の電圧をｅ１とし、インダクタＬのインダクタンス
値をＬとすると、Ｂ１ループ期間の順方向電流は（ｅ１
／Ｌ）の変化率で時間とともに増加する。
力により順方向にループ電流が流れているとする。電池
Ｂ１の電圧をｅ１とし、インダクタＬのインダクタンス
値をＬとすると、Ｂ１ループ期間の順方向電流は（ｅ１
／Ｌ）の変化率で時間とともに増加する。
【００１４】Ｂ１ループ期間に順方向電流が流れている
状態からスイッチング素子Ｓ１・Ｓ２が反転し、Ｂ２ル
ープ期間に切り替わったとする。このときインダクタＬ
に流れていた電流は電池Ｂ２の起電力に対して逆方向と
なる。つまり、Ｂ１ループ期間に電池Ｂ１の起電力に順
方向の電流は、Ｂ２ループ期間では電池Ｂ２の起電力に
対して逆方向の電流となる。この逆方向電流は、電池Ｂ
２の起電力により徐々に減少する。その変化率は、電池
Ｂ２の電圧をｅ２とすると、（ｅ２／Ｌ）である。
状態からスイッチング素子Ｓ１・Ｓ２が反転し、Ｂ２ル
ープ期間に切り替わったとする。このときインダクタＬ
に流れていた電流は電池Ｂ２の起電力に対して逆方向と
なる。つまり、Ｂ１ループ期間に電池Ｂ１の起電力に順
方向の電流は、Ｂ２ループ期間では電池Ｂ２の起電力に
対して逆方向の電流となる。この逆方向電流は、電池Ｂ
２の起電力により徐々に減少する。その変化率は、電池
Ｂ２の電圧をｅ２とすると、（ｅ２／Ｌ）である。
【００１５】図２に例示した波形図において、Ｂ２ルー
プ期間（イ）では、当初は電池Ｂ２の起電力に対して逆
方向の電流が流れており（この期間を前期充電モード時
間とする）、その逆方向電流が（ｅ２／Ｌ）の変化率で
徐々に減少してついにはゼロになり、さらに電池Ｂ２の
起電力に対して順方向の電流となり、その順方向電流が
同じ変化率（ｅ２／Ｌ）で徐々に増加し（この期間を後
期放電モード時間とする）、一定の時間がくるとスイッ
チング素子Ｓ１・Ｓ２が反転してＢ１ループ期間（ウ）
に切り替わる。
プ期間（イ）では、当初は電池Ｂ２の起電力に対して逆
方向の電流が流れており（この期間を前期充電モード時
間とする）、その逆方向電流が（ｅ２／Ｌ）の変化率で
徐々に減少してついにはゼロになり、さらに電池Ｂ２の
起電力に対して順方向の電流となり、その順方向電流が
同じ変化率（ｅ２／Ｌ）で徐々に増加し（この期間を後
期放電モード時間とする）、一定の時間がくるとスイッ
チング素子Ｓ１・Ｓ２が反転してＢ１ループ期間（ウ）
に切り替わる。
【００１６】Ｂ１ループ期間（ウ）では、当初は電池Ｂ
１の起電力に対して逆方向の電流が流れており（前期充
電モード時間である）、その逆方向電流が（ｅ１／Ｌ）
の変化率で減少してついにはゼロになり、さらに電池Ｂ
１の起電力に対して順方向の電流となり、その順方向電
流が同じ変化率（ｅ１／Ｌ）で徐々に増加し（後期放電
モード時間である）、一定の時間がくるとスイッチング
素子Ｓ１・Ｓ２が反転してＢ２ループ期間（エ）に切り
替わる。
１の起電力に対して逆方向の電流が流れており（前期充
電モード時間である）、その逆方向電流が（ｅ１／Ｌ）
の変化率で減少してついにはゼロになり、さらに電池Ｂ
１の起電力に対して順方向の電流となり、その順方向電
流が同じ変化率（ｅ１／Ｌ）で徐々に増加し（後期放電
モード時間である）、一定の時間がくるとスイッチング
素子Ｓ１・Ｓ２が反転してＢ２ループ期間（エ）に切り
替わる。
【００１７】典型的には以上の動作を繰り返す。ここで
電池Ｂ１の電圧ｅ１が電池Ｂ２の電圧ｅ２より相当に高
いとする。この場合、Ｂ１ループ電流の変化率（ｅ１／
Ｌ）はＢ２ループ電流の変化率（ｅ２／Ｌ）より大き
い。そのため、Ｂ１ループ期間中では前期充電モード時
間が短くて後期放電モード時間が長くなり、反対にＢ２
ループ期間では前期充電モード時間が長くて後期放電モ
ード時間が短くなる。
電池Ｂ１の電圧ｅ１が電池Ｂ２の電圧ｅ２より相当に高
いとする。この場合、Ｂ１ループ電流の変化率（ｅ１／
Ｌ）はＢ２ループ電流の変化率（ｅ２／Ｌ）より大き
い。そのため、Ｂ１ループ期間中では前期充電モード時
間が短くて後期放電モード時間が長くなり、反対にＢ２
ループ期間では前期充電モード時間が長くて後期放電モ
ード時間が短くなる。
【００１８】前期充電モード時間および後期放電モード
時間と名付けた理由はつぎのとおりである。Ｂ１ループ
期間に切り替わった当初は電池Ｂ１の起電力に逆方向の
電流が流れており、この電流によって電池Ｂ１は充電さ
れることになるので、この期間を前期充電モード時間と
呼ぶ。続いて電池Ｂ１の起電力に順方向の電流が流れる
が、これは電池Ｂ１が放電して電流を流しているわけな
ので、この期間を後期放電モード時間と呼ぶ。Ｂ１ルー
プ期間の後期放電モード時間に電池Ｂ１の放電が源泉と
なってインダクタＬに蓄えられた磁気エネルギーが、直
後のＢ２ループ期間の前期充電モード時間に放出され、
電池Ｂ２を充電するエネルギーの源泉となる。同様に、
Ｂ２ループ期間の後期放電モード時間に電池Ｂ２の放電
が源泉となってインダクタＬに蓄えられた磁気エネルギ
ーが、直後のＢ１ループ期間の前期充電モード時間に放
出され、電池Ｂ１を充電するエネルギーの源泉となる。
時間と名付けた理由はつぎのとおりである。Ｂ１ループ
期間に切り替わった当初は電池Ｂ１の起電力に逆方向の
電流が流れており、この電流によって電池Ｂ１は充電さ
れることになるので、この期間を前期充電モード時間と
呼ぶ。続いて電池Ｂ１の起電力に順方向の電流が流れる
が、これは電池Ｂ１が放電して電流を流しているわけな
ので、この期間を後期放電モード時間と呼ぶ。Ｂ１ルー
プ期間の後期放電モード時間に電池Ｂ１の放電が源泉と
なってインダクタＬに蓄えられた磁気エネルギーが、直
後のＢ２ループ期間の前期充電モード時間に放出され、
電池Ｂ２を充電するエネルギーの源泉となる。同様に、
Ｂ２ループ期間の後期放電モード時間に電池Ｂ２の放電
が源泉となってインダクタＬに蓄えられた磁気エネルギ
ーが、直後のＢ１ループ期間の前期充電モード時間に放
出され、電池Ｂ１を充電するエネルギーの源泉となる。
【００１９】前述したように、電池Ｂ１の電圧ｅ１が電
池Ｂ２の電圧ｅ２より高いと、Ｂ１ループ期間中では前
期充電モード時間が短くて後期放電モード時間が長くな
り、反対にＢ２ループ期間では前期充電モード時間が長
くて後期放電モード時間が短くなる。したがって、電圧
の高い側の電池Ｂ１が総計で放電されることになり、電
圧の低い側の電池Ｂ２が総計で充電されることになる。
つまり、電池Ｂ１の出力で電池Ｂ２が充電される。その
結果、電池Ｂ１の電圧ｅ１が少しずつ低下するととも
に、電池Ｂ２の電圧ｅ２が少しずつ上昇し、電圧ｅ１と
電圧ｅ２とが均等化する。
池Ｂ２の電圧ｅ２より高いと、Ｂ１ループ期間中では前
期充電モード時間が短くて後期放電モード時間が長くな
り、反対にＢ２ループ期間では前期充電モード時間が長
くて後期放電モード時間が短くなる。したがって、電圧
の高い側の電池Ｂ１が総計で放電されることになり、電
圧の低い側の電池Ｂ２が総計で充電されることになる。
つまり、電池Ｂ１の出力で電池Ｂ２が充電される。その
結果、電池Ｂ１の電圧ｅ１が少しずつ低下するととも
に、電池Ｂ２の電圧ｅ２が少しずつ上昇し、電圧ｅ１と
電圧ｅ２とが均等化する。
【００２０】====より多くの直列電池のバランス補正==
== 図３の実施例では６個の電池Ｂ１〜Ｂ６が直列接続され
ている。電池Ｂ１と電池Ｂ２のペアについては図１の実
施例と同様に、インダクタＬ１と２つのスイッチング素
子Ｓ１・Ｓ２が接続されている。これらと同じ接続関係
となるように、電池Ｂ３と電池Ｂ４のペアについては、
インダクタＬ３と２つのスイッチング素子Ｓ３・Ｓ４が
接続されている。また同様に、電池Ｂ５と電池Ｂ６のペ
アについては、インダクタＬ５と２つのスイッチング素
子Ｓ５とＳ６が接続されている。
== 図３の実施例では６個の電池Ｂ１〜Ｂ６が直列接続され
ている。電池Ｂ１と電池Ｂ２のペアについては図１の実
施例と同様に、インダクタＬ１と２つのスイッチング素
子Ｓ１・Ｓ２が接続されている。これらと同じ接続関係
となるように、電池Ｂ３と電池Ｂ４のペアについては、
インダクタＬ３と２つのスイッチング素子Ｓ３・Ｓ４が
接続されている。また同様に、電池Ｂ５と電池Ｂ６のペ
アについては、インダクタＬ５と２つのスイッチング素
子Ｓ５とＳ６が接続されている。
【００２１】奇数側の３個のスイッチング素子Ｓ１・Ｓ
３・Ｓ５はゲートドライバＤ１により一斉にオンオフ駆
動され、偶数側の３個のスイッチング素子Ｓ２・Ｓ４・
Ｓ６はゲートドライバＤ２により一斉にオンオフ駆動さ
れる。コントローラ１０からのデューティ比が５０％の
所定周期のパルス列を受けてゲートドライバＤ１とＤ２
が相補動作することによって、奇数側スイッチングＳ１
・Ｓ３・Ｓ５のセットと、偶数側スイッチング素子Ｓ２
・Ｓ４・Ｓ６のセットとが相補的にオンオフ駆動され、
一方のセットがオンのときは他方のセットがオフとな
る。オン期間とオフ期間は等しい。
３・Ｓ５はゲートドライバＤ１により一斉にオンオフ駆
動され、偶数側の３個のスイッチング素子Ｓ２・Ｓ４・
Ｓ６はゲートドライバＤ２により一斉にオンオフ駆動さ
れる。コントローラ１０からのデューティ比が５０％の
所定周期のパルス列を受けてゲートドライバＤ１とＤ２
が相補動作することによって、奇数側スイッチングＳ１
・Ｓ３・Ｓ５のセットと、偶数側スイッチング素子Ｓ２
・Ｓ４・Ｓ６のセットとが相補的にオンオフ駆動され、
一方のセットがオンのときは他方のセットがオフとな
る。オン期間とオフ期間は等しい。
【００２２】図３から明らかなように、奇数側スイッチ
ング素子Ｓ１・Ｓ３・Ｓ５のセットがオンになると、電
池Ｂ１とスイッチング素子Ｓ１とインダクタＬ１を巡る
ループと、電池Ｂ３とスイッチング素子Ｓ３とインダク
タＬ３を巡るループと、電池Ｂ５とスイッチング素子Ｓ
５とインダクタＬ５を巡るループとにそれぞれ電流が流
れる。偶数側スイッチング素子Ｓ２・Ｓ４・Ｓ６のセッ
トがオンになると、電池Ｂ２とインダクタＬ１とスイッ
チング素子Ｓ２を巡るループと、電池Ｂ４とインダクタ
Ｌ３とスイッチング素子Ｓ４を巡るループと、電池Ｂ６
とインダクタＬ５とスイッチング素子Ｓ６を巡るループ
とにそれぞれ電流が流れる。
ング素子Ｓ１・Ｓ３・Ｓ５のセットがオンになると、電
池Ｂ１とスイッチング素子Ｓ１とインダクタＬ１を巡る
ループと、電池Ｂ３とスイッチング素子Ｓ３とインダク
タＬ３を巡るループと、電池Ｂ５とスイッチング素子Ｓ
５とインダクタＬ５を巡るループとにそれぞれ電流が流
れる。偶数側スイッチング素子Ｓ２・Ｓ４・Ｓ６のセッ
トがオンになると、電池Ｂ２とインダクタＬ１とスイッ
チング素子Ｓ２を巡るループと、電池Ｂ４とインダクタ
Ｌ３とスイッチング素子Ｓ４を巡るループと、電池Ｂ６
とインダクタＬ５とスイッチング素子Ｓ６を巡るループ
とにそれぞれ電流が流れる。
【００２３】この実施例では、インダクタＬ１とＬ３と
Ｌ５とが共通のコア２０に巻線されて密に磁気結合され
ていることが、きわめて重要な技術要素である。これら
磁気結合されたインダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５の極性と各
電池ペアとの接続関係は等しくなっており（巻数も等し
い）、各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５のそれぞれ同じ方
向の電流が流れるとき、それら電流によってコア２０に
同じ方向の磁束が誘起される。
Ｌ５とが共通のコア２０に巻線されて密に磁気結合され
ていることが、きわめて重要な技術要素である。これら
磁気結合されたインダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５の極性と各
電池ペアとの接続関係は等しくなっており（巻数も等し
い）、各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５のそれぞれ同じ方
向の電流が流れるとき、それら電流によってコア２０に
同じ方向の磁束が誘起される。
【００２４】この磁気結合のことを考えない場合、電池
Ｂ１と電池Ｂ２のペア、電池Ｂ３と電池Ｂ４のペア、電
池Ｂ５と電池Ｂ６のペアのそれぞれにおいて、図１の実
施例で詳しく説明した２個の電池電圧の均等化の作用が
起きる。このことは容易に理解できるであろう。これに
加えて、各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５の磁気結合によ
るエネルギーの転移作用により、６個の電池Ｂ１〜Ｂ６
のすべての電圧を均等化する作用が起きる。
Ｂ１と電池Ｂ２のペア、電池Ｂ３と電池Ｂ４のペア、電
池Ｂ５と電池Ｂ６のペアのそれぞれにおいて、図１の実
施例で詳しく説明した２個の電池電圧の均等化の作用が
起きる。このことは容易に理解できるであろう。これに
加えて、各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５の磁気結合によ
るエネルギーの転移作用により、６個の電池Ｂ１〜Ｂ６
のすべての電圧を均等化する作用が起きる。
【００２５】つまり、各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５は
共通のコア２０に巻線されていて、その巻数も等しいの
で、コア２０にある磁束が生じていると、その磁束と巻
数によって決まる電圧が各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５
に等しく生じることになる。したがって各インダクタＬ
１・Ｌ３・Ｌ５の両端電圧が等しい状態で回路動作す
る。このことは、ある電池ペアに接続されているインダ
クタにながれる電流を起源とする磁気エネルギーが別の
電池ペアに接続されているインダクタに転移し、そのイ
ンダクタから電気出力として放出されることを意味して
いる。その結果、６個の電池Ｂ１〜Ｂ６の中のより電圧
の高い側の電池エネルギーが、いったん磁気エネルギー
に変化して転移し、より電圧の低い電池に対する充電エ
ネルギーとして供給される。以上の作用によって、６個
の電池Ｂ１〜Ｂ６のすべての電圧が徐々に均等化される
のである。
共通のコア２０に巻線されていて、その巻数も等しいの
で、コア２０にある磁束が生じていると、その磁束と巻
数によって決まる電圧が各インダクタＬ１・Ｌ３・Ｌ５
に等しく生じることになる。したがって各インダクタＬ
１・Ｌ３・Ｌ５の両端電圧が等しい状態で回路動作す
る。このことは、ある電池ペアに接続されているインダ
クタにながれる電流を起源とする磁気エネルギーが別の
電池ペアに接続されているインダクタに転移し、そのイ
ンダクタから電気出力として放出されることを意味して
いる。その結果、６個の電池Ｂ１〜Ｂ６の中のより電圧
の高い側の電池エネルギーが、いったん磁気エネルギー
に変化して転移し、より電圧の低い電池に対する充電エ
ネルギーとして供給される。以上の作用によって、６個
の電池Ｂ１〜Ｂ６のすべての電圧が徐々に均等化される
のである。
【００２６】＝＝＝ソフトスイッチング＝＝＝ 図４と図５に示すように、前述した２つの実施例におけ
る各スイッチング素子にそれぞれキャパシタ（コンデン
サ）を並列接続することで、スイッチング動作の変化を
適宜に穏やかにすることができ、ノイズ低減などの効果
がある。
る各スイッチング素子にそれぞれキャパシタ（コンデン
サ）を並列接続することで、スイッチング動作の変化を
適宜に穏やかにすることができ、ノイズ低減などの効果
がある。
【００２７】＝＝＝他の実施形態＝＝＝ 以上の実施例ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ
を用いているが、もちろんバイポーラトランジスタなど
の他のスイッチング素子を使用してもよい。その場合、
逆方向の電流が流せるようにＭＯＳＦＥＴのボディーダ
イオードに相当するダイオードを追加することが好まし
い。
を用いているが、もちろんバイポーラトランジスタなど
の他のスイッチング素子を使用してもよい。その場合、
逆方向の電流が流せるようにＭＯＳＦＥＴのボディーダ
イオードに相当するダイオードを追加することが好まし
い。
【００２８】また前記の実施例の説明では、スイッチン
グ素子Ｓｉとスイッチング素子Ｓｉ＋１とが同時に（デ
ッドタイムのない状態で）反転するように説明している
が、一般的にいって、スイッチング素子Ｓｉとスイッチ
ング素子Ｓｉ＋１とが同時にオフとなる若干の時間（デ
ッドタイム）を設定する方が好ましい。
グ素子Ｓｉとスイッチング素子Ｓｉ＋１とが同時に（デ
ッドタイムのない状態で）反転するように説明している
が、一般的にいって、スイッチング素子Ｓｉとスイッチ
ング素子Ｓｉ＋１とが同時にオフとなる若干の時間（デ
ッドタイム）を設定する方が好ましい。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば、ｎ個の２次電池を直
列にした電源システムに対して、半分のｎ／２個のイン
ダクタを用いた簡単で安価に実現可能な手段により、各
電池の電圧を高度に均等化することができる。
列にした電源システムに対して、半分のｎ／２個のイン
ダクタを用いた簡単で安価に実現可能な手段により、各
電池の電圧を高度に均等化することができる。
【図１】この発明の第１実施例を示す回路図である。
【図２】第１実施例の動作説明用のタイミングチャート
である。
である。
【図３】この発明の第２実施例を示す回路図である。
【図４】この発明の第３実施例を示す回路図である。
【図５】この発明の第４実施例を示す回路図である。
Ｂ１〜Ｂ６ ２次電池 Ｌ、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５ インダクタ Ｓ１〜Ｓ６ スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 BA03 DA02 DA15 GA01 5H030 AA00 AS08 AS11 BB08
Claims (6)
- 【請求項１】 直列接続されている２次電池Ｂ１と２次
電池Ｂ２の接続点にインダクタＬの一端を接続してお
き、インダクタＬの他端を電池Ｂ１の他端に接続するこ
とで形成される第１閉回路に電流を流す第１モードと、
インダクタＬの他端を電池Ｂ２の他端に接続することで
形成される第２閉回路に電流を流す第２モードとを短時
間ずつ交互に繰り返す動作を適当な期間実行し、電池Ｂ
１と電池Ｂ２の電圧を均等化することを特徴とするバラ
ンス補正方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のバランス補正方法を実
行するための装置であって、電池Ｂ１と電池Ｂ２の接続
点に一端が接続されるインダクタＬと、インダクタＬの
他端を電池Ｂ１の他端に接続して第１閉回路を形成する
ための第１スイッチング素子Ｓ１と、インダクタＬの他
端を電池Ｂ２の他端に接続して第２閉回路を形成するた
めの第２スイッチング素子Ｓ２と、第１スイッチング素
子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２とを短時間ずつ相補
的にオン・オフ駆動するための制御回路とを備えたこと
を特徴とするバランス補正装置。 - 【請求項３】 請求項２において、第１スイッチング素
子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のそれぞれにキ
ャパシタを並列接続したことを特徴とするバランス補正
装置。 - 【請求項４】 ４個以上の偶数個の２次電池Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３，…，Ｂｎの直列回路において、ｉを１から
（ｎ−１）までの奇数とし、電池Ｂｉと電池Ｂｉ＋１の
接続点にインダクタＬｉの一端を接続するとともに、こ
れら（ｎ÷２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉをすべて磁気
回路により磁気結合しておき、インダクタＬｉの他端を
電池Ｂｉの他端に接続することで形成される奇数側閉回
路に電流を流す第１モードと、インダクタＬｉの他端を
電池Ｂｉ＋１の他端に接続することで形成される偶数側
閉回路に電流を流す第２モードとを短時間ずつ交互に繰
り返す動作を適当な期間実行し、各電池の電圧を均等化
することを特徴とするバランス補正方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載のバランス補正方法を実
行するための装置であって、電池Ｂｉと電池Ｂｉ＋１の
接続点に一端が接続されるインダクタＬｉと、これら
（ｎ÷２）個のインダクタＬ１〜Ｌｉを磁気結合する磁
気回路と、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉの他端に接
続して奇数側閉回路を形成するための奇数側スイッチン
グ素子Ｓｉと、インダクタＬｉの他端を電池Ｂｉ＋１の
他端に接続して偶数側閉回路を形成するための偶数側ス
イッチング素子Ｓｉ＋１と、奇数側スイッチング素子Ｓ
ｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１とを短時間ずつ相
補的にオン・オフ駆動するための制御回路とを備えたこ
とを特徴とするバランス補正装置。 - 【請求項６】 請求項５において、奇数側スイッチング
素子Ｓｉと偶数側スイッチング素子Ｓｉ＋１とのそれぞ
れにキャパシタを並列接続したことを特徴とするバラン
ス補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37348799A JP4378009B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 直列接続された２次電池のバランス補正方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37348799A JP4378009B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 直列接続された２次電池のバランス補正方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001185229A true JP2001185229A (ja) | 2001-07-06 |
| JP4378009B2 JP4378009B2 (ja) | 2009-12-02 |
Family
ID=18502248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37348799A Expired - Lifetime JP4378009B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 直列接続された２次電池のバランス補正方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4378009B2 (ja) |
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- 1999-12-28 JP JP37348799A patent/JP4378009B2/ja not_active Expired - Lifetime
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