JP2002135986A - 電圧イコライザ装置およびその方法 - Google Patents

電圧イコライザ装置およびその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フライバック型及びフォワード型の電圧イコ
ライザ回路の欠点を解決して、過充電及び過放電の恐れ
がなく、且つ均等化を実施しながら、直列接続された複
数の蓄電素子の端子間電圧を最終目標値に収束させるこ
とが可能な蓄電素子の電圧イコライザ装置を提供する。 【解決手段】 相互に電磁結合した複数の巻線P1〜Pnの
それぞれと、直列接続した複数の蓄電素子E1〜Enのそれ
ぞれと、複数の第１のスイッティング素子S1〜Snのそれ
ぞれとを直列接続して複数の閉回路を構成する電圧イコ
ライザ装置において、複数の巻線と電磁結合する基準電
圧巻線Ppを設け、該基準電圧巻線に直流電源Epと第２の
スイッチング素子Spを直列接続し、前記複数の第１及び
第２のスイッチング素子は全て同期してオン・オフする
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、ハイ
ブリット車や、電気エネルギーの蓄積を利用した各種シ
ステムに搭載される複数の直列接続された蓄電素子間で
エネルギーの移送を行うことによって、該直列接続され
た複数の蓄電素子の個々の両端電圧の均等化を図るもの
に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の回路としては、特開平８−２１
４４５４号公報及び米国特許第５５９４３２０号明細書
に記載のものが知られている。上記の特開平８−２１４
４５４号公報に記載のものは、一般にフライバック型と
称されるものであって、図８に示すように、複数の二次
巻線n2〜n4を有するトランスＴ１と該トランスの一次巻
線n1に接続されるスイッチ手段SW1と、該トランスの各
二次巻線n2，n3，n4に接続される複数の整流回路CR1,CR
2,CR3と、各整流回路の出力を各単位セルに接続する充
電回路とを備え、トランスの一次巻線をスイッチ手段に
よりスイッチングして得られる各二次巻線の定電力出力
を整流し直列接続して構成されたコンデンサ電池C1,C2,
C3の各単位セルを充電することによって、単位セルの電
池電圧が低いと充電電流が大きく、電池電圧が高いと充
電電流は小さくなって、自動的に直列接続された複数の
電池電圧が均等に充電できるというものである。
【０００３】このような、フライバック型の回路は、ス
イッチ手段による充電と放電のサイクルを繰り返してい
くと、電源側から電力がスイッチングの度に供給される
ので、電池電圧が上昇して、所定値になってもスイッチ
ングが継続されるため、電池電圧はどんどん上昇して、
最終的には電池は過充電になることがある。このような
回路の場合には、過充電を防止する回路を必要とし、回
路が複雑化し、高コストになるという問題がある。
【０００４】また、前記米国特許第５５９４３２０号明
細書に記載のものは、一般にフォワード型と称されるも
のであって、図９に示すように、複数のセル11,12,60,6
1を直列接続したバッテリと、複数の巻線67〜70のそれ
ぞれと、複数の第１のスイッチング素子72〜75のそれぞ
れとを直列接続して複数の閉回路を構成し、スイッチン
グ素子を全て同期してオン・オフすることにより、セル
電圧の高いバッテリからセル電圧の低いバッテリに充電
が行われ、その結果各セルの端子間電圧は均等化され
る。
【０００５】このような、フォワード型の回路は、複数
のバッテリセルのそれぞれの端子電圧を均等化する機能
が得られるが、均等化された電圧は各電池電圧の平均的
な電圧（正しくは、電池エネルギーが平均化された状態
に相当する電圧）になり、電池電圧を目標の電圧に収束
することはできない。また、イコライザ自身に充電機能
がないため、均等化動作を継続すると、イコライザの損
失分だけバッテリから放電することになり、結果として
過放電に陥る虞れがあるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
フライバック型及びフォワード型の電圧イコライザ回路
の欠点を解決して、過充電及び過放電の虞れがなく、且
つ均等化を実施しながら、直列接続された複数の蓄電素
子の端子間電圧を最終目標値に収束させることが可能な
蓄電素子の電圧イコライザ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、相互に電磁結合した複数の巻線のそれぞれと、直列
接続した複数の蓄電素子それぞれと、複数の第１のスイ
ッチング素子のそれぞれとを直列接続して複数の閉回路
を構成する電圧イコライザ装置において、前記複数の巻
線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線
に直流電源と第２のスイッチング素子を直列接続し、前
記弟１及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン
・オフすることによって、蓄電素子に対する過充電及び
過放電の虞れがなく、且つ均等化を実施しながら、直列
接続された複数の蓄電素子の端子間電圧を最終目標値に
収束させることができる。（請求項１）
【０００８】また、直列接続した複数の蓄電素子と前記
直流電源とを直列接続して構成して全体の直流出力を外
部電源や外部負荷に接続することもできる。（請求項
２）
【０００９】また、前記直流電源の出力電圧を可変する
ことによって、複数の直列接続された蓄電素子の端子間
電圧を任意の電圧に収束させることができる。（請求項
３）
【００１０】また、前記直流電源は、前記直列接続した
複数の蓄電素子に対して電力を供給できると共に、該直
列接続した複数の蓄電素子からの電力を吸収できる装置
を備えた双方向性を有することによって、複数の直列接
続された蓄電素子の端子間電圧を現在の電圧よりも低下
させることができる。（請求項４）
【００１１】また、前記直列接続された複数の蓄電素子
の端子間電圧を検出する電圧検出手段を設け、該電圧検
出手段から求めた蓄電素子の平均端子間電圧に応じて、
前記直流電源の電圧を設定することによって、蓄電素子
の端子間電圧の上昇を徐々に行うことが可能になるの
で、スイッチング素子の電流容量や直流電源の容量を増
加させることなく、直列接続された複数の蓄電素子の端
子間電圧を最終目標値に収束させることができる。な
お、蓄電素子が電気二重層コンデンサで構成されている
場合には、この許容最低電圧はゼロボルトとなる。（請
求項５）
【００１２】また、前記直流電源の出力電圧を、前記蓄
電素子の材質等に応じて定められる許容最高電圧と許容
最低電圧との間で設定されることによって、直列接続さ
れた複数の蓄電素子に対する特別の異常電圧検出回路や
保護回路を設けることなく、端子間電圧を最終目標値に
収束させることができる。（請求項６）
【００１３】また、相互に電磁結合した複数の巻線それ
ぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、複
数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続し
て複数の閉回路を構成する電圧イコライザ装置におい
て、前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設
け、該基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素
子を直列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のス
イッチング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を
接続すると共に、前記直流電源と前記モニタ用蓄電素子
との接続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前
記第１及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン
・オフさせ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄
電素子の端子間電圧をモニタする時にオフさせることに
よって、直列接続された複数の蓄電素子の平均端子間電
圧を容易に検出することができる。（請求項７）
【００１４】また、直列接続した複数の蓄電素子と前記
直流電源とを直列接続して構成して全体の直流出力を外
部電源や外部負荷に接続することもできる。（請求項
８）
【００１５】また、前記直流電源は電圧を可変できるよ
うにすることによって、検出されたモニタ用蓄電素子の
平均端子間電圧を参照して、直流電源の電圧を適切に可
変できるので、例えば、複数の直列接続された蓄電素子
の端子間電圧を任意の電圧にスイッチング素子に負担を
かけずに収束させることができる。（請求項９）
【００１６】また、前記直流電源は、前記直列接続した
複数の蓄電素子に対して電力を供給できると共に、該直
列接続した複数の蓄電素子からの電力を吸収できる装置
を備えた双方向性を有することによって、検出された複
数の蓄電素子の平均端子間電圧よりも直流電源の電圧を
低い電圧に設定した際に、複数蓄電素子からのエネルギ
を直流電源側で消費して常に低い電圧に保つことによっ
て、複数の直列接続された蓄電素子の端子間電圧を任意
の低い電圧に収束させることができる。（請求項１０）
【００１７】また、前記モニタ用蓄電素子の端子間電圧
を検出する電圧検出手段を設け、該電圧検出手段から求
めた蓄電素子の平均端子間電圧に応じて、前記直流電源
の電圧を設定することによって、スイッチング素子の電
流容量や直流電源の能力に応じて適切な直流電源の電圧
の設定が可能になる。（請求項１１）
【００１８】また、前記直流電源の出力電圧は、前記蓄
電素子の材質等に応じて定められる許容最高電圧と許容
最低電圧との間で設定されることによって、蓄電素子に
印加される電圧を当該蓄電素子の材質等に応じて定めら
れる許容最高圧と許容最低電圧との間に限定することに
よって、蓄電素子が破壊されるのを防止することができ
る。（請求項１２）
【００１９】また、前記第３のスイッチング素子のオフ
の期間のモニタ用蓄電素子の端子間電圧が所定の電圧を
越えた場合には、前記直列接続した複数の蓄電素子に対
する外部からの充電を停止する、および／又は警報を出
力することによって、蓄電素子に印加されている電圧が
当該蓄電素子の材質等に応じた過充電電圧以上になった
ことをオペレータに知らせると共に、イコライザ動作を
停止して、蓄電素子に印加されている電圧が許容最高電
圧よりさらに上昇するのを防止する。（請求項１３）
【００２０】また、前記第３のスイッチング素子のオフ
の期間のモニタ用蓄電素子の端子間電圧が所定の電圧以
下になった場合には、前記第１及び第２のスイッチング
素子のオン・オフ動作を停止する、および／又は警報を
出力することにより、例えば、蓄電素子に印加されてい
る電圧が当該蓄電素子の材質等に応じた放電終了電圧に
近づいたことをオペレータに知らせると共に、イコライ
ザ動作の停止により、蓄電素子に印加されている電圧が
放電終了電圧よりさらに下降するのを防止する。（請求
項１４）
【００２１】また、前記蓄電素子及び／又は電圧モニタ
用蓄電素子は電気二重層コンデンサにすることによっ
て、大容量のコンデンサを電池の代わりに使用すること
ができる。（請求項１５）
【００２２】また、前記第３のスイッチング素子はリレ
ーで構成することによって、該リレーのオフ動作を行わ
せるタイミングをイコライザコントローラから容易に制
御できる。（請求項１６）
【００２３】また、相互に電磁結合した複数の巻線のそ
れぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、
複数のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続して複
数の閉回路を構成する電圧イコライザ装置において、前
記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該基
準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直列
接続し、さらに、基準電圧巻線と第２のスイッチング素
子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を接続すると共
に、前記直流電源の電圧がモニタ用蓄電素子の端子間電
圧よりも大きい場合に順方向にバイアスされて、前記基
準電圧巻線に電流を供給するダイオードとを備え、前記
複数の第１および第２のスイッチング素子は全て同期し
てオン・オフさせる構成とすることによって、直列接続
した複数の蓄電素子から直流電源側にエネルギーを引き
抜く必要がない用途の場合に装置を簡単化できる。（請
求項１７）
【００２４】また、直列接続した複数の蓄電素子と前記
直流電源とを直列接続して構成して全体の直流出力を外
部電源や外部負荷に接続することもできる。（請求項１
８）
【００２５】また、相互に電磁結合した複数の巻線のそ
れぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、
複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
した複数の閉回路と、前記複数の巻線と電磁結合する基
準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線と直流電源と第２の
スイッチング素子との閉回路と、前記第１及び第２のス
イッチング素子を全て同期してオン・オフするコントロ
ーラとを少なくとも一体化したモジュールとすることに
よって、１個のモジュールの電圧及び電流を定格化する
ことが可能になり、複数のモジュールを使用することに
よって、容易に任意の電圧及び電流容量のシステムを構
成することができる。（請求項１９）
【００２６】また、前記直流電源は双方向コンバータで
構成し、前記入出力の一方を前記モニタ用蓄電素子に接
続すると共に、他方を電池に接続することによって、直
流電源の電圧を変化させて複数の直列接続された蓄電素
子の端子間電圧を現在の電圧よりも下げるときに、エネ
ルギの吸収（消費）が容易に行えるので、特に有効な制
御ができるシステムが得られる。（請求項２０）
【００２７】また、前記複数の蓄電素子の各々は複数の
充放電特性の異なる蓄電素子を並列接続した構成とする
ことによって、充電時及び放電時の過渡時の負荷特性等
に適した電流を流すことができる。（請求項２１）
【００２８】また、相互に電磁結合した複数の巻線それ
ぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、複
数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続し
て複数の閉回路を構成し、前記複数の巻線と電磁結合す
る基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線に直流電源と第
２のスイッチング素子を直列接続し、さらに、前記基準
電圧巻線と第２のスイッチング素子の直列接続端子間に
モニタ用蓄電素子を接続すると共に、前記直流電源と前
記基準電圧巻線の接続を遮断する第３のスイッチング素
子を設け、前記弟１及び第２のスイッチング素子は全て
同期してオン・オフさせ、第３のスイッチング素子は電
圧のモニタをする時のみオフさせることを特徴とする蓄
電素子の電圧イコライザ装置において、前記蓄電素子の
端子間電圧が目標値から所定以上差がある場合、外部電
源からの充電によって急速に所定値まで、充電し、その
後第１及び第２のスイッチング素子をオン・オフ動作さ
せて、目標値に制御することによって、システムの立ち
上げ時等の蓄電素子の端子間電圧が低く、目標値から所
定以上差があるときには、該蓄電素子の充電が不足して
いるので、外部電源によって急速に目標値の近傍（９５
％程度が望ましいが、必ずしもこの値でなくとも良
い。）まで充電した後にイコライザ動作を開始し、電圧
イコライザ装置の充電機能により徐々に目標値まで充電
するのが合理的である。（請求項２２）
【００２９】また、相互に電磁結合した複数の巻線のそ
れぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、
複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
して複数の閉回路を構成し、前記複数の巻線と電磁結合
する基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線に直流電源と
第２のスイッチング素子を直列接続し、さらに、前記基
準電圧巻線と第２のスイッチング素子の直列接続端子間
にモニタ用蓄電素子を接続すると共に、前記直流電源と
前記基準電圧巻線の接続を遮断する第３のスイッチング
素子を設け、前記第１及び第２のスイッチング素子は全
て同期してオン・オフさせ、第３のスイッチング素子は
電圧のモニタをする時のみオフさせることを特徴とする
蓄電素子の電圧イコライザ装置において、前記蓄電素子
の端子間電圧が目標値から所定以上差がある場合、前記
直流電源の電圧を前記モニタされた蓄電素子の平均電圧
近傍に設定して、第１及び第２のスイッチング素子をオ
ン・オフ動作させながら、徐々に直流電源の電圧を目標
値に近づける制御することによって、スイッチング素子
の電流容量や直流電源の能力に応じた無理のない適切な
蓄電素子の端子間電圧の変更が可能になる。（請求項２
３）
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の基本的な回路構成
を示す図であって、図１において、P1〜PnはトランスT
によって電磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の
第１のスイッチング素子である。E1〜Enは直列接続され
た蓄電素子であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層
コンデンサ等の蓄電要素によって構成され、該スイッチ
ング素子S1〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそ
れぞれ直列接続されて複数の閉回路を構成している。ま
た、該複数の直列接続された蓄電素子E1〜Enの直列接続
端子＋，−は外部充電回路及び／又は負荷に接続されて
いる。
【００３１】また、Ppは前記複数の巻線P1〜Pnとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Spを介
して直流電源Epに直列接続されて閉回路を構成してい
る。該直流電源Epは、出力電圧Vxを可変できる可変直流
電源である。
【００３２】図１の回路において、図示されないコント
ローラからの信号によって、第１のスイッチング素子S1
〜Sn及び第２のスイッチング素子Spを同時にオン・オフ
することによって、該スイッチングの期間に複数の蓄電
素子E1〜En又は直流電源の内の端子電圧の高いものから
の放電電流によって電磁結合されているトランスを介し
て、複数の蓄電素子E1〜En又は直流電源の内の端子電圧
の低いものへ充電電流が流れる作用がスイッチング素子
のオン・オフの度に繰り返されて、複数の蓄電素子E1〜
En又は直流電源の内の端子電圧が均等化される。
【００３３】この回路において、理解し易くするため
に、各巻線のターン数が同じものとして説明を行う。直
流電源Epの出力電圧を複数の蓄電素子の端子間電圧の平
均値電圧よりも高く設定すると、電磁結合されているト
ランスTを介してエネルギは直流電源Epから供給される
ことになるので、結果として複数の蓄電素子の端子間電
圧の平均値を上昇させることができる。
【００３４】また、上記とは逆に、直流電源Epの出力電
圧を複数の蓄電素子の端子間電圧の平均値電圧よりも低
く設定すると、電磁結合されているトランスTを介して
エネルギは直流電源Ep以外から供給され、直流電源Epに
対する充電エネルギになるので、結果として複数の蓄電
素子の端子間電圧の平均値を下降させることができる。
【００３５】上記蓄電素子の端子間電圧の上昇又は下降
の動作は直流電源からのエネルギの供給又は直流電源に
よるエネルギの吸収によって行われるのであるが、スイ
ッチング素子の電流容量や直流電源の容量を大きくする
ことは経済的に望ましくないので、複数の蓄電素子の端
子間電圧の平均値と直流電源の電圧Vxとの差は小さく設
定して、電圧の平均化を図りつつ徐々に直流電源の出力
電圧を可変して目標値に収束させるのが望ましい。
【００３６】本発明の蓄電素子電圧の均等化動作を従来
のフライバック型及びフォワード型の場合との対比を図
２を用いて説明する。図２の(a)は従来のフライバック
型の電圧均等化作用を繰り返した場合の時間の変化に応
じた各蓄電素子の端子間電圧の変化を示したものであ
る。図では、△，□及び○は例えば３個の蓄電素子が直
列接続されている場合の各蓄電素子の端子間電圧を示し
ている。（ここでは、説明のため、各蓄電素子の電圧の
差を大きく表示しているが、実際にはこれ程の差が生じ
ることはほとんどないものと思われる。）
【００３７】上記図２(a)を用いて複数の蓄電素子の端
子間電圧に差が存在する場合の均等化動作を説明する。
外部電源から供給されるエネルギをスイッチングにより
フライバックトランスに蓄え（励磁エネルギ）、蓄えら
れた励磁エネルギは一番電圧の低い蓄電素子○に集中し
て放出される。上記動作を続けることによって、蓄電素
子○の端子間電圧が蓄電素子□の端子間電圧まで上昇し
て等しくなると、励磁エネルギの放出は○と□に等分さ
れる。更に○と□の電圧が上昇して△と等しくなると励
磁エネルギは○、□及び△に分散して放出される。この
ように、フライバック型の場合は、スイッチングのオン
期間に蓄えられた励磁エネルギがスイッチングのオフの
期間に必ず放出されるため、蓄電素子の端子間電圧は時
間の経過とともに、確実に上昇を続け、図に示すように
蓄電素子の許容上限電圧を越えてしまう。
【００３８】図２の(b)は従来のフォワード型の電圧均
等化作用を繰り返した場合の時間の変化に応じた各蓄電
素子の端子間電圧の変化を示したものである。上記図２
の(b)では、複数の蓄電素子の端子間電圧に差が存在す
る場合には、高い端子間電圧の蓄電素子から低い端子間
電圧の蓄電素子にエネルギが供給される形（図では、△
から○の蓄電素子へ）で均等化動作が行われる。更に、
全ての蓄電素子の端子間電圧が等しくなった後も、スイ
ッチング素子のオン・オフによる均等化動作が継続され
た場合には、外部からのエネルギの供給がないのに、均
等化動作に伴うスイッチング損失等によって損失が発生
するので、図に示すように蓄電素子の端子間電圧は下降
を続け、最終的には許容下限電圧以下になってしまうこ
とも有り得る。
【００３９】これに対して図２の(c）は本発明の電圧均
等化作用を繰り返した場合の時間の変化に応じた各蓄電
素子の端子間電圧の変化を示したものである。本発明の
電圧均等化回路では、上記△，□及び○の蓄電素子以外
に、基準電圧巻線に接続された目標値電圧Vxが存在する
ので、目標値電圧を図２(c)の如く蓄電素子の上限電圧
の僅か下に設定しておけば、スイッチング動作を繰り返
した場合には、その目標値電圧に全ての蓄電素子の端子
間電圧が収束することになる。なお、基準電圧巻線Ppと
複数の巻線P1〜Pnの巻数は、必ずしも同一にする必要が
なく、直流電源Epの電圧により任意に設定可能である。
【００４０】図３は本発明の第２の実施の形態を示す図
である。図３において、P1〜PnはトランスTによって電
磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の第１のスイ
ッチング素子である。E1〜Enは直列接続された蓄電素子
であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層コンデンサ
等の蓄電要素によって構成され、該スイッチング素子S1
〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそれぞれ直列
接続されて複数の閉回路を構成している。また、該複数
の直列接続された蓄電素子E1〜Enの直列接続端子＋，−
は図示されない外部充電回路及び／又は負荷に接続され
ている。
【００４１】また、Ppは前記複数の巻線P1〜Pnとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Sp及び
電圧モニタ用スイッチング素子Smを介して直流電源Epに
直列接続されて閉回路を構成している。また、基準電圧
巻線Ppと第２のスイッチング素子Spとに電圧モニタ用蓄
電素子Cとを直列接続した別の閉回路を構成している。
そして、直流電源Epは、出力電圧Vxを可変できる可変直
流電源電源である。
【００４２】図３において、電圧モニタ用スイッチング
素子Smは、直列接続された複数の蓄電素子の端子間電圧
の平均値電圧をモニタする場合にオフされ（このモニタ
用スイッチング素子がオフされるのは、蓄電素子の端子
間電圧の平均値の測定が必要になったときであって、そ
の周期は電圧均等化装置が適用される用途によって異な
るものであるが、電圧を均等化するための第１及び第２
のスイッチング素子のオン・オフの動作周期に対して非
常に大きいものである。）、通常の第１及び第２のスイ
ッチング素子のオン・オフ動作による電圧均等化動作中
はオンになっている。
【００４３】この回路において、モニタ用スイッチング
素子Smをオフした場合に複数の直列接続された蓄電素子
E1〜Enの端子間電圧の平均値が検出できるのは以下の現
象によるものである。モニタ用スイッチング素子Smがオ
フされた状態で、第１及び第２のスイッチング素子をオ
ン・オフさせて電圧均等化動作を行うと、モニタ用蓄電
素子Cと第２のスイッチング素子Sp及び基準電圧巻線Pp
との直列接続された閉回路は蓄電素子素子E1〜Enと第１
のスイッチング素子S1〜Snと巻線P1〜Pnとの直列接続に
よる閉回路と等価になって、複数の蓄電素子E1〜Enとモ
ニタ用蓄電素子Cとの端子間電圧は均等化されているの
で、モニタ用蓄電素子の端子間電圧を検出することによ
って、複数の蓄電素子E1〜Enの端子間電圧の平均値の検
出が行なうことができる。
【００４４】図３の回路において、図示されないコント
ローラからの信号によって、第１のスイッチング素子S1
〜Sn及び第２のスイッチング素子Spを同時にオン・オフ
することによって、該スイッチング素子の期間に複数の
蓄電素子E1〜En又は直流電源の内の端子電圧の高ものか
らの放電電流が、電磁結合しているトランスTを介し
て、複数の蓄電素子E1〜En又は直流電源の内の端子電圧
の低いものへ充電電流として流れる作用がスイッチング
素子のオン・オフの度に繰り返されて、複数の蓄電素子
E1〜En又は直流電源の内の端子電圧が均等化されること
は図１の場合と同様である。
【００４５】この回路において、直流電源Epの出力電圧
を複数の蓄電素子の端子間電圧の平均値電圧よりも高く
設定すると、直流電源Epからエネルギが供給されること
になるので、結果として複数の蓄電素子の端子間電圧の
平均値を上昇させることができる。
【００４６】また、上記とは逆に、直流電源Epの出力電
圧を複数の蓄電素子の端子間電圧の平均値電圧よりも低
く設定すると、直流電源Ep以外からエネルギが供給さ
れ、直流電源Epに対する充電エネルギになるので、結果
として複数の蓄電素子の端子間電圧の平均値を下降させ
ることができる。
【００４７】上記蓄電素子の端子間電圧の上昇又は下降
の動作は直流電源からのエネルギの供給又は直流電源に
よるエネルギの吸収によって行われるのであるが、スイ
ッチング素子の電流容量や直流電源の容量を大きくする
ことは経済的に望ましくないので、複数の蓄電素子の端
子間電圧の平均値と直流電源の電圧Vxとの差は小さく設
定して、電圧の平均化を図りつつ徐々に直流電源の出力
電圧を可変して目標値に収束させるのが望ましい。
【００４８】図４は本発明の第３の実施の形態を示す図
である。図４において、P1〜PnはトランスTによって電
磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の第１のスイ
ッチング素子である。E1〜Enは直列接続された蓄電素子
であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層コンデンサ
等の蓄電要素によって構成され、該スイッチング素子S1
〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそれぞれ直列
接続されて複数の閉回路を構成している。また、該複数
の直列接続された蓄電素子E1〜Enの直列接続端子＋，−
は図示されない外部充電回路及び／又は負荷に接続され
ている。
【００４９】また、Ppは前記複数の巻線P1〜PNとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Sp及び
電圧モニタ用スイッチング素子Smを介して直流電源Epに
直列接続されて閉回路を構成している。また、基準電圧
巻線Ppと第２のスイッチング素子Spとに電圧モニタ用蓄
電素子Cとを直列接続した別の閉回路を構成している。
そして、直流電源Epは、出力電圧Vxを可変できる可変直
流電源電源である。
【００５０】図４において、Contは本発明の回路のイコ
ライザ動作，警報信号の送出及び上位装置であるシステ
ムコントローラSisとの信号の送受を行うイコライザコ
ントローラであり、該イコライザコントローラContは以
下の制御を行う。前記イコライザコントローラContから
のパルス信号によって、第１及び第２のスイッチング素
子S1〜Sn及びSpを周期的にオン・オフさせて複数の直列
接続された蓄電素子E1〜Enの端子間電圧の均等化を図
る。また、前記イコライザコントローラからの開閉制御
信号に応じて、モニタ用スイッチング素子Smをオフにし
た状態でモニタ用蓄電素子の端子間電圧の検出を行うこ
とによって、複数の蓄電素子E1〜Enの平均端子間電圧の
検出を行い、該検出電圧によって、複数の蓄電素子E1か
らEnの平均端子間電圧が所定よりも高くなったり、低く
なったことが検出された場合には、システムコントロー
ラに対して警報信号を出力したり、装置に何等かの故障
が生じたものと判断して、第１及び第２のスイッチング
素子S1〜Sn及びSpに対するパルス信号を停止してイコラ
イザ動作を停止する。
【００５１】また、前記イコライザコントローラContか
らの出力電圧制御信号によって、前記直流電源の電圧を
可変するに際しては、前記蓄電素子の端子間電圧の上昇
又は下降の動作は直流電源からのエネルギの供給又は直
流電源によるエネルギの吸収によって行われるのである
から、スイッチング素子の電流容量や直流電源の容量を
大きくすることは経済的に望ましくないので、複数の蓄
電素子の端子間電圧の平均値と直流電源の電圧Vxとの差
は極小さく設定して、電圧の平均化を図りつつ徐々に直
流電源の出力電圧を可変して目標値に収束させるのが望
ましい。
【００５２】また、前記イコライザコントローラContか
らの種々の信号を送受するシステムコントローラSisは
図示しないハイブリット車，システムハウス，無人の中
継・観測装置に対しての制御信号の送受を行う。
【００５３】図５は本発明の第４の実施の形態を示す図
である。図５において、P1〜PnはトランスTによって電
磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の第１のスイ
ッチング素子である。E1〜Enは直列接続された蓄電素子
であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層コンデンサ
等の蓄電要素によって構成され、該スイッチング素子S1
〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそれぞれ直列
接続されて複数の閉回路を構成している。また、該複数
の直列接続された蓄電素子E1〜Enの直列接続端子＋，−
は外部充電回路及び／又は負荷に接続されている。
【００５４】また、Ppは前記複数の巻線P1〜PNとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Sp及び
電圧モニタ用スイッチング素子Smを介して直流電源Epに
直列接続されて閉回路を構成している。また、基準電圧
巻線Ppと第２のスイッチング素子Spとに電圧モニタ用蓄
電素子Cとを直列接続した別の閉回路を構成している。
そして、直流電源Epは、出力電圧Vxを可変できる可変直
流電源である。
【００５５】図５においては、直流電源Epの構成を詳細
に示している。図５では、複数の直列接続された蓄電素
子の直列接続端子間＋及び−間に負荷及び又は充電器が
接続されている。また、直流電源を双方向コンバータと
該双方向コンバータの電源として接続された副バッテ
リ、電流制限手段及び駆動トランスにて構成している。
該構成で、双方向コンバータはイコライザコントローラ
からの制御信号に応じてオン・オフ動作を行うことによ
って、双方向コンバータの基準電圧巻線側の出力電圧を
自由に制御できると共に、副バッテリに充電するという
形で複数の直列接続された複数の蓄電素子E1〜Enからの
エネルギの吸収もできる。（エネルギの吸収を行うとい
うことは、複数の直列接続された蓄電素子の平均端子間
電圧を所定の値に低下することが可能になる。）
【００５６】図６は本発明の第５の実施の形態を示す図
である。図６において、P1〜PnはトランスTによって電
磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の第１のスイ
ッチング素子である。E1〜Enは直列接続された蓄電素子
であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層コンデンサ
等の蓄電要素によって構成され、該スイッチング素子S1
〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそれぞれ直列
接続されて複数の閉回路を構成している。
【００５７】また、Ppは前記複数の巻線P1〜PNとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Spを介
して直流電源Epに直列接続されて閉回路を構成してい
る。
【００５８】この実施の形態の特徴は、前記直列接続さ
れた複数の蓄電素子と前記直流電源とが直列接続されて
いることである。そして、直列接続された端子＋、−間
に図１と同様に図示されていない外部充電回路及び／又
は負荷に接続されている。このように構成することによ
って、システムの適用の融通性を上げることができる。
【００５９】図７は本発明の第６の実施の形態を示す図
である。図７において、P1〜PnはトランスTによって電
磁結合された複数の巻線で、S1〜Snは複数の第１のスイ
ッチング素子である。E1〜Enは直列接続された蓄電素子
であって、該蓄電素子は電池又は電気二重層コンデンサ
等の蓄電要素によって構成され、該スイッチング素子S1
〜Snと、巻線P1〜Pn及び蓄電素子E1〜Enはそれぞれ直列
接続されて複数の閉回路を構成している。また、該複数
の直列接続された蓄電素子E1〜Enの直列接続端子＋，−
は図示されない外部充電回路及び／又は負荷に接続され
ている。
【００６０】また、Ppは前記複数の巻線P1〜Pnとトラン
スTによって電磁結合されている基準電圧巻線であっ
て、該基準電圧巻線Ppは第２のスイッチング素子Spを介
して直流電源Epに直列接続されて閉回路を構成してい
る。また、基準電圧巻線Ppと第２のスイッチング素子Sp
とに電圧モニタ用蓄電素子Cとを直列接続した別の閉回
路を構成している。そして、直流電源Epは、出力電圧Vx
を可変できる可変直流電源電源である。
【００６１】この実施の形態の特徴は、前記直流電源と
モニタ用蓄電素子との間にダイオードDが直列接続され
ていることである。なお、ダイオードの接続位置は図７
で点線でダイオードが示されている位置でも良いことは
明らかである。このダイオードDが存在することによっ
て、前記直流電源の電圧がモニタ用蓄電素子の端子間電
圧よりも大きい場合に順方向にバイアスされることにな
るので、前記複数の第１および第２のスイッチング素子
は全て同期してオン・オフさせる構成とすることによっ
て、直列接続した複数の蓄電素子から直流電源側にエネ
ルギーを引き抜く必要がない用途の場合に装置を簡単化
できる。
【００６２】この場合のモニタ用蓄電素子の端子間電圧
のモニタ機能は、直流電源Epの端子間電圧よりもモニタ
用蓄電素子の端子間電圧の方が高い場合（図では示され
ていない外部充電器、発電機等からの充電により直列接
続した複数の蓄電素子の端子間電圧が直流電源Epの端子
間電圧よりも高い場合）には、ダイオードには電流が流
れることはない。このため、モニタ用蓄電素子の端子間
電圧は直列接続した複数の蓄電素子の端子間電圧を現し
ているので、これを測定することによってモニタが可能
である。
【００６３】
【発明の効果】請求項１に記載の発明では、相互に電磁
結合した複数の巻線それぞれと、直列接続した複数の蓄
電素子それぞれと、複数の第１のスイッティング素子の
それぞれとを直列接続して複数の閉回路を構成する電圧
イコライザ装置において、前記複数の巻線と電磁結合す
る基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線に直流電源と第
２のスイッチング素子を直列接続し、前記弟１及び第２
のスイッチング素子は全て同期してオン・オフすること
によって、直流電源の電圧に全ての蓄電素子の端子間電
圧が収束されるので、蓄電素子に対する過充電及び過放
電の恐れがなく、且つ均等化を実施しながら、直列接続
された複数の蓄電素子の端子間電圧を最終目標値に収束
させることができる。
【００６４】また、請求項２に記載の発明では、直列接
続した複数の蓄電素子と前記直流電源とを直列接続して
構成して全体の直流出力を外部電源や外部負荷に接続す
ることも可能で、システムの運用に有効である。
【００６５】また、請求項３に記載の発明では、前記直
流電源の出力電圧を可変することによって、複数の直列
接続された蓄電素子の端子間電圧を単に平均化するのみ
でなく、平均化動作を行いながら、直流電源の電圧の設
定に応じた任意の電圧に収束させることができる。
【００６６】また、請求項４に記載の発明では、前記直
流電源は、前記直列接続した複数の蓄電素子に対して電
力を供給できると共に、該直列接続した複数の蓄電素子
からの電力を消費できる装置を備えた双方向性を有する
ことによって、複数の直列接続された蓄電素子の端子間
電圧を現在の電圧よりも上昇させることも低下させるこ
とも簡単にできる。
【００６７】また、請求項５に記載の発明では、前記直
列接続された複数の蓄電素子の端子間電圧を検出する電
圧検出手段を設け、該電圧検出手段から求めた蓄電素子
の平均端子間電圧に応じて、前記直流電源の電圧を設定
することによって、蓄電素子の端子間電圧の上昇を徐々
に行うことが可能になるので、スイッチング素子の電流
容量や直流電源の容量を増加させることなく、小さい容
量のスイッチング素子や直流電源を用いて、直列接続さ
れた複数の蓄電素子の端子間電圧を最終目標値に収束さ
せることができる。
【００６８】また、請求項６に記載の発明では、前記直
流電源の出力電圧を、前記蓄電素子の材質等に応じて定
められる許容最高電圧と許容最低電圧との間で設定され
ることによって、直列接続された複数の蓄電素子に対す
る特別の保護回路を設けることなく、端子間電圧を最終
目標値に収束させることができ、蓄電素子の短命化を防
止でき、且つ、発熱等による蓄電素子の破損を防止でき
る。
【００６９】また、請求項７に記載の発明では、相互に
電磁結合した複数の巻線のそれぞれと、直列接続した複
数の蓄電素子のそれぞれと、複数の第１のスイッティン
グ素子のそれぞれとを直列接続して複数の閉回路を構成
する電圧イコライザ装置において、前記複数の巻線と電
磁結合する基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線に直流
電源と第２のスイッチング素子を直列接続し、さらに、
前記基準電圧巻線と第２のスイッチング素子の直列接続
端子間にモニタ用蓄電素子を接続すると共に、前記直流
電源と前記基準電圧巻線の接続を遮断する第３のスイッ
チング素子を設け、前記第１及び第２のスイッチング素
子は全て同期してオン・オフさせ、第３のスイッチング
素子は電圧のモニタをする時のみオフさせることによっ
て、直列接続された複数の蓄電素子の平均端子間電圧を
イコライザコントローラに取り込んで容易に検出するこ
とができる。
【００７０】また、請求項８に記載の発明では、直列接
続した複数の蓄電素子と前記直流電源とを直列接続して
構成して全体の直流出力を外部電源や外部負荷に接続す
ることも可能で、システムの運用に有効である。
【００７１】また、請求項９に記載の発明では、前記直
流電源は電圧を可変できるようにすることによって、検
出された複数の蓄電素子の平均端子間電圧を用いて直流
電源の電圧を適切に可変できるので、イコライザコント
ローラによって、複数の直列接続された蓄電素子の端子
間電圧を任意の電圧にスイッチング素子に負担をかけず
に収束させることができる。
【００７２】また、請求項１０に記載の発明では、前記
直流電源は、該直流電源に対して電力を供給できると共
に、該直流電源からの電力を吸収できる装置を備えた双
方向性を有することによって、検出された複数の蓄電素
子の平均端子間電圧よりも直流電源の電圧を低い電圧に
設定した際に、複数蓄電素子からのエネルギを直流電源
を逆動作させることによって消費して常に低い電圧に保
つことによって、複数の直列接続された蓄電素子の端子
間電圧を任意低い電圧に容易に収束させることができ
る。
【００７３】また、請求項１１に記載の発明では、前記
モニタ用蓄電素子の端子間電圧を検出する電圧検出手段
を設け、該電圧検出手段から求めた蓄電素子の平均端子
間電圧をイコライザコントローラに与えることによっ
て、該イコライザコントローラでその時の検出電圧に応
じて、前記直流電源の電圧を設定することによって、ス
イッチング素子の電流容量や直流電源の能力に応じて適
切な直流電源の電圧の設定が可能になる。
【００７４】また、請求項１２に記載の発明では、前記
直流電源の出力電圧は、前記蓄電素子の材質等に応じて
定められる許容最高電圧と許容最低電圧との間で設定さ
れることによって、蓄電素子に印加される電圧を当該蓄
電素子の材質等に応じて定められる許容最高電圧と許容
最低電圧との間に限定することによって、特別の保護回
路を設けることなく、端子間電圧を最終目標値に収束さ
せることができ、蓄電素子の短命化を防止でき、且つ、
発熱等による蓄電素子の破損を防止できる。
【００７５】また、請求項１３に記載の発明では、前記
第３のスイッチング素子のオフの期間のモニタ用蓄電素
子の端子間電圧が所定の電圧を越えた場合には、前記第
１及び第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を停止
し／又は警報を出力することによって、蓄電素子に印加
されている電圧が当該蓄電素子の材質等に応じた過充電
電圧以上になったことをオペレータに知らせると共に、
イコライザ動作を停止して、蓄電素子に印加されている
電圧が過充電電圧からさらに上昇して、蓄電素子が短命
化するのを防止でき、且つ、蓄電素子の発熱等による蓄
電素子の破損を防止できる。
【００７６】また、請求項１４に記載の発明では、前記
第３のスイッチング素子のオフの期間のモニタ用蓄電素
子の端子間電圧が所定の電圧以下になった場合には、前
記第１及び第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を
停止し／又は警報を出力すること蓄電素子に印加されて
いる電圧が当該蓄電素子の材質等に応じた放電終了電圧
以上になったことをオペレータに知らせると共に、イコ
ライザ動作を停止して、蓄電素子に印加されている電圧
が放電終了電圧からさらに下降するのを防ぎ、蓄電素子
が最終放電電圧以下になることによって短命化するのを
防止する。
【００７７】また、請求項１５に記載の発明では、前記
蓄電素子及び／又は電圧モニタ用蓄電素子は電気二重層
コンデンサにすることによって、大容量のコンデンサを
電池の代わりに使用することができ、特に電圧モニタ用
蓄電素子に電気二重層コンデンサを適用した場合には、
大容量であるため安定した電圧の検出が可能である。
【００７８】また、請求項１６に記載の発明では、前記
第３のスイッチング素子はリレーで構成することによっ
て、蓄電素子の端子間電圧の検出のための、リレーのオ
フ動作を行わせるタイミングをイコライザコントローラ
から容易に制御できる。
【００７９】また、請求項１７に記載の発明では、相互
に電磁結合した複数の巻線のそれぞれと、直列接続した
複数の蓄電素子のそれぞれと、複数のスイッチング素子
のそれぞれとを直列接続して複数の閉回路を構成する電
圧イコライザ装置において、前記複数の巻線と電磁結合
する基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線に直流電源と
第２のスイッチング素子を直列接続し、さらに、基準電
圧巻線と第２のスイッチング素子の直列接続端子間にモ
ニタ用蓄電素子を接続すると共に、前記直流電源の電圧
がモニタ用蓄電素子の端子間電圧よりも大きい場合に順
方向にバイアスされて、前記基準電圧巻線に電流を供給
するダイオードとを備え、前記複数の第１および第２の
スイッチング素子は全て同期してオン・オフさせる構成
とすることによって、直列接続した複数の蓄電素子から
直流電源側にエネルギーを引き抜く必要がない用途の場
合に装置を簡単化できる。
【００８０】また、請求項１８に記載の発明では、直列
接続した複数の蓄電素子と前記直流電源とを直列接続し
て構成して全体の直流出力を外部電源や外部負荷に接続
することもでき、システムの運用に融通性が広がる。
【００８１】また、請求項１９に記載の発明では、相互
に電磁結合した複数の巻線のそれぞれと、直列接続した
複数の蓄電素子のそれぞれと、複数の第１のスイッティ
ング素子を直列接続した複数の閉回路と、前記複数の巻
線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該基準電圧巻線
と直流電源と第２のスイッチング素子との閉回路と、前
記弟１及び第２のスイッチング素子を全て同期してオン
・オフするコントローラの最小限の要素を一体化したモ
ジュールとすることによって、１個のモジュールの電圧
及び電流を定格化して、複数のモジュールを使用するこ
とによって、容易に任意の電圧及び電流容量のシステム
を構成することができる。
【００８２】また、請求項２０に記載の発明では、前記
直流電源は双方向コンバータで構成し、前記入出力の一
方を基準電圧巻線側の蓄電素子に接続すると共に、他方
を電池に接続することによって、直流電源の電圧を変化
させて複数の直列接続された蓄電素子の端子間電圧を現
在の電圧〜上下に自由に変化できるが、特に下げるとき
に、エネルギの吸収が容易に行えるので、特に有効な制
御ができるシステムが得られる。
【００８３】また、請求項２１に記載の発明では、前記
蓄電素子は複数の充放電特性の異なる蓄電素子を適宜組
合わせて並列接続した構成とすることによって、充電時
及び放電時の過渡時の負荷特性等に適した電流を流すこ
とができる。つまり、充電又は放電時の過渡電流が大き
いときは、内部抵抗が小さく、大電流を流すことのでき
る電気二重層コンデンサが有効に機能し、その後、内部
抵抗が大きく、大電流の流れにくい電池が徐々に電流を
流すことで、有効に機能する結果、これらの組み合わせ
によりそれぞれの長所を利用できることになる。
【００８４】また、請求項２２に記載の発明では、相互
に電磁結合した複数の巻線のそれぞれと、直列接続した
複数の蓄電素子のそれぞれと、複数の第１のスイッティ
ング素子のそれぞれとを直列接続して複数の閉回路を構
成し、前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設
け、該基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素
子を直列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のス
イッチング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を
接続すると共に、前記直流電源と前記基準電圧巻線の接
続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前記弟１
及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン・オフ
させ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄電素子
の端子間電圧をモニタする時にオフさせることを特徴と
する蓄電素子の電圧イコライザ装置において、前記蓄電
素子の端子間電圧が目標値から所定以上差がある場合、
外部電源からの充電によって急速に所定値まで複数の蓄
電素子を充電し、その後第１及び第２のスイッチング素
子をオン・オフ動作させて、目標値に制御することによ
って、システムの立ち上げ時等の蓄電素子の端子間電圧
が低く、目標値から所定以上差があるときには、該蓄電
素子の容量が大きいので、外部電源によって急速に目標
値の近傍まで充電した後にイコライザ動作を開始するの
が合理的である。
【００８５】また、請求項２３に記載の発明では、相互
に電磁結合した複数の巻線それぞれと、直列接続した複
数の蓄電素子のそれぞれと、複数の第１のスイッティン
グ素子のそれぞれとを直列接続して複数の閉回路を構成
し、前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設
け、該基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素
子を直列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のス
イッチング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を
接続すると共に、前記直流電源とモニタ用蓄電素子との
接続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前記第
１及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン・オ
フさせ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄電素
子の端子間電圧をモニタする時にオフさせることを特徴
とする蓄電素子の電圧イコライザ装置において、前記蓄
電素子の端子間電圧が目標値から所定以上差がある場
合、前記直流電源の電圧を前記モニタされた蓄電素子の
平均電圧近傍で、且つ、目標値側に設定して、第１及び
第２のスイッチング素子をオン・オフ動作させながら、
徐々に直流電源の電圧を目標値に近づける制御すること
によって、スイッチング素子の電流容量や直流電源の容
量を大きくすることなく、能力に応じた無理のな適切な
蓄電素子の端子間電圧の変更が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の基本的な回路構成（第１の実施
の形態）を示す図である。
【図２】図２は本発明の動作を説明するための図であ
る。
【図３】図３は本発明の第２の実施の形態による回路構
成を示す図である。
【図４】図４は本発明の第３の実施の形態による回路構
成を示す図である。
【図５】図５は本発明の第４の実施の形態を示す図であ
る。
【図６】図６は本発明の第５の実施の形態を示す図であ
る。
【図７】図７は本発明の第６の実施の形態を示す図であ
る。
【図８】従来のフライバック型のイコライザ回路を示す
図である。
【図９】従来のフォワード型のイコライザ回路を示す図
である。
【符号の説明】
Ｔ トランス P1〜Pn 巻線 Pp 基準電圧巻線 S1〜Sn 第１のスイッチング素子 Sp 第２のスイッチング素子 Sm 第３のスイッチング素子 E1〜En 蓄電素子 Ep 直流電源 C モニタ用蓄電素子 D ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 光徳 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (72)発明者 安沢 精一 長野県長野市稲里町下氷鉋1163番地 長野 日本無線株式会社内 (72)発明者 西澤 博史 長野県長野市稲里町下氷鉋1163番地 長野 日本無線株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 DA12 GA01 GB03 5G065 DA04 GA09 HA16 MA10 NA09 5H030 AA00 AS08 BB21 FF44 5H730 AA11 AS08 AS17 BB23 BB43 BB57 BB86 BB88 DD04 DD23 EE07 EE13 EE19 EE65 EE73 EE76 FG01 XX15 XX35

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれ
    ぞれと、 直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、 複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
    して複数の閉回路を構成する電圧イコライザ装置におい
    て、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直
    列接続し、前記複数の第１及び第２のスイッチング素子
    は全て同期してオン・オフすることを特徴とする蓄電素
    子の電圧イコライザ装置。
  2. 【請求項２】 前記直列接続した複数の蓄電素子と前記
    直流電源とを直列接続して構成したことを特徴とする請
    求項１に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  3. 【請求項３】 前記直流電源は電圧を可変できることを
    特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電素子の電圧イコ
    ライザ装置。
  4. 【請求項４】 前記直流電源は、前記直列接続した複数
    の蓄電素子に対して電力を供給できると共に、該直列接
    続した複数の蓄電素子からの電力を吸収できる装置を備
    えた双方向性を有することを特徴とする請求項１〜３の
    いずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  5. 【請求項５】 前記直列接続された複数の蓄電素子の端
    子間電圧を検出する電圧検出手段を設け、該電圧検出手
    段から求めた蓄電素子の平均端子間電圧に応じて、前記
    直流電源の電圧を設定することを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装
    置。
  6. 【請求項６】 前記直流電源の出力電圧は、前記蓄電
    素子の材質等に応じて定められる許容最高電圧と許容最
    低電圧との間で設定されることを特徴とする請求項１〜
    ５のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装
    置。
  7. 【請求項７】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれぞ
    れと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、複数
    の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続して
    複数の閉回路を構成する電圧イコライザ装置において、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直
    列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のスイッチ
    ング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を接続す
    ると共に、前記直流電源と前記モニタ用蓄電素子との接
    続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前記複数
    の第１及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン
    ・オフさせ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄
    電素子の端子間電圧をモニタする時にオフさせることを
    特徴とする蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  8. 【請求項８】 前記直列接続した複数の蓄電素子と前記
    直流電源とを直列接続して構成したことを特徴とする請
    求項７に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  9. 【請求項９】 前記直流電源は電圧を可変できることを
    特徴とする請求項７又は８に記載の蓄電素子の電圧イコ
    ライザ装置。
  10. 【請求項１０】 前記直流電源は、前記直列接続した複
    数の蓄電素子に対して電力を供給できると共に、該直列
    接続した複数の蓄電素子からの電力を吸収できる装置を
    備えた双方向性を有することを特徴とする請求項７〜９
    のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記モニタ用蓄電素子の端子間電圧を
    検出する電圧検出手段を設け、該電圧検出手段から求め
    た複数の蓄電素子の平均端子間電圧に応じて、前記直流
    電源の電圧を設定することを特徴とする請求項７〜１０
    のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記直流電源の出力電圧は、前記蓄
    電素子の材質等に応じて定められる許容最高電圧と許容
    最低電圧との間で設定されることを特徴とする請求項７
    〜１１のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧イコライ
    ザ装置。
  13. 【請求項１３】 前記第３のスイッチング素子のオフの
    期間のモニタ用蓄電素子の端子間電圧が所定の電圧を越
    えた場合には、前記直列接続した複数の蓄電素子に対す
    る外部からの充電を停止する、および／又は警報を出力
    することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に
    記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  14. 【請求項１４】 前記第３のスイッチング素子のオフの
    期間のモニタ用蓄電素子の端子間電圧が所定の電圧以下
    になった場合には、前記第１及び第２のスイッチング素
    子のオン・オフ動作を停止する、および／又は警報を出
    力することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項
    に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  15. 【請求項１５】 前記蓄電素子及び／又は電圧モニタ用
    蓄電素子は電気二重層コンデンサであることを特徴とす
    る請求項１〜１４のいずれか１項に記載の蓄電素子の電
    圧イコライザ装置。
  16. 【請求項１６】 前記第３のスイッチング素子はリレー
    で構成したことを特徴とする請求項７から１５のいずれ
    か１項に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  17. 【請求項１７】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれ
    ぞれと、直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、複
    数のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続して複数
    の閉回路を構成する電圧イコライザ装置において、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直
    列接続し、さらに、基準電圧巻線と第２のスイッチング
    素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を接続すると
    共に、前記直流電源の電圧がモニタ用蓄電素子の端子間
    電圧よりも大きい場合に順方向にバイアスされて、前記
    基準電圧巻線に電流を供給するダイオードとを備え、前
    記複数の第１および第２のスイッチング素子は全て同期
    してオン・オフさせることを特徴とする蓄電素子の電圧
    イコライザ装置。
  18. 【請求項１８】 前記直列接続した複数の蓄電素子と前
    記直流電源とを直列接続して構成したことを特徴とする
    請求項１７に記載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  19. 【請求項１９】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれ
    ぞれと、 直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、 複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
    した複数の閉回路と、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線と直流電源と第２のスイッチング素子との
    閉回路と、 前記第１及び第２のスイッチング素子を全て同期してオ
    ン・オフするコントローラとを少なくとも一体化したこ
    とを特徴とする蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  20. 【請求項２０】 前記直流電源は双方向コンバータで構
    成し、前記双方向コンバータの入出力の一方を前記モニ
    タ用の蓄電素子に接続すると共に、他方を電池に接続す
    ることを特徴とする請求項７〜１８のいずれか１項に記
    載の蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  21. 【請求項２１】 前記複数の蓄電素子の各々は複数の充
    放電特性の異なる蓄電素子を並列接続した構成であるこ
    とを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の
    蓄電素子の電圧イコライザ装置。
  22. 【請求項２２】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれ
    ぞれと、 直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、 複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
    して複数の閉回路を構成し、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直
    列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のスイッチ
    ング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を接続す
    ると共に、前記直流電源と前記モニタ用蓄電素子との接
    続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前記弟１
    及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン・オフ
    させ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄電素子
    の端子間電圧をモニタする時にオフさせることを特徴と
    する蓄電素子の電圧イコライザ装置において、 前記蓄電素子の端子間電圧が目標値から所定以上差があ
    る場合、外部電源からの充電によって急速に所定値まで
    複数の蓄電素子を充電し、その後第１及び第２のスイッ
    チング素子をオン・オフ動作させて、目標値まで制御す
    ることを特徴とする蓄電素子の電圧均等化方法。
  23. 【請求項２３】 相互に電磁結合した複数の巻線のそれ
    ぞれと、 直列接続した複数の蓄電素子のそれぞれと、 複数の第１のスイッチング素子のそれぞれとを直列接続
    して複数の閉回路を構成し、 前記複数の巻線と電磁結合する基準電圧巻線を設け、該
    基準電圧巻線に直流電源と第２のスイッチング素子を直
    列接続し、さらに、前記基準電圧巻線と第２のスイッチ
    ング素子の直列接続端子間にモニタ用蓄電素子を接続す
    ると共に、前記直流電源と前記モニタ用蓄電素子との接
    続を遮断する第３のスイッチング素子を設け、前記第１
    及び第２のスイッチング素子は全て同期してオン・オフ
    させ、第３のスイッチング素子は前記モニタ用蓄電素子
    の端子間電圧をモニタする時にオフさせることを特徴と
    する蓄電素子の電圧イコライザ装置において、 前記蓄電素子の端子間電圧が目標値から所定以上差があ
    る場合、前記直流電源の電圧を前記モニタされた蓄電素
    子の平均電圧近傍で、かつ、目標値側に設定して、第１
    及び第２のスイッチング素子をオン・オフ動作させなが
    ら、直流電源の電圧を徐々に目標値に近づける制御する
    ことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化方法。
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