JP2004201361A - 蓄電素子の電圧均等化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも各蓄電素子Ba…に対応した複数の巻線2a…を有し、かつ各巻線2a…を各蓄電素子Ba…に直列接続したトランス2と、少なくとも各蓄電素子Ba…と各巻線2a…に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子3a…又はダイオード3da…と、ランダム信号Srを発生させるランダム信号発生回路4と、このランダム信号Srにより周波数Fp及び/又はパルス幅Wpがランダムに変動するパルス信号Spf,Sps,Spを生成してスイッチング素子3a…又はダイオード3da…に付与するパルス信号生成回路5x…を備える。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続した複数の蓄電素子の端子電圧を均等化するための蓄電素子の電圧均等化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド車には、複数の蓄電素子を直列接続したバッテリを搭載する。そして、このバッテリには、充電容量の確保及び各蓄電素子の長寿命化、さらには安全性等を考慮して、各蓄電素子の端子電圧を均等化する電圧均等化装置を備えている。
【0003】
従来、この種の電圧均等化装置としては、特開平11−176483号公報で開示されるパック電池に備える電圧均等化装置が知られている。この電圧均等化装置は、直列接続した複数の蓄電素子の出力電圧を均等化するために、一次コイルとスイッチングトランジスタが直列接続された回路に直流電圧を入力させ、当該スイッチングトランジスタをON−OFFさせるとともに、一次コイルと同じトランスの磁芯に巻回された複数の蓄電素子に対応する複数の二次コイルよりなるコンバータの二次出力でそれぞれの蓄電素子を充電させるものである。これにより、スイッチングトランジスタを周期的にON−OFFさせれば、二次コイルには、対応する電圧が誘起するとともに、複数の二次コイルは、共通の磁芯に接続されているため、複数の蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れ、結果として複数の蓄電素子の電圧が等しくなる。
【特許文献1】
特開平11−176483号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電圧均等化装置では、パルス信号(高周波信号)によりスイッチングトランジスタ(スイッチング素子)又はダイオードをスイッチングするため、伝導ノイズや放射ノイズ等のノイズが発生し、このノイズレベルは、スイッチング周波数(基準周波数)においてピークになる。そして、バッテリ(蓄電素子)は、各種負荷回路に給電してこれらの負荷回路を作動させるため、ノイズの進入は意図しない誤作動等のトラブルの原因となる。
【0005】
一方、電圧均等化装置は、バッテリに対して付加的に接続するため、電力容量は比較的少ない。したがって、電圧均等化装置におけるノイズの発生量も比較的少なく、従来では、電圧均等化装置に基づくノイズの発生についてはあまり重要視されず、ノイズフィルタを挿入するなどのノイズ対策の他は、有効なノイズ対策を行なっていなかった。
【0006】
しかし、ノイズは、基本的にトラブルの原因になるとともに、車載コンピュータは、安全性や性能等の面から、より高度化及び複雑化する傾向にあるため、たとえ僅かなノイズであっても、誤作動防止や安全性向上の観点からはできるだけ低減することが望ましい。
【0007】
本発明は、このような要請に応えたものであり、ノイズの影響を効果的に低減し、特に、車載バッテリ等に用いた際における電気回路の誤作動防止及び安全性向上に貢献できる蓄電素子の電圧均等化装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る蓄電素子の電圧均等化装置1x,1sは、直列接続した複数の蓄電素子Ba,Bb,Bc…の端子電圧Ea,Eb,Ec…を均等化する装置であって、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対応した複数の巻線2a,2b,2c…を有し、かつ各巻線2a,2b,2c…を各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に直列接続したトランス2と、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各巻線2a,2b,2c…に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子3a,3b,3c…又はダイオード3da,3db,3dc…と、ランダム信号Srを発生させるランダム信号発生回路4と、このランダム信号Srにより周波数Fpがランダムに変動するパルス信号Spf,Sps,Spを生成してスイッチング素子3a,3b,3c…又はダイオード3da,3db,3dc…に付与するパルス信号生成回路5x,5sとを備えることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の他の形態に係る蓄電素子の電圧均等化装置1yは、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対応した複数の巻線2a,2b,2c…を有し、かつ各巻線2a,2b,2c…を各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に直列接続したトランス2と、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各巻線2a,2b,2c…に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子3a,3b,3c…(又はダイオード3da,3db,3dc…)と、ランダム信号Srを発生させるランダム信号発生回路4と、このランダム信号Srによりパルス幅Wpがランダムに変動するパルス信号Spf,Spsを生成してスイッチング素子3a,3b,3c…(又はダイオード3da,3db,3dc…)に付与するパルス信号生成回路5yとを備えることを特徴とする。
【0010】
さらに、本発明の他の形態に係る蓄電素子の電圧均等化装置1zは、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対応した複数の巻線2a,2b,2c…を有し、かつ各巻線2a,2b,2c…を各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に直列接続したトランス2と、少なくとも各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各巻線2a,2b,2c…に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子3a,3b,3c…(又はダイオード3da,3db,3dc…)と、ランダム信号Srを発生させるランダム信号発生回路4と、このランダム信号Srにより周波数Fp及びパルス幅Wpがランダムに変動するパルス信号Spf,Spsを生成して、スイッチング素子3a,3b,3c…(又はダイオード3da,3db,3dc…)に付与するパルス信号生成回路5zを備えることを特徴とする。
【0011】
これにより、本発明に係る蓄電素子の電圧均等化装置1x,1y,1z,1sによれば、パルス信号Spf,Sps,Spの周波数Fp及び/又はパルス幅Wpが、ランダム信号発生回路4から付与されるランダム信号Srによりランダムに変動するため、発生するノイズ成分はスイッチング周波数(基準周波数)に集中することなく分散する。この結果、ノイズ成分のピークレベルが低減することになり、ノイズ成分による悪影響も低減される。
【0012】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【0013】
まず、本発明の第一実施例に係る電圧均等化装置1xについて、図1〜図3を参照して説明する。
【0014】
図1中、Bはバッテリであり、複数の蓄電素子Ba,Bb,Bcを直列接続して構成する。この蓄電素子Ba…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を適用できる。実施例は、電気二重層コンデンサを用いた場合を示す。
【0015】
一方、図1中、バッテリBを除いた回路が電圧均等化装置1xを構成する。Usは均等化回路を示す。均等化回路Usは、鉄心を有するトランス2を備え、このトランス2は、一次巻線2f及び蓄電素子Ba…と同数の二次巻線2a,2b,2cを有する。各二次巻線2a,2b,2cは、各蓄電素子Ba…の両端にそれぞれエネルギを付与する巻線となる。そして、トランス2の一次巻線2fの巻始端子は、負極側を接地した一次側直流源11の正極側に接続するとともに、巻終端子はFET(スイッチング素子)3fのドレイン−ソース間を介して接地する。また、FET3fのゲートは、後述するパルス信号生成回路5xに接続する。このFET3fは、スイッチング素子として使用するものであり、トランジスタ等の他のスイッチング素子に置換できる。なお、13fはFET3fのソース−ゲート間に接続した誤動作防止用抵抗、Cf及びDfはFET3fの内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0016】
他方、トランス2の二次巻線2aは、巻終端子を蓄電素子Baの正極側に接続するとともに、同巻線2aの巻始端子は、FET(スイッチング素子)3aのドレイン−ソース間を介して蓄電素子Baの負極側に接続することにより、ループ回路を構成する。また、FET3aのゲートは、後述するパルス信号生成回路5xに接続する。このFET3aは、スイッチング素子として使用するものであり、FET3fの場合と同様、トランジスタ等の他のスイッチング素子に置換できる。なお、13aはFET3aのソース−ゲート間に接続した誤動作防止用抵抗、Ca及びDaはFET3aの内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0017】
さらに、トランス2の他の二次巻線2b,2c側も、上述した二次巻線2a側と同様に構成する。この場合、二次巻線2bは、蓄電素子Bbに対してループ回路を構成するとともに、二次巻線2cは、蓄電素子Bcに対してループ回路を構成する。なお、図1中、3b及び3cはFET(スイッチング素子)、13b及び13cは抵抗、Cb及びCcはFET3b及び3cの内部で発生する寄生コンデンサ、Db及びDcはFET3b及び3cの内部で発生する寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0018】
一方、電圧均等化装置1xには、ランダム信号発生回路4とパルス信号生成回路5xを備える。ランダム信号発生回路4は、ランダム信号Srを発生してパルス信号生成回路5xに付与する機能を有するとともに、パルス信号生成回路5xは、ランダム信号Srにより周波数Fpがランダムに変動するパルス信号Spf,Spsを生成してFET3a,3b,3c,3fに付与する機能を有する。なお、パルス信号生成回路5xは、前段のパルス発振回路14と後段のPWM(パルス幅変調)回路15を有し、このPWM回路15の出力側に、FET3f,3a,3b,3cの各ゲートが接続される。PWM回路15は、後述するように、二系統のパルス信号(高周波スイッチング信号)Spf,Spsを出力する。
【0019】
図2は、ランダム信号発生回路4とパルス信号生成回路5xをより具体化して示す。ランダム信号発生回路4は、乱数発生部23を備え、この乱数発生部23は、乱数プログラムPnにより乱数データを発生させるコンピュータ機能(CPU等)を有する。これにより、乱数発生部23から発生した乱数データは、D/A(ディジタル信号−アナログ信号)変換部24により、ランダム信号Srに変換されて出力する。
【0020】
一方、パルス信号生成回路5xのパルス発振回路14は、パルス発振器21を備え、このパルス発振器21によりパルス発振信号Ssを発振する(図5(i)参照)。このパルス発振信号Ssは、例えば、基本周波数が数十〜数百〔kHz〕の間で設定される高周波パルス信号である。そして、このパルス発振器21には、発振周波数を決定する時定数回路22を接続する。時定数回路22は、パルス発振器21の抵抗接続ポートに接続した可変抵抗回路Rfとコンデンサ接続ポートに接続したコンデンサCfを備え、この可変抵抗回路Rfは、トランジスタTraのコレクタ−エミッタ間に固定抵抗Raを並列接続した回路に、固定抵抗Rbを直列接続して構成する。
【0021】
これにより、可変抵抗回路Rfの抵抗値は、トランジスタTraのコレクタ−エミッタ間抵抗をRtとした場合、Rf={(Rt・Ra)/Rt+Ra}+Rbとなる。そして、トランジスタTraのベースには、上述したランダム信号発生回路4からのランダム信号Srが付与され、トランジスタTraのコレクタ−エミッタ間抵抗Rtの抵抗値は、ランダム信号Srの大きさに対応してランダムに変化する。したがって、可変抵抗回路Rfの全体の抵抗値、さらには時定数回路22の時定数もランダムに変化し、この結果、パルス発振器21の発振周波数もランダムに変動する。よって、パルス発振器21からは、周波数がランダムに変動するパルス発振信号SsがPWM回路15に付与される。なお、発振周波数の基本周波数(中心周波数)は、乱数発生部23から発生する乱数データの中心値に基づいて設定すればよい。
【0022】
一方、PWM回路15は、PWM回路本体25と出力回路26を備える。PWM回路本体25は、入力するパルス発振信号Ssに対して、別途入力する設定情報に基づいてパルス幅変調したパルス信号Spf,Spsを出力する。そして、一方のパルス信号Spfは、出力回路26のオペアンプ27fを介してFET3fのゲートに付与されるとともに、他方のパルス信号Spsは、出力回路26のオペアンプ27sを介してFET3a,3b,3cの各ゲートに付与される。この場合、パルス信号Spfとパルス信号Spsは、図3(A)及び(B)に示すように極性が反対となる。したがって、FET3a,3b,3cがONのときはFET3fがOFFとなり、FET3fがONのときはFET3a,3b,3cがOFFとなる。
【0023】
次に、このように構成される電圧均等化装置1xの動作について説明する。図3は、図1及び図2の回路における各部の信号のタイムチャートを示す。
【0024】
今、一次側のFET3fがONした場合を想定する。これにより、一次側直流源11から一次巻線2fに、図3(d)に示す一次電流Ifが流れ、トランス2には、斜線部分を除く一次電流Ifによって均等化のためのエネルギが蓄積される。なお、ON時のFET3fにおける前後の両端電圧Vdsfの大きさは、図3(f)のようになる。即ち、FET3fの両端電圧Vdsfは、二次側のFET3a,3b,3cがOFFしてから、FET3fの寄生コンデンサCfによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放電されるため、FET3fがONするまでの休止期間にほぼ0〔V〕になる。
【0025】
一方、FET3fがOFFした後は、二次側のFET3a,3b,3cがONになり、トランス2に蓄積されたエネルギが、各二次巻線2a,2b,2cから放出され、各蓄電素子Ba,Bb,Bcに対する充電が行われる。この場合、直列接続された各蓄電素子Ba,Bb,Bcにバラつきが存在すれば、図3(c)の斜線期間を除く二次電流Ia,Ib,Icが、各蓄電素子Ba,Bb,Bcにおける端子電圧の一番低い蓄電素子Ba(又はBb,Bc)に集中して流れ、これにより、一番低い蓄電素子Ba(又はBb,Bc)の電圧が上昇する。そして、このような充電作用が繰り返されることにより、全ての蓄電素子Ba,Bb,Bcに対する電圧均等化が行われることになる。
【0026】
ところで、トランス2に蓄積されたエネルギが全て放出された時点、即ち、図3(c)のCx時点以降も、各FET3a,3b,3cはONしているため、Cx時点において各蓄電素子Ba,Bb,Bcの端子電圧Ea,Eb,Ecにバラつきが残っている場合には、電圧の高い蓄電素子から電圧の低い蓄電素子に対して充放電が行われると同時にトランス2にもエネルギの蓄積が行われるため、更なる電圧の均等化が行われる。このときの二次電流Ia…が図3(c)の斜線期間となる。この際、トランス2に蓄積されたエネルギは、FET3a,3b,3cがOFFになった後に、一次側直流源11への充電電流となって放出される。このときの一次電流が図3(d)の斜線期間となる。この場合、斜線期間の初期には、FET3fはONしていないが、寄生ダイオードDfを通って一次電流が流れる。
【0027】
また、二次側のFET3a,3b,3cのON状態を、トランス2のエネルギ放出終了後も継続することにより、ループ回路に流れる二次電流Ia,Ib,Icの方向が反転し、図3(c)に示す斜線期間のように、蓄電素子Ba,Bb,Bcから二次巻線2a,2b,2cに二次電流が流れ始める。この逆流電流は、トランス2を励磁したり、端子電圧の高い蓄電素子から端子電圧の低い蓄電素子にエネルギの移送を行う。この場合、各FET3a,3b,3cのドレイン−ソース間電圧Vdsa,Vdsb,Vdscは、図3(e)に示すようになる。一方、FET3a,3b,3cがOFFすると、逆流電流の一部によって蓄積されたエネルギが、一次巻線2fに放出される。この際の放出電流により、FET3fに存在する寄生コンデンサCfによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放出され、この電荷の放出が終われば、FET3fの寄生ダイオードDfに、順方向電流が流れている期間のドレイン−ソース間電圧Vdsfが、寄生ダイオードDfの順方向電圧(0.5〔V〕程度)にクランプされる。
【0028】
したがって、図3(d)の波形において、斜線期間は、寄生ダイオードDfに電流が流れており、この期間でFET3fをONさせれば、Vdsfはほぼ0〔V〕になっているので、ゼロボルトスイッチ動作を実現できる。これにより、ON時のスイッチング損失を低減できるとともに、スイッチングに伴うノイズを低減できる。
【0029】
他方、このような電圧均等化装置1xにおいて、スイッチング周波数が、例えば、100〔kHz〕と固定されている場合には、スイッチングノイズが発生するとともに、100〔kHz〕でピークとなる。しかし、第一実施例の電圧均等化装置1xでは、ランダム信号発生回路4の乱数発生部23から乱数データが発生するとともに、この乱数データはD/A変換部24を介してアナログ信号のランダム信号Srに変換され、トランジスタTraのベースに付与される。したがって、トランジスタTraのコレクタ−エミッタ間抵抗Rtの抵抗値は、ランダム信号Srの大きさに対応してランダムに変化し、可変抵抗回路Rfの全体の抵抗値、さらには時定数回路22の時定数もランダムに変化する。この結果、パルス発振器21の発振周波数もランダムに変動し、パルス発振器21からは周波数がランダムに変動するパルス発振信号SsがPWM回路15に付与される。そして、PWM回路15からは、周波数Fpがランダムに変動したパルス信号Spf及びSpsが出力する。周波数Fpがランダムに変動することにより、パルス信号Spfの周期の長さは、図3(A)に示すH1,H2,H3,H4…のようにランダムに変化する。この変化は、図3(B)に示す他方のパルス信号Spsも同様である。
【0030】
よって、パルス信号Spf,Spsの周波数Fpがランダム信号Srによりランダムに変動するため、発生するノイズ成分はスイッチング周波数(基準周波数)に集中することなく分散する。この結果、ノイズ成分のピークレベルが低減することになり、ノイズ成分による悪影響も効果的に低減され、例えば、車載バッテリ等に用いた際における電気回路の誤作動防止及び安全性向上に貢献できる。
【0031】
次に、本発明の第二実施例に係る電圧均等化装置1yについて、図4及び図5を参照して説明する。
【0032】
第二実施例の電圧均等化装置1yと第一実施例の電圧均等化装置1xの異なる点は、第一実施例の電圧均等化装置1xが周波数Fpをランダムに変化させてパルス信号Spf,Spsを生成するのに対して、第二実施例の電圧均等化装置1yはパルス幅Wpをランダムに変化させてパルス信号Spf,Spsを生成する点が異なる。したがって、第二実施例のパルス信号生成回路5yの構成が異なる点を除き、均等化回路Us及びランダム信号発生回路4は、図1及び図2に示す第一実施例の構成と同じである。このため、図4において、図1及び図2と同一部分には同一符号を付すことにより、その構成を明確にした。
【0033】
図4は、電圧均等化装置1yにおけるパルス信号生成回路5yを具体化した回路を示す。このパルス信号生成回路5yは、パルス発振回路31とPWM回路32を備える。パルス発振回路31は、発振周波数を決定する時定数回路33を接続したパルス発振器21を備え、この時定数回路33は、パルス発振器21の抵抗接続ポートに接続した固定抵抗Rdとコンデンサ接続ポートに接続した固定コンデンサCdを備える。これにより、パルス発振回路31は、固定抵抗Rdの抵抗値と固定コンデンサCdの静電容量によって、例えば、数十〜数百〔kHz〕の間に設定されるパルス発振信号(高周波パルス信号)Ssを発振する。このパルス発振信号Ssを図5(i)に示す。
【0034】
一方、パルス発振器21から出力するパルス発振信号Ssは、PWM回路32に付与される。PWM回路32は、パルス幅可変回路35,PWM回路本体25及び出力回路26を備える。パルス幅可変回路35は、パルス発振器21の出力ポートと接地間に接続し、かつ抵抗ReとコンデンサCeを直列接続したCR回路36を有するとともに、直流電圧を分圧する可変抵抗回路Rhと分圧抵抗Riを直列接続した分圧回路37を有する。可変抵抗回路Rhは、トランジスタTrbのコレクタ−エミッタ間に固定抵抗Rjを並列接続した回路に固定抵抗Rkを直列接続して構成する。これにより、可変抵抗回路Rhの抵抗値は、トランジスタTrbのコレクタ−エミッタ間抵抗をRuとした場合、Rh={(Ru・Rj)/Ru+Rj}+Rkとなる。そして、このトランジスタTrbのベースに、ランダム信号発生回路4から出力するランダム信号Srが付与される。また、パルス幅可変回路35は、コンパレータ38を備え、このコンパレータ38の第一入力ポートには、抵抗ReとコンデンサCeの接続点の電圧を付与するとともに、第二入力ポートに分圧された抵抗Rjの端子電圧を付与する。また、コンパレータ38の出力ポートはPWM回路本体25の入力ポートに接続する。
【0035】
次に、このパルス信号生成回路5yの動作について、図5に示すタイムチャートを参照して説明する。
【0036】
図5(i)は、パルス発振器21から出力するパルス発振信号Ssである。これにより、抵抗ReとコンデンサCeの接続点からは図5(j)に示す三角波信号Seが得られ、この三角波信号Seは、コンパレータ38の第一入力ポートに付与される。他方、ランダム信号発生回路4からはランダム信号Srが出力し、トランジスタTrbのベースに付与される。したがって、トランジスタTrbのコレクタ−エミッタ間抵抗Ruの抵抗値は、ランダム信号Srの大きさに対応してランダムに変化し、この結果、可変抵抗回路Rhの抵抗値もランダムに変化することにより、分圧抵抗Riの端子電圧Vrの大きさもランダムに変動する。この端子電圧Vrを図5(j)に示す。これにより、コンパレータ38の出力ポートには、パルス幅Wpがランダムに変化する図5(k)に示すパルス幅可変信号Swが出力し、PWM回路本体25に付与される。
【0037】
よって、PWM回路本体25からは、パルス幅可変信号Swに対して、別途入力する設定情報に基づいてパルス幅変調したパルス信号Spf,Spsが出力し、第一実施例と同様に出力回路26を介して均等化回路UsのFET3a,3b,3c,3fに付与される。このパルス信号Spf,Spsは、パルス幅Wpがランダム信号Srに基づいてランダムに変動するため、発生するノイズ成分はスイッチング周波数(基準周波数)に集中することなく分散する。この結果、ノイズ成分のピークレベルが低減することになり、第一実施例における周波数Fpをランダムに変動させた場合と同様の効果を得ることができる。
【0038】
他方、図6には第三実施例に係る電圧均等化装置1zを示す。第三実施例の電圧均等化装置1zは、いわば第一実施例の電圧均等化装置1xと第二実施例の電圧均等化装置1yを組合わせたものである。したがって、第一実施例のパルス信号生成回路5xと第二実施例のパルス信号生成回路5yを組合わせたパルス信号生成回路5zを備える点を除き、均等化回路Us及びランダム信号発生回路4は、図1及び図2に示す第一実施例の構成と同じである。このため、図6において、図1,図2及び図4と同一部分には同一符号を付すことにより、その構成を明確にした。
【0039】
第三実施例に係る電圧均等化装置1zによれば、パルス発振回路14から周波数Fpがランダムに変動するパルス発振信号SsがPWM回路32に付与されるとともに、PWM回路32では、このパルス発振信号Ssに対して、さらにパルス幅Wpがランダムに変動するパルス信号Spf,Spsが生成される。したがって、パルス信号Spf,Spsにおけるランダム度合が倍増することになり、ノイズ成分のピークレベルに対する分散効果を第一実施例及び第二実施例の場合よりも更に高めることができる。
【0040】
また、図7には第四実施例に係る電圧均等化装置1sを示す。第四実施例の電圧均等化装置1sは、従来の技術で挙げた特開平11−176483号公報に開示される電圧均等化装置に適用した場合を示す。したがって、均等化回路Ussが異なる点及びパルス信号生成回路5sから出力するパルス信号Spが一系統になる点を除き、パルス信号生成回路5sの他の回路構成及びランダム信号発生回路4は図1及び図2に示す第一実施例の構成と同じである。このため、図7において、図1及び図2と同一部分には同一符号を付すことにより、その構成を明確にした。
【0041】
図7中、均等化回路Ussは、鉄心を有するトランス2を備え、このトランス2は、一次巻線2f及び蓄電素子Ba…と同数の二次巻線2a,2b,2cを有する。各二次巻線2a,2b,2cは、各蓄電素子Ba…の両端にそれぞれエネルギを付与する巻線となる。そして、トランス2の一次巻線2fの巻始端子は、正極ラインに接続するとともに、巻終端子はトランジスタ3fのコレクタ−エミッタ間を介して接地する。一方、トランジスタ3fのベースには、パルス信号生成回路5sから出力する周波数Fpがランダムに変動するパルス信号Spが付与される。他方、トランス2の二次巻線2aは、巻終端子をダイオード3daを介して蓄電素子Baの正極側に接続するとともに、同巻線2aの巻始端子は、蓄電素子Baの負極側に接続することにより、ループ回路を構成する。また、蓄電素子Baの正極と負極間には、コンデンサ52aを接続する。
【0042】
さらに、トランス2の他の二次巻線2b,2c側も、二次巻線2a側と同様に構成する。この場合、二次巻線2bは、蓄電素子Bbに対してループ回路を構成するとともに、二次巻線2cは、蓄電素子Bcに対してループ回路を構成する。なお、図7中、3db及び3dcはダイオード、52b及び52cはコンデンサをそれぞれ示す。
【0043】
第四実施例に係る電圧均等化装置1sも基本的には第一実施例に係る電圧均等化装置1aと同様の効果を得ることができる。このように、本発明に係る電圧均等化装置1aは、その形態を問わず、各種電圧均等化装置に適用することができる。したがって、本発明に係る電圧均等化装置1a…は、ランダム信号発生回路4及び付属回路の追加のみで実現できるとともに、既存の各種電圧均等化装置に対しても容易に適用できるなど、容易かつ低コストに実施でき、しかも汎用性及び発展性に優れる。
【0044】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更,追加,削除することができる。
【0045】
例えば、ランダム信号Srを発生させるランダム信号発生回路4として、実施例はソフトウェアを利用して乱数を発生させる場合を例示したが、ハードウェアを利用してランダムなホワイトノイズを発生させ、このホワイトノイズをランダム信号Srとして利用することもできる。また、スイッチング素子として、FET3f,3a…を用いた場合を示したが、トランジスタ等の任意のスイッチング素子を用いることができる。
【0046】
さらに、トランス2として、一次巻線2fと二次巻線2a…を有するトランスを用いた場合を示したが、図8に示すように、一次巻線の無い複数の巻線2a,2b…を有するトランス2を使用し、スイッチング素子3a,3b…のスイッチングを同期させることにより、蓄電素子Ba,Bb…間のエネルギ授受により均等化するように構成してもよいし、図9に示すように、トランス2に、一次巻線2fと二次巻線2a,2b…を有するトランス2を使用するとともに、一次側のスイッチング素子3fと二次側のスイッチング素子3a,3b…のスイッチングを同期させ、蓄電素子Ba,Bb…間のエネルギ授受及び一次側直流源11の誘起エネルギの双方を利用して均等化する構成を採用してもよい。
【0047】
【発明の効果】
このように、本発明に係る電圧均等化装置は、少なくとも各蓄電素子に対応した複数の巻線を有し、かつ各巻線を各蓄電素子に直列接続したトランスと、少なくとも各蓄電素子と各巻線に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子又はダイオードと、ランダム信号を発生させるランダム信号発生回路と、このランダム信号により周波数及び/又はパルス幅がランダムに変動するパルス信号を生成してスイッチング素子又はダイオードに付与するパルス信号生成回路とを備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【0048】
(1) スイッチングにより発生するノイズ成分をスイッチング周波数(基準周波数)に集中させることなく分散させることができるため、ノイズ成分のピークレベルを低減させ、ノイズ成分による悪影響を効果的に低減することができる。この結果、例えば、車載バッテリ等に用いた際における電気回路の誤作動防止及び安全性向上に貢献できる。
【0049】
(2) 周波数及びパルス幅の双方をランダムに変動させるパルス信号を生成すれば、周波数又はパルス幅のいずれか一方をランダムに変動させる場合に比べ、ランダム度合を倍増させることができ、ノイズ成分のピークレベルに対する分散効果を更に高めることができる。
【0050】
(3) ランダム信号発生回路及び付属回路の追加のみで実現できるとともに、既存の各種電圧均等化装置に対しても容易に適用できるなど、容易かつ低コストに実施でき、しかも汎用性及び発展性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係る電圧均等化装置の電気回路図、
【図2】同電圧均等化装置におけるランダム信号発生回路及びパルス信号生成回路をより具体化した電気回路図、
【図3】同電圧均等化装置の各部における信号のタイムチャート、
【図4】本発明の第二実施例に係る電圧均等化装置の電気回路図、
【図5】同第二実施例に係る電圧均等化装置の各部における信号のタイムチャート、
【図6】本発明の第三実施例に係る電圧均等化装置の電気回路図、
【図7】本発明の第四実施例に係る電圧均等化装置の電気回路図、
【図8】本発明の変更実施例に係る電圧均等化装置の原理回路図、
【図9】本発明の他の変更実施例に係る電圧均等化装置の原理回路図、
【符号の説明】
1x 電圧均等化装置
1y 電圧均等化装置
1z 電圧均等化装置
1s 電圧均等化装置
2 トランス
2a… 巻線
3a… スイッチング素子(FET)
3da… ダイオード
4 ランダム信号発生回路
5x… パルス信号生成回路
Ba… 蓄電素子
Ea… 蓄電素子の端子電圧
Sr ランダム信号
Spf パルス信号
Sps パルス信号
Sp パルス信号
Wp パルス幅
Claims (3)
- 直列接続した複数の蓄電素子の端子電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、少なくとも各蓄電素子に対応した複数の巻線を有し、かつ各巻線を各蓄電素子に直列接続したトランスと、少なくとも各蓄電素子と各巻線に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子又はダイオードと、ランダム信号を発生させるランダム信号発生回路と、このランダム信号により周波数がランダムに変動するパルス信号を生成して前記スイッチング素子又はダイオードに付与するパルス信号生成回路とを備えることを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
- 直列接続した複数の蓄電素子の端子電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、少なくとも各蓄電素子に対応した複数の巻線を有し、かつ各巻線を各蓄電素子に直列接続したトランスと、少なくとも各蓄電素子と各巻線に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子又はダイオードと、ランダム信号を発生させるランダム信号発生回路と、このランダム信号によりパルス幅がランダムに変動するパルス信号を生成して前記スイッチング素子又はダイオードに付与するパルス信号生成回路とを備えることを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
- 直列接続した複数の蓄電素子の端子電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、少なくとも各蓄電素子に対応した複数の巻線を有し、かつ各巻線を各蓄電素子に直列接続したトランスと、少なくとも各蓄電素子と各巻線に直列接続することによりループ回路を構成する複数のスイッチング素子又はダイオードと、ランダム信号を発生させるランダム信号発生回路と、このランダム信号により周波数及びパルス幅がランダムに変動するパルス信号を生成して前記スイッチング素子又はダイオードに付与するパルス信号生成回路とを備えることを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
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- 2002-12-16 JP JP2002363540A patent/JP2004201361A/ja active Pending
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