JP2012217243A - バランス補正装置および蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】バランス補正装置の稼動中に、電源とバランス補正装置との接続が切断されると、インダクタの逆起電力により、スイッチング素子の駆動回路が破損する場合がある。
【解決手段】インダクタと、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子と、第１の蓄電セルの他端と電気的に接続する第１の基準電圧入力端子および第２の蓄電セルの他端と電気的に接続する第２の基準電圧入力端子を有し、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にオン・オフ動作させる制御信号発生部と、第１の基準電圧入力端子と第２の基準電圧入力端子との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する電圧安定化回路とを備える、
【選択図】図２

Description

本発明は、バランス補正装置および蓄電システムに関する。

直列接続された多数の蓄電セルを使用するときに、蓄電セル間の電圧にバラつきが生じると、蓄電セルの寿命が短くなる場合がある。そこで、インダクタ、スイッチング素子およびスイッチング素子の駆動回路を備え、蓄電セル間の電圧を均等化させるバランス補正回路が提案されている（特許文献１〜３を参照。）。
［先行技術文献］
［特許文献］
（特許文献１）特開２００６−０６７７４８号公報
（特許文献２）特開２００８−０１７６０５号公報
（特許文献３）特開２００９−２３２６６０号公報

例えば、検査装置とバランス補正装置とを接触ピンで接続して製品検査を実施していると、チャタリングにより検査装置とバランス補正装置との接続が切断される場合がある。バランス補正装置の稼動中に、電源とバランス補正装置との接続が切断されると、インダクタの逆起電力により、スイッチング素子の駆動回路が破損する場合がある。

本発明の第１の態様においては、直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの電圧を均等化させるバランス補正装置であって、第１の蓄電セルの一端と第２の蓄電セルの一端との接続点に、一端が電気的に接続されるインダクタと、インダクタの他端と第１の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、インダクタの他端と第２の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第２のスイッチング素子と、第１の蓄電セルの他端と電気的に接続する第１の基準電圧入力端子および第２の蓄電セルの他端と電気的に接続する第２の基準電圧入力端子を有し、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御信号を、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子に供給し、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にオン・オフ動作させる制御信号発生部と、第１の基準電圧入力端子と第２の基準電圧入力端子との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する電圧安定化回路とを備えるバランス補正装置が提供される。

上記のバランス補正装置において、電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有してよく、シャントレギュレータは、一端が、インダクタの他端と電気的に接続してよく、他端が、制御信号発生部の第２の基準電圧入力端子と電気的に接続してよい。当該バランス補正装置において、シャントレギュレータは、シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、シャントレギュレータの一端からシャントレギュレータの他端に電流を流してよい。

上記のバランス補正装置において、電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有してよく、シャントレギュレータは一端が、制御信号発生部の第１の基準電圧入力端子と電気的に接続してよく、他端が、インダクタの他端と電気的に接続してよい。当該バランス補正装置において、シャントレギュレータは、シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、シャントレギュレータの一端からシャントレギュレータの他端に電流を流してよい。

上記のバランス補正装置において、第１のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子と並列に配され、インダクタの他端から第１の蓄電セルの他端への方向に電流を流す第１のダイオードを有してよく、第２のスイッチング素子は、第２のスイッチング素子と並列に配され、第２の蓄電セルの他端からインダクタの他端への方向には電流を流す第２のダイオードを有してよい。当該バランス補正装置において、電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有してよく、シャントレギュレータは、一端が、第１の基準電圧入力端子と電気的に接続してよく、他端が、第２の基準電圧入力端子と電気的に接続してよい。当該バランス補正装置において、シャントレギュレータは、シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、シャントレギュレータの一端からシャントレギュレータの他端に電流を流してよい。

上記のバランス補正装置において、シャントレギュレータは、ツェナーダイオードを含んでよい。

本発明の第２の態様においては、直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルと、第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの電圧を均等化させる上記のバランス補正装置とを備える蓄電システムが提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

蓄電システム１１０を備える装置１００の一例を概略的に示す。 蓄電システム２１０の一例を概略的に示す。 蓄電システム２１０の動作の一例を概略的に示す。 蓄電システム４１０の一例を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。

図１は、蓄電システム１１０を備える装置１００の一例を概略的に示す。装置１００は、モータ１０２と、蓄電システム１１０とを備える。装置１００は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気二輪車、鉄道車両、昇降機などの輸送装置であってよい。装置１００は、ＰＣ、携帯電話などの電気機器であってよい。

蓄電システム１１０は、端子１１２と、端子１１４と、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８を含む直列に接続された複数の蓄電セルと、バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６を含む複数のバランス補正回路とを有する。バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正装置の一例であってよい。

「電気的に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直接接続される場合に限定されない。ある要素と他の要素との間に、第三の要素が介在してもよい。また、ある要素と他の要素とが物理的に接続されている場合に限定されない。例えば、変圧器の入力巻線と出力巻線とは物理的には接続されていないが、電気的には接続されている。さらに、ある要素と他の要素とが現実に電気的に接続されている場合だけでなく、蓄電セルとバランス補正回路とが電気的に接続されたときに、ある要素と他の要素とが電気的に接続される場合をも含む。また、「直列に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直列に電気的に接続されていることを示す。

モータ１０２は、蓄電システム１１０に電気的に接続され、蓄電システム１１０の供給する電力を利用する。モータ１０２は、電力負荷の一例であってよい。モータ１０２は、回生ブレーキとして使用されてもよい。蓄電システム１１０は、モータ１０２に電気的に接続され、モータ１０２に電力を供給する。蓄電システム１１０は、図示されない充電装置に電気的に接続され、電気エネルギーを蓄える。

端子１１２および端子１１４は、モータ１０２、充電装置などのシステム外部の装置と、蓄電システム１１０とを電気的に接続する。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、直列に接続される。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、二次電池またはキャパシタであってよい。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれは、複数の蓄電セルを含んでもよい。

例えば、蓄電セル１２２と蓄電セル１２４との間で、製造品質、劣化の程度などが異なる場合、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電池特性に差が生じる場合がある。電池特性としては、電池容量、または、放電時間に対する電池電圧の関係を示す放電電圧特性を例示することができる。例えば、蓄電セルの劣化が進行するにつれて、より短い放電時間で電池電圧が低下するようになる。

蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電池特性が異なる場合、蓄電システム１１０の充電完了時に蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧が略同一であったとしても、蓄電システム１１０の放電が進行するにつれて、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じる。また、蓄電システム１１０の充電開始時に蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧が略同一であったとしても、蓄電システム１１０の充電が進行するにつれて、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じる。

蓄電セル１２２および蓄電セル１２４は、利用可能な充電レベル（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣという場合がある。）の範囲が予め定められているので、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧にばらつきが生じると、蓄電システム１１０の利用効率が悪化する。そこで、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させることで、蓄電システム１１０の利用効率を向上させることができる。

バランス補正回路１３２は、インダクタを有し、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２２の端子１１２側の一端（正極側という場合がある。）と、蓄電セル１２２の端子１１４側の一端（負極側という場合がある。）と蓄電セル１２４の正極側との接続点１４３とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル１２２およびインダクタを含む回路が形成される。バランス補正回路１３２は、接続点１４３と、蓄電セル１２４の負極側と蓄電セル１２６の正極側との接続点１４５とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル１２４およびインダクタを含む回路が形成される。

バランス補正回路１３２は、蓄電セル１２２およびインダクタを含む回路と、蓄電セル１２４およびインダクタを含む回路とに交互に電流を流す。これにより、蓄電セル１２２と蓄電セル１２４との間でインダクタを介して電気エネルギーを授受することができる。その結果、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させることができる。

バランス補正回路１３４は、蓄電セル１２４および蓄電セル１２６の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３４は、接続点１４３と、接続点１４５と、蓄電セル１２６の負極側と蓄電セル１２８の正極側との接続点１４７とに、電気的に接続される。バランス補正回路１３６は、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧を均等化させる。バランス補正回路１３６は、接続点１４５と、接続点１４７と、蓄電セル１２８の負極側とに、電気的に接続される。バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正回路１３２と同様の構成を有してよい。

図２は、蓄電システム２１０の一例を概略的に示す。蓄電システム２１０は、端子２１２と、端子２１４と、直列に接続された蓄電セル２２２および蓄電セル２２４と、バランス補正回路２３２とを備える。バランス補正回路２３２は、バランス補正装置の一例であってよい。蓄電セル２２２は、第１の蓄電セルの一例であってよい。蓄電セル２２４は、第２の蓄電セルの一例であってよい。

端子２１２および端子２１４は、それぞれ、蓄電システム１１０の端子１１２および端子１１４と同様の構成を有してよい。蓄電セル２２２および蓄電セル２２４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６または蓄電セル１２８と同様の構成を有してよい。また、蓄電システム１１０は、蓄電システム２１０と同様の構成を有してよい。バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正回路２３２と同様の構成を有してよい。

バランス補正回路２３２は、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧を均等化させる。バランス補正回路２３２は、インダクタ２５０と、スイッチング素子２５２と、スイッチング素子２５４と、制御信号発生部２７２と、ダイオード２８２と、ダイオード２８４と、ツェナーダイオード２９２と、ツェナーダイオード２９４とを備える。スイッチング素子２５２は、第１のスイッチング素子の一例であってよい。スイッチング素子２５４は、第２のスイッチング素子の一例であってよい。ツェナーダイオード２９２およびツェナーダイオード２９４のそれぞれは、シャントレギュレータおよび電圧安定化回路の一例であってよい。

バランス補正回路２３２は、蓄電セル２２２の正極側と、蓄電セル２２２の負極側と蓄電セル２２４の正極側との接続点２４３とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル２２２と、スイッチング素子２５２と、インダクタ２５０とを含む第１の開閉回路が形成される。バランス補正回路２３２は、接続点２４３と、蓄電セル２２４の負極側とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル２２４と、インダクタ２５０と、スイッチング素子２５４とを含む第２の開閉回路が形成される。接続点２４３は、第１の蓄電セルの一端と第２の蓄電セルの一端との接続点の一例であってよい。

インダクタ２５０は、一端が接続点２４３に電気的に接続される。インダクタ２５０の他端は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の接続点２６３に電気的に接続されてよい。スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が交互にオン動作およびオフ動作（オン・オフ動作という場合がある。）を繰り返すと、インダクタ２５０にはインダクタ電流Ｉ_Ｌが生じる。

スイッチング素子２５２は、インダクタ２５０の他端と蓄電セル２２２の正極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子２５２は、制御信号発生部２７２から制御信号φ２２を受信して、制御信号φ２２に基づきオン動作またはオフ動作を行う。これにより、第１の開閉回路を開閉する。スイッチング素子２５２は、ＭＯＳＦＥＴであってよい。スイッチング素子２５２は、制御信号φ２２を受信しない場合にはオフ動作をする素子であってよい。

スイッチング素子２５４は、インダクタ２５０の他端と蓄電セル２２４の負極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子２５４は、制御信号発生部２７２から制御信号φ２４を受信して、制御信号φ２４に基づきオン動作またはオフ動作を行う。これにより、第２の開閉回路を開閉する。スイッチング素子２５４は、ＭＯＳＦＥＴであってよい。スイッチング素子２５４は、制御信号φ２４を受信しない場合にはオフ動作をする素子であってよい。

制御信号発生部２７２は、スイッチング素子２５２のオン・オフ動作を制御する制御信号φ２２と、スイッチング素子２５４のオン・オフ動作を制御する制御信号φ２４とを発生させる。制御信号発生部２７２は、制御信号φ２２をスイッチング素子２５２に供給する。制御信号発生部２７２は、制御信号φ２４をスイッチング素子２５４に供給する。

制御信号発生部２７２は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が交互にオン・オフ動作を繰り返すように、制御信号φ２２および制御信号φ２４を発生させてよい。これにより、スイッチング素子２５２とスイッチング素子２５４とを交互にオン・オフ動作させることができる。制御信号φ２２および制御信号φ２４は、それぞれ、デューティ比が５０％の方形波であってよい。デューティ比は、方形波の周期に対するＯＮ期間の割合として算出することができる。

制御信号発生部２７２は、予め定められた周期のパルス列を発生するパルス発生器であってよい。制御信号発生部２７２は、制御信号φ２２および制御信号φ２４の少なくとも一方のデューティ比を可変制御する可変パルス発生器であってもよい。制御信号発生部２７２は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４と同一の基板に形成されてよい。

制御信号発生部２７２は、蓄電セル２２２の正極側と電気的に接続する基準電圧入力端子２７４と、蓄電セル２２４の負極側と電気的に接続する基準電圧入力端子２７６とを有する。基準電圧入力端子２７４は、第１の基準電圧入力端子の一例であってよい。基準電圧入力端子２７６は、第２の基準電圧入力端子の一例であってよい。

ダイオード２８２は、スイッチング素子２５２と並列に配される。ダイオード２８２は、一端がインダクタ２５０の他端と電気的に接続する。ダイオード２８２の他端は、蓄電セル２２２の正極側と電気的に接続する。ダイオード２８２は、インダクタ２５０の他端から蓄電セル２２２の正極側への方向に電流を流す。

ダイオード２８４は、スイッチング素子２５４と並列に配される。ダイオード２８４は、一端が蓄電セル２２４の負極側と電気的に接続する。ダイオード２８４の他端は、インダクタ２５０の他端と電気的に接続する。ダイオード２８４は、蓄電セル２２４の負極側からインダクタ２５０の他端への方向に電流を流す。ダイオード２８２およびダイオード２８４は、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオードであってよい。

ダイオード２８２およびダイオード２８４を設けることで、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４が共にオフ状態となった期間にインダクタ電流Ｉ_Ｌが残留した場合であっても、当該インダクタ電流Ｉ_Ｌがダイオード２８２またはダイオード２８４を通して流れ続けることができる。これにより、インダクタ２５０に一旦生じたインダクタ電流Ｉ_Ｌを無駄なく利用することができる。また、インダクタ電流Ｉ_Ｌを遮断した場合に生じるサージ電圧の発生を抑制することができる。

ツェナーダイオード２９２は、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する。ツェナーダイオード２９２は、制御信号発生部２７２と並列に配されてよい。

ツェナーダイオード２９２は、一端が、インダクタ２５０の他端と電気的に接続してよい。ツェナーダイオード２９２の他端は、制御信号発生部２７２の基準電圧入力端子２７６と電気的に接続してよい。ツェナーダイオード２９２は、ツェナーダイオード２９２の一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合、ツェナーダイオード２９２の一端からツェナーダイオード２９２の他端に電流が流れる向きに配されてよい。

これにより、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持することができる。その結果、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

ツェナーダイオード２９４は、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する。ツェナーダイオード２９４は、制御信号発生部２７２と並列に配されてよい。

ツェナーダイオード２９４は、一端が、制御信号発生部２７２の基準電圧入力端子２７４と電気的に接続してよい。ツェナーダイオード２９２の他端は、インダクタ２５０の他端と電気的に接続してよい。ツェナーダイオード２９４は、ツェナーダイオード２９４の一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合、ツェナーダイオード２９４の一端からツェナーダイオード２９４の他端に電流が流れる向きに配されてよい。

これにより、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持することができる。その結果、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

本実施形態において、バランス補正回路２３２が、ツェナーダイオード２９２およびツェナーダイオード２９４を備える場合について説明した。しかし、バランス補正回路２３２はこれに限定されない。バランス補正回路２３２は、ツェナーダイオード２９２およびツェナーダイオード２９４の少なくとも一方を備えてよい。

図３は、蓄電システム２１０の動作の一例を概略的に示す。図３は、制御信号φ２２および制御信号φ２４の波形の一例に対応づけて、グラフ３０２、グラフ３０４およびグラフ３０６を示す。グラフ３０２、グラフ３０４およびグラフ３０６において、横軸は時間の経過を示す。また、縦軸はインダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさを示す。図３において、インダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさは、接続点２６３から接続点２４３に向かって流れる電流（図２において実線の矢印で示す。）を正として表す。

まず、蓄電システム２１０の正常時の動作について、図３を用いて説明する。グラフ３０２は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。グラフ３０４は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。グラフ３０６は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４とが略同一である場合のインダクタ電流Ｉ_Ｌの経時変化の一例を概略的に示す。

図３において、制御信号φ２２および制御信号φ２４は、デューティ比が５０％の方形波である。図３に示すように、制御信号φ２２および制御信号φ２４は、スイッチング素子２５２およびスイッチング素子２５４の一方がオン状態の間は他方がオフ状態になるように、互いに相補な論理または位相極性を有する。

グラフ３０２に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合には、スイッチング素子２５２がオン状態のときに、蓄電セル２２２の正極側−スイッチング素子２５２−接続点２６３−インダクタ２５０−接続点２４３−蓄電セル２２２の負極側の電流経路で電流が流れる。このとき、インダクタ２５０には、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における実線矢印の方向に充電される。

次に、スイッチング素子２５２がオフ状態になり、スイッチング素子２５４がオン状態になると、インダクタ２５０に充電されたインダクタ電流Ｉ_Ｌがインダクタ２５０の一端−接続点２４３−蓄電セル２２４−スイッチング素子２５４−接続点２６３−インダクタ２５０の他端の電流経路で放電される。この放電は、蓄電セル２２４を充電しながら行われる。図３に示すように、インダクタ電流Ｉ_Ｌは放電により時間と共に減少し、放電電流が０になると、インダクタ２５０には、放電電流とは逆方向の充電電流が流れるようになる。

グラフ３０４に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合には、スイッチング素子２５４がオン状態のときに、蓄電セル２２４の正極側−接続点２４３−インダクタ２５０−接続点２６３−スイッチング素子２５４−蓄電セル２２４の負極側の電流経路で電流が流れる。このとき、インダクタ２５０には、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における破線矢印の方向に充電される。

次に、スイッチング素子２５４がオフ状態になり、スイッチング素子２５２がオン状態になると、インダクタ２５０に充電されたインダクタ電流Ｉ_Ｌがインダクタ２５０の他端−接続点２６３−スイッチング素子２５２−蓄電セル２２２−接続点２４３−インダクタ２５０の一端の電流経路で放電される。この放電は、蓄電セル２２２を充電しながら行われる。

上記のように、バランス補正回路２３２が第１の開閉回路と、第２の開閉回路とに交互に電流を流すことで、蓄電セル１２２と蓄電セル１２４との間でインダクタ２５０を介して電気エネルギーを授受することができる。その結果、蓄電セル１２２および蓄電セル１２４の電圧を均等化させることができる。

グラフ３０６に示すように、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２と蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４とが略同一である場合には、スイッチング素子２５２またはスイッチング素子２５４がオン状態の期間において、インダクタ電流Ｉ_Ｌの放電と充電とがほぼ等量ずつ実施される。その結果、電圧がほぼバランスした状態を維持することができる。

なお、本実施形態においては、説明を簡単にする目的で、制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比が５０％である場合について説明した。しかし、制御信号φ２２および制御信号φ２４はこれに限定されない。制御信号φ２２および制御信号φ２４のデューティ比は、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧差に応じて変更されてよい。

次に、蓄電システム２１０の稼動中に、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４と、バランス補正回路２３２との接続が切断された場合における、ツェナーダイオード２９２およびツェナーダイオード２９４の機能について説明する。蓄電セル２２２および蓄電セル２２４と、バランス補正回路２３２との接続が切断されるタイミングによっては、制御信号発生部２７２の基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間に大きな電圧が印加される可能性がある。

ツェナーダイオード２９２は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合に、スイッチング素子２５２がオン状態であり、スイッチング素子２５４がオフ状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における破線矢印の方向に流れている状態において、蓄電セル２２２とバランス補正装置との接続が切断されたときに、制御信号発生部２７２を保護する。ツェナーダイオード２９４は、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合おいて、スイッチング素子２５２がオフ状態であり、スイッチング素子２５４がオン状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における実線矢印の方向に流れている状態において、蓄電セル２２４とバランス補正装置との接続が切断されたときに、制御信号発生部２７２を保護する。

まず、ツェナーダイオード２９２の機能について説明する。蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合であって、スイッチング素子２５２がオン状態であり、スイッチング素子２５４がオフ状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における破線矢印の方向に流れている状態を考える。

この状態おいて、蓄電セル２２２とバランス補正装置との接続が切断された場合、ツェナーダイオード２９２がなければ、インダクタ２５０の他端−接続点２６３−スイッチング素子２５２−基準電圧入力端子２７４−制御信号発生部２７２−基準電圧入力端子２７６−蓄電セル２２４−接続点２４３−インダクタ２５０の一端の電流経路でインダクタ電流Ｉ_Ｌが流れる。インダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさによっては、制御信号発生部２７２が破損する可能性がある。

これに対して、ツェナーダイオード２９２が図２に関連して説明したように配されている場合には、インダクタ電流Ｉ_Ｌは、インダクタ２５０の他端−接続点２６３−ツェナーダイオード２９２−蓄電セル２２４−接続点２４３−インダクタ２５０の一端の電流経路を流れる。これにより、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

次に、ツェナーダイオード２９４の機能について説明する。蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合であって、スイッチング素子２５２がオフ状態であり、スイッチング素子２５４がオン状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図２における実線矢印の方向に流れている状態を考える。

この状態おいて、蓄電セル２２４とバランス補正装置との接続が切断された場合、ツェナーダイオード２９４がなければ、インダクタ２５０の一端−接続点２４３−蓄電セル２２２−基準電圧入力端子２７４−制御信号発生部２７２−基準電圧入力端子２７６−スイッチング素子２５４−接続点２６３−インダクタ２５０の他端の電流経路でインダクタ電流Ｉ_Ｌが流れる。インダクタ電流Ｉ_Ｌの大きさによっては、制御信号発生部２７２が破損する可能性がある。

これに対して、ツェナーダイオード２９４が図２に関連して説明したように配されている場合には、インダクタ電流Ｉ_Ｌは、インダクタ２５０の一端−接続点２４３−蓄電セル２２２−ツェナーダイオード２９４−接続点２６３−インダクタ２５０の他端の電流経路を流れる。これにより、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

図４は、蓄電システム４１０の一例を概略的に示す。蓄電システム４１０は、端子２１２と、端子２１４と、直列に接続された蓄電セル２２２および蓄電セル２２４と、バランス補正回路４３２とを備える。バランス補正回路４３２は、バランス補正装置の一例であってよい。

バランス補正回路４３２は、蓄電セル２２２および蓄電セル２２４の電圧を均等化させる。バランス補正回路４３２は、インダクタ２５０と、スイッチング素子２５２と、スイッチング素子２５４と、制御信号発生部２７２と、ダイオード２８２と、ダイオード２８４と、ツェナーダイオード４９０とを備える。

バランス補正回路４３２は、ツェナーダイオード２９２およびツェナーダイオード２９４の代わりに、ツェナーダイオード４９０を備える点でバランス補正回路２３２と相違する。その他の点については、バランス補正回路２３２と同様の構成を有してよい。バランス補正回路２３２の各部と同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を除く。また、蓄電システム１１０は、蓄電システム４１０と同様の構成を有してよい。バランス補正回路１３２、バランス補正回路１３４およびバランス補正回路１３６は、バランス補正回路４３２と同様の構成を有してよい。

ツェナーダイオード４９０は、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する。ツェナーダイオード４９０は、一端が、基準電圧入力端子２７４と電気的に接続する。ツェナーダイオード４９０の他端は、基準電圧入力端子２７６と電気的に接続する。ツェナーダイオード４９０は、制御信号発生部２７２と並列に配されてよい。

ツェナーダイオード４９０は、一端が、蓄電セル２２２の正極側とスイッチング素子２５２との間に電気的に接続してよい。ツェナーダイオード４９０の他端は、蓄電セル２２４の負極側とスイッチング素子２５４との間に電気的に接続してよい。ツェナーダイオード４９０は、ツェナーダイオード４９０の一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合、ツェナーダイオード４９０の一端からツェナーダイオード２９４の他端に電流が流れる向きに配されてよい。

次に、ツェナーダイオード４９０の機能について説明する。蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも大きい場合であって、スイッチング素子２５２がオフ状態であり、スイッチング素子２５４がオン状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図４における実線矢印の方向に流れている状態を考える。この状態おいて、蓄電セル２２４とバランス補正装置との接続が切断されたとしても、ツェナーダイオード４９０が上記のように配されている場合には、インダクタ電流Ｉ_Ｌは、インダクタ２５０の一端−接続点２４３−蓄電セル２２２−ツェナーダイオード４９０−スイッチング素子２５４−接続点２６３−インダクタ２５０の他端の電流経路を流れる。これにより、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

また、蓄電セル２２２の電圧Ｅ_２が蓄電セル２２４の電圧Ｅ_４よりも小さい場合であって、スイッチング素子２５２がオン状態であり、スイッチング素子２５４がオフ状態であり、インダクタ電流Ｉ_Ｌが図４における破線矢印の方向に流れている状態を考える。この状態おいて、蓄電セル２２２とバランス補正装置との接続が切断されたとしても、ツェナーダイオード４９０が上記のように配されている場合には、インダクタ電流Ｉ_Ｌは、インダクタ２５０の他端−接続点２６３−ダイオード２８２−ツェナーダイオード４９０−蓄電セル２２４−接続点２４３−インダクタ２５０の一端の電流経路を流れる。これにより、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

以上のとおり、ツェナーダイオード４９０は、基準電圧入力端子２７４と基準電圧入力端子２７６との間の電圧差を予め定められた範囲に維持することができる。その結果、制御信号発生部２７２の破損を防止することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 装置、１０２ モータ、１１０ 蓄電システム、１１２ 端子、１１４ 端子、１２２ 蓄電セル、１２４ 蓄電セル、１２６ 蓄電セル、１２８ 蓄電セル、１３２ バランス補正回路、１３４ バランス補正回路、１３６ バランス補正回路、１４３ 接続点、１４５ 接続点、１４７ 接続点、２１０ 蓄電システム、２１２ 端子、２１４ 端子、２２２ 蓄電セル、２２４ 蓄電セル、２３２ バランス補正回路、２４３ 接続点、２５０ インダクタ、２５２ スイッチング素子、２５４ スイッチング素子、２６３ 接続点、２７２ 制御信号発生部、２７４ 基準電圧入力端子、２７６ 基準電圧入力端子、２８２ ダイオード、２８４ ダイオード、２９２ ツェナーダイオード、２９４ ツェナーダイオード、３０２ グラフ、３０４ グラフ、３０６ グラフ、４１０ 蓄電システム、４３２ バランス補正回路、４９０ ツェナーダイオード

Claims (6)

1. 直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの電圧を均等化させるバランス補正装置であって、
   前記第１の蓄電セルの一端と前記第２の蓄電セルの一端との接続点に、一端が電気的に接続されるインダクタと、
   前記インダクタの他端と前記第１の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記インダクタの他端と前記第２の蓄電セルの他端との間に電気的に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１の蓄電セルの他端と電気的に接続する第１の基準電圧入力端子および前記第２の蓄電セルの他端と電気的に接続する第２の基準電圧入力端子を有し、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御信号を、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子に供給し、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを交互にオン・オフ動作させる制御信号発生部と、
   前記第１の基準電圧入力端子と前記第２の基準電圧入力端子との間の電圧差を予め定められた範囲に維持する電圧安定化回路と、
   を備える、バランス補正装置。
2. 前記電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有し、
   前記シャントレギュレータは、
   一端が、前記インダクタの他端と電気的に接続し、
   他端が、前記制御信号発生部の前記第２の基準電圧入力端子と電気的に接続し、
   前記シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、前記シャントレギュレータの一端から前記シャントレギュレータの他端に電流を流す、
   請求項１に記載のバランス補正装置。
3. 前記電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有し、
   前記シャントレギュレータは、
   一端が、前記制御信号発生部の前記第１の基準電圧入力端子と電気的に接続し、
   他端が、前記インダクタの他端と電気的に接続し、
   前記シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、前記シャントレギュレータの一端から前記シャントレギュレータの他端に電流を流す、
   請求項１または請求項２に記載のバランス補正装置。
4. 前記第１のスイッチング素子は、前記第１のスイッチング素子と並列に配され、前記インダクタの他端から前記第１の蓄電セルの他端への方向に電流を流す第１のダイオードを有し、
   前記第２のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子と並列に配され、前記第２の蓄電セルの他端から前記インダクタの他端への方向には電流を流す第２のダイオードを有し、
   前記電圧安定化回路は、シャントレギュレータを有し、
   前記シャントレギュレータは、
   一端が、前記第１の基準電圧入力端子と電気的に接続し、
   他端が、前記第２の基準電圧入力端子と電気的に接続し、
   前記シャントレギュレータの一端と他端との間の電圧差が予め定められた値よりも大きい場合に、前記シャントレギュレータの一端から前記シャントレギュレータの他端に電流を流す、
   請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のバランス補正装置。
5. 前記シャントレギュレータは、ツェナーダイオードを含む、
   請求項２から請求項４までの何れか一項に記載のバランス補正装置。
6. 直列に接続された第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルと、
   前記第１の蓄電セルおよび前記第２の蓄電セルの電圧を均等化させる、請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のバランス補正装置と、
   を備える、蓄電システム。

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