JP2015100217A - Balancing circuit for balancing battery units - Google Patents

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富生 蔡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a balancing circuit for balancing battery units.SOLUTION: A balancing circuit for balancing a plurality of battery units includes a plurality of balancing modules. Each balancing module includes first and second switch units and first and second inductor devices. The first inductor device is coupled to the second inductor device. The plurality of balancing modules include first and second balancing modules, and they are respectively connected to first and second battery units of the plurality of battery units. The first inductor device of the first balancing module removes excess energy of the first battery unit by opening and closing of the first switch unit of the first balancing module, and stores inductive energy corresponding to the excess energy in the second balancing module.

Description

本発明は一種のバッテリーのバランシングに係り、特に一種の、複数のバッテリーユニットの中の、比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することで、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バランシング回路に関する。   The present invention relates to a kind of battery balancing, and in particular, by providing the plurality of battery units with energy of a battery unit having a relatively high voltage among a plurality of battery units. The present invention relates to an active balancing circuit for balancing units.

一般には、比較的高い出力電圧を提供するため、複数のバッテリーを直列に接続して電源供給装置となして、必要な出力電圧を提供としている。しかし、相互に直列に接続された複数のバッテリーを有する電源供給装置に充電を行うときは、該複数のバッテリーの間の電圧のアンバランスにより、総エネルギーの低下が形成されるか、或いは電源供給装置の損壊がもたらされ得る。たとえば、該電源供給装置中の一部分のバッテリーがすでに充電飽和となり、その他の電池は充電が完成するまでまだ時間がかかるとき、続いて電源供給装置に対して充電を行えば、該部分の電池が過充電(overcharging)の現象を形成し、それにより、該部分の電池の寿命が短縮されてしまう。   In general, in order to provide a relatively high output voltage, a plurality of batteries are connected in series to form a power supply device to provide a necessary output voltage. However, when charging a power supply device having a plurality of batteries connected in series with each other, a decrease in total energy is formed due to voltage imbalance between the plurality of batteries, or power supply Damage to the device can result. For example, when a part of the batteries in the power supply device is already saturated and the other batteries still take a long time to complete charging, if the battery is subsequently charged, An overcharging phenomenon is formed, thereby shortening the battery life of the part.

伝統的な電源供給装置は、パッシブ式バランシングメカニズム(passive battery balancing mechanism)を使用することで上述の状況の発生を防止している。しかし、パッシブ式バランシングメカニズムは、余剰のエネルギー(すなわち、過充電されたエネルギー)を消耗するものであるため、エネルギーの浪費と過量の熱を形成する。このため、一種のアクティブ式バランシング回路(active
balancing circuit)により上述の問題を解決する必要がある。
Traditional power supply devices prevent the above situation from occurring by using a passive battery balancing mechanism. However, the passive balancing mechanism consumes excess energy (i.e., overcharged energy), thus creating energy waste and excessive heat. For this reason, a kind of active balancing circuit (active
It is necessary to solve the above-mentioned problem by balancing circuit.

これを鑑み、本発明の目的の一つは、一種の、複数のバッテリーユニット中の比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することで、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バランシング回路を提供し、上述の問題を解決することにある。   In view of this, one of the objects of the present invention is to provide a plurality of battery units with a kind of energy of a battery unit having a relatively high voltage among the plurality of battery units. An active balancing circuit is provided to solve the above-described problems.

本発明の一つの実施例によると、それは一種の、複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路を提示している。該バランシング回路は、複数のバランシングモジュールを包含する。該複数のバランシングモジュールは、それぞれ該複数のバッテリーユニットに接続され、そのうち、各一つのバランシングモジュールは、第1スイッチユニット、第2スイッチユニット、第1インダクタ装置及び第2インダクタ装置を包含する。該第1インダクタ装置は該第1スイッチユニットと、該バランシングモジュールが接続される一つのバッテリーユニットの間に接続される。該第2インダクタ装置は、該第2スイッチユニットに接続される。そのうち、該第1インダクタ装置は、該第2インダクタ装置にカップリングされる。該複数のバランシングモジュールは、第1バランシングモジュールと第2バランシングモジュールを包含し、それぞれ該複数のバッテリーユニットの第1バッテリーユニットと第2バッテリーユニットに接続される。該第1バランシングモジュールの該第1インダクタ装置は、該第1バランシングモジュールの該第1スイッチユニットの開閉状態により、該第1バッテリーユニットの余剰のエネルギーを奪い去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを、該第2バランシングモジュールに保存する。該第2バランシングモジュールの該第2インダクタ装置は、該第2バランシングモジュールの該第2スイッチユニットの開閉状態により、該誘導エネルギーを該第2バッテリーユニットに提供する。   According to one embodiment of the present invention, it presents a kind of balancing circuit for balancing a plurality of battery units. The balancing circuit includes a plurality of balancing modules. The plurality of balancing modules are connected to the plurality of battery units, respectively, and each one of the balancing modules includes a first switch unit, a second switch unit, a first inductor device, and a second inductor device. The first inductor device is connected between the first switch unit and one battery unit to which the balancing module is connected. The second inductor device is connected to the second switch unit. Among these, the first inductor device is coupled to the second inductor device. The plurality of balancing modules include a first balancing module and a second balancing module, and are connected to the first battery unit and the second battery unit of the plurality of battery units, respectively. The first inductor device of the first balancing module takes away excess energy of the first battery unit according to the open / close state of the first switch unit of the first balancing module, and corresponds to the excess energy. Inductive energy is stored in the second balancing module. The second inductor device of the second balancing module provides the inductive energy to the second battery unit according to the open / close state of the second switch unit of the second balancing module.

本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有して回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、及び自走式発振器の採用により、コントロールメカニズムを簡易化し製造コストを削減できる。   The battery balancing circuit provided by the present invention quickly balances the battery system, has a modularized circuit structure, simplifies circuit design, increases design freedom, and adopts a self-propelled oscillator. And manufacturing costs can be reduced.

本発明のバッテリーシステムの一つの実施例の表示図である。It is a display figure of one Example of the battery system of this invention. 図1に示されるバッテリーシステムの第1具体実施例の表示図である。FIG. 2 is a display diagram of a first specific example of the battery system shown in FIG. 1. 図2に示されるトランジスタの切り換えタイミングの実施例表示図である。FIG. 3 is an example display diagram of transistor switching timing shown in FIG. 2. 図2に示されるバランシング回路の局部回路の具体実施例の表示図である。FIG. 3 is a display diagram of a specific example of a local circuit of the balancing circuit shown in FIG. 2. 図1に示されるバッテリーシステムの第2具体実施例の表示図である。FIG. 4 is a display diagram of a second specific example of the battery system shown in FIG. 1. 図1に示されるバッテリーシステムの第3具体実施例の表示図である。FIG. 4 is a display diagram of a third specific example of the battery system shown in FIG. 1.

明細書及び後続の特許請求の範囲中、ある語彙が特定の素子を示すのに使用される。所属領域中の通常の知識を有する者であれば理解できるように、メーカーは異なる名詞を用いて同一の装置を呼称し得る。本明細書及び後続の特許請求の範囲は、名称の差異により素子を区別する方式ではなく、素子の機能上の差異により区別することを原則としている。明細書及び後続の特許請求の範囲全般にわたり、使用される「包含」とは開放式の用語であり、「包含するが、それに限定されるわけではない」と解釈されるべきである。このほか「接続」との用語は、任意の直接或いは間接の電気接続手段を包含する。これにより、もし文中に第1装置が第2装置に接続されるとの記述があれば、該第1装置は直接的に第2装置に電気的に接続されるか、或いはその他の装置或いは連接手段を介して間接的に該第2装置に電気的に接続されることを示す。   In the specification and in the claims that follow, a vocabulary is used to indicate a particular element. The manufacturer can refer to the same device using different nouns so that it can be understood by those with ordinary knowledge in the domain of affiliation. In the present specification and the subsequent claims, the principle is not to distinguish the elements by the difference in names but to distinguish by the functional differences of the elements. Throughout the specification and the following claims, the term “inclusion” as used is an open term and should be interpreted as “including but not limited to”. In addition, the term “connection” includes any direct or indirect electrical connection means. Thus, if the statement states that the first device is connected to the second device, the first device is directly electrically connected to the second device, or another device or connection. It is electrically connected to the second device indirectly through the means.

図1を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムの一つの実施例の表示図である。バッテリーシステム100は、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn (nは正の整数)、及び複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn をバランシングするためのバランシング回路102を包含する。複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn は、端子BAT+と、端子BAT−により、外接電子装置(図1には示されていない)が必要とする電源を提供するか、或いは、端子BAT+と端子BAT−により、充電電源を受け取る。バッテリーシステム100が、充電(charging)、放電(discharging)或いはアイドル(idle)の状況にある時、バランシング回路102は、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn 中の、比較的高い電圧(すなわち、比較的多くの電荷)を有するバッテリーユニットのエネルギーを取り出し、さらに、それを全ての複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供し、これにより、バッテリーバランシングの目的を実現する。言い換えると、バランシング回路102はアクティブ式バランシング回路とされ、並びにエネルギーを直接必要なバッテリーユニットに提供することにより、スピーディーで高効率のバッテリーバランシングメカニズムを実現する。 Please refer to FIG. It is a display diagram of one embodiment of the battery system of the present invention. The battery system 100 includes a plurality of battery units VB 1 to VB n (n is a positive integer) and a balancing circuit 102 for balancing the plurality of battery units VB 1 to VB n . The plurality of battery units VB 1 to VB n provide a power source required by the external electronic device (not shown in FIG. 1) through the terminals BAT + and BAT−, or the terminals BAT + and BAT− -Receiving charging power. When the battery system 100 is in a charging, discharging, or idle situation, the balancing circuit 102 may use a relatively high voltage (ie, comparison) among the plurality of battery units VB 1 -VB n. The energy of the battery unit having a large number of charges) is taken out and provided to all the plurality of battery units VB 1 to VB n , thereby realizing the purpose of battery balancing. In other words, the balancing circuit 102 is an active balancing circuit and provides a speedy and highly efficient battery balancing mechanism by providing energy directly to the required battery unit.

具体的には、バランシング回路102は(以下に限定されるわけではないが)、複数のバランシングモジュール1121〜112nを包含し得て、それはそれぞれ複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に接続される。複数のバランシングモジュール1121〜112nはそれぞれ複数の第1スイッチユニットSW11〜SW1n、複数の第2スイッチユニットSW21〜SW2n、複数の第1インダクタ装置LP1〜LPn及び複数の第2インダクタ装置LS1〜LSnを包含する。各バランシングモジュール中、第1インダクタ装置は第1スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続するバッテリーユニットの間に接続され、第2インダクタ装置は第2スイッチユニットに接続され、並びに該バランシングモジュールの第1インダクタ装置にカップリングされる。以下に、バッテリーユニットVB1 が過高の電圧を有する(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いはその他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる)場合を例とし、簡単にバランシング回路102の動作方式を説明する。 Specifically, the balancing circuit 102 may include (but is not limited to) a plurality of balancing modules 112 1 to 112 n that are connected to a plurality of battery units VB 1 to VB n , respectively. The Each of the plurality of balancing modules 112 1 to 112 n includes a plurality of first switch units SW1 1 to SW1 n , a plurality of second switch units SW2 1 to SW2 n , a plurality of first inductor devices LP 1 to LP n and a plurality of first switches. 2 inductor devices LS 1 to LS n are included. In each balancing module, the first inductor device is connected between the first switch unit and the battery unit to which the balancing module is connected, the second inductor device is connected to the second switch unit, and the first inductor of the balancing module Coupled to the device. In the following, the case where the battery unit VB 1 has an excessively high voltage (for example, the set voltage range of the rated voltage is exceeded or the difference between the voltages of other battery units is excessive) is taken as an example, The operation method of the balancing circuit 102 will be briefly described.

まず、第1インダクタ装置LP1は、第1スイッチユニットSW11の開閉状態により、バッテリーユニットVB1の余剰のエネルギーEOを取り去り、並びに余剰のエネルギーEOに対応する誘導エネルギー(inductive energy)EIを、少なくとも一つのバランシングモジュールの中に保存する。例を挙げて説明すると(ただし本発明はこれに限定されるわけではないが)、余剰のエネルギーEOは各一つのバランシングモジュールにカップリングされ、これにより、誘導エネルギーEIが各一つのバランシングモジュールの中に保存される。このほか、余剰のエネルギーEOは第2インダクタ装置LS1にカップリングされて誘導エネルギーEIを発生してもよく、それにより誘導エネルギーEIが各一つのバランシングモジュールの中に保存される。続いて、仮にバッテリーユニットVB2が低すぎるとすると、第2バランシングモジュール1122の第2インダクタ装置LS2が、第2スイッチユニットSW22の開閉状態により、誘導エネルギーEIをバッテリーユニットVB2に提供する。簡単に述べると、本発明の提供するバッテリーバランシングメカニズムは、バランシングモジュールのスイッチユニット(たとえば、第1スイッチユニットSW11)により該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットのエネルギーを釈放し、及び、もう一つのバランシングモジュールのもう一つのスイッチユニット(たとえば第2スイッチユニットSW21)を利用し、その釈放したエネルギーを該もう一つのバランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットに提供する。注意すべきことは以下のとおりである。本発明が提供するバッテリーバランシングメカニズムは、また、単一バッテリーユニットの余剰のエネルギーを複数のバッテリーユニットに提供しても、複数のバッテリーユニットの余剰のエネルギーを単一のバッテリーユニットに提供しても、或いは、複数のバッテリーユニットの余剰のエネルギーを、複数のバッテリーユニットに提供してもよい。 First, a first inductor unit LP 1 is the first opening and closing state of the switch unit SW1 1, removal of the excess energy EO of the battery unit VB 1, as well as inductive energy (inductive energy) EI corresponding to the excess of energy EO, Store in at least one balancing module. By way of example (although the invention is not so limited), the surplus energy EO is coupled to each one balancing module, so that the induced energy EI is reduced to each balancing module. Saved in. In addition, the surplus energy EO may be coupled to the second inductor device LS 1 to generate inductive energy EI, whereby the inductive energy EI is stored in each one balancing module. Subsequently, if the battery unit VB 2 is too low, the second inductor device LS 2 of the second balancing module 112 2 provides inductive energy EI to the battery unit VB 2 according to the open / closed state of the second switch unit SW2 2. To do. In brief, the battery balancing mechanism provided by the present invention releases the energy of the battery unit to which the balancing module is connected by the switch unit of the balancing module (for example, the first switch unit SW1 1 ) and the other. The other switch unit (for example, the second switch unit SW2 1 ) of one balancing module is used, and the released energy is provided to the battery unit to which the other balancing module is connected. The points to note are as follows. The battery balancing mechanism provided by the present invention can also provide the surplus energy of a single battery unit to a plurality of battery units or the surplus energy of a plurality of battery units to a single battery unit. Alternatively, excess energy of the plurality of battery units may be provided to the plurality of battery units.

このほか、図1に示される複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn 中の、各一つのバッテリーユニットは、バッテリーセル(battery cell)(単一バッテリー)、バッテリーブロック(battery block)(相互に並列に接続された複数のバッテリーを包含する)、バッテリーモジュール(battery module)(相互に直列に接続された複数の電池ブロックを包含する)或いはバッテリーパック(battery pack)(直列接続と並列接続の複数の電池を包含する)とされ得る。図1のバランシングモジュール1121〜112nは同じ或いは類似の回路構造を有し、ゆえにバランシング回路102はモジュール化(modularization)の方式を採用して実施できる。 In addition, each of the battery units VB 1 to VB n shown in FIG. 1 includes a battery cell (single battery), a battery block (battery block) (in parallel with each other). Including a plurality of connected batteries), a battery module (including a plurality of battery blocks connected in series with each other) or a battery pack (a plurality of batteries connected in series and in parallel) Can be included). The balancing modules 112 1 to 112 n in FIG. 1 have the same or similar circuit structure, and therefore the balancing circuit 102 can be implemented using a modularization scheme.

図2を参照されたい。それは、図1に示されるバッテリーシステム100の第1具体実施例の表示図である。この具体実施例中、バッテリーシステム100は、複数のバッテリーユニットB1 〜Bn及びバランシング回路202を包含する。複数のバッテリーユニットB1 〜Bnは、複数のバッテリーセルとされ(しかし本発明はこれに限定されない)、並びに相互に端子BAT+(すなわち、高圧側(high side))と端子BAT−(すなわち、低圧側(low side))の間で直列に接続される。これにより、端子BAT+と端子BAT−を介して電源を提供するか、或いは充電電源を受け取る。バランシング回路202は、複数のバランシングモジュール2121〜212nを包含し、それはそれぞれ複数の第1インダクタ装置LD1〜LDn、複数の第2インダクタ装置LC1〜LCn、複数の第1スイッチユニット2241〜224n、及び複数の第2スイッチユニット2281〜228nを包含する。各バランシングモジュールの中、該バランシングモジュールの第1インダクタ装置は該バランシングモジュールの第1スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続され、及び、該バランシングモジュールの第2インダクタ装置は該バランシングモジュールの第2スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続される。 Please refer to FIG. It is a display diagram of a first specific embodiment of the battery system 100 shown in FIG. In this specific embodiment, the battery system 100 includes a plurality of battery units B 1 -B n and a balancing circuit 202. The plurality of battery units B 1 to B n are formed as a plurality of battery cells (but the present invention is not limited to this), and a terminal BAT + (that is, high side) and a terminal BAT− (that is, Connected in series between the low side. As a result, power is provided via the terminal BAT + and the terminal BAT−, or the charging power is received. The balancing circuit 202 includes a plurality of balancing modules 212 1 to 212 n , which respectively include a plurality of first inductor devices LD 1 to LD n , a plurality of second inductor devices LC 1 to LC n , and a plurality of first switch units. 224 1 to 224 n and a plurality of second switch units 228 1 to 228 n . Among each balancing module, the first inductor device of the balancing module is connected between the first switch unit of the balancing module and the battery unit to which the balancing module is connected, and the second inductor device of the balancing module is It is connected between the second switch unit of the balancing module and the battery unit to which the balancing module is connected.

この具体実施例中、複数の第1スイッチユニット2241〜224nは、それぞれ図1に示される複数の第1スイッチユニットSW11〜SW1nを実施するのに用いられ、そのうち、複数の第1スイッチユニット2241〜224nは、複数の単方向式(uni−directional)スイッチ装置とされ、それぞれ複数のダイオード(diode)DD1〜DDn及びそれが直列に接続された複数の二方向式(bi−directional)スイッチ装置(すなわち、複数のボデーダイオード(body diode)BD11〜BD1nを有する複数のトランジスタ(transistor)QD1〜QDn)により実施される。たとえば(ただし、本発明はこれに限定されないが)、複数のトランジスタQD1〜QDnの少なくとも一つは、MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)により実現される。同様に、複数の第2スイッチユニット2281〜228nは、それぞれ図1に示される複数の第2スイッチユニットSW21〜SW2nを実施するのに用いられ、そのうち、複数の第2スイッチユニット2281〜228nもまた、複数の単方向式スイッチ装置とされ得て、それぞれ複数のダイオードDC1〜DCn及びそれが直列に接続された複数の二方向式スイッチ装置(すなわち、複数のボデーダイオード(body diode)BD21〜BD2nを有する複数のトランジスタQC1〜QCn)により実施される。 In this specific embodiment, the plurality of first switch units 224 1 to 224 n are used to implement the plurality of first switch units SW1 1 to SW1 n shown in FIG. The switch units 224 1 to 224 n are a plurality of uni-directional switch devices, each of which includes a plurality of diodes DD 1 to DD n and a plurality of two-way types ( bi-directional) switch device (i.e., a plurality of body diodes (body diode) is carried out by BD1 plurality of transistors having 1 ~BD1 n (transistor) QD 1 ~QD n). For example (however, the present invention is not limited to this), at least one of the plurality of transistors QD 1 to QD n is realized by a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Similarly, the plurality of second switch units 228 1 to 228 n are used to implement the plurality of second switch units SW2 1 to SW2 n shown in FIG. 1 to 228 n may also be a plurality of unidirectional switch devices, each having a plurality of diodes DC 1 to DC n and a plurality of bidirectional switch devices (ie, a plurality of body diodes) connected in series. is carried out by (body diode) BD2 plurality of transistors QC 1 ~QC n having 1 ~BD2 n).

図2から分かるように、各バランシングモジュールの中の第1インダクタ装置と第2インダクタ装置が相互にカップリングされるほか、異なるバランシングモジュールの間の第1インダクタ装置は相互にカップリングされ、及び異なるバランシングモジュールの間の第2インダクタ装置も相互にカップリングされる。言い換えると、各一つのインダクタ装置(すなわち、複数の第1インダクタ装置LD1〜LDnと複数の第2インダクタ装置LC1〜LCn)は相互にカップリングされ、これにより、複数のバランシングモジュール2121〜212nの中の一つのバランシングモジュールが、該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットより余剰のエネルギーを取り去るとき、その他のバランシングモジュールはいずれも該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを保存できる。 As can be seen from FIG. 2, in addition to the first inductor device and the second inductor device in each balancing module being coupled to each other, the first inductor devices between the different balancing modules are coupled to each other and different. The second inductor devices between the balancing modules are also coupled to each other. In other words, each one inductor device (that is, the plurality of first inductor devices LD 1 to LD n and the plurality of second inductor devices LC 1 to LC n ) is coupled to each other, and thereby the plurality of balancing modules 212. When one of the balancing modules 1 to 212 n removes surplus energy from the battery unit to which the balancing module is connected, any of the other balancing modules can store induced energy corresponding to the surplus energy.

バッテリーユニットB1 の電圧が過高で(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる)、バッテリーユニットB2の電圧が過低(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲より低いか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧より非常に低くなる)である 状況を考慮する。第1スイッチユニット2241(或いはトランジスタQD1)が切断(turn−off)状態から導通(turn−on)状態に切り換えられる時、バッテリーユニットB1 の余剰のエネルギーEOを取り去り、並びに第1インダクタ装置LD1とその他のインダクタ装置の間のカップリング関係により、余剰のエネルギーEOを誘導エネルギーEIに変換し、さらにその他のインダクタ装置の中(すなわち、インダクタ装置の磁心(magnetic core))に保存できる。続いて、第2スイッチユニット2282(或いはトランジスタQC2)を、切断状態から導通状態へと切り換え、一旦第1スイッチユニット2241が導通状態から再度切断状態に切り換えられると、すなわち、第2インダクタ装置LC2が保存する誘導エネルギーEIは、バッテリーユニットB2に提供され得る。 The voltage of the battery unit B 1 is too high (for example, the set voltage range of the rated voltage is exceeded or the difference between the voltages of other battery units is excessive) and the voltage of the battery unit B 2 is Consider situations that are too low (eg, below the set voltage range of the rated voltage or much lower than the voltage of other battery units). When the first switch unit 224 1 (or transistor QD 1 ) is switched from a turn-off state to a turn-on state, the excess energy EO of the battery unit B 1 is removed, and the first inductor device Due to the coupling relationship between LD 1 and other inductor devices, excess energy EO can be converted to inductive energy EI and further stored in the other inductor devices (ie, the magnetic core of the inductor device). Subsequently, the second switch unit 228 2 (or transistor QC 2 ) is switched from the disconnected state to the conductive state, and once the first switch unit 224 1 is switched from the conductive state to the disconnected state again, that is, the second inductor The inductive energy EI stored by the device LC 2 can be provided to the battery unit B 2 .

以上から分かるように、バッテリーユニットBx(1≦x≦n)の電圧が過高であるとき、第1スイッチユニット224x(或いはトランジスタQDx)を導通させて、余剰のエネルギー(たとえば、余剰のエネルギーEO)を釈放させ並びに対応する誘導エネルギー(たとえば、誘導エネルギーEI)を保存できる。続いて、第2スイッチユニット228y(或いはトランジスタQCy)(1≦y≦n)を導通することで、誘導エネルギーがバッテリーユニットBy(またすなわち、比較的低い電圧を有するバッテリーユニット)に提供される。言い換えると、トランジスタQDxを導通させることは、バッテリーユニットBxを放電させることと見なし得て、トランジスタQCyを導通させることは、バッテリーユニットByに対する充電実行と見なし得る。 As can be seen from the above, when the voltage of the battery unit B x (1 ≦ x ≦ n) is excessively high, the first switch unit 224 x (or the transistor QD x ) is turned on to generate excess energy (for example, excess energy). As well as the corresponding induced energy (eg, induced energy EI). Then, by conducting the second switching unit 228 y (or transistor QC y) (1 ≦ y ≦ n), inductive energy battery unit B y (also ie, a battery unit having a relatively low voltage) provided Is done. In other words, possible to conduct the transistor QD x is obtained regarded as possible to discharge the battery unit B x, thereby conducting the transistor QC y may be considered charging execution for the battery unit B y.

図2に示されるスイッチユニットの切り換えタイミングについては、図3を参照されたい。図3は、図2に示されるトランジスタの切り換えタイミングの一つの実施例の表示図である。そのうち、トランジスタQDxは複数のトランジスタQD1〜QDnのそのうちの一つ(第1スイッチユニット224xに対応する)を代表し、トランジスタQCyは複数のトランジスタQC1〜QCnのそのうちの一つ(第2スイッチユニット228yに対応する)を代表する。以上から分かるように、トランジスタQCyが導通状態にあり(たとえば、信号S(QCy)がハイレベルにある)、トランジスタQDxが導通状態から再度切断状態へと切り換えられる(たとえば、信号S(QDx)がハイレベルからローレベルに切り換えられる)とき、磁心に保存された誘導エネルギーは、トランジスタQCyに対応するバッテリーユニットに提供され得る。これにより、誘導エネルギーをトランジスタQCyに対応するバッテリーユニットに提供するため、トランジスタQCyはトランジスタQDxが切断されると同時に導通し(またすなわち、第2スイッチユニット228yは、第1スイッチユニット224xが閉じると同時に開く)(図3に示されるとおり)、ある設計変化中、トランジスタQCyはまた、トランジスタQDxが切断される前に導通してもよく、たとえば、トランジスタQCyはトランジスタQDxと同時に導通してもよい。 Refer to FIG. 3 for the switching timing of the switch unit shown in FIG. FIG. 3 is a display diagram of one embodiment of the switching timing of the transistors shown in FIG. Among them, the transistor QD x represents one of the plurality of transistors QD 1 to QD n (corresponding to the first switch unit 224 x ), and the transistor QC y is one of the plurality of transistors QC 1 to QC n. (Corresponding to the second switch unit 228 y ). As can be seen from the above, the transistor QC y is in the conducting state (for example, the signal S (QC y ) is at the high level), and the transistor QD x is switched from the conducting state to the disconnected state again (for example, the signal S ( QD x) is switched from high level to low level) when, inductive energy stored in the core may be provided in the battery unit corresponding to the transistor QC y. Accordingly, in order to provide inductive energy to the battery unit corresponding to the transistor QC y, the transistor QC y is conducting at the same time the transistor QD x is disconnected (also ie, the second switch unit 228 y has a first switch unit 224 x closes open at the same time) (as shown in FIG. 3), in one design variation, the transistor QC y may also be conducted before the transistor QD x is disconnected, for example, the transistor QC y transistor QD x at the same time it may be conducting.

このほか、磁心が保存するエネルギーの飽和を防止するため、適宜にトランジスタQDxとトランジスタQCyの信号を駆動するためのデューティーサイクル(duty cycle)を設計することで、磁心に保存された誘導エネルギーを完全に釈放させることができる。たとえば、トランジスタQCyのトランジスタQDxが切断された後の導通時間(たとえばTC)は、トランジスタQDxの導通時間(たとえば、TD)より大きく設計され得る。ある具体実施例において、第1インダクタ装置と第2インダクタ装置の間の巻数比(turn ratio)を設計可能で、並びに信号のデューティーサイクルの設計が組み合わされることで、磁心に保存された誘導エネルギーが完全に釈放される。 In addition, in order to prevent saturation of energy stored in the magnetic core, the duty cycle (duty cycle) for driving the signals of the transistors QD x and QC y is appropriately designed so that the inductive energy stored in the magnetic core is stored. Can be released completely. For example, the conduction time (eg, TC) after transistor QD x of transistor QC y is disconnected may be designed to be greater than the conduction time (eg, TD) of transistor QD x . In certain embodiments, the turn ratio between the first inductor device and the second inductor device can be designed, and the design of the duty cycle of the signal can be combined to reduce the induced energy stored in the magnetic core. Completely released.

上述のスイッチ素子の開閉状態の切り換えは、コントロール回路によりコントロールされる。図2と共に図4も参照されたい。図4は図2に示されるバランシング回路202の局部回路の具体実施例の表示図である。この具体実施例中、バランシング回路202はコントロールユニット242を包含し、それは駆動信号SG を発生してバッテリーユニットBX が対応するバランシングモジュール212xの操作をコントロールするのに用いられる。そのうち、第1インダクタ装置LDx、第2インダクタ装置LCx、複数のダイオードDDxとDCx、トランジスタQDx(ボデーダイオードBD1xを有する)及びトランジスタQCy(ボデーダイオードBD2xを有する)は、バランシングモジュール212xが包含 する回路装置とされる。コントロールユニット242は、ロジック回路(logic circuit)244、自走式発振器(free−running oscillator)246及びゲート駆動回路(gate drive circuit)248を包含する。自走式発振器246は、自己励起し、ゆえにコントロールユニット242は、簡易化された回路設計と低い製造コストの長所を有する。さらに具体的に説明すると、ロジック回路244は、複数のバッテリーユニットB1 〜Bn の電圧を検出して電圧情報を取得し、並びに該電圧情報に基づいてイネーブル信号SEN を発生できる。ゲート駆動回路248はイネーブル信号SEN と、自走式発振器246の発生した発振信号SO に基づき、駆動信号SG を発生してトランジスタ(たとえば、トランジスタQDx及び又はトランジスタQCx)の開閉状態をコントロールする。 The switching of the open / close state of the switch element is controlled by a control circuit. Please refer to FIG. 4 together with FIG. FIG. 4 is a display diagram of a specific embodiment of a local circuit of the balancing circuit 202 shown in FIG. In this particular embodiment, the balancing circuit 202 includes a control unit 242, which is used to generate the drive signal S G and control the operation of the corresponding balancing module 212 x by the battery unit B X. Among them, the first inductor device LD x , the second inductor device LC x , the plurality of diodes DD x and DC x , the transistor QD x (having the body diode BD1 x ), and the transistor QC y (having the body diode BD2 x ) are: The circuit device is included in the balancing module 212 x . The control unit 242 includes a logic circuit 244, a free-running oscillator 246, and a gate drive circuit 248. The free-running oscillator 246 is self-excited, so the control unit 242 has the advantages of simplified circuit design and low manufacturing cost. More specifically, the logic circuit 244 can detect voltage of the plurality of battery units B 1 to B n to acquire voltage information, and generate an enable signal SEN based on the voltage information. The gate drive circuit 248 generates a drive signal S G based on the enable signal S EN and the oscillation signal S O generated by the free-running oscillator 246 to open / close a transistor (for example, the transistor QD x and / or the transistor QC x ). Control.

たとえば、ロジック回路244が複数のバッテリーユニットB1 〜Bn の間の電圧のアンバランスを検出して発生したイネーブル信号SENは、特定電圧レベル(たとえば、高電圧レベル)を有し得る。このほか、ゲート駆動回路248は発振信号SO に基づき駆動信号SG を発生し、いいかえると、駆動信号SG は、発振信号SO の周波数とデューティーサイクル(duty cycle)の情報を有し、これにより、バッテリーユニットBX が釈放する(又は受け取る)エネルギーの大きさは、発振信号SO の周波数とデューティーサイクルによりコントロールされ得る。 For example, the enable signal SEN generated when the logic circuit 244 detects voltage imbalance between the plurality of battery units B 1 to B n may have a specific voltage level (eg, a high voltage level). In addition, the gate drive circuit 248 generates a drive signal S G based on the oscillation signal S O. In other words, the drive signal S G has information on the frequency and duty cycle of the oscillation signal S O , As a result, the amount of energy released (or received) by the battery unit B X can be controlled by the frequency of the oscillation signal S O and the duty cycle.

注意すべきことは以下のとおりである。以上は僅かに説明のために用いられ、本発明を制限するものではない。一つの具体実施例において、少なくとも一つのバッテリーユニットを同時に導通させてその余剰のエネルギーを釈放させ並びに各バランシングモジュールの中に保存でき、並びに対応する誘導エネルギーを同時に必要な少なくとも一つのバッテリーユニットに同時に提供する。このほか、図4に示されるコントロールユニット242の回路構造は、僅かに説明のために提示されたものにすぎず、たとえば、自走式発振器246はまた、直接イネーブル信号SENに基づき、発振信号SOを出力して駆動信号SGとなしてもよい。ある設計変化中、ゲート駆動回路248はまた、直接イネーブイネーブル信号Senに基づき、駆動信号SGを発生してもよい。 The points to note are as follows. The foregoing is used for illustrative purposes only and is not intended to limit the present invention. In one embodiment, at least one battery unit can be energized simultaneously to release its surplus energy and stored in each balancing module, and corresponding inductive energy can be simultaneously applied to at least one battery unit that is required. provide. In addition, the circuit structure of the control unit 242 shown in FIG. 4 is merely presented for illustrative purposes. For example, the free-running oscillator 246 can also generate an oscillation signal based on the direct enable signal SEN. S O may be output as the drive signal S G. During a design change, and the gate drive circuit 248, based on the direct Lee nave enable signal S en, may generate drive signals S G.

図5を参照されたい。それは図1に示されるバッテリーシステム100の第2具体実施例の表示図である。この具体実施例において、バッテリーシステム500は、図2に示される複数のバッテリーユニットB1 〜Bn及びバランシング回路502を包含する。バランシング回路502は複数のバランシングモジュール5121〜512nを包含し、それはそれぞれ図1に示される複数の第1インダクタ装置LP1〜LPnと複数の第2インダクタ装置LS1〜LSn、複数の第1スイッチユニット5241〜524n、複数の第2スイッチユニット5281〜528n、及び複数のコンデンサC1 〜Cnを包含する。各バランシングモジュールの中、該第1インダクタ装置は該第1スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続され、該第2インダクタ装置は該第2スイッチユニットに接続され、及び、該バランシングモジュールのコンデンサの2端はそれぞれ該第2インダクタ装置と該第2スイッチユニットに接続される。 Please refer to FIG. It is a display diagram of a second specific embodiment of the battery system 100 shown in FIG. In this specific embodiment, the battery system 500 includes a plurality of battery units B 1 -B n and a balancing circuit 502 shown in FIG. The balancing circuit 502 includes a plurality of balancing modules 512 1 to 512 n , each of which includes a plurality of first inductor devices LP 1 to LP n and a plurality of second inductor devices LS 1 to LS n , a plurality of It includes first switch units 524 1 to 524 n , a plurality of second switch units 528 1 to 528 n , and a plurality of capacitors C 1 to C n . In each balancing module, the first inductor device is connected between the first switch unit and a battery unit to which the balancing module is connected, the second inductor device is connected to the second switch unit, and Two ends of the capacitor of the balancing module are connected to the second inductor device and the second switch unit, respectively.

この具体実施例中、複数の第1スイッチユニット5241〜524nはそれぞれ図2に示される複数のトランジスタQD1〜QDnにより実施され、及び複数の第2スイッチユニット5281〜528nはそれぞれ図2に示される複数のトランジスタQC1〜QCnにより実施される。このほか、複数のコンデンサC1 〜Cnは端子N+と端子N−(すなわち、端子BAT−)の間に相互に並列に接続され、これにより、複数のバランシングモジュール5121〜512nの中の一つのバランシングモジュールが、該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットより余剰のエネルギーを取り去るとき、その他のバランシングモジュールはいずれも該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを保存できる。 In this specific embodiment, the plurality of first switch units 524 1 to 524 n are each implemented by a plurality of transistors QD 1 to QD n shown in FIG. 2, and the plurality of second switch units 528 1 to 528 n are respectively This is implemented by a plurality of transistors QC 1 to QC n shown in FIG. In addition, the plurality of capacitors C 1 to C n are connected in parallel to each other between the terminal N + and the terminal N− (that is, the terminal BAT−), whereby the capacitors C 1 to C n are connected to each other in the plurality of balancing modules 512 1 to 512 n . When one balancing module removes excess energy from the battery unit to which the balancing module is connected, any other balancing module can store inductive energy corresponding to the excess energy.

バッテリーユニットB1 の電圧が過高で(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる)、バッテリーユニットB2の電圧が過低(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲より低いか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧より非常に低くなる)である 状況を考慮する。トランジスタQD1が切断状態から導通状態に切り換わるとき、バッテリーユニットB1 の余剰のエネルギーEOを取り去り、そのうち、余剰のエネルギーEOは、第1インダクタ装置LP1と第2インダクタ装置LS1の間のカップリング関係により、誘導エネルギーEIに変換され、それは磁心に保存され、並びにトランジスタQD1が切断状態に切り換わるとき、これに相互に並列に接続された複数のコンデンサC1 〜Cnの中に保存される。トランジスタQC2が切断状態より導通状態に切り換わる時、コンデンサC2に保存された誘導エネルギーEIは、第1インダクタ装置LP2と第2インダクタ装置LS2の間のカップリング関係により、バッテリーユニットB2に提供される。 The voltage of the battery unit B 1 is too high (for example, the set voltage range of the rated voltage is exceeded or the difference between the voltages of other battery units is excessive) and the voltage of the battery unit B 2 is Consider situations that are too low (eg, below the set voltage range of the rated voltage or much lower than the voltage of other battery units). When the transistor QD 1 switches from the disconnected state to the conductive state, the surplus energy EO of the battery unit B 1 is removed, and the surplus energy EO is between the first inductor device LP 1 and the second inductor device LS 1 . Due to the coupling relationship, it is converted to inductive energy EI, which is stored in the magnetic core, and when the transistor QD 1 switches to a disconnected state, it is in a plurality of capacitors C 1 to C n connected in parallel to each other. Saved. When the transistor QC 2 switches from the disconnected state to the conductive state, the inductive energy EI stored in the capacitor C 2 is determined by the battery unit B due to the coupling relationship between the first inductor device LP 2 and the second inductor device LS 2. Offered in two .

誘導エネルギーが各バランシングモジュールのコンデンサに保存されることにより、一旦、少なくとも一つのバランシングモジュールの第2スイッチユニットがオンされると、エネルギーは少なくとも一つのバランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットに提供される。このほか、すなわち、同時に第1スイッチユニット(たとえば、トランジスタQDxに導通する)と第2スイッチユニット(たとえば、トランジスタQCyに導通する)がオンされて、上述のバッテリーバランシング操作が実現され得る。簡単に述べると、バッテリーシステム500の動作期間に、バランシング回路502は任意の時間点でバッテリーバランシング操作を実行でき、このほか、トランジスタQDx(1≦x≦n)の導通はバッテリーユニットBxを放電させること、及び、トランジスタQCy(1≦y≦n)の導通は、バッテリーユニットByに対して充電することと見なされ、これにより、バランシング回路502が示す回路構造は、充電モード、放電モード、或いはアイドルモードにあるバッテリーシステムにおいて応用可能である。 The inductive energy is stored in the capacitor of each balancing module, so that once the second switch unit of at least one balancing module is turned on, the energy is provided to the battery unit to which at least one balancing module is connected. . In addition, that is, the first switch unit (for example, conducting to the transistor QD x ) and the second switch unit (for example, conducting to the transistor QC y ) are turned on at the same time, and the above-described battery balancing operation can be realized. Briefly, during the operation period of the battery system 500, the balancing circuit 502 can perform a battery balancing operation at an arbitrary time point. In addition, the conduction of the transistor QD x (1 ≦ x ≦ n) causes the battery unit B x to operate. It is discharged, and the conduction of the transistor QC y (1 ≦ y ≦ n ) are considered to be charged against the battery unit B y, thereby, the circuit structure shown is balancing circuit 502, the charge mode, discharge The present invention can be applied to a battery system in a mode or an idle mode.

同様に、トランジスタ駆動用の信号のデューティーサイクル及び又は第1インダクタ装置と第2インダクタ装置の間の巻数比を適宜設計することにより、コンデンサが保存するネネルギーの飽和を防止できる。このほか、バランシング回路502のスイッチユニットのコントロールメカニズムは、図4に示されるコントロールユニット242の構造を採用して、バッテリーユニットの釈放する(或いは受け取る)エネルギーの大きさをコントロールしてもよい。   Similarly, saturation of energy stored in the capacitor can be prevented by appropriately designing the duty cycle of the signal for driving the transistor and / or the turns ratio between the first inductor device and the second inductor device. In addition, the control mechanism of the switch unit of the balancing circuit 502 may employ the structure of the control unit 242 shown in FIG. 4 to control the amount of energy released (or received) by the battery unit.

バランシング回路502はまた、インピーダンス素子(この実施例中では、抵抗Rとされる)と、ダイオードDを包含し得る。そのうち抵抗RとダイオードDはそれぞれ端子BAT+と端子N+の間に接続され、これにより、複数のコンデンサC1 〜Cnはいずれも抵抗R(或いは該インピーダンス素子)により予充電され、バランシング回路502が動作時に不必要なサージ電流(surge current)を発生するのを防止でき、すなわち、軟起動(soft start)メカニズムを提供してサージ電流を消去又は減少することを考慮する必要がなく、これにより、回路設計を簡易化し製造コストを減らせる。このほか、複数のコンデンサC1 〜Cnに対して予充電を行うことで、回路動作の速度をアップでき、ダイオードDの設置もサージ電流を消去或いは減少し得る。 Balancing circuit 502 may also include an impedance element (referred to as resistor R in this embodiment) and diode D. Among them, the resistor R and the diode D are connected between the terminal BAT + and the terminal N +, respectively, so that the plurality of capacitors C 1 to C n are all precharged by the resistor R (or the impedance element), and the balancing circuit 502 is It is possible to prevent unnecessary surge current from being generated during operation, that is, it is not necessary to consider eliminating or reducing the surge current by providing a soft start mechanism, Simplify circuit design and reduce manufacturing costs. In addition, by precharging the plurality of capacitors C 1 to C n , the circuit operation speed can be increased, and the installation of the diode D can eliminate or reduce the surge current.

ダイオードDが導通する時、端子BAT+と端子N+は等電位と見なされ得る。ゆえに複数のコンデンサC1 〜Cnは、端子N+と端子BAT+の間で並列に接続され得る。これにより、各一つのコンデンサが保存するエネルギーは相互に流通可能であるのみならず、全てのバッテリーユニットに提供され得て、それによりバッテリーバランシング効率をアップし、並びに複数のコンデンサC1 〜Cnが過高の電圧を有するのを防止できる。 When diode D conducts, terminal BAT + and terminal N + can be considered equipotential. Therefore, the plurality of capacitors C 1 to C n can be connected in parallel between the terminal N + and the terminal BAT +. Thus, the energy stored in each capacitor can be distributed to each other, and can be provided to all the battery units, thereby increasing the battery balancing efficiency and the plurality of capacitors C 1 to C n. Can be prevented from having an excessively high voltage.

注意すべきことは以下のとおりである。以上に記載されたことは説明のためにすぎず、本発明を制限するためのものではない。ある設計変化中、抵抗RとダイオードDのうち、少なくとも一方を省略することが可能である。また別の設計変化においては、複数のコンデンサC1 〜Cnはその他のタイプのエネルギー保存装置に置換可能である。 The points to note are as follows. What has been described above is illustrative only and is not intended to limit the invention. During a design change, at least one of the resistor R and the diode D can be omitted. In another design change, the plurality of capacitors C 1 -C n can be replaced with other types of energy storage devices.

本発明が提供するバランシング回路は、高電圧(たとえば400V以上)或いは低電圧(たとえば20V)のバッテリーシステムに応用可能である。高電圧バッテリーシステムにおける応用中、バランシング回路の回路素子の耐電圧性は引き上げられ、それによりバッテリーシステムの正常動作が維持されるほか、エネルギー調整回路が増設されてもよく(回路素子の耐電圧性を比挙げる必要がない)、それによりバッテリーシステムの正常動作を維持することができる。図6を参照されたい。それは図1に示されるバッテリーシステム100の第3具体実施例の表示図である。バッテリーシステム100の包含するバランシング回路602の構造は、図5に示されるバッテリーシステム502の構造に基づいており、両者の間の主要な違いは、バランシング回路602は別にエネルギー調整回路642を包含することにある。エネルギー調整回路642は複数のコンデンサC1 〜Cnに接続されて、選択的に複数のコンデンサC1 〜Cnが保存する誘導エネルギーEIを調整し、並びに調整後の誘導エネルギーEIを複数のバッテリーユニットB1 〜Bnに提供するのに用いられる。 The balancing circuit provided by the present invention can be applied to a high voltage (for example, 400 V or more) or low voltage (for example, 20 V) battery system. During application in high-voltage battery systems, the withstand voltage of the circuit elements of the balancing circuit is increased, so that the normal operation of the battery system is maintained, and an energy adjustment circuit may be added (the withstand voltage of the circuit elements). Therefore, the normal operation of the battery system can be maintained. See FIG. It is a display diagram of a third embodiment of the battery system 100 shown in FIG. The structure of the balancing circuit 602 included in the battery system 100 is based on the structure of the battery system 502 shown in FIG. 5. The main difference between the two is that the balancing circuit 602 includes an energy adjustment circuit 642 separately. It is in. The energy adjustment circuit 642 is connected to the plurality of capacitors C 1 to C n and selectively adjusts the induction energy EI stored in the plurality of capacitors C 1 to C n, and the adjusted induction energy EI is stored in the plurality of batteries. Used to provide units B 1 -B n .

この具体実施例中、誘導エネルギーEIが比較的低い時(たとえば、複数のコンデンサC1 〜Cnの電圧が180Vを超過しない時)、エネルギー調整回路642は誘導エネルギーEIに対して調整を行わない。言い換えると、バランシング回路602のバッテリーバランシングメカニズムと図5に示されるバランシング回路502のバッテリーバランシングメカニズムはほぼ同じか類似する。バランシング回路602が高電圧バッテリーシステムに応用される時(またすなわち、複数のバッテリーユニットB1 〜Bnが直列に接続されて形成する定格電圧(端子BAT+と端子BAT−の間の電圧)が高電圧とされる)、誘導エネルギーEIに過高の現象があると(たとえば、180Vを超過する)、エネルギー調整回路642を利用して誘導エネルギーEIが昇圧変換され(すなわち、エネルギー調整回路642は昇圧変換回路(boost converter circuit)或いはフライバック式変換回路(flyback converter circuit)とされ得て、並びに変換後のエネルギーを複数のバッテリーユニットB1 〜Bnに提供し、これによりバッテリーシステムの正常動作を維持する。 In this specific embodiment, when the induction energy EI is relatively low (for example, when the voltages of the plurality of capacitors C 1 to C n do not exceed 180V), the energy adjustment circuit 642 does not adjust the induction energy EI. . In other words, the battery balancing mechanism of the balancing circuit 602 and the battery balancing mechanism of the balancing circuit 502 shown in FIG. 5 are substantially the same or similar. When the balancing circuit 602 is applied to a high voltage battery system (that is, the rated voltage (voltage between the terminal BAT + and the terminal BAT−) formed by connecting a plurality of battery units B 1 to B n in series is high). If the induced energy EI has an excessive phenomenon (for example, exceeds 180V), the induced energy EI is boosted and converted using the energy adjustment circuit 642 (that is, the energy adjustment circuit 642 boosts the voltage). It may be a converter circuit (boost converter circuit) or a flyback converter circuit (flyback converter circuit), and provide the converted energy to a plurality of battery units B 1 to B n , thereby enabling normal operation of the battery system. maintain.

実施上、エネルギー調整回路642は、第1端子NA、第2端子NB、第3端子NC及び第4端子NDを包含する。そのうち、第1端子NA及び第2端子NBはそれぞれコンデンサCnの二端に接続され、第3端子NC及び第4端子NDはそれぞれ端子BAT+と端子BAT−に接続され、これにより、エネルギー調整回路642は、第1端子NAと第2端子NBを介して誘導エネルギーEIを受け取り、及び、第3端子NCと第4端子NDを介して調整後の誘導エネルギーEIを出力できる。 In practice, the energy adjustment circuit 642 includes a first terminal NA, a second terminal NB, a third terminal NC, and a fourth terminal ND. Among them, the first terminal NA and the second terminal NB are respectively connected to the two ends of the capacitor C n , and the third terminal NC and the fourth terminal ND are respectively connected to the terminal BAT + and the terminal BAT−, thereby the energy adjustment circuit. 642 can receive the induced energy EI via the first terminal NA and the second terminal NB, and can output the adjusted induced energy EI via the third terminal NC and the fourth terminal ND.

このほか、エネルギー調整回路642は、ロジックユニット646及び調整ユニット648を包含し得る。ロジックユニット646は複数のコンデンサC1 〜Cnが保存する誘導エネルギーEIが所定のエネルギー値に達したか否かを判断して、判断結果を発生するのに用いられる。たとえば、ロジックユニット646にはヒステリシスを有する電圧しきい値(voltage threshold with a hysteresis)の判断ロジックが採用され、これにより、判断結果が、誘導エネルギーEIがヒステリシス幅(hysteresis band)外にあることを指し示すとき、調整ユニット648は誘導エネルギーEIに対して調整を行う。 In addition, the energy adjustment circuit 642 may include a logic unit 646 and an adjustment unit 648. The logic unit 646 is used to determine whether or not the induced energy EI stored in the plurality of capacitors C 1 to C n has reached a predetermined energy value and generate a determination result. For example, the logic unit 646 employs a decision threshold voltage threshold with hysteresis, whereby the decision result indicates that the induced energy EI is outside the hysteresis band. When indicated, the adjustment unit 648 makes adjustments to the induced energy EI.

バランシング回路602はまた、自走式発振器652を包含し、それは発振信号Scを出力してエネルギー調整回路642のエネルギー調整動作をコントロールする。たとえば、エネルギー調整回路642が昇圧変換回路とされる状況で、エネルギー調整回路642は発振信号Scの周波数とデューティーサイクルに基づき、誘導エネルギーEIの増加量を調整する。このほか、図4に示されるコントロールユニット242の設計概念を採用してエネルギー調整回路642に対応するコントロールユニット(図6には表示されず)を実施してもよい。 Balancing circuit 602 also includes a free-running oscillator 652, which controls the energy adjusting operation of the energy conditioning circuit 642 outputs an oscillation signal S c. For example, in situations where the energy conditioning circuit 642 is a boost converter circuit, the energy adjustment circuit 642 based on the frequency and duty cycle of the oscillating signal S c, adjusts the amount of increase in inductive energy EI. In addition, a control unit (not shown in FIG. 6) corresponding to the energy adjustment circuit 642 may be implemented by adopting the design concept of the control unit 242 shown in FIG.

注意すべきことは以下のとおりである。バランシング回路602はまた複数のエネルギー調整回路を包含してもよく、さらにはモジュール化回路の設計の概念を実現してもよい。たとえば、図6に示される各一つのバランシングモジュールは、いずれもエネルギー調整回路(図6には表示されず)に接続可能で、すなわち、複数のバランシングモジュール5121〜512nの中の各一つのバランシングモジュールは、いずれもエネルギー調整回路642と同じか類似の回路装置に接続可能である。注意が必要であることは以下のとおりである。バランシング回路602が複数のエネルギー調整回路を包含する状況で、上述の昇圧変換動作を実行する時は、わずかに該複数のエネルギー調整回路のうちの一つを起動すればよい。 The points to note are as follows. The balancing circuit 602 may also include a plurality of energy conditioning circuits and may also implement the concept of modular circuit design. For example, each one balancing module shown in FIG. 6 can be connected to an energy regulation circuit (not shown in FIG. 6), that is, each one of the plurality of balancing modules 512 1 to 512 n . Any of the balancing modules can be connected to a circuit device that is the same as or similar to the energy adjustment circuit 642. The points that need attention are as follows. In a situation where the balancing circuit 602 includes a plurality of energy adjustment circuits, when performing the above-described boost conversion operation, one of the plurality of energy adjustment circuits may be activated slightly.

総合すると、本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有し、これにより回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、並びに自走式発振器を採用することでコントロールメカニズムの簡易化と製造コストダウンが可能である。   In summary, the battery balancing circuit provided by the present invention quickly balances the battery system and has a modular circuit structure, thereby simplifying the circuit design and increasing the degree of freedom of design, as well as the self-propelled oscillator. By adopting it, the control mechanism can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

以上に述べたことは本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明のカバーする範囲に属するとされるべきである。   What has been described above are only preferred embodiments of the present invention, and all equivalent changes and modifications that can be made based on the claims of the present invention should fall within the scope of the present invention. .

100、200、500、600 バッテリーシステム
102、202、502、602 バランシング回路
1121、1122、112n、2121
2122、212n、212x
5121、5122、512n バランシングモジュール
5242、524n、5281、5282
528n、SW11、SW12
SW1n、SW21、SW22、SW2n スイッチユニット
242 コントロールユニット
244 ロジック回路
246、652 自走式発振器
642 エネルギー調整回路
646 ロジックユニット
648 調整ユニット
BAT+、BAT−、N+、N−、
NA、NB、NC、ND 端子
VB1 、VB2 、VBn
1、B2、Bn 、BX バッテリーユニット
QD1、QD2、QDn、QDx
QC1、QC2、QCn、QCx トランジスタ
LP1、LP2、LPn
LD1、LD2、LDn、LDx
LS1、LS2、LSn
LC1、LC2、LCn、LCx インダクタ装置
BD11、BD12、BD1n
BD1x、BD21、BD22
BD2n、BD2x ボデーダイオード
D、DD1、DD2、DDn
DDx、DC1、DC2、DCn
DCx ダイオード
1、C2、Cn コンデンサ
R 抵抗
100, 200, 500, 600 Battery system 102, 202, 502, 602 Balancing circuit 112 1 , 112 2 , 112 n , 212 1 ,
212 2 , 212 n , 212 x ,
512 1 , 512 2 , 512 n balancing modules 524 2 , 524 n , 528 1 , 528 2 ,
528 n , SW1 1 , SW1 2 ,
SW1 n , SW2 1 , SW2 2 , SW2 n switch unit 242 Control unit 244 Logic circuit 246, 652 Self-running oscillator 642 Energy adjustment circuit 646 Logic unit 648 Adjustment unit BAT +, BAT−, N +, N−,
NA, NB, NC, ND terminals VB 1 , VB 2 , VB n ,
B 1 , B 2 , B n , B X battery units QD 1 , QD 2 , QD n , QD x ,
QC 1 , QC 2 , QC n , QC x transistors LP 1 , LP 2 , LP n ,
LD 1 , LD 2 , LD n , LD x ,
LS 1 , LS 2 , LS n ,
LC 1 , LC 2 , LC n , LC x inductor device BD1 1 , BD1 2 , BD1 n ,
BD1 x , BD2 1 , BD2 2 ,
BD2 n , BD2 x body diode D, DD 1 , DD 2 , DD n ,
DD x , DC 1 , DC 2 , DC n ,
DC x diode C 1, C 2, C n capacitors R resistor

Claims (10)

複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路において、
複数のバランシングモジュールを包含し、複数のバランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットに接続され、そのうち、各バランシングモジュールは、
第1スイッチユニット、
第2スイッチユニット、
該第1スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続された第1インダクタ装置、
該第2スイッチユニットに接続され、該第1インダクタ装置がカップリングされる第2インダクタ装置、
以上を包含し、
該複数のバランシングモジュールは第1バランシングモジュールと第2バランシングモジュールを包含し、該第1バランシングモジュールと第2バランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットの第1バッテリーユニットと第2バッテリーユニットに接続され、該第1バランシングモジュールの該第1インダクタ装置は該第1バランシングモジュールの該第1スイッチユニットの開閉状態により、該第1バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを、該第2バランシングモジュールに保存し、該第2バランシングモジュールの該第2インダクタ装置は該第2バランシングモジュールの該第2スイッチユニットの開閉状態により、該誘導エネルギーを該第2バッテリーユニットに提供することを特徴とする、バランシング回路。
In a balancing circuit for balancing multiple battery units,
Including a plurality of balancing modules, each of which is connected to the plurality of battery units, of which each balancing module is
First switch unit,
The second switch unit,
A first inductor device connected between the first switch unit and the battery unit to which the balancing module is connected;
A second inductor device connected to the second switch unit and coupled to the first inductor device;
Including the above,
The plurality of balancing modules include a first balancing module and a second balancing module, and the first balancing module and the second balancing module are respectively connected to the first battery unit and the second battery unit of the plurality of battery units; The first inductor device of the first balancing module removes surplus energy of the first battery unit according to the open / closed state of the first switch unit of the first balancing module, and inductive energy corresponding to the surplus energy Is stored in the second balancing module, and the second inductor device of the second balancing module transfers the induced energy to the second battery according to the open / close state of the second switch unit of the second balancing module. And providing the over unit, balancing circuits.
請求項1記載のバランシング回路において、該誘導エネルギーは各バランシングモジュールの該第2インダクタ装置の中に同時に保存されることを特徴とする、バランシング回路。   The balancing circuit according to claim 1, wherein the inductive energy is stored simultaneously in the second inductor device of each balancing module. 請求項1記載のバランシング回路において、該バランシングモジュールの該第2インダクタ装置は各バランシングモジュールが接続された該バッテリーユニットと各バランシングモジュールの該第2スイッチユニットの間に接続され、該複数のバランシングモジュールの第1インダクタ装置は相互にカップリングされ、及び、該複数のバランシングモジュールの第2インダクタ装置は相互にカップリングされることを特徴とする、バランシング回路。   2. The balancing circuit according to claim 1, wherein the second inductor device of the balancing module is connected between the battery unit to which each balancing module is connected and the second switch unit of each balancing module, and the plurality of balancing modules. The first inductor device is coupled to each other, and the second inductor devices of the plurality of balancing modules are coupled to each other. 請求項3記載のバランシング回路において、該第1スイッチユニット及び該第2スイッチユニット中の各スイッチユニットは、単方向式スイッチ装置とされ、及び該単方向式スイッチ装置は、
ダイオードと、
該ダイオードに直列に接続された二方向式スイッチ装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
The balancing circuit according to claim 3, wherein each switch unit in the first switch unit and the second switch unit is a unidirectional switch device, and the unidirectional switch device is:
A diode,
A bidirectional switch device connected in series to the diode;
A balancing circuit comprising:
請求項3記載のバランシング回路において、該第2スイッチユニットは、該第1スイッチユニットの前に開くか、或いは、該第1スイッチユニットが閉じると同時に開くことを特徴とする、バランシング回路。   4. The balancing circuit according to claim 3, wherein the second switch unit opens before the first switch unit or opens simultaneously with the closing of the first switch unit. 請求項1記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは、高電圧側と低電圧側の間で、相互に直列に接続され、各バランシングモジュールはまた、
エネルギー保存装置であって、該誘導エネルギーを保存するのに用いられ、該エネルギー保存装置は、該高電圧側と該低電圧側の間に電気的に接続され、且つ該エネルギー保存装置の二端はそれぞれ該第2インダクタ装置と該第2スイッチユニットに接続される上記エネルギー保存装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
2. The balancing circuit according to claim 1, wherein the plurality of battery units are connected in series between the high voltage side and the low voltage side, and each balancing module also includes:
An energy storage device used to store the induced energy, the energy storage device being electrically connected between the high voltage side and the low voltage side, and two ends of the energy storage device Are the energy storage devices connected to the second inductor device and the second switch unit, respectively.
A balancing circuit comprising:
請求項6記載のバランシング回路において、
エネルギー調整回路であって、該エネルギー保存装置に接続されて、選択的に該誘導エネルギーを調整し、並びに調整後の該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供する、上記エネルギー調整回路、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
The balancing circuit according to claim 6, wherein
An energy adjustment circuit, connected to the energy storage device, for selectively adjusting the inductive energy and providing the adjusted inductive energy to the plurality of battery units;
A balancing circuit comprising:
請求項7記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは高電圧側と低電圧側の間に相互に直列に接続され、該エネルギー調整回路は、第1端子、第2端子、第3端子、及び第4端子を具え、該第1端子及び該第2端子はそれぞれ該エネルギー保存装置の二端に接続され、該第3端子及び該第4端子はそれぞれ該高電圧側と該低電圧側に接続されることを特徴とする、バランシング回路。   8. The balancing circuit according to claim 7, wherein the plurality of battery units are connected in series between a high voltage side and a low voltage side, and the energy adjustment circuit includes a first terminal, a second terminal, a third terminal, And the fourth terminal, wherein the first terminal and the second terminal are respectively connected to two ends of the energy storage device, and the third terminal and the fourth terminal are respectively connected to the high voltage side and the low voltage side. A balancing circuit characterized by being connected. 請求項7記載のバランシング回路において、該エネルギー調整回路は、
ロジックユニットであって、該エネルギー保存装置が保存する該誘導エネルギーが所定エネルギー量に達したか否かを判断して、判断結果を発生する、上記ロジックユニットと、
調整ユニットであって、該ロジックユニットに接続され、該判断結果に基づき該誘導エネルギーを調整する、上記調整ユニットと、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
8. The balancing circuit according to claim 7, wherein the energy adjustment circuit includes:
A logic unit that determines whether the induced energy stored by the energy storage device has reached a predetermined energy amount and generates a determination result; and
An adjustment unit that is connected to the logic unit and adjusts the induced energy based on the determination result; and
A balancing circuit comprising:
請求項1記載のバランシング回路において、さらに、
コントロールユニットであって、自走式発振器を具え、該自走式発振器は発振信号を発生し、及び該コントロールユニットは該発振信号に基づき駆動信号を発生して該第1スイッチユニットと該第2スイッチユニットの少なくとも一方の開閉状態をコントロールする、上記コントロールユニット、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
The balancing circuit of claim 1, further comprising:
A control unit comprising a free-running oscillator, wherein the free-running oscillator generates an oscillation signal, and the control unit generates a drive signal based on the oscillation signal to generate the first switch unit and the second switch unit; The control unit for controlling the open / closed state of at least one of the switch units;
A balancing circuit comprising:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017502635A (en) * 2013-12-10 2017-01-19 イエフペ エネルジ ヌヴェルIfp Energies Nouvelles Apparatus and method for balancing the charge of multiple energy storage modules

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032683A (en) * 1994-09-01 2000-01-28 Fujitsu Ltd Charge control device, constant-voltage constant- current control circuit, charge device, electronic equipment, and device and control circuit for charging plural chargeable batteries
JP2001025174A (en) * 1999-07-05 2001-01-26 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Battery charger
JP2009540795A (en) * 2006-06-15 2009-11-19 エスケー エナジー 株式会社 Charge equalization apparatus and method
JP2011176963A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Hitachi Vehicle Energy Ltd Battery control system
JP2012257392A (en) * 2011-06-09 2012-12-27 Nippon Soken Inc Battery pack capacity adjuster
JP2013135486A (en) * 2011-12-26 2013-07-08 Sony Corp Power storage device, power system, and electric vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032683A (en) * 1994-09-01 2000-01-28 Fujitsu Ltd Charge control device, constant-voltage constant- current control circuit, charge device, electronic equipment, and device and control circuit for charging plural chargeable batteries
JP2001025174A (en) * 1999-07-05 2001-01-26 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Battery charger
JP2009540795A (en) * 2006-06-15 2009-11-19 エスケー エナジー 株式会社 Charge equalization apparatus and method
JP2011176963A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Hitachi Vehicle Energy Ltd Battery control system
JP2012257392A (en) * 2011-06-09 2012-12-27 Nippon Soken Inc Battery pack capacity adjuster
JP2013135486A (en) * 2011-12-26 2013-07-08 Sony Corp Power storage device, power system, and electric vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017502635A (en) * 2013-12-10 2017-01-19 イエフペ エネルジ ヌヴェルIfp Energies Nouvelles Apparatus and method for balancing the charge of multiple energy storage modules

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