JP2016189665A - 電圧バランス補正回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い汎用性及びスケーラビリティを有する電圧バランス補正回路を提供する。【解決手段】本発明の電圧バランス補正回路は、直列に接続された複数の蓄電セルＢ１〜Ｂｎに一対一で対応する複数の電圧補正回路１１〜１ｎと、複数の蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧に基づいて複数の電圧補正回路１１〜１ｎを制御する制御回路１０と、を備え、複数の電圧補正回路１１〜１ｎは、対応する蓄電セルＢ１〜Ｂｎに並列に接続される第１コイルＬ１１〜Ｌ１ｎと、その蓄電セルＢ１〜Ｂｎに対する第１コイルＬ１１〜Ｌ１ｎの接続を制御回路１０の制御によってＯＮ／ＯＦＦする電界効果トランジスタＱ１〜Ｑｎと、第１コイルＬ１１〜Ｌ１ｎと磁気的に結合する第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎと、を含み、複数の電圧補正回路１１〜１ｎは、第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎが並列に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧を均等にする電圧バランス補正回路に関する。
ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、キャパシタ等の蓄電セルを複数直列に接続し、その蓄電セルに蓄えられた電力で負荷装置を駆動する技術が様々な分野で広く用いられている。一般に直列に接続された複数の蓄電セルは、その性質上、必ずしも各蓄電セルの電圧が均等な状態になるとは限らない。そして直列に接続された複数の蓄電セルは、各蓄電セルの電圧が不均等な状態にあると、充放電を行う際に、一部の蓄電セルが過充電あるいは過放電となってしまう虞が生ずる。
このような課題を解決する従来技術の一例として、直列接続された複数の蓄電セルと、同一磁心に同一巻数で巻回されて相互に１対１の変圧比をなす複数のトランス・コイルとを、互いに連動してオン・オフ動作するスイッチを介して１対１の対応で接続することにより、各セルの電圧を均等化させるようにした直列セルの電圧バランス回路が公知である（例えば特許文献１を参照）。
また上記課題を解決する従来技術の他の一例として、多直列蓄電セルを接続順に連続する複数の直列セルグループに分け、各セルグループ内にてそれぞれ隣接セル間での電圧バランス補正を行うセル間電圧バランス補正回路を設け、さらに各セルグループの直列電圧をトランス・コイルとスイッチング回路を用いて形成される交流結合によってバランス補正させるグループ間電圧バランス補正回路を設けた多直列蓄電セルが公知である（例えば特許文献２を参照）。
特開２００８−００５６３０号公報 特開２００８−０３５６８０号公報
しかしながら特許文献１及び２に開示された従来技術は、単一のコアに多数のコイルを巻く構成であるため、対象となる蓄電セルの数に応じて個別に設計・製造せざるを得ず、汎用性が低いという課題がある。また上記の従来技術は、単一のコアに多数のコイルを巻く構成であるため、後から蓄電セルを増設・減設することが困難である場合が多く、その規模や構成を柔軟に拡大・縮小することが難しい、つまりスケーラビリティ（scalability）が低いという課題がある。
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、高い汎用性及びスケーラビリティを有する電圧バランス補正回路を提供することにある。
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、直列に接続された複数の蓄電セルの各蓄電セルに一対一で対応する複数の電圧補正回路と、前記複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧に基づいて前記複数の電圧補正回路を制御する制御回路と、を備え、前記複数の電圧補正回路の各電圧補正回路は、対応する蓄電セルに並列に接続される第１コイルと、その蓄電セルに対する前記第１コイルの接続を前記制御回路の制御によってＯＮ／ＯＦＦするスイッチと、前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、を含み、前記複数の電圧補正回路は、各電圧補正回路の前記第２コイルが並列に接続されている、電圧バランス補正回路である。
例えば相対的に電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを任意の周期で繰り返し、相対的に電圧が低い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持する。ここでスイッチを整流状態で維持するとは、トランジスタ等の半導体スイッチにおいて、そのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない状態を維持することを意味する。トランジスタ等の半導体スイッチは、ＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない状態では、電圧が正と負で交互に繰り返されるような交流電圧に対し、どちらか一方の電圧のときのみ電流を流し、他方では電流を流さない特性を有する。これはトランジスタ等の半導体スイッチに含まれる素子によるものであり、このような働きをする素子は、トランジスタ等の半導体スイッチの製造過程で必然的に生ずるものである。
相対的に電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路では、第１コイルの電圧よりも第２コイルの電圧の方が低くなるため、蓄電セルが放電する電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて第１コイルから第２コイルへ伝達され、第２コイルに誘導電圧が発生して交流電流が流れる。複数の電圧補正回路は、各電圧補正回路の第２コイルが並列に接続されている。したがって相対的に電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路の第２コイルに交流電流が流れることによって、相対的に電圧が低い蓄電セルに対応する電圧補正回路の第２コイルにも同じ電圧の交流電流が流れる。すると相対的に電圧が低い蓄電セルに対応する電圧補正回路では、第１コイルの電圧よりも第２コイルの電圧の方が高くなるため、第２コイルに流れる交流電流の電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて第２コイルから第１コイルへ伝達され、第１コイルに誘導電圧が発生し、それによって相対的に電圧が低い蓄電セルが充電される。
つまり相対的に電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを任意の周期で繰り返し、相対的に電圧が低い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持することによって、相対的に電圧が高い蓄電セルから相対的に電圧が低い蓄電セルへ電力が供給される。それによって相対的に電圧が高い蓄電セルは放電して電圧が低下し、相対的に電圧が低い蓄電セルは充電されて電圧が上昇するので、蓄電セル間の電圧差が小さくなり、最終的に各蓄電セルの電圧を均等にすることができる。
複数の電圧補正回路は、直列に接続された複数の蓄電セルの各蓄電セルに一対一で対応している。そして複数の電圧補正回路の各電圧補正回路は、回路間の電気的な接続としては、それぞれの第２コイルが並列に接続されているだけである。そのため電圧バランス補正回路の設計・製造時においては、対象となる蓄電セルの数に合わせて同じ数の電圧補正回路を設け、各電圧補正回路の第２コイルを並列に接続するだけでよい。したがって本発明に係る電圧バランス補正回路は、対象となる蓄電セルの数に応じて個別に設計・製造を行わなければならない要素がほとんどなく、高い汎用性を実現することができる。
また蓄電セルを後から増設する場合には、その蓄電セルの数の増加に応じて電圧補正回路を増設し、増設した電圧補正回路の第２コイルを既設の電圧補正回路の第２コイルに並列に接続するだけでよい。他方、蓄電セルを後から減設する場合には、その蓄電セルの数の減少に応じて電圧補正回路を減設し、減設する電圧補正回路の第２コイルの接続を撤去するだけでよい。したがって本発明に係る電圧バランス補正回路は、蓄電セルを後から増設・減設することが容易に可能であり、高いスケーラビリティを実現することができる。
これにより本発明の第１の態様によれば、高い汎用性及びスケーラビリティを有する電圧バランス補正回路を提供することができるという作用効果が得られる。
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御回路は、前記複数の電圧補正回路のうち、前記複数の蓄電セルの最も電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、その間、他の蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持する、電圧バランス補正回路である。
本発明の第２の態様によれば、複数の蓄電セルの最も電圧が高い蓄電セルが放電して電圧が低下し、他の蓄電セルが充電されて電圧が上昇するので、短時間で効率的に複数の蓄電セルの電圧差を小さくすることができる。それによって短時間で効率的に複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧を均等にすることができる。
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記制御回路は、前記電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持する蓄電セルを各蓄電セルの電圧に応じて選択する、電圧バランス補正回路である。
本発明の第３の態様によれば、複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧を均等にする上で、蓄電セルの無駄な充放電を低減することができるので、さらに短時間で効率的に複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧を均等にすることができる。
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記複数の電圧補正回路の各電圧補正回路は、対応する蓄電セルの電力で動作して前記スイッチをＯＮ／ＯＦＦするスイッチ駆動回路を含む、電圧バランス補正回路である。
本発明の第４の態様によれば、対応する蓄電セルの電力で動作してスイッチをＯＮ／ＯＦＦするスイッチ駆動回路が各電圧補正回路に設けられているため、スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるために外部電源装置等を設ける必要がないので、電圧バランス補正回路の小型化及び省電力化が可能になる。
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかにおいて、前記電圧補正回路は、前記第１コイルが一次巻線、前記第２コイルが二次巻線として構成されるフォワード方式の絶縁型コンバータ回路である、電圧バランス補正回路である。
本発明の第５の態様によれば、第１コイル（一次巻線）と第２コイル（二次巻線）の電流が流れるタイミングが同じであるため、制御回路による各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングの設定が容易になるので、より高精度に複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧を均等にすることができる。
本発明によれば、高い汎用性及びスケーラビリティを有する電圧バランス補正回路を提供することができるという作用効果が得られる。
多直列の高電圧蓄電ユニットの要部を図示した回路図。 電圧補正回路のより具体的な構成の一例を図示した回路図。 フォワード方式の絶縁型コンバータ回路を用いて構成した電圧補正回路を備える電圧バランス補正回路のタイミングチャート。 電圧補正回路のより具体的な構成の他の一例を図示した回路図。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
図１は、多直列の高電圧蓄電ユニットの要部を図示した回路図である。
多直列の高電圧蓄電ユニットは、制御回路１０、蓄電モジュール２０、ｎ個の電圧補正回路１１〜１ｎを備える。「複数の蓄電セル」としての蓄電モジュール２０は、直列に接続されたｎ個の蓄電セルＢ１〜Ｂｎを含む。蓄電セルＢ１〜Ｂｎは、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、キャパシタ等の充放電可能な二次電池乃至蓄電素子である。
本発明に係る電圧バランス補正回路は、制御回路１０とｎ個の電圧補正回路１１〜１ｎとで構成される。「複数の電圧補正回路」としての電圧補正回路１１〜１ｎは、全て同じ回路構成であり、直列に接続されたｎ個の蓄電セルＢ１〜Ｂｎの各々に一対一で対応する。
電圧補正回路１１は、コイルＬ１１、コイルＬ２１、コアＭ１、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）Ｑ１、ドライバＤＲ１を含む。「第１コイル」としてのコイルＬ１１は、対応する蓄電セルＢ１に並列に接続される。「スイッチ」としての電界効果トランジスタＱ１は、その蓄電セルＢ１に対するコイルＬ１１の接続を制御回路１０の制御によってＯＮ／ＯＦＦする。「第２コイル」としてのコイルＬ２１は、磁性体で形成されたコアＭ１を介してコイルＬ１１と磁気的に結合してトランスを構成する。「スイッチ駆動回路」としてのドライバＤＲ１は、対応する蓄電セルＢ１の電力で動作して電界効果トランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦする。
電圧補正回路１２は、コイルＬ１２、コイルＬ２２、コアＭ２、電界効果トランジスタＱ２、ドライバＤＲ２を含む。「第１コイル」としてのコイルＬ１２は、対応する蓄電セルＢ２に並列に接続される。「スイッチ」としての電界効果トランジスタＱ２は、その蓄電セルＢ２に対するコイルＬ１２の接続を制御回路１０の制御によってＯＮ／ＯＦＦする。「第２コイル」としてのコイルＬ２２は、磁性体で形成されたコアＭ２を介してコイルＬ１２と磁気的に結合してトランスを構成する。「スイッチ駆動回路」としてのドライバＤＲ２は、対応する蓄電セルＢ２の電力で動作して電界効果トランジスタＱ２をＯＮ／ＯＦＦする。
電圧補正回路１ｎは、コイルＬ１ｎ、コイルＬ２ｎ、コアＭｎ、電界効果トランジスタＱｎ、ドライバＤＲｎを含む。「第１コイル」としてのコイルＬ１ｎは、対応する蓄電セルＢｎに並列に接続される。「スイッチ」としての電界効果トランジスタＱｎは、その蓄電セルＢｎに対するコイルＬ１ｎの接続を制御回路１０の制御によってＯＮ／ＯＦＦする。「第２コイル」としてのコイルＬ２ｎは、磁性体で形成されたコアＭｎを介してコイルＬ１ｎと磁気的に結合してトランスを構成する。「スイッチ駆動回路」としてのドライバＤＲｎは、対応する蓄電セルＢｎの電力で動作して電界効果トランジスタＱｎをＯＮ／ＯＦＦする。
そして上記のような構成の電圧補正回路１１〜１ｎにおいて、コイルＬ２１〜Ｌ２ｎは、並列に接続されている。
コイルＬ１１〜Ｌ１ｎとコイルＬ２１〜Ｌ２ｎとの巻数比は、特に１：１に限定されるものではなく、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの定格電圧や特性、電圧バランス補正回路の仕様等に応じて適宜設定し得る。例えばコイルＬ２１〜Ｌ２ｎに流れる電流を低い電流に抑えたい場合には、コイルＬ１１〜Ｌ１ｎの電圧よりもコイルＬ２１〜Ｌ２ｎの電圧の方が高くなるように巻数比を設定してもよい。電界効果トランジスタＱ１〜Ｑｎは、例えばＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であるが、特にこれに限定されるものではなく、例えばバイポーラトランジスタ等、様々なスイッチング素子を用いることができる。ドライバＤＲ１〜ＤＲｎは、例えばコントロール端子（ＯＮ／ＯＦＦ端子）を備えるスイッチングレギュレータであるが、特にこれに限定されるものではなく、様々なドライバ回路を用いることができる。
また電界効果トランジスタＱ１〜Ｑｎは、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの定格電圧以下のゲート電圧でＯＮする素子を選定し、ドライバＤＲ１〜ＤＲｎは、当該実施例のように、対応する蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電力で動作する回路とするのが好ましい。それによって電界効果トランジスタＱ１〜ＱｎをＯＮ／ＯＦＦさせるために外部電源装置等を設ける必要がなくなるので、電圧バランス補正回路の小型化及び省電力化が可能になる。
制御回路１０は、例えば公知のマイコン制御回路や制御ＩＣ（Integrated Circuit）であり、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧に基づいて電圧補正回路１１〜１ｎを制御する。制御回路１０は、ｎ個の入力端子ＩＮ１〜ＩＮｎ、ｎ個の出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴｎを含む。入力端子ＩＮ１には、蓄電セルＢ１の正極端子が接続されている。入力端子ＩＮ２には、蓄電セルＢ２の正極端子が接続されている。入力端子ＩＮｎには、蓄電セルＢｎの正極端子が接続されている。出力端子ＯＵＴ１は、ドライバＤＲ１のコントロール端子に接続されている。出力端子ＯＵＴ２は、ドライバＤＲ２のコントロール端子に接続されている。出力端子ＯＵＴｎは、ドライバＤＲｎのコントロール端子に接続されている。
尚、例えば蓄電セルＢ１〜Ｂｎとしてニッケル水素二次電池を用いる場合には、さらに蓄電セルＢ１〜Ｂｎのそれぞれに温度センサ（図示せず）を設け、その温度センサの出力信号を制御回路１０に入力して、蓄電セルＢ１〜Ｂｎのそれぞれの温度を制御回路１０で検出する構成とするのが好ましい。
ここで例えば蓄電セルＢ１の電圧が他の蓄電セルＢ２〜Ｂｎの電圧よりも相対的に高い状態であるとする。このような状態において制御回路１０は、相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の電界効果トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを任意の周期で繰り返し、相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎに対応する電圧補正回路１２〜１ｎの電界効果トランジスタＱ２〜Ｑｎを整流状態で維持する。すると相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１では、第１コイルＬ１１の電圧よりも第２コイルＬ２１の電圧の方が低くなるため、蓄電セルＢ１が放電する電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて第１コイルＬ１１から第２コイルＬ２１へ伝達され、第２コイルＬ２１に誘導電圧が発生して交流電流が流れる。
電圧補正回路１１〜１ｎは、第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎが並列に接続されている。したがって相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の第２コイルＬ２１に交流電流が流れることによって、相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎに対応する電圧補正回路１２〜１ｎの第２コイルＬ２２〜Ｌ２ｎにも同じ電圧の交流電流が流れる。すると相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎに対応する電圧補正回路１２〜１ｎでは、第１コイルＬ１２〜Ｌ１ｎの電圧よりも第２コイルＬ２２〜Ｌ２ｎの電圧の方が高くなるため、第２コイルＬ２２〜Ｌ２ｎに流れる交流電流の電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて第２コイルＬ２２〜Ｌ２ｎから第１コイルＬ１２〜Ｌ１ｎへ伝達され、第１コイルＬ１２〜Ｌ１ｎに誘導電圧が発生し、それによって相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎが充電される。
つまり相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の電界効果トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを任意の周期で繰り返し、相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎに対応する電圧補正回路１２〜１ｎの電界効果トランジスタＱ２〜Ｑｎを整流状態で維持することによって、相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１から相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎへ電力が供給される。それによって相対的に電圧が高い蓄電セルＢ１は放電して電圧が低下し、相対的に電圧が低い蓄電セルＢ２〜Ｂｎは充電されて電圧が上昇するので、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの間の電圧差が小さくなり、最終的に蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にすることができる。
上記説明した構成の電圧バランス補正回路において、電圧補正回路１１〜１ｎは、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの各々に一対一で対応している。そして電圧補正回路１１〜１ｎは、回路間の電気的な接続としては、それぞれの第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎが並列に接続されているだけである。そのため電圧バランス補正回路の設計・製造時においては、対象となる蓄電セルＢ１〜Ｂｎの数に合わせて同じ数の電圧補正回路１１〜１ｎを設け、第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎを並列に接続するだけでよい。したがって本発明に係る電圧バランス補正回路は、対象となる蓄電セルＢ１〜Ｂｎの数に応じて個別に設計・製造を行わなければならない要素がほとんどなく、高い汎用性を実現することができる。
また蓄電セルＢ１〜Ｂｎに新たな蓄電セルＢｘ（図示せず）を追加する場合には、対応する電圧補正回路１ｘを増設し（図示せず）、増設した電圧補正回路１ｘの第２コイルＬ２ｘ（図示せず）を既設の電圧補正回路１１〜１ｎの第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎに並列に接続するだけでよい（ｘ＝ｎ＋１）。他方、蓄電セルＢ１〜Ｂｎから蓄電セルＢｎを撤去して後から減設する場合には、減設する電圧補正回路１ｎの第２コイルＬ２ｎの接続を撤去するだけでよい。したがって本発明に係る電圧バランス補正回路は、蓄電セルＢ１〜Ｂｎを後から増設・減設することが容易に可能であり、高いスケーラビリティを実現することができる。
このようにして本発明によれば、高い汎用性及びスケーラビリティを有する電圧バランス補正回路を提供することができる。また本発明によれば、電圧補正回路１１〜１ｎの回路間の電気的な接続は、それぞれの第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎが並列に接続されているだけであるため、例えば電圧補正回路１１〜１ｎを複数の回路基板に分散して実装する構成も容易に可能になるとともに、さらに第２コイルＬ２１〜Ｌ２ｎの接続順序に何ら制約がないことから、電圧補正回路１１〜１ｎのレイアウトについて高い自由度が得られる。
図２は、電圧補正回路１１のより具体的な構成の一例を図示した回路図である。
電圧補正回路１１〜１ｎは、図２に図示したように、例えばフォワード方式の絶縁型コンバータ回路を用いた構成とすることができる。以下、図２に図示した電圧補正回路１１を参照しながら説明する。
電圧補正回路１１は、前述したコイルＬ１１、コイルＬ２１、コアＭ１、電界効果トランジスタＱ１及びドライバＤＲ１に加えて、さらにコンデンサＣ１１、Ｃ２１、ダイオードＤ１１、Ｄ２１、チョークコイルＬ３１を含む。
コイルＬ１１は、コンデンサＣ１１の一端側に巻き始め端が接続されており、電界効果トランジスタＱ１のドレイン端子に巻き終わり端が接続されている。コンデンサＣ１１の他端側は、電界効果トランジスタＱ１のソース端子に接続されている。電界効果トランジスタＱ１のゲート端子は、ドライバＤＲ１に接続されている。コイルＬ２１は、チョークコイルＬ３１の一端側に巻き始め端が接続されており、ダイオードＤ１１のカソードに巻き終わり端が接続されている。
ダイオードＤ１１のアノードは、ダイオードＤ２１のアノードに接続されている。ダイオードＤ２１のカソードは、チョークコイルＬ３１の一端側とコイルＬ２１の巻き始め端との接続点に接続されている。コンデンサＣ２１の一端側は、チョークコイルＬ３１の他端側に接続されている。コンデンサＣ２１の他端側は、ダイオードＤ１１のアノードとダイオードＤ２１のアノードとの接続点に接続されている。
図２は、電圧補正回路１１〜１ｎをフォワード方式で構成した場合の一例である。コイルＬ１１〜Ｌ１ｎ（一次巻線）とコイルＬ２１〜Ｌ２ｎ（二次巻線）の電流が流れるタイミングが同じであるため、制御回路１０による電界効果トランジスタＱ１〜ＱｎのＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングの設定が容易になるので、より高精度に蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にすることができる。
図３は、フォワード方式の絶縁型コンバータ回路を用いて構成した電圧補正回路１１〜１ｎを備える電圧バランス補正回路のタイミングチャートである。
ここで蓄電セルＢ１〜Ｂｎにおいて、例えば蓄電セルＢ１が最も高い電圧になっているとする。この場合には制御回路１０は、例えば最も電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の電界効果トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、その間、他の蓄電セルＢ２〜Ｂｎに対応する電圧補正回路１２〜１ｎの電界効果トランジスタＱ２〜Ｑｎを整流状態で維持するのが好ましい。それによって最も電圧が高い蓄電セルＢ１が放電して電圧が低下し、他の蓄電セルＢ２〜Ｂｎが充電されて電圧が上昇するので、短時間で効率的に蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にすることができる。
また上記の場合において制御回路１０は、例えば最も電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の電界効果トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す間、蓄電セルＢ２〜Ｂｎの電圧に応じて、電界効果トランジスタＱ２〜Ｑｎの中から選択した電界効果トランジスタ（例えば電界効果トランジスタＱ２）を整流状態に維持するのが好ましい。それによって蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にする上で、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの無駄な充放電を低減することができるので、さらに短時間で効率的に蓄電セルＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にすることができる。
より具体的には制御回路１０は、蓄電セルＢ１〜Ｂｎのそれぞれの電圧を検出し、蓄電セルＢ１〜Ｂｎの平均電圧を演算する。そして最も電圧が高い蓄電セルＢ１に対応する電圧補正回路１１の電界効果トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを任意の周期で繰り返す動作を開始する（図３のタイミングＴ１）。同時に制御回路１０は、他の蓄電セルＢ２〜Ｂｎのうち、平均電圧より電圧が低い蓄電セルＢ２に対応する電圧補正回路１２の電界効果トランジスタＱ２を整流状態で維持する動作を開始する（図３のタイミングＴ１）。
最も電圧が高い蓄電セルＢ１は、電界効果トランジスタＱ１がＯＮするタイミングで放電し、それによって電圧が低下していく。他方、平均電圧よりも電圧が低い蓄電セルＢ２は、電界効果トランジスタＱ１がＯＮするタイミングで充電され、それによって電圧が上昇していく。そして制御回路１０は、蓄電セルＢ１の電圧が平均電圧まで低下し、蓄電セルＢ２の電圧が平均電圧まで上昇した時点で（図３のタイミングＴ２）、電界効果トランジスタＱ１及びＱ２をＯＦＦした状態に維持する。
図４は、電圧補正回路１１のより具体的な構成の他の一例を図示した回路図である。
電圧補正回路１１〜１ｎは、図４に図示したように、例えばフライバック方式の絶縁型コンバータ回路を用いた構成とすることができる。以下、図４に図示した電圧補正回路１１を参照しながら説明する。
電圧補正回路１１は、前述したコイルＬ１１、コイルＬ２１、コアＭ１、電界効果トランジスタＱ１及びドライバＤＲ１に加えて、さらにコンデンサＣ１１、Ｃ２１、ダイオードＤ１１を含む。
コイルＬ１１は、コンデンサＣ１１の一端側に巻き始め端が接続されており、電界効果トランジスタＱ１のドレイン端子に巻き終わり端が接続されている。コンデンサＣ１１の他端側は、電界効果トランジスタＱ１のソース端子に接続されている。電界効果トランジスタＱ１のゲート端子は、ドライバＤＲ１に接続されている。コイルＬ２１は、ダイオードＤ１１のカソードに巻き始め端が接続されており、コンデンサＣ２１の一端側に巻き終わり端が接続されている。ダイオードＤ１１のアノードは、コンデンサＣ２１の他端側に接続されている。
１０ 制御回路
１１〜１ｎ 電圧補正回路
２０ 蓄電モジュール
Ｂ１〜Ｂｎ 蓄電セル
ＤＲ１〜ＤＲｎ ドライバ
Ｌ１１〜Ｌ１ｎ 第１コイル
Ｌ２１〜Ｌ２ｎ 第２コイル
Ｍ１〜Ｍｎ コア
Ｑ１〜Ｑｎ 電界効果トランジスタ

Claims (5)

  1. 直列に接続された複数の蓄電セルの各蓄電セルに一対一で対応する複数の電圧補正回路と、
    前記複数の蓄電セルの各蓄電セルの電圧に基づいて前記複数の電圧補正回路を制御する制御回路と、を備え、
    前記複数の電圧補正回路の各電圧補正回路は、対応する蓄電セルに並列に接続される第１コイルと、その蓄電セルに対する前記第１コイルの接続を前記制御回路の制御によってＯＮ／ＯＦＦするスイッチと、前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、を含み、
    前記複数の電圧補正回路は、各電圧補正回路の前記第２コイルが並列に接続されている、電圧バランス補正回路。
  2. 請求項１に記載の電圧バランス補正回路において、前記制御回路は、前記複数の電圧補正回路のうち、前記複数の蓄電セルの最も電圧が高い蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、その間、他の蓄電セルに対応する電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持する、電圧バランス補正回路。
  3. 請求項２に記載の電圧バランス補正回路において、前記制御回路は、前記電圧補正回路のスイッチを整流状態で維持する蓄電セルを各蓄電セルの電圧に応じて選択する、電圧バランス補正回路。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧バランス補正回路において、前記複数の電圧補正回路の各電圧補正回路は、対応する蓄電セルの電力で動作して前記スイッチをＯＮ／ＯＦＦするスイッチ駆動回路を含む、電圧バランス補正回路。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電圧バランス補正回路において、前記電圧補正回路は、前記第１コイルが一次巻線、前記第２コイルが二次巻線として構成されるフォワード方式又はフライバック方式の絶縁型コンバータ回路である、電圧バランス補正回路。
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