JP2018160966A - Balancer, power supply device, and balancing method - Google Patents

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Hiroaki Kakigano
浩明 柿ヶ野
貴志 乾
Takashi Inui
貴志 乾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform balancing at low cost and with little loss.SOLUTION: A balancer 110 comprises a transformer 40. The balancer 110 is a flyback converter type. The transformer 40 includes one or more primary coils 21, 22 that are connected to the first battery pack 120, and a plurality of secondary coils 51, 52, 53, 54 that are connected to a plurality of cells b1, b2, b3, b4 constituting a second battery pack 120 which is separated from the first battery pack 120.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、組電池のバランシングに関する。   The present invention relates to battery pack balancing.

組電池は、例えば、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、及びホームエネルギーマネージメントシステム(HEMS)に用いられる。組電池は、複数のセルを接続して構成されている。組電池においては、複数のセルの残量がばらつくことがある。セル間の残量のばらつきは、バランサによって補正される。   The assembled battery is used in, for example, an electric vehicle (EV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV), and a home energy management system (HEMS). The assembled battery is configured by connecting a plurality of cells. In an assembled battery, the remaining amount of a plurality of cells may vary. Variations in remaining amount between cells are corrected by a balancer.

組電池のバランサは、受動型バランサと能動型バランサとに大別される。受動型バランサは、残量の多いセルから電力を取り出し、その電力を負荷において熱として消費することで、残量のばらつきを補正する。受動型バランサは、回路素子の数が少なく低コストであるが、損失が大きい。能動型バランサは、残量の多いセルから電力を取り出し、その電力を残量の少ないセルへ還元する。能動型バランサは、受動型バランサに比べて、損失は少ないが、回路素子の数が多く高コストである。   The battery pack balancer is roughly classified into a passive balancer and an active balancer. The passive balancer takes out power from a cell with a large remaining amount and consumes the power as heat in the load, thereby correcting the variation in the remaining amount. A passive balancer is low in cost with a small number of circuit elements, but has a large loss. The active balancer takes power from a cell with a large remaining amount and returns the power to a cell with a small remaining amount. An active balancer has less loss than a passive balancer, but has a large number of circuit elements and high cost.

特開2014−7885号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-7885 特開2013−162661号公報JP 2013-162661 A

受動型バランサ及び能動型バランスの特徴に鑑みると、低コストで損失が少ないバランシング技術が求められている。本発明者らは、第1組電池から、フライバックコンバータを介して、第2組電池へと電力を搬送することで、2次側においてアクティブな制御をすることなく、第2組電池を自動的にバランス充電できることを見出した。   In view of the characteristics of the passive balancer and the active balance, there is a need for a balancing technique with low cost and low loss. The inventors automatically transfer the second assembled battery from the first assembled battery to the second assembled battery via the flyback converter without active control on the secondary side. Found that it can be balanced and charged.

実施形態において、バランサは、第1組電池の電力を、第2組電池を構成する複数のセルに接続される複数の2次コイルを有するトランス介して、フライバックコンバータ方式により、第2組電池へ搬送する。トランスから第2組電池の複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第2組電池がバランス充電される。   In the embodiment, the balancer uses the flyback converter system to transfer the power of the first assembled battery to the plurality of secondary coils connected to the plurality of cells constituting the second assembled battery by the flyback converter method. Transport to. Since each current flowing from the transformer to the plurality of cells of the second assembled battery increases as the cell voltage decreases, the second assembled battery is balance-charged.

実施形態において、バランシング方法は、第2組電池を構成する複数のセルに接続された複数の2次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、1次側から蓄積されたエネルギーを、複数のセルに接続された複数の2次コイルに対して放出することで、複数のセルをバランス充電することを含む。複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第2組電池がバランス充電される。   In the embodiment, the balancing method uses the transformer having a plurality of secondary coils connected to the plurality of cells constituting the second assembled battery, and uses the flyback converter method to store the energy accumulated from the primary side. It includes the balance charging of the plurality of cells by discharging to the plurality of secondary coils connected to the plurality of cells. Since each current flowing to the plurality of cells increases as the cell voltage decreases, the second assembled battery is balance-charged.

特許文献1及び特許文献2は、バランサを開示しているが、いずれの文献も、第2組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。   Although patent document 1 and patent document 2 are disclosing the balancer, neither literature is disclosing automatically carrying out the balance charge of the 2nd assembled battery.

特許文献1は、1つの組電池から放出されたエネルギーを、トランスを介して、その組電池自体に戻すことを開示しているにすぎず、第1組電池及び第1組電池とは別の第2組電池を開示していない。さらに、特許文献1は、複数の2次コイルを開示しているが、スイッチを用いたアクティブな制御によって、1次側から蓄積されたエネルギーを、最も充電率の小さい一つのセルに接続された1つの2次コイルから放出することを開示しているにすぎず、蓄積されたエネルギーを、複数のセルに接続された複数の2次コイルから放出し、第2組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。   Patent Document 1 only discloses that energy released from one assembled battery is returned to the assembled battery itself via a transformer, and is different from the first assembled battery and the first assembled battery. The second assembled battery is not disclosed. Further, Patent Document 1 discloses a plurality of secondary coils, but the energy stored from the primary side is connected to one cell having the lowest charging rate by active control using a switch. It only discloses releasing from one secondary coil, and the stored energy is released from a plurality of secondary coils connected to a plurality of cells, and the second assembled battery is automatically balanced and charged. It is not disclosed to do.

特許文献2は、組電池のエネルギーを別の組電池へ搬送するバランサを開示しているが、エネルギー搬送先の組電池を構成する複数のセルに接続された複数の2次コイルを開示しておらず、したがって、エネルギー搬送先の組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。   Patent Document 2 discloses a balancer that conveys the energy of an assembled battery to another assembled battery, but discloses a plurality of secondary coils connected to a plurality of cells that constitute an assembled battery that is an energy carrying destination. Therefore, it does not disclose automatic and balanced charging of the assembled battery at the energy transfer destination.

実施形態に係る電源装置を備えた電気自動車の構成図である。It is a lineblock diagram of an electric vehicle provided with a power unit concerning an embodiment. 比較例に係る電源装置を備えた電気自動車の構成図である。It is a block diagram of the electric vehicle provided with the power supply device which concerns on a comparative example. 実施形態に係る電源装置の構成図である。It is a block diagram of the power supply device which concerns on embodiment. 実施形態に係る電源装置の構成図であるIt is a block diagram of the power supply device which concerns on embodiment フライバックコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a flyback converter. フライバックコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a flyback converter. 実験回路図である。It is an experimental circuit diagram. ゲート波形図である。It is a gate waveform diagram. 1次側電流波形図である。It is a primary side current waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. 実験回路の等価回路であるIt is an equivalent circuit of the experimental circuit ゲート信号波形図である。It is a gate signal waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. セルの電荷量の増加を示す図である。It is a figure which shows the increase in the electric charge amount of a cell. ゲート信号波形図である。It is a gate signal waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. セルの電荷量の増加を示す図である。It is a figure which shows the increase in the electric charge amount of a cell. ゲート信号波形図である。It is a gate signal waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. セルの電荷量の増加を示す図である。It is a figure which shows the increase in the electric charge amount of a cell. ゲート信号波形図である。It is a gate signal waveform diagram. 2次側電流波形図である。It is a secondary side current waveform diagram. セルの電荷量の増加を示す図である。It is a figure which shows the increase in the electric charge amount of a cell.

[1.バランサ、電源装置、バランシング方法] [1. Balancer, power supply, balancing method]

(1)実施形態に係るバランサは、トランスを備える。トランスは、少なくとも1つの1次コイル及び複数の2次コイルを有する。少なくとも1つの1次コイルは、第1組電池に接続される。複数の2次コイルは、第2組電池を構成する複数のセルに接続される。第2組電池は、第1組電池とは別の組電池である。フライバック方式では、第1組電池が放電することにより、1次コイルにエネルギーがトランスに蓄積され、トランスに蓄積されたエネルギーが2次コイルから放出される。複数の2次コイルから複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第2組電池がバランス充電される。 (1) The balancer according to the embodiment includes a transformer. The transformer has at least one primary coil and a plurality of secondary coils. At least one primary coil is connected to the first assembled battery. The plurality of secondary coils are connected to a plurality of cells constituting the second assembled battery. The second assembled battery is an assembled battery different from the first assembled battery. In the flyback method, when the first assembled battery is discharged, energy is accumulated in the primary coil in the transformer, and the energy accumulated in the transformer is released from the secondary coil. Since each current flowing from the plurality of secondary coils to the plurality of cells increases as the cell voltage decreases, the second assembled battery is balance-charged.

複数の2次コイルの数は、第2組電池を構成する複数のセルの数と同じでもよいし、少なくても良い。例えば、1つの2次コイルは、1個のセルに対応していてもよいし、m個(mは2以上の整数)のセルに対応していてもよい。すなわち、複数のセルの数をnとした場合、2次コイルの数は、nでもよいし、n/mでもよい。1つの2次コイルが1個のセルに対応している場合、第2組電池を構成するn個のセルそれぞれがバランス充電される。1つの2次コイルがm個以上のセルに対応している場合、m個のセル集合をバランシングの一単位として、n/m個のセル集合それぞれがバランス充電される。   The number of the plurality of secondary coils may be the same as or smaller than the number of the plurality of cells constituting the second assembled battery. For example, one secondary coil may correspond to one cell, or may correspond to m cells (m is an integer of 2 or more). That is, when the number of cells is n, the number of secondary coils may be n or n / m. When one secondary coil corresponds to one cell, each of the n cells constituting the second assembled battery is balance-charged. When one secondary coil corresponds to m or more cells, each of n / m cell sets is balance-charged using m cell sets as a unit of balancing.

(2)少なくとも1つの1次コイルは、第1組電池を構成する複数のセルに接続される複数の1次コイルであってもよい。 (2) The at least one primary coil may be a plurality of primary coils connected to a plurality of cells constituting the first assembled battery.

複数の1次コイルの数は、第1組電池を構成する複数のセルの数と同じでもよいし、少なくても良い。例えば、1つの1次コイルは、1個のセルに対応していてもよいし、m個(mは2以上の整数)のセルに対応していてもよい。すなわち、複数のセルの数をnとした場合、1次コイルの数は、nでもよいし、n/mでもよい。1つの1次コイルが1個のセルに対応している場合、第1組電池を構成するn個のセルそれぞれから、対応する1次コイルへ放電される。1つの1次コイルがm個以上のセルに対応している場合、m個のセル集合を一単位として、n/m個のセル集合それぞれから、対応する1次コイルへ放電される。なお、第1組電池におけるセルの数は、第2組電池におけるセルの数とは異なっていても良い。   The number of the plurality of primary coils may be the same as the number of the plurality of cells constituting the first assembled battery, or may be small. For example, one primary coil may correspond to one cell, or may correspond to m cells (m is an integer of 2 or more). That is, when the number of cells is n, the number of primary coils may be n or n / m. When one primary coil corresponds to one cell, discharge is performed from each of n cells constituting the first assembled battery to the corresponding primary coil. When one primary coil corresponds to m or more cells, discharge is performed from each of n / m cell sets to the corresponding primary coil with m cell sets as a unit. Note that the number of cells in the first assembled battery may be different from the number of cells in the second assembled battery.

(3)バランサは、第1組電池を構成する複数のセルから複数の1次コイルへの電流の流れをON/OFFする複数のスイッチをさらに備えてもよい。この場合、第1組電池を構成する複数のセルを選択的に放電させることができる。 (3) The balancer may further include a plurality of switches that turn ON / OFF the flow of current from the plurality of cells constituting the first assembled battery to the plurality of primary coils. In this case, the plurality of cells constituting the first assembled battery can be selectively discharged.

(4)1次側組電池を構成する複数のセルの電圧に基づいて、複数のスイッチのいずれか一つをONにし、他のスイッチをOFFにするコントローラをさらに備えることができる。この場合、コントローラは、複数のセルのうちのいずれか1つを選択的に放電させることができる。 (4) Based on the voltage of the some cell which comprises a primary side assembled battery, the controller which turns ON any one of a some switch and turns off another switch can be further provided. In this case, the controller can selectively discharge any one of the plurality of cells.

(5)実施形態に係る電源装置は、第1組電池と、第2組電池と、バランサと、を備える。バランサは、第1組電池を構成する複数の第1セルから電流が流れる複数の1次コイル、及び、第2組電池を構成する複数の第2セルへ電流を流す複数の2次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサである。 (5) The power supply device according to the embodiment includes a first assembled battery, a second assembled battery, and a balancer. The balancer has a plurality of primary coils through which current flows from the plurality of first cells constituting the first assembled battery, and a plurality of secondary coils through which current flows to the plurality of second cells constituting the second assembled battery. This is a flyback converter type balancer including a transformer.

(6)第1組電池は、例えば、自動車の走行用電池である。第2組電池は、例えば、自動車の補機用電池である。第1組電池は、第2組電池よりも高電圧であるのが好ましい。 (6) The first assembled battery is, for example, a battery for driving a car. The second assembled battery is, for example, an auxiliary battery for automobiles. The first assembled battery preferably has a higher voltage than the second assembled battery.

(7)実施形態に係るバランシング方法は、組電池を構成する複数のセルに接続された複数の2次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、1次側から蓄積されたエネルギーを、前記複数のセルに接続された前記複数の2次コイルから放出することで、前記複数のセルをバランス充電することを含む。 (7) The balancing method according to the embodiment uses the transformer having a plurality of secondary coils connected to the plurality of cells constituting the assembled battery, and uses the flyback converter method to store the energy accumulated from the primary side. And charging the plurality of cells in a balanced manner by discharging from the plurality of secondary coils connected to the plurality of cells.

(8)1次側から蓄積されたエネルギーは、前記組電池とは別の組電池を構成する複数のセルをバランス放電して得られるのが好ましい。 (8) It is preferable that the energy accumulated from the primary side is obtained by balanced discharge of a plurality of cells constituting an assembled battery different from the assembled battery.

[2.バランサを備える電源装置の例] [2. Example of a power supply device equipped with a balancer]

図1Aは、ハイブリッド自動車の構成を示している。ハイブリッド自動車は、電源装置100を備える。図1Aの電源装置100は、メインバッテリ120及び補機バッテリ130を備える。メインバッテリ120は、走行用のモータ150等を駆動する走行用バッテリである。走行用バッテリ120は、例えば、出力電圧が200〜300Vの大型組電池である。図1Aにおいて、走行用バッテリ120は、EPSコンバータ140を介して、モータ150に電力を供給する。補機バッテリ130は、自動車補機を駆動する。補機バッテリ130は、走行用バッテリ120とは出力電圧が異なり、例えば、出力電圧が12Vの小型組電池である。   FIG. 1A shows the configuration of a hybrid vehicle. The hybrid vehicle includes a power supply device 100. 1A includes a main battery 120 and an auxiliary battery 130. The main battery 120 is a traveling battery that drives the traveling motor 150 and the like. The traveling battery 120 is, for example, a large assembled battery having an output voltage of 200 to 300V. In FIG. 1A, the traveling battery 120 supplies electric power to the motor 150 via the EPS converter 140. Auxiliary battery 130 drives an automotive auxiliary machine. The auxiliary battery 130 has a different output voltage from the traveling battery 120, and is a small assembled battery having an output voltage of 12V, for example.

図1Aの電源装置100は、バランサ110を備える。バランサ110は、組電池120,130を構成する各セルの電圧を揃える。バランサ110は、組電池120を放電させてエネルギーを取り出し、そのエネルギーを、組電池120とは別の組電池130に搬送し、組電池130を充電させる。実施形態において、バランサ110は、組電池120を放電させる際に、組電池120を構成する複数のセルのバランシングをする。しかも、バランサ110は、組電池130に充電させる際に、組電池130を構成する複数のセルのバランシングをする。   The power supply device 100 in FIG. 1A includes a balancer 110. The balancer 110 aligns the voltages of the cells that make up the assembled batteries 120 and 130. The balancer 110 discharges the assembled battery 120 to extract energy, conveys the energy to the assembled battery 130 different from the assembled battery 120, and charges the assembled battery 130. In the embodiment, the balancer 110 balances a plurality of cells constituting the assembled battery 120 when the assembled battery 120 is discharged. In addition, the balancer 110 balances a plurality of cells constituting the assembled battery 130 when the assembled battery 130 is charged.

図1Aのバランサ110は、組電池120から放電された電力を、組電池120とは別の組電池130において再利用するため、受動型バランサに比べて電力損失が少ない。   Since the balancer 110 in FIG. 1A reuses the electric power discharged from the assembled battery 120 in the assembled battery 130 different from the assembled battery 120, the power loss is less than that of the passive balancer.

図1Bは、比較例に係る電源装置200を備えたハイブリッド自動車を示している。電源装置200は、電源装置100と同様に、走行用バッテリ220及び補機バッテリ230を備えている。バッテリ220,230は、それぞれ別個に、バランサ211,212を備えている。さらに、図1Bの電源装置220は、補機バッテリ230を走行用バッテリ220によって充電するためのDC−DCコンバータ260を備える。   FIG. 1B shows a hybrid vehicle including a power supply device 200 according to a comparative example. Similar to the power supply device 100, the power supply device 200 includes a traveling battery 220 and an auxiliary battery 230. The batteries 220 and 230 include balancers 211 and 212, respectively. 1B includes a DC-DC converter 260 for charging auxiliary battery 230 with battery for traveling 220.

図1A及び図1Bを対比すると、図1Aの電源装置100においては、バランサ110が、DC−DCコンバータの機能も果たしているため、図1BのようにDC−DCコンバータ260を備える必要がなく、低コスト化が可能である。しかも、図1Aのバランサ110は、両バッテリ120,130のバランシングをするため、図1Bのように2つのバランサ211,212を備える必要がなく、この観点からも、低コスト化が可能である。   When comparing FIG. 1A and FIG. 1B, in the power supply device 100 of FIG. 1A, the balancer 110 also functions as a DC-DC converter. Therefore, it is not necessary to include the DC-DC converter 260 as in FIG. Cost can be reduced. In addition, the balancer 110 in FIG. 1A balances both the batteries 120 and 130, so that it is not necessary to include the two balancers 211 and 212 as in FIG. 1B. From this viewpoint, the cost can be reduced.

図2及び図3は、バランサ110の一例を示している。図2において、バランサ110の1次側に接続されるバッテリ(第1組電池)120は、直列接続されたn個のセルa1〜anを備える。バランサ110の2次側に接続されるバッテリ(第2組電池)130は、直列接続されたn個のセルb1〜bnを備える。なお、2つのバッテリ120,130において、nは異なっていても良い。図3においては、バッテリ120におけるセルの数nは2であり、バッテリ130におけるセルの数nは3である。   2 and 3 show an example of the balancer 110. In FIG. 2, a battery (first assembled battery) 120 connected to the primary side of the balancer 110 includes n cells a1 to an connected in series. A battery (second assembled battery) 130 connected to the secondary side of the balancer 110 includes n cells b1 to bn connected in series. In the two batteries 120 and 130, n may be different. In FIG. 3, the number n of cells in the battery 120 is two, and the number n of cells in the battery 130 is three.

バランサ110は、バランサ回路110aを備える。図3に示すように、バランサ回路110aは、トランス40を備える。図3のトランス40は、磁心41に設けられた複数の1次コイル11,12及び複数の2次コイル51,52,53を備える。トランス40において、1次側と2次側とは逆極性である。後述のように、バランサ回路110aは、フライバックコンバータ方式で動作する。   The balancer 110 includes a balancer circuit 110a. As shown in FIG. 3, the balancer circuit 110 a includes a transformer 40. The transformer 40 of FIG. 3 includes a plurality of primary coils 11 and 12 and a plurality of secondary coils 51, 52, and 53 provided on a magnetic core 41. In the transformer 40, the primary side and the secondary side have opposite polarities. As will be described later, the balancer circuit 110a operates in a flyback converter manner.

実施形態において、複数の1次コイルa1,a2の巻き数は、同じである。また、複数の2次コイルb1、b2、b3の巻き数は同じである。1次コイルa1,a2の巻き数と2次コイルb1,b2,b3の巻き数とは同じであってもよいし、異なっていても良い。   In the embodiment, the number of turns of the plurality of primary coils a1 and a2 is the same. The number of turns of the plurality of secondary coils b1, b2, b3 is the same. The number of turns of the primary coils a1, a2 and the number of turns of the secondary coils b1, b2, b3 may be the same or different.

1次コイル11は、その一端がセルa1の正極側に接続され、他端がスイッチ21を介して、セルa1の負極側に接続されている。スイッチ21がONになると、セルa1から1次コイル11へ流れる電流が発生する。なお、1次コイル11には、直列又は並列接続された複数のセルから電流が流れても良い。スイッチ21がOFFになると、1次コイル11に電流が流れることが阻止され、セルa1は、充電されず放電もしない。   The primary coil 11 has one end connected to the positive electrode side of the cell a1 and the other end connected to the negative electrode side of the cell a1 via the switch 21. When the switch 21 is turned on, a current flowing from the cell a1 to the primary coil 11 is generated. Note that current may flow from the plurality of cells connected in series or in parallel to the primary coil 11. When the switch 21 is turned off, the current is prevented from flowing through the primary coil 11, and the cell a1 is neither charged nor discharged.

1次コイル12は、その一端がセルa2の正極側に接続され、他端がスイッチ22を介して、セルa2の負極側に接続されている。スイッチ22がONになると、セルa2から1次コイル12へ流れる電流が発生する。なお、1次コイル12には、直列又は並列接続された複数のセルから電流が流れても良い。スイッチ22がOFFになると、1次コイル12に電流が流れることが阻止され、セルa2は、充電されず放電もしない。   One end of the primary coil 12 is connected to the positive side of the cell a2, and the other end is connected to the negative side of the cell a2 via the switch 22. When the switch 22 is turned on, a current flowing from the cell a2 to the primary coil 12 is generated. The primary coil 12 may be supplied with current from a plurality of cells connected in series or in parallel. When the switch 22 is turned off, the current is prevented from flowing through the primary coil 12, and the cell a2 is neither charged nor discharged.

スイッチ21,22は、例えば、MOSFETによって構成されている。スイッチのON/OFF制御は、コントローラ110によって行われる。なお、スイッチ21,22は、セルa1,a2の正極と1次コイル11,12との間に設けられていても良い。   The switches 21 and 22 are configured by MOSFETs, for example. Switch ON / OFF control is performed by the controller 110. The switches 21 and 22 may be provided between the positive electrodes of the cells a1 and a2 and the primary coils 11 and 12.

バランサ110は、バッテリ120の各セルa1,a2の電圧を計測する電圧計測器31,32を備える。電圧計測器31,32は、各セルa1,a2に並列接続されている。電圧計測器31,32によって計測された各セルa1,a2の電圧は、コントローラ110bに与えられる。   The balancer 110 includes voltage measuring devices 31 and 32 that measure the voltages of the cells a1 and a2 of the battery 120. The voltage measuring devices 31 and 32 are connected in parallel to the cells a1 and a2. The voltages of the cells a1 and a2 measured by the voltage measuring devices 31 and 32 are given to the controller 110b.

コントローラ110bは、バッテリ120,130の管理システムとして機能する。具体的には、コントローラ110bは、各セルa1,a2の電圧に基づいて、複数のスイッチ21,22それぞれのON/OFFを制御し、バッテリ120のバランス放電を実行する。コントローラ110bは、例えば、複数のセルa1,a2のうち、最も電圧の高いセルを放電させるべく、最も電圧の高いセルに接続されたスイッチをONにする。このとき、他のセルに接続されたスイッチはOFFである。例えば、セルa1の電圧が最も高ければ、コントローラ110は、スイッチ21をON、スイッチ22をOFFにし、セルa1を放電させる。このようなバランス放電制御の結果、バッテリ120における複数のセルa1,a2の電圧が揃う。   The controller 110b functions as a management system for the batteries 120 and 130. Specifically, the controller 110b controls ON / OFF of each of the plurality of switches 21 and 22 based on the voltages of the cells a1 and a2, and executes the balance discharge of the battery 120. For example, the controller 110b turns on a switch connected to the cell having the highest voltage in order to discharge the cell having the highest voltage among the cells a1 and a2. At this time, the switch connected to another cell is OFF. For example, if the voltage of the cell a1 is the highest, the controller 110 turns on the switch 21 and turns off the switch 22 to discharge the cell a1. As a result of such balanced discharge control, the voltages of the plurality of cells a1, a2 in the battery 120 are aligned.

複数の1次コイル11,12は、トランス40における共通の磁心41に設けられているため、複数のセルa1,a2のいずれから放出されたエネルギーであっても、トランス40に集中的に蓄積される。   Since the plurality of primary coils 11 and 12 are provided in the common magnetic core 41 in the transformer 40, energy released from any of the plurality of cells a1 and a2 is intensively accumulated in the transformer 40. The

2次コイル51は、その一端がダイオード61を介してセルb1の正極側に接続され、他端がセルb1の負極側に接続されている。ダイオード61は、2次コイル51からセルb1へ電流が流れるのを許容し、セルb1から2次コイル51へ電流が流れるのを阻止する。2次コイル51において、セルb1の正極側へ流れる電流が発生すると、セルb1が充電される。   One end of the secondary coil 51 is connected to the positive side of the cell b1 via the diode 61, and the other end is connected to the negative side of the cell b1. The diode 61 allows a current to flow from the secondary coil 51 to the cell b1, and prevents a current from flowing from the cell b1 to the secondary coil 51. When a current flowing to the positive electrode side of the cell b1 is generated in the secondary coil 51, the cell b1 is charged.

2次コイル52は、その一端がダイオード62を介してセルb2の正極側に接続され、他端がセルb2の負極側に接続されている。ダイオード62は、2次コイル52からセルb2へ電流が流れるのを許容し、セルb2から2次コイル52へ電流が流れるのを阻止する。2次コイル52において、セルb2の正極側へ流れる電流が発生すると、セルb2が充電される。   The secondary coil 52 has one end connected to the positive side of the cell b2 via the diode 62 and the other end connected to the negative side of the cell b2. The diode 62 allows current to flow from the secondary coil 52 to the cell b2, and prevents current from flowing from the cell b2 to the secondary coil 52. When a current flowing to the positive electrode side of the cell b2 is generated in the secondary coil 52, the cell b2 is charged.

2次コイル53は、その一端がダイオード63を介してセルb3の正極側に接続され、他端がセルb3の負極側に接続されている。ダイオード63は、2次コイル53からセルb3へ電流が流れるのを許容し、セルb3から2次コイル53へ電流が流れるのを阻止する。2次コイル53において、セルb3の正極側へ流れる電流が発生すると、セルb3が充電される。   The secondary coil 53 has one end connected to the positive side of the cell b3 via the diode 63 and the other end connected to the negative side of the cell b3. The diode 63 allows current to flow from the secondary coil 53 to the cell b3 and prevents current from flowing from the cell b3 to the secondary coil 53. When a current flowing to the positive electrode side of the cell b3 is generated in the secondary coil 53, the cell b3 is charged.

なお、バランサ回路110aは、セルb1,b2,b3それぞれに並列接続されるコンデンサ71,72,73を備えている。   The balancer circuit 110a includes capacitors 71, 72, and 73 connected in parallel to the cells b1, b2, and b3, respectively.

図3の回路110aにおいて、トランス40とバッテリ130との間は、コントローラ110bによって制御されるスイッチ(アクティブ素子)を備えないスイッチレス回路になっている。スイッチレスであるため、複数の2次コイル51,51,53は、常時、複数のセルb1,b2,b3に接続されている。   In the circuit 110a of FIG. 3, a switchless circuit between the transformer 40 and the battery 130 does not include a switch (active element) controlled by the controller 110b. Since it is switchless, the plurality of secondary coils 51, 51, 53 are always connected to the plurality of cells b1, b2, b3.

図3のバランサ回路110aは、フライバックコンバータ方式であり、1次側からトランス40に蓄積された磁気エネルギーを、2次側に放出する。フライバックコンバータは、構造が簡素であって、素子数が少なく、低コスト化が容易である。   The balancer circuit 110a of FIG. 3 is a flyback converter type, and releases the magnetic energy accumulated in the transformer 40 from the primary side to the secondary side. The flyback converter has a simple structure, has a small number of elements, and can be easily reduced in cost.

図4A,4Bは、一般的なフライバックコンバータの動作を示している。このフライバックコンバータは、逆極性のトランス302の1次コイルに接続されたスイッチ303を有する。図4Aに示すように、スイッチ303がONになると、電源301からトランス302の1次コイルへ電流iaが流れ、トランス302に磁気エネルギーが蓄積される。その後、図4Bに示すように、スイッチ303がOFFになると、トランス302の2次コイルから電流ibが流れ、トランス302に蓄積された磁気エネルギーが放出される。フライバックコンバータは、1次側と2次側の電圧に制約がない。このため、1次側に接続された電池と2次側に接続された電池の電圧が異なっていてよく、電圧の異なるバッテリ120,130間の接続に有利である。   4A and 4B show the operation of a general flyback converter. This flyback converter has a switch 303 connected to a primary coil of a transformer 302 of reverse polarity. As shown in FIG. 4A, when the switch 303 is turned on, a current ia flows from the power supply 301 to the primary coil of the transformer 302, and magnetic energy is accumulated in the transformer 302. Thereafter, as shown in FIG. 4B, when the switch 303 is turned OFF, the current ib flows from the secondary coil of the transformer 302, and the magnetic energy accumulated in the transformer 302 is released. The flyback converter has no restriction on the voltage on the primary side and the secondary side. For this reason, the voltage of the battery connected to the primary side and the voltage of the battery connected to the secondary side may be different, which is advantageous for connection between the batteries 120 and 130 having different voltages.

図3のバランサ回路110aにおいても、基本的には、図4A,図4Bのフライバックコンバータと同様に動作する。すなわち、バランス放電のため、スイッチ21又はスイッチ22がONになると、セルa1又はセルa2から、1次コイル21又は1次コイル22へ電流が流れ、トランス40に磁気エネルギーが蓄積される。ONになっていたスイッチ21又はスイッチ22がOFFになることで、全てのスイッチ21,22がOFFになると、トランス40の複数の2次コイル51,52,53それぞれに電流が流れ、バッテリ130を構成する複数のセルb1,b2b,b3それぞれが充電される。   The balancer circuit 110a in FIG. 3 also basically operates in the same manner as the flyback converter in FIGS. 4A and 4B. That is, because of the balance discharge, when the switch 21 or the switch 22 is turned ON, a current flows from the cell a1 or the cell a2 to the primary coil 21 or the primary coil 22, and magnetic energy is accumulated in the transformer 40. When all the switches 21 and 22 are turned off by turning off the switch 21 or the switch 22 that has been turned on, a current flows through each of the secondary coils 51, 52, and 53 of the transformer 40, and the battery 130 is turned on. Each of the plurality of cells b1, b2b, b3 constituting the battery is charged.

複数の2次コイル51,52,53それぞれから、対応するセルb1,b2,b3に流れる電流は、セルb1,b2,b3の電圧によって決まる。すなわち、2次コイル51,52,53からセルb1,b2,b3に流れる電流は、電圧の低いセルb1,b2,b3ほど大きくなる。この結果、残量が低下して電圧が低くなっているセルb1,b2,b3ほど多く充電される。   The currents flowing from the plurality of secondary coils 51, 52, 53 to the corresponding cells b1, b2, b3 are determined by the voltages of the cells b1, b2, b3. That is, the current flowing from the secondary coils 51, 52, and 53 to the cells b1, b2, and b3 increases as the cells b1, b2, and b3 have lower voltages. As a result, the cells b1, b2, and b3 having a low remaining voltage and a low voltage are charged more.

以下、トランス40から2次側の各セルに流れる電流を測定した実験結果を説明する。図5は、実験回路を示している。実験回路では、トランス40の1次側には、1つのセルa1だけを接続した。1次側のバランス放電の際には、ある時点に着目すると、選択された1つのセルだけから放電されるため、2次側に流れる電流の確認のためには、1次側のセルは1つで足りる。   Hereinafter, experimental results obtained by measuring the current flowing from the transformer 40 to each cell on the secondary side will be described. FIG. 5 shows an experimental circuit. In the experimental circuit, only one cell a1 was connected to the primary side of the transformer 40. At the time of primary-side balanced discharge, focusing on a certain point in time, discharge is performed from only one selected cell. Therefore, in order to confirm the current flowing in the secondary side, the primary-side cell is 1 Just enough.

実験回路では、トランス40の2次側には、4つのセルb1,b2,b3,b4が接続されている。実験では、セルb1,b2,b3,b4としてニッケル水素電池を用いた。トランス402は、4つのセルb1,b2,b3,b4に対応する4つの2次コイル51,52,53,54を備える。   In the experimental circuit, four cells b1, b2, b3, b4 are connected to the secondary side of the transformer 40. In the experiment, nickel hydrogen batteries were used as the cells b1, b2, b3, and b4. The transformer 402 includes four secondary coils 51, 52, 53, and 54 corresponding to the four cells b1, b2, b3, and b4.

セルb1,b2,b3,b4は、それぞれ、公称電圧が、3.8Vである。セルb1の初期電圧Vo1は3.71Vとし、セルb2の初期電圧Vo2は3.57Vとし、セルb3の初期電圧Vo3は3.36Vとし、セルb4の初期電圧Vo4は3.15Vとした(Vo1>Vo2>Vo3>Vo4)。1次側のセルa1の電圧Vilは、3.0Vとした。なお、コイル11,51,52,53,54の巻き数は全て同じにした。 The cells b1, b2, b3, and b4 each have a nominal voltage of 3.8V. The initial voltage V o1 of the cell b1 is 3.71V, the initial voltage V o2 of the cell b2 is 3.57V, the initial voltage V o3 of the cell b3 is 3.36V, and the initial voltage V o4 of the cell b4 is 3.15V. (V o1 > V o2 > V o3 > V o4 ). The voltage Vil of the primary side cell a1 was set to 3.0V. The number of turns of the coils 11, 51, 52, 53, and 54 was all the same.

スイッチ(MOSFET)21のスイッチングは、デューティ比が0.45であって周波数が20kHzのパルスにて行った。図6Aは、スイッチ21を構成するMOSFETのゲートに与えられたスイッチングパルスを示している。パルスがHighレベルのときにスイッチ21がONになり、1次コイル11に電流が流れ、パルスがLowレベルのときにスイッチ21がOFFになる。   Switching of the switch (MOSFET) 21 was performed with a pulse having a duty ratio of 0.45 and a frequency of 20 kHz. FIG. 6A shows a switching pulse applied to the gate of the MOSFET constituting the switch 21. The switch 21 is turned on when the pulse is at a high level, a current flows through the primary coil 11, and the switch 21 is turned off when the pulse is at a low level.

図6Bは、図6Aのパルスがスイッチ21に与えられたときに、1次コイル11に流れる電流の波形を示している。図6Cは、図6Aのパルスがスイッチ21に与えられたときに、セルb4に流れる電流icf4を示している。図6B,図6Cから、図5の回路がフライバックコンバータ方式の動作をしていることが確認された。 FIG. 6B shows a waveform of a current flowing through the primary coil 11 when the pulse of FIG. 6A is given to the switch 21. FIG. 6C shows a current i cf4 flowing in the cell b4 when the pulse of FIG. 6A is applied to the switch 21. From FIG. 6B and FIG. 6C, it was confirmed that the circuit of FIG. 5 is operating in a flyback converter system.

さて、図5の回路において、スイッチ21がONになると、1次コイル11に電流が流れる。このとき、2次コイル51,2,53,54には負の電圧vがかかる。ダイオード61,62,63,64によって、負の電流icn1,icn2,icn3,icn4の流れは阻止されているため、2次コイル51,52,53,54に負の電圧vがかかっても、2次側には電流は流れない(icn1=icn2=icn3=icn4=0)。この結果、磁気エネルギーがトランス40に蓄積される。 In the circuit of FIG. 5, when the switch 21 is turned on, a current flows through the primary coil 11. At this time, a negative voltage v is applied to the secondary coils 51, 53, 54. Since the negative currents i cn1 , i cn2 , i cn3 and i cn4 are blocked by the diodes 61, 62, 63 and 64, a negative voltage v is applied to the secondary coils 51, 52, 53 and 54. Even so, no current flows on the secondary side (i cn1 = i cn2 = i cn3 = i cn4 = 0). As a result, magnetic energy is accumulated in the transformer 40.

図7及び図8は、2次コイル51,52,53,54それぞれから、セルb1,b2,b3,b4及びコンデンサ71,72,73,74に向かう電流icn1,icn2,icn3,icn4に流れる電流を示している。図7においては、0[μs]及び50[μs]の時点において、スイッチ21がONからOFFに切り替わっている。 7 and 8 show the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , i from the secondary coils 51, 52, 53, 54 to the cells b1, b2, b3, b4 and the capacitors 71, 72, 73, 74 , respectively . The electric current which flows into cn4 is shown. In FIG. 7, the switch 21 is switched from ON to OFF at the time of 0 [μs] and 50 [μs].

スイッチ21がONからOFFに切り替わると、トランス40に蓄積された磁気エネルギーが放出されて全ての2次コイル51,52,53,54に電流が流れる。スイッチ21がONからOFFに切り替わると、2次コイル51,52,53,54に流れる各電流icn1,icn2,icn3,icn4は、ゼロからステップ状に増加する。このため、各2次コイル51,52,53,54にかかる電圧vは非常に大きくなる。このときの電圧vは、各セルb1,b2,b3,b4の電圧差に比べて十分に大きいため、電流icn1,icn2,icn3,icn4は、いずれも大きく立ち上がる。 When the switch 21 is switched from ON to OFF, the magnetic energy accumulated in the transformer 40 is released, and a current flows through all the secondary coils 51, 52, 53, and 54. When the switch 21 is switched from ON to OFF, the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 flowing through the secondary coils 51, 52, 53, and 54 increase from zero in a stepwise manner. For this reason, the voltage v applied to each secondary coil 51, 52, 53, 54 becomes very large. Since the voltage v at this time is sufficiently larger than the voltage difference between the cells b1, b2, b3, and b4, the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 all rise significantly.

電流icn1,icn2,icn3,icn4は、大きく立ち上がった後、徐々に少なくなる。図7及び図8に示すように、電流icn1,icn2,icn3,icn4が、減少する際の傾きは、セルの初期電圧Vo1,Vo2,Vo3,Vo4)が高いほど大きくなる。これにより、初期電圧の低いセルに流れる電流が多くなり、初期電圧が低いセルほど充電量が多くなる。この結果、複数のセルb1,b2,b3,b4がバランス充電される。 The currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 rise gradually and then gradually decrease. As shown in FIGS. 7 and 8, the slopes when the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 decrease decrease as the cell initial voltages V o1 , V o2 , V o3 , and V o4 ) increase. growing. Thereby, the current flowing through the cell having a low initial voltage increases, and the amount of charge increases as the cell has a lower initial voltage. As a result, the plurality of cells b1, b2, b3, b4 are balance-charged.

以下、電流icn1,icn2,icn3,icn4の傾きの違いについて説明する。電流icn1,icn2,icn3,icn4が減少する際における、2次コイル51,52,53,54の電圧vと電流icn1,icn2,icn3,icn4は、トランス40の励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、セルb1,b2,b3,b4の電圧によって決まる。 Hereinafter, the difference in slope of the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 will be described. When the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 and i cn4 decrease, the voltage v of the secondary coils 51, 52, 53 and 54 and the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 and i cn4 are excited by the transformer 40. It is determined by the inductance, leakage inductance, and voltages of the cells b1, b2, b3, and b4.

図9は、電流icn1,icn2,icn3,icn4が減少する際の等価回路を示している。図9の等価回路では、説明の簡略化のため、セル及び2次コイルの数は、それぞれ2つとした。図9では、トランス40の励磁インダクタンスL及びトランス40の2次側の漏れインダクタンスlsが図示されている。ここでは、セルb1の電圧をVとし、セルb1に流れる電流をiとし、セルb2の電圧をVとし、セルb2に流れる電流をiとする。 FIG. 9 shows an equivalent circuit when the currents i cn1 , i cn2 , i cn3 , and i cn4 decrease. In the equivalent circuit of FIG. 9, the number of cells and secondary coils is two for simplification of explanation. In FIG. 9, the exciting inductance L of the transformer 40 and the leakage inductance ls on the secondary side of the transformer 40 are shown. Here, the voltage of the cell b1 and V 1, the current flowing through the cell b1 and i 1, the voltage of the cell b2 and V 2, the current flowing through the cell b2 and i 2.

図9の等価回路の回路方程式は、以下のとおりである。
The circuit equation of the equivalent circuit of FIG. 9 is as follows.

この回路方程式を解くと、以下の電流i,iの式が得られる。
Solving this circuit equation yields the following equations for currents i 1 and i 2 .

上記の電流i,iの式によれば、V>Vのとき、
According to the above equation of the current i 1, i 2, when V 1> V 2,

よって、電流が減少する傾きは、電圧の高いセルb1に流れる電流iの方が、大きくなる。これにより、電圧の低いセルb2に流れる電流iが大きくなり、セルb2の充電量が大きくなる。 Therefore, the slope of the current is decreased, the direction of current i 1 flowing to the high cell b1 in voltage increases. Thus, larger current i 2 flowing through the cell b2 low voltage, the charge amount of the cell b2 increases.

図5に戻り、複数のセルb1,b2,b3,b4のうち、初期電圧が高いセルは、充電中に満充電に達することがある。複数のセルb1,b2,b3,b4の中に先に満充電したセルがあった場合、そのセルに流れる電流は、ゼロになり、他のセルに電流が流れる。このことからも、初期電圧の低いセルには、多くの電流が流れ、充電量が多くなる。   Returning to FIG. 5, among the plurality of cells b1, b2, b3, and b4, a cell having a high initial voltage may reach full charge during charging. When there is a fully charged cell among the plurality of cells b1, b2, b3, b4, the current flowing through the cell becomes zero and the current flows through the other cells. This also indicates that a large amount of current flows through the cell having a low initial voltage, and the amount of charge increases.

図10Bは、図10Aに示すゲート信号がスイッチ21に与えられたときの、電流icn1及び電流icf1の波形を示している。電流icn1は、2次コイル51からセルb1及びコンデンサ71へ流れる。電流icf1は、セルb1を流れる。なお、ここでは、セルb1の初期電圧Vo1は3.72Vとし、セルb2の初期電圧Vo2は3.58Vとし、セルb3の初期電圧Vo3は3.26Vとし、セルb4の初期電圧Vo4は2.90Vとした(Vo1>Vo2>Vo3>Vo4)。 FIG. 10B shows waveforms of the current i cn1 and the current i cf1 when the gate signal shown in FIG. 10A is given to the switch 21. The current i cn1 flows from the secondary coil 51 to the cell b1 and the capacitor 71. The current i cf1 flows through the cell b1. Here, the initial voltage V o1 of the cell b1 is 3.72 V, the initial voltage V o2 of the cell b2 is 3.58 V, the initial voltage V o3 of the cell b3 is 3.26 V, and the initial voltage V of the cell b4 o4 was set to 2.90 V (V o1 > V o2 > V o3 > V o4 ).

図10Bに示すように、電流icn1は、スイッチがOFFになった瞬間(300[μs],350[μs])に、約3Aまで立ち上がった後に低下し始め、310[μs]及び360[μs]の手前で、ほぼゼロとなる。電流icn1の平均値は、約0.18Aであった。電流icf1は、電流icn1と同様に、スイッチがOFFになった瞬間に立ち上がるが、電流icn1の一部はコンデンサ71に流れるため、スイッチがOFFになった直後においては電流icn1よりも少ない。ただし、電流icn1がほぼゼロになった後であっても、コンデンサ71にチャージされた電荷によって、セルb1へは電流icf1が少し流れる。 As shown in FIG. 10B, the current i cn1 starts to decrease after rising to about 3A at the moment when the switch is turned off (300 [μs], 350 [μs]), and the current i cn1 is 310 [μs] and 360 [μs]. Nearly zero. The average value of the current i cn1 was about 0.18A. Similarly to the current i cn1 , the current i cf1 rises at the moment when the switch is turned off. However, since a part of the current i cn1 flows to the capacitor 71, immediately after the switch is turned off, the current i cn1 is higher than the current i cn1. Few. However, even after the current i cn1 becomes substantially zero , the current i cf1 slightly flows into the cell b1 due to the electric charge charged in the capacitor 71.

図10Cは、図10Bに示す電流icf1が流れた場合のセルb1の電荷量を示している。図10Cに示すように、セルb1には、スイッチング1周期で約8.8μCの充電がされた。 FIG. 10C shows the charge amount of the cell b1 when the current i cf1 shown in FIG. 10B flows. As shown in FIG. 10C, the cell b1 was charged with about 8.8 μC in one switching cycle.

図11Bは、図11Aに示すゲート信号がスイッチ21に与えられたときの、電流icn2及び電流icf2の波形を示している。電流icn2は、2次コイル52からセルb2及びコンデンサ72へ流れる。電流icf2は、セルb2を流れる。各セルb1,b2,b3,b4の初期電圧は、図10Bの場合と同様である。 FIG. 11B shows waveforms of the current i cn2 and the current i cf2 when the gate signal shown in FIG. 11A is supplied to the switch 21. The current i cn2 flows from the secondary coil 52 to the cell b2 and the capacitor 72. The current i cf2 flows through the cell b2. The initial voltages of the cells b1, b2, b3, and b4 are the same as those in FIG. 10B.

図11Bに示すように、電流icn2は、スイッチがOFFになった瞬間(300[μs],350[μs])に、約3Aまで立ち上がった後、低下し、310[μs]及び360[μs]の手前で、ほぼゼロとなる。電流icn2の平均値は、約0.20Aであった。 As shown in FIG. 11B, the current i cn2 rises to about 3A at the moment when the switch is turned off (300 [μs], 350 [μs]) and then decreases to 310 [μs] and 360 [μs]. Nearly zero. The average value of the current i cn2 was about 0.20A.

図11Cは、図11Bに示す電流icf2が流れた場合のセルb2の電荷量を示している。図11Cに示すように、セルb2には、スイッチング1周期で約10μCの充電がされた。 FIG. 11C shows the charge amount of the cell b2 when the current i cf2 shown in FIG. 11B flows. As shown in FIG. 11C, the cell b2 was charged with about 10 μC in one switching cycle.

図12Bは、図12Aに示すゲート信号がスイッチ21に与えられたときの、電流icn3及び電流icf3の波形を示している。電流icn3は、2次コイル53からセルb3及びコンデンサ73へ流れる。電流icf3は、セルb3を流れる。各セルb1,b2,b3,b4の初期電圧は、図10Bの場合と同様である。 FIG. 12B shows waveforms of the current i cn3 and the current i cf3 when the gate signal shown in FIG. 12A is given to the switch 21. The current i cn3 flows from the secondary coil 53 to the cell b3 and the capacitor 73. The current i cf3 flows through the cell b3. The initial voltages of the cells b1, b2, b3, and b4 are the same as those in FIG. 10B.

図12Bに示すように、電流icn3は、スイッチがOFFになった瞬間(300[μs],350[μs])に、約3.9Aまで立ち上がった後、低下し、310[μs]及び360[μs]の手前で、ほぼゼロとなる。電流icn3の平均値は、約0.29Aであった。 As shown in FIG. 12B, the current i cn3 rises to about 3.9 A at the moment when the switch is turned off (300 [μs], 350 [μs]) and then decreases to 310 [μs] and 360 It becomes almost zero before [μs]. The average value of the current i cn3 was about 0.29A.

図12Cは、図12Bに示す電流icf3が流れた場合のセルb3の電荷量を示している。図12Cに示すように、セルb3には、スイッチング1周期で約14.4μCの充電がされた。 FIG. 12C shows the charge amount of the cell b3 when the current i cf3 shown in FIG. 12B flows. As shown in FIG. 12C, the cell b3 was charged with about 14.4 μC in one switching cycle.

図13Bは、図13Aに示すゲート信号がスイッチ21に与えられたときの、電流icn4及び電流icf4の波形を示している。電流icn4は、2次コイル54からセルb4及びコンデンサ74へ流れる。電流icf4は、セルb4を流れる。各セルb1,b2,b3,b4の初期電圧は、図10Bの場合と同様である。 FIG. 13B shows waveforms of the current i cn4 and the current i cf4 when the gate signal shown in FIG. 13A is given to the switch 21. The current i cn4 flows from the secondary coil 54 to the cell b4 and the capacitor 74. The current i cf4 flows through the cell b4. The initial voltages of the cells b1, b2, b3, and b4 are the same as those in FIG. 10B.

図13Bに示すように、電流icn4は、スイッチがOFFになった瞬間(300[μs],350[μs])に、約3.4Aまで立ち上がった後、低下し、310[μs]及び360[μs]の手前で、ほぼゼロとなる。電流icn4の平均値は、約0.34Aであった。 As shown in FIG. 13B, the current i cn4 rises to about 3.4 A at the moment when the switch is turned off (300 [μs], 350 [μs]) and then decreases to 310 [μs] and 360 It becomes almost zero before [μs]. The average value of the current i cn4 was about 0.34A.

図13Cは、図13Bに示す電流icf4が流れた場合のセルb4の電荷量を示している。図13Cに示すように、セルb4には、スイッチング1周期で約16.8μCの充電がされた。 FIG. 13C shows the charge amount of the cell b4 when the current i cf4 shown in FIG. 13B flows. As shown in FIG. 13C, the cell b4 was charged with about 16.8 μC in one switching cycle.

図10A〜図13Cに示すように、低電圧のセルへ、より多くの電流が流れ、低電圧のセルほど多く充電されることが確認された。したがって、トランス40の2次側では、コントローラ110bがアクティブな制御をしなくても、複数のセルのバランシングが自動的に行われる。   As shown in FIGS. 10A to 13C, it was confirmed that a larger amount of current flows through the low-voltage cell, and that the lower-voltage cell is charged more. Therefore, on the secondary side of the transformer 40, even when the controller 110b does not perform active control, balancing of a plurality of cells is automatically performed.

[3.変形] [3. Deformation]

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、バランサ回路110aにおいて、トランス40の一次側には、スイッチ21,22のOFF時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を備えても良い。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the balancer circuit 110a, the primary side of the transformer 40 may be provided with a snubber circuit that absorbs a high voltage generated when the switches 21 and 22 are OFF.

また、バランサ110は、バッテリ120をバランス放電させてバッテリ130をバランス充電させる機能を有しているだけでなく、バッテリ130をバランス放電させてバッテリ120をバランス充電させる機能をも有していても良い。バッテリ130を放電させてバッテリ120を充電させるには、図3のダイオード61,62,63を、スイッチ21,22と同様のスイッチに置き換えればよい。   In addition, the balancer 110 has not only a function of performing a balanced discharge of the battery 120 to charge the battery 130, but also a function of performing a balanced discharge of the battery 130 to charge the battery 120 in a balanced manner. good. In order to discharge the battery 130 and charge the battery 120, the diodes 61, 62, and 63 in FIG. 3 may be replaced with switches similar to the switches 21 and 22.

11 1次コイル
12 1次コイル
21 スイッチ
22 スイッチ
31 電圧計測器
32 電圧計測器
40 トランス
41 磁心
51 2次コイル
52 2次コイル
53 2次コイル
54 2次コイル
61 ダイオード
62 ダイオード
63 ダイオード
64 ダイオード
71 コンデンサ
72 コンデンサ
73 コンデンサ
100 電源装置
110 バランサ
110a バランサ回路
110b コントローラ
120 走行用バッテリ
130 補機バッテリ
140 EPSコンバータ
150 モータ
a1 セル
a2 セル
b1 セル
b2 セル
b3 セル
b4 セル
11 Primary coil 12 Primary coil 21 Switch 22 Switch 31 Voltage measuring instrument 32 Voltage measuring instrument 40 Transformer 41 Magnetic core 51 Secondary coil 52 Secondary coil 53 Secondary coil 54 Secondary coil 61 Diode 62 Diode 63 Diode 64 Diode 71 Capacitor 72 Capacitor 73 Capacitor 100 Power supply 110 Balancer 110a Balancer circuit 110b Controller 120 Traveling battery 130 Auxiliary battery 140 EPS converter 150 Motor a1 Cell a2 Cell b1 Cell b2 Cell b3 Cell b4 Cell

Claims (8)

第1組電池に接続される少なくとも1つの1次コイル、及び、前記第1組電池とは別の第2組電池を構成する複数のセルに接続される複数の2次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサ。   A transformer having at least one primary coil connected to the first assembled battery and a plurality of secondary coils connected to a plurality of cells constituting a second assembled battery different from the first assembled battery. A flyback converter type balancer. 前記少なくとも1つの1次コイルは、前記第1組電池を構成する複数のセルに接続される複数の1次コイルである
請求項1に記載のバランサ。
The balancer according to claim 1, wherein the at least one primary coil is a plurality of primary coils connected to a plurality of cells constituting the first assembled battery.
前記第1組電池を構成する前記複数のセルから前記複数の1次コイルへの電流の流れをON/OFFする複数のスイッチをさらに備える
請求項2に記載のバランサ。
The balancer according to claim 2, further comprising a plurality of switches that turn on / off current flows from the plurality of cells constituting the first assembled battery to the plurality of primary coils.
前記1次側組電池を構成する前記複数のセルの電圧に基づいて、複数の前記スイッチのいずれか一つをONにし、他のスイッチをOFFにするコントローラをさらに備える
請求項3に記載のバランサ。
The balancer according to claim 3, further comprising a controller that turns on one of the plurality of switches and turns off the other switch based on voltages of the plurality of cells constituting the primary assembled battery. .
第1組電池と、
第2組電池と、
前記第1組電池を構成する複数の第1セルから電流が流れる複数の1次コイル、及び、前記第2組電池を構成する複数の第2セルへ電流を流す複数の2次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサと、
を備える電源装置。
A first assembled battery;
A second assembled battery;
A transformer having a plurality of primary coils through which a current flows from a plurality of first cells constituting the first assembled battery, and a plurality of secondary coils through which a current flows to a plurality of second cells constituting the second assembled battery A flyback converter type balancer comprising:
A power supply device comprising:
前記第1組電池は、自動車の走行用電池であり、
前記第2組電池は、自動車の補機用電池である
請求項5に記載の電源装置。
The first assembled battery is a battery for driving an automobile,
The power supply device according to claim 5, wherein the second assembled battery is an auxiliary battery for an automobile.
組電池を構成する複数のセルに接続された複数の2次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、1次側から蓄積されたエネルギーを、前記複数のセルに接続された前記複数の2次コイルから放出することで、前記複数のセルをバランス充電する
バランシング方法。
Using the transformer having a plurality of secondary coils connected to the plurality of cells constituting the assembled battery, the plurality of the plurality of cells connected to the plurality of cells by the energy stored from the primary side by the flyback converter method A balancing method in which the plurality of cells are balance-charged by being discharged from the secondary coil.
1次側から蓄積された前記エネルギーは、前記組電池とは別の組電池を構成する複数のセルをバランス放電して得られる
請求項7に記載のバランシング方法。
The balancing method according to claim 7, wherein the energy accumulated from the primary side is obtained by performing a balanced discharge on a plurality of cells constituting an assembled battery different from the assembled battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021130464A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01 Dyson Technology Limited Power supply unit

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