JP3630303B2 - 蓄電素子の電圧均等化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される複数の直列接続された蓄電素子間でエネルギーの移送を行なうことによって、直列接続された複数の蓄電素子の個々の両端電圧の値の平均化を図るものに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来の技術としては、特開平11−176483号公報及び米国特許第5003244号明細書に記載のものがある。前者は、図7に示すように、複数個の蓄電素子(1−1〜1−n)の出力電圧E1,E2,Enを直列接続した構成であって、該複数個の蓄電素子の出力電圧のバランス補正を行なうために、該複数個の出力電圧を入力とし、一次コイルNpと直列に接続されたスイッチングトランジスタ2をON・OFFさせ、該一次コイルと同じトランスの磁芯に巻回された前記複数個の蓄電素子に対応する複数の二次コイルNsよりなるコンバータを設け、該コンバータの二次出力でそれぞれの蓄電素子を充電するように接続する。そして、スイッチングトランジスタ2を周期的にON・OFFすると、二次コイルNsには巻数比に応じた電圧が発生するが、複数の二次コイルは共通の磁芯に接続されているため、複数の蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として複数の蓄電素子の電圧は等しくなる。
なお、上記前者の回路では、単にスイッチングトランジスタをON/OFFするだけでなく、負荷電流Ioの大きさに応じて一次コイルNpに流れる電流Ipを制御している。
【0003】
また、後者のものは、図8に示すように、数個の蓄電素子25,26,27,28の出力電圧を直列接続した構成である。 該複数個の蓄電素子の出力電圧のバランス補正を行なうために、別の電源30を入力とし、一次コイル16と直列に接続されたスイッチングトランジスタ34をON・OFFさせる。 該一次コイル16と同じトランスの磁芯18に巻回された前記複数個の蓄電素子に対応する複数の二次コイル21,22,23,24よりなるコンバータ14を構成している。 該コンバータ14の二次出力をそれぞれの蓄電素子を充電するように接続されている。 そして、スイッチングトランジスタ34を周期的にON・OFFすると、二次コイルには巻数比に応じた電圧が発生するが、複数の二次コイルは共通の磁芯に接続されているため、複数の蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として複数の蓄電素子の電圧は等しくなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来のコンバータのスイッチングによって直列接続された複数のエネルギー蓄積手段(蓄電素子)の個々の両端電圧の値の均等化を行なうものには、以下の如き問題点があった。
a,上記の従来のものは、どちらもスイッチング素子(トランジスタ)のON期間及びOFF期間におけるトランスの磁芯に対する磁化力は一方方向であるため、磁芯の磁束密度の変化幅が小さく、磁芯の利用率が悪くなる。磁芯の利用率が悪いということは同じ出力を得ようとするとより大きな断面積の磁芯が必要となり、装置が大型に成って、コストも高くなるという問題がある。
また、電圧均等化のためにスイッチング素子をON・OFFすることによって、スイッチング素子の端子間に存在する容量に対して、該スイッチング素子がOFFの期間に蓄積された電荷がON時に短絡することによって損失が生じたり、該短絡電流によってノイズが発生するという問題もあった。
【0005】
b,上記従来のものは、どちらもスイッチング素子がONの時にトランスに蓄わえられたエネルギーをスイッチング素子がOFFの期間に放出することによって複数個の蓄電素子の内の電圧の低い蓄電素子に対して充電することによって複数個の蓄電素子間の出力電圧の均等化を行なうものであるので、均等化のエネルギー量はスイッチング素子がONの期間に蓄えられたエネルギー量のみであるので、より、均等化の作用を大きくするためには、スイッチング素子を大きくして流れる電流を大きくする必要がある。スイッチング素子を大きくすると上記aと同様に装置が大型になり、コストも高くなる。また、スイッチング素子に大きな電流を流すと、個々の蓄電素子にはそれぞれ内部抵抗が存在するので、その内部抵抗による電圧降下が大きくなるので、見掛け上充電中の蓄電素子の出力電圧が上昇したのと同じ現象になって、結果として出力電圧の均等化の精度が低下することになるという問題点がある。
【0006】
さらに、前述した問題点を解決したうえで、複数個の蓄電素子間の出力電圧の均等化を短時間にすることや、均等化動作終了後のエネルギー損失の低減、さらに均等化後に任意の電圧に設定するという強い要望がある。
【0007】
本発明の目的は、上記a及びbに挙げた欠点を改善することによって、高効率・均等化の精度の高い・より小型な蓄電素子の電圧均等化装置を得るものであり、さらに、短時間で所望の電圧に均等化し、均等化動作終了後のエネルギー損失を低減でき、更に均等化後の電圧を任意に設定できる電圧均等化装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、直列接続された一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の各々と、互いにトランス(3)で磁気結合された複数の2次巻線(4−1〜4−n)の各々と、複数の一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子(1−m)と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線(4−m)と他方のスイッチング素子(2−m)とで閉回路を構成し、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の出力電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、前記他方のスイッチング素子(2−m)のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のONを継続することによって、上記課題を達成できる。(請求項1)
【0009】
請求項1に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、他方のスイッチング素子(2−m)を介して前記他方の蓄電素子(1−m)に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子(2−m)のONを継続することによっても、上記課題を達成できる。(請求項2)
【0010】
また、前記一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子(2−m)及び/又は前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のON期間を長くする。(請求項3)
【0011】
また、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止及び/又は、一方及び他方のスイッチング素子のON期間を極端に短くすることによって、出力電圧のバラツキがほとんど無い時に電圧均等化動作を行なって損失が生じたりノイズが発生するのを防げる。(請求項4)
【0012】
また、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び/又は他方のスイッチング素子のON期間を短くして均等化電力を小さくすることによって、精度良く蓄電素子の端子電圧の均等化を図ることができる。(請求項5)
【0013】
また、 複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止するか、それぞれのON期間を極端に短くすることによって、直列接続された蓄電素子に大電流が流れている時に蓄電素子の内部抵抗によって大きな電圧降下が生じて各蓄電素子のセル電圧の検出に影響を及ぼすときには電圧均等化機能を実質的に停止する。(請求項6)
【0014】
また、複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間または、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止するか、それぞれのON期間を極端に短くするようして、電流の検出を行なわなくとも、充電又は放電のモードを切換える切換スイッチ(S11)の動作に応じて電圧均等化機能を自動的に停止する。(請求項7)
【0015】
また、 前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFするに際して、 前記一方の複数のスイッチング素子のOFFから他方のスイッチング素子のONの間及び、前記他方のスイッチング素子のOFFから一方の複数のスイッチング素子のONの間に休止期間を有することによって、スイッチング素子のON時には、当該スイッチング素子の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でONにする(ゼロボルトスイッチ)ことができる。(請求項8)
【0016】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記2次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールのとしても電圧の均等化が得られる。
したがって、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。(請求項9)
【0017】
請求項9に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することによっても、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。(請求項10)
【0018】
また、前記励磁用巻線とモジュール均等化巻線を兼用することによって、装置を小型化できる。(請求項11)
【0019】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことによって、均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。(請求項12)
【0020】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことによって、さらに、他方の蓄電素子から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。(請求項13)
【0021】
また、前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、さらに短時間で一方の複数の蓄電素子を所定電圧にすることができる。(請求項14)
【0022】
また、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことによって、イコライズ動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。(請求項15)
【0023】
また、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことによって、エネルギー損失を低減できる。(請求項16)
【0024】
また、前記他方の蓄電素子と前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をOFFにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのON・OFF動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことによって、移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、1次巻線と2次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であるため、上記のように第三のスイッチ手段をOFFにして、他方の蓄電素子のエネルギー容量よりも小さい上記の第三の蓄電素子を用いて均等化を行うことにより、エネルギー損失を軽減できる。(請求項17)
【0025】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々と前記複数の一方の蓄電素子の各々との間の双方向のエネルギー移送及び電圧の均等化ができる。そして、このような制御方法を用いることにより、この小型でノイズの少ない電圧イコライザ装置を実現できる。また、このように上記ON期間比を設定して、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチとを導通制御することで、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子を所定電圧にすることができる。そして、これにより均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。(請求項18)
【0026】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間、又は、複数の一方の蓄電素子の各々から複数の他方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。(請求項19)
【0027】
また、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子をさらに短時間で、所定電圧に均等化することができる。(請求項20)
【0028】
また、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことによって、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。(請求項21)
【0029】
また、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことによって、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチ手段とを共にOFFの状態に保つことで、エネルギー損失を低減できる。(請求項22)
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1を用いて説明する。
図1は本発明の基本回路を示すものであって、1−1〜1−nは直列接続された複数個の蓄電素子であり、2−1〜2−nは一方のスイッチング素子である。1−mは前記複数個の蓄電素子とは別に設けられた蓄電素子であり直流電源又は充電器又は発電機を併用したものであっても良く、2−mは前記他の蓄電素子1−mからの電流をトランス3の共通の磁芯に巻かれた1次巻線4−mに流すための他方のスイッチング素子である。また、前記トランス3の共通の磁芯には、前記複数個の直列接続された蓄電素子1−1〜1−nに充電電流を流すように2次巻線4−1〜4−nが設けられている。
【0031】
上記回路におけるスイッチング素子2−mとスイッチング素子2−1〜2−nには、図示の如き反対極性のパルスが与えられて、スイッチング素子2−mがONの期間はスイッチング素子2−1〜2−nはOFF、スイッチング素子2−1〜2−nがONの期間はスイッチング素子2−mがOFFになるように導通制御されている。
【0032】
次に図1の回路の動作を図2を用いて説明する。
図2において、(a)は他方のスイッチング素子2−mのONとOFFの期間を示すものであり、(b)は一方のスイッチング素子2−1〜2nのONとOFFの期間を示すものである。また、(c)は複数個の蓄電素子1−1〜1−nに対する電圧均等のための充電電流及び放電電流(該直列接続された複数個の蓄電素子に対する外部充電器による充電及び外部負荷に対する放電電流とは異なる。)であり、この電流は巻線4−1〜4−nを介して流れる。また、(d)は巻線4−mを介して流れる電流であって、この電流によって均等化のためのエネルギーがトランス3に蓄積される。
【0033】
上記動作における本発明の特徴は、他方のスイッチング素子2mのON期間と一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間とを異ならせること、詳しくは、一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間を他方のスイッチング素子2mのON期間よりも長くすることによって、直列接続された複数個の蓄電素子の電圧のバラツキを従来のものに比較してより少なくなるようにした点にある。
【0034】
上記の如く、他方のスイッチング素子2mのON期間と一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間とを異ならせて、一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間を長くする。
なお、他方のスイッチング素子2mのON期間と一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間とを異ならせて、一方のスイッチング素子2−1〜2−nのON期間を長くすることの技術的な意義は、単に時間的な長さの差だけを意味するのではなく、前記他方のスイッチング素子のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のONを継続することである。
前記他方のスイッチング素子のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了されたことを検出するためには、図6に示すように、二次巻線4−1〜4−nとスイッチング素子2−1〜2−nと蓄電素子1−1〜1−nで構成される閉回路中に電流検出手段であるカレントトランスCT−1〜CT−nを設け、該カレントトランスの出力が正負反転する時点を検出することによって、トランス3の励磁エネルギーの放出完了時点の検出ができる。また、図示されているカレントトランス以外に抵抗を用いても良い。また、図6に示されているように、複数のスイッチング素子2−1〜2−nを駆動する仕方として、パルストランスPTを用いることも可能である。
更に、二次側の蓄電素子の端子電圧、トランスの励磁エネルギー等から演算によって、トランス3の励磁エネルギーの放出終了時点を求めることも可能である。
以下、蓄電素子間の電圧の均等化が装置の大型化をせずに可能になることを詳細に説明する。
【0035】
まず、他方のスイッチング素子2−mのONの期間に別の蓄電素子1−mからの電流が巻線4−mに流れることによってトランスに3に 図2の(d)に示す斜線部分を除く部分の電流によってエネルギーが蓄積される。
上記他方のスイッチング素子2−mがONになる時点の前後の当該スイッチング素子(2−m)の両端の電圧Vdsは図2の(f)に示される如く変化している。
スイッチング素子(2−m)の両端の電圧Vdsは、当該スイッチング素子の両端に存在する容量成分(寄生容量や外部に接続されたコンデンサ)に充電された電荷が、一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)がOFFになってから、当該スイッチング素子(2−m)が内蔵する寄生ダイオードを介して放電が行われて、当該スイッチング素子(2−m)がONになるまでの休止期間にほぼゼロ(ダイオードの順方向降下分は残る)になる。
一方のスイッチング素子のON状態をトランスの励磁エネルギーの放出終了後も更に継続すると、閉回路に流れる電流向きは反転し、今度は蓄電素子から巻線に電流が流れ始める(図2(c)の斜線部)。この逆流電流はトランスを励磁したり端子電圧の高い蓄電素子から端子電圧の低い蓄電素子にエネルギーの移送を行なう。
なお、一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)の両端電圧は、図2(e)に示される如く変化している。
次に一方のスイッチング素子(FET)がOFFすると、前記逆流電流の一部によって蓄えられた励磁エネルギーが一次巻線に放出される。この放出電流により、他方のスイッチング素子(FET)のVds間に存在する寄生容量(外付けのコンデンサを含む)に蓄積されていた電荷が引き抜かれ、次に電荷の引き抜きが終わると今度はFETの寄生ダイオードに順方向電流が流れている期間のVdsは、寄生ダイオードの順方向電圧(0.5V程度)にクランプされることになる。
従って、図2の(d)の波形において斜線で示されている期間はほぼ寄生ダイオードに電流が流れており、この期間で他方のスイッチング素子をONさせれば、Vdsはほぼゼロボルトとなっているので、ゼロボルトスイッチを達成することができる。ゼロボルトスイッチが行われると、ON時のスイッチング損失が少なくできると共に、スイッチングに伴うノイズも減少させることができる。
上記説明は、他方のスイッチング素子(2−m)についてであるが、一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)についても同様である(図2の(e)。
【0036】
次に、他方のスイッチング素子2−mがOFFになって、一方のスイッチング素子2−1〜2−nがONになる。この状態では、他方のスイッチング素子2−mがONの期間にトランス3に蓄積されたエネルギーによって、巻線4−1〜4−nに誘起した電圧によって複数個の蓄電素子に対する充電が行われ得る状態にある。
しかし、巻線4−1〜4−nに誘起した電圧によって、全ての蓄電素子1−1〜1−nに対して平等に充電が行われる訳ではない。
【0037】
前記直列接続された複数個の蓄電素子1−1〜1−nの出力電圧にバラツキが存在する場合には、図2における(c)に示す斜線部分を除く部分の電流が、複数個の直列接続された蓄電素子の内の一番電圧の低いものに電流が集中して流れることになる。該充電電流によって、複数個の直列接続された蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子の電圧が上昇することになる。このような動作を繰り返すことによって複数の直列接続された蓄電素子の電圧の均等化が行われる。(この状態は図6及び図7の従来の回路における電圧均等化作用と同じである。)
【0038】
上記の如く、他方のスイッチング素子2−mがONの期間にトランス3に蓄積されたエネルギーが電圧の低い蓄電素子に対する集中的な充電によって放出された時点(図2における破線Xで示す時点)以降も、本発明では、一方のスイッチング素子2−1〜2−nがON状態に保たれている。
他方のスイッチング素子2−mがONの期間にトランス3に蓄積されたエネルギーが電圧の低い蓄電素子に対する集中的な充電によって放出された時点Xにおいても、直列接続された複数の蓄電素子の電圧にバラツキが存在すると、一方のスイッチング素子2−1〜2−nはON状態であるので、複数の蓄電素子1−1〜1−nの内の電圧が高い蓄電素子から放電が行われることになる。この電流が図2の(c)の斜線部分である。
【0039】
上記複数の直列接続された蓄電素子の内の電圧の高い蓄電素子からの図2の(c)の斜線部分の電流によってトランス3にエネルギーの蓄積と電圧の高い蓄電素子から低い蓄電素子へのエネルギーの移転が行われる。
そして、このトランス3に蓄積されたエネルギーは一方のスイッチング素子2−1〜2−nがOFFになった後に、別の蓄電素子1−mに充電電流(図2(d)の斜線部分)として流れることによって放出される。(この期間の最初のうちは他方のスイッチング素子2−mはまだONにはなっていないが、該スイッチング素子にはダイオードが該蓄電素子を充電する方向に接続されているので充電が可能である。)
【0040】
なお、このダイオードは図1及び図3の如くスイッチング素子としてFETを用いた場合には、当該FETに製造時に生じ4−1〜4−nを介してエネルギーが移転されると共に、トランス3にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子2−1〜2−nがOFFになった時にトランス3からエネルギーを放出して別の蓄電素子1−mを充電するように放電する。
【0041】
このように、複数個の直列接続された蓄電素子の出力電圧にバラツキがあっても、出力電圧の低い蓄電素子に対しては充電が行われ、出力電圧の高い蓄電素子に対しては放電が行なわれるように制御されるので、複数個の蓄電素子間の電圧の均等化は従来のもの比べてより促進されることになる。
【0042】
均等化動作を行なっていくとある程度までは均等化(例えば、20mV程度)できるが、以後はいくら均等化動作を継続してもバラツキは改善されない。
この原因は、大きくバランスが崩れた初期状態では、できるだけ短時間で電圧の均等化ができるように、各閉回路に大きな電流を流している(他方のスイッチング素子及び/又は一方のスイッチング素子のON時間が長い)。
この大きな電流が線路抵抗、FETのON抵抗、トランス巻線抵抗等に流れることによって生じる電圧が蓄電素子の端子間電圧に加算され、この加算された電圧が二次巻線の両端に現れる為、各閉回路毎の前記加算電圧が等しいと、仮に蓄電素子の端子間電圧に差異があってもそれ以上には均等化されなくなる。
二次巻線側の閉回路毎に存在する線路抵抗、FETのON抵抗、蓄電素子の内部抵抗等のバラツキによる「発生電圧の違い」が蓄電素子の端子間電圧の均等化を阻んでいる。
この問題の解決策としては、「発生電圧の違い」を小さくするように均等化時の回路電流を小さくすることがあげられる(他方のスイッチング素子及び/又は一方のスイッチング素子のON時間を短くする)。
したがって、精度良く蓄電素子の端子間電圧の均等化を図るためには、バラツキがある程度小さくなった時に、他方のスイッチング素子及び/又は一方のスイッチング素子のON期間を短くして均等化電流を絞る工夫が有効になる。
【0043】
本発明の第2の実施の形態について図3を用いて説明する。
図3は図1に示されている本発明の基本回路を1個のモジュールとして扱い、該モジュールを複数(図3では3個)設け、各モジュールにおける複数個の蓄電素子を直列に接続し、別の蓄電素子1−m及び各スイッチング素子に対するON・OFFのためのパルス供給回路は共通としている。
また、図3では、モジュール均等化巻線4−mは別の蓄電素子1−mからの励磁巻線と兼用したものを示しているが、励磁巻線とモジュール均等化巻線を別に設けても良い。その1例を示したものが図4である。
【0044】
上記第2の実施の形態の動作は第1の実施の形態の動作と基本的には同様であるが、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。
該構成は、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。
【0045】
図5は本発明の蓄電素子の電圧均等化装置がどのように用いられるかを示すものであって、図5において、1−1〜1−nは複数個の直列接続された蓄電素子を示し、Aは電圧均等化装置、12は外部充電器、Lは負荷、S11は切換スイッチを示している。
複数の直列接続された蓄電素子を電気自動車の駆動用電池とする場合には、負荷は自動車の駆動用のモータになり、充電器は自動車がエンジンで走行しているときに発電機によって発電された電力を切換スイッチS11を充電側に切換えて充電する。また、電池による走行時には、切換スイッチを放電側に切換えてモータを駆動する。
【0046】
このように、本発明による蓄電素子の電圧均等化装置(方法)をエンジンと電池による併用によって走行するハイブリッド車や、電池のみによって走行する電気自動車に適用することによって、走行のためのモータの駆動に必要な多数の直列接続された蓄電素子の出力電圧の均等化が図れて電池出力の有効な利用ができるので、二酸化炭素やその他燃焼生成物の排出を軽減することが可能で、地球環境の保護に寄与することができる。
【0047】
複数の直列接続された蓄電素子に対して、上記の如く充電器からの充電中及び負荷に対する放電中は、複数の直列接続された大きな電流が流れて、該大きな電流によって、蓄電素子内の内部抵抗による電圧降下が大きくなって、蓄電素子の電圧の検出に影響を及ぼすので、電圧均等化装置による電圧均等化機能は停止しておくのが良い。
【0048】
図1及び図3において、スイッチング素子としてはFETが示されているが、本発明におけるスイッチング素子としてはFETに限るものではなく、トランジスタ、サイリスタ等の他のスイッチング素子を用いることができる。トランジスタ等を用いる場合には、素子のOFF期間に逆方向に対して電流を流すためにダイオードを並列に接続するとよい。
【0049】
また、蓄電素子としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池等の種々の電池が利用できると共に、電気二重層コンデンサも利用できる。また、直列に接続される蓄電素子1−1〜1−nと他の蓄電素子1−mとを同じ種類の蓄電素子とすることも、また異ならせることも可能である。
また、図6のように蓄電素子の直列接続した構成(1−1〜1−n)を他の蓄電素子として用いることも可能である。
【0050】
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態について説明する。図9は、第3の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図9に示すように、電圧均等化装置10は、直列接続された一方の複数の蓄電素子B2〜Bnを有し、これら一方の複数の蓄電素子B2〜Bnの各々と、互いにトランスTで磁気結合された複数の2次巻線(巻数N2)の各々と、一方の複数のスイッチ手段S2〜Snの各々とでそれぞれ閉回路を構成している。
【0051】
また、一方の複数の蓄電素子B2〜Bnとは別に設けられた他方の蓄電素子B1を有する。なお、この他方の蓄電素子B1は、直流電源又は充電器又は発電機を併用したものであっても良い。そして、他方の蓄電素子B1と2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線(巻数N1)と他方のスイッチ手段S1とで閉回路を構成している。
【0052】
また、他方のスイッチ手段S1は、制御信号AC1により導通制御され、一方のスイッチ手段S2〜Snは、制御信号AC2により同時に導通制御される。
これらの制御信号AC1と制御信号AC2とは、制御手段11より送信される。また、制御信号AC1と制御信号AC2とは、他方のスイッチ手段S1がONの期間は一方のスイッチ手段S2〜SnはOFF、一方のスイッチ手段S2〜SnがONの期間は他方のスイッチ手段S1がOFFになるように、交互にON・OFFさせるように導通制御することにより、他方の蓄電素子B1から一方の蓄電素子B2〜Bnの各々へエネルギーが移送される。
また、各々の2次巻線は共通の磁芯に接続されているため、一方の蓄電素子B2〜Bnの内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として一方の蓄電素子B2〜Bnの電圧が均等化される。
【0053】
また、2次巻線と一方のスイッチ手段S2〜Snと蓄電素子B2〜Bnで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段19−1〜19−nを設けてもよい。これにより、閉回路に流れる電流を検出できる。そして、電流検出手段19−1〜19−nにより検出された電流値信号15−1〜15−nは、制御手段11に送信される。例えば電流検出手段19−1〜19−nにカレントトランスを用いれば、カレントトランスの出力が正負反転する時点を検出することによって、トランスTの励磁エネルギーの放出完了時点の検出ができ、後述の電圧均等化装置の制御方法における所定量のエネルギー移送が終わった時点を知らせることができる。
【0054】
さらにまた、例えば一方の蓄電素子B2の正極端子と一方の蓄電素子Bnの負極端子の間に電圧検出手段14を設けてもよい。そして、検出した電圧値信号16は、制御手段11に送信される。
【0055】
なお、他方のスイッチ手段S1のOFFから一方のスイッチ手段S2〜Sn のONの間及び、一方のスイッチ手段S2〜SnのOFFから他方のスイッチ手段S1のONの間に、他方のスイッチ手段S1および一方のスイッチ手段S2〜Snが共にOFFとなる期間を設けることによって、他方のスイッチ手段S1または一方のスイッチ手段S2〜SnがONとなる瞬間に、これらのスイッチ手段の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でONにする(ゼロボルトスイッチ)ことができる。
【0056】
次に、図9の回路において、一方の蓄電素子B2〜Bnの各々の電圧が均等化された状態の説明をする。
このとき、一方の蓄電素子B2〜Bnの各々の電圧値をV2、充放電電流をi2とする。また、他方のスイッチ手段S1のON期間をTON1、一方のスイッチ手段S2〜SnのON期間をTON2とする。また、他方の蓄電素子B1の電圧をV1、充放電電流をi1とする。これらの関係を示すタイミング図を図10に示す。
【0057】
図9の回路において、1次巻線の巻数がN1、2次巻線の巻数がN2であるので、次の(1)式の関係が成り立つ。
N1i1=nN2i2 ・・・・・(1)
上記(1)式より一方の蓄電素子B2〜Bnへの充放電電流i2は、次の(2)式で表される。
i2=N1i1/nN2 ・・・・・(2)
【0058】
また、他方の蓄電素子B1の電圧値V1は、他方のスイッチ手段S1のONの期間TON1と、他方の蓄電素子B1からの充放電電流i1と、1次巻線のインダクタンスL1との関係から、次の(3)式で表される。
V1=2×i1L1/TON1 ・・・・・(3)
【0059】
同様に、一方の蓄電素子B2〜Bnの各々の電圧が均等化されたときの電圧値V2は、一方のスイッチ手段S2のONの期間TON2と、一方の蓄電素子B2〜Bnからの充放電電流i2と、2次巻線が1個の場合のインダクタンスL2との関係から、次の(4)式で表される。
V2=2n×i2L2/TON2 ・・・・・(4)
(2)式を(4)式に代入すると、次の(5)式が得られる。
V2=2×(N1/N2)i1L2 /TON2 ・・・・(5)
さらに、V1とV2の比は、(3)式と(5)式から、次の(6)式で表される。
V1/V2=(L1/L2)×(N2/N1)×(TON2 /TON1) ・・(6)
【0060】
また、インダクタンスと巻数の関係は、L1/L2=N1 2/N2 2であるので、V1とV2の比は、次の(7)式となる。
上記(7)式に示すように、他方の蓄電素子B1の電圧値V1と一方の蓄電素子B2〜Bnの各々の電圧が均等化されたときの電圧値V2との比(V1/V2)は、他方のスイッチ手段S1のONの期間TON1と一方のスイッチ手段S2〜SnのONの期間TON2とのON期間比(TON2 /TON1)を設定することにより決定されることがわかる。
【0061】
第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、エネルギー移送源又はエネルギー受入源としての他方の蓄電素子B1の電圧がV1である場合に、一方の蓄電素子B2〜Bnを所望の電圧値V2にするために、上記ON期間比(TON2 /TON1)を上記(7)式の関係から算出された値に設定し、制御手段11から制御信号AC1および制御信号AC2を出力し、他方のスイッチ手段S1と一方のスイッチ手段S2〜Snとを導通制御するものである。
【0062】
また、第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次に示す制御方法を行うこともできる。
最初に、一方の蓄電素子の電圧がV2よりも高くなるON期間比(TON2 /TON1)の値を設定しておき、エネルギー移送を電圧がV2を越える直前まで行う。
この電圧の監視は、例えば、制御手段11が電圧検出手段14から得られた電圧値を監視するなどにより行うことができる。
次に、制御手段11によって、電圧がV2となるON期間比(TON2 /TON1)の値に設定し直し、エネルギー移送を電圧がV2となるまで行い、最終的に一方の蓄電素子の電圧をV2にする。
このようにすることで、さらに短時間で一方の蓄電素子B2〜Bnの電圧を所望の電圧とすることができる。
【0063】
さらに、第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うことができる。
ここで、他方のスイッチ手段のON期間TON1と一方のスイッチ手段のON期間TON2とを加え逆数をとった値を、以下の(8)式で示すように、周波数fと定義する。なお、他方及び一方のスイッチ手段が共にOFFとなる時間は、一般的に僅かであるので無視する。
f=1/(TON1+TON2) ・・・・・(8)
そして、上記ON期間比(TON2 /TON1)を変えずに、周波数fを低周波数(定常状態の周波数よりも低い周波数)に設定して、エネルギー移送を行う。
これにより、他方の蓄電素子B1から一方の蓄電素子B2〜Bnの各々へ又はその逆へのエネルギー移送時間を短縮することができる。
【0064】
また、第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うこともできる。
他方の蓄電素子B1から一方の蓄電素子B2〜Bnへ又はその逆への所定量のエネルギー移送が終わり、一方の蓄電素子の電圧がほぼ均等化した後、前記(8)式で示した周波数fを高周波数(定常状態の周波数よりも高い周波数)に設定する。
このように周波数fを高周波数(定常状態の周波数よりも高い周波数)に設定したことにより、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、電圧均等化装置のエネルギー損失を低減できる。
【0065】
あるいは、第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うこともできる。
他方の蓄電素子B1から一方の蓄電素子B2〜Bnへ又はその逆への所定量のエネルギー移送が終わり、一方の蓄電素子B2〜Bnの電圧がほぼ均等化した後、他方のスイッチ手段S1と一方のスイッチ手段S2とを共にOFFにする。これにより、電圧均等化装置のエネルギー損失を低減できる。
なお、電圧バランスが崩れてきた場合には、再び他方のスイッチ手段S1および一方のスイッチ手段S2のON・OFFを繰り返せばよい。
【0066】
(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態について説明する。図11は、第4の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図11に示すように、電圧均等化装置20は、第3の実施の形態に係る電圧均等化装置10の構成に加えて、他方の蓄電素子B1の正極端子と1次巻線との間に第三のスイッチ手段S0を設け、かつ、第三のスイッチ手段S0の1次巻線側の端子と他方の蓄電素子B1の負極端子との間に第三の蓄電素子C1を設けたものである。
なお、上記の第三のスイッチ手段S0を設ける位置は、他方の蓄電素子B1の負極端子と他方のスイッチ手段S1との間でもよい。
また、第三の蓄電素子C1は、他方の蓄電素子B1のエネルギー容量よりも小さい容量の蓄電素子を用いることが好ましい。
【0067】
次に、第4の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法について説明する。
本実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、前述の第3の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法を、他方の蓄電素子B1から一方の蓄電素子B2〜Bn又はその逆への所定量のエネルギー移送が終るまで行い、その後、第三のスイッチ手段S0をOFFにする。
さらに、他方のスイッチ手段S1と一方のスイッチ手段S2とのON・OFF動作を継続して、一方の蓄電素子B2〜Bnの電圧の均等化を継続する。
【0068】
移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、1次巻線と2次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であり、上記のように第三のスイッチ手段S0をOFFにして、他方の蓄電素子B1のエネルギー容量よりも小さい第三の蓄電素子C1を用いて均等化を行うことにより、一方の蓄電素子B2〜Bnの電圧が均等になるまでの損失を低減できる。
【0069】
(第5の実施の形態)
次ぎに、第5の実施の形態について説明する。図12は、第5の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図12に示すように、電圧均等化装置30は、直列接続された一方の複数の蓄電素子B2−1〜B2−nを有し、これら一方の複数の蓄電素子B2−1〜B2−nの各々と、互いにトランスTで磁気結合された複数の2次巻線(巻数N2)の各々と、一方の複数のスイッチ手段S2−1〜S2−nの各々とでそれぞれ閉回路を構成している。
【0070】
また、一方の複数の蓄電素子B2−1〜B2−nとは別に設けられた複数の他方の蓄電素子B1−1〜B1−nを有する。そして、複数の他方の蓄電素子B1−1〜B1−nの各々と、2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線(巻数N1)の各々と、複数の他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nの各々とで閉回路を構成している。
【0071】
また、複数の他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nは、制御信号AC1により同時に導通制御され、一方の複数のスイッチ手段S2−1〜S2−nは、制御信号AC2により同時に導通制御される。
これらの制御信号AC1と制御信号AC2とは、制御手段11より送信される。また、制御信号AC1と制御信号AC2とは、複数の他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nがONの期間は一方のスイッチ手段S2−1〜S2−nはOFF、一方のスイッチ手段S2−1〜S2−nがONの期間は複数の他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nがOFFになるように、交互にON・OFFさせるように導通制御することにより、他方の蓄電素子B1−1〜B1−nの各々と一方の蓄電素子B2−1〜B2−nの各々との間で相互にエネルギーが移送される。
【0072】
また、各々の1次巻線と各々の2次巻線とは共通の磁芯に接続されているため、他方の蓄電素子B1−1〜B1−n又は一方の蓄電素子B2−1〜B2−nの内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として他方の蓄電素子B1−1〜B1−n又は一方の蓄電素子B2−1〜B2−nの電圧が均等化される。
【0073】
また、1次巻線と他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nと他方の蓄電素子B1−1〜B1−nとで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段191−1〜191−nを設けてもよい。また、2次巻線と一方のスイッチ手段S2−1〜S2−nと一方の蓄電素子B2−1〜B2−nとで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段192−1〜192−nを設けてもよい。これらを設けることにより、閉回路に流れる電流を検出できる。そして、電流検出手段191−1〜191−n,192−1〜192−nにより検出された電流値信号151−1〜151−n,152−1〜152−nは制御手段11に送信される。
【0074】
さらにまた、例えば他方の蓄電素子B1−1の正極端子とB1−nの負極端子の間に電圧検出手段14−1を、一方の蓄電素子B2−1の正極端子とB2−nの負極端子の間に電圧検出手段14−2を設けてもよい。そして、検出した電圧値信号16−1,16−2は、制御手段11に送信される。
【0075】
このように、第5の実施の形態は、第3の実施の形態における他方の蓄電素子を複数としたものであり、第3の実施の形態の作用効果に加えて、他方の蓄電素子B1−1〜B1−nの電圧の均等化もすることができる。
【0076】
第5の実施の形態は、他方のスイッチ手段S1−1〜S1−nは同一の制御信号AC1で制御されるので、第3の実施の形態と同様に、前述の式(1)〜式(8)に準じた関係が成り立つ。よって、電圧均等化装置の制御方法は前述の第3の実施の形態と同様の方法を行うことができる。
以上の説明では、主に他方の蓄電素子から一方の蓄電素子へのエネルギー移転を説明したが、第5の実施の形態は、逆に一方の蓄電素子から他方の蓄電素子へのエネルギー移転も可能であることが特徴の1つである。
【0077】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の各々と、互いにトランス(3)で磁気結合された複数の2次巻線(4−1〜4−n)の各々と、複数の一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子(1−m)と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線(4−m)と他方のスイッチング素子(2−m)とで閉回路を構成し、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の出力電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、前記他方のスイッチング素子(2−m)のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のONを継続することによって、電圧均等化機能が従来の回路に比べてより効果的に得られる。
【0078】
請求項2記載の発明では、請求項1に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、他方のスイッチング素子(2−m)を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子(2−m)のONを継続することによっても、上記請求項1に記載の発明と同様の効果を奏する。
【0079】
また、請求項3記載の発明では、前記一方の複数の蓄電素子(1−1〜1−n)の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子(2−m)及び/又は前記一方のスイッチング素子(2−1〜2−n)のON期間を長くすることによって、電圧均等化のスピードを上げることができる。
【0080】
また、請求項4記載の発明では、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止及び/又は、一方及び他方のスイッチング素子のON期間を極端に短くすることによって、出力電圧のバラツキがほとんど無い時に電圧均等化動作を行なって損失が生じたりノイズが発生するのを防げる。
【0081】
また、請求項5記載の発明では、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び/又は他方のスイッチング素子のON期間を短くして均等化電力を小さくすることによって、均等化動作を行なってある程度(例えば、20mV程度)までに均等化がなされた後は、均等化電流を小さくして、精度良く蓄電素子の端子電圧の均等化を図ることができる。
【0082】
また、請求項6記載の発明では、 複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止するか、それぞれのON期間を極端に短くすることによって、直列接続された蓄電素子に大電流が流れている時に蓄電素子の内部抵抗によって大きな電圧降下が生じて各蓄電素子のセル電圧の検出に影響を及ぼすときには電圧均等化機能を実質的に停止することによって、蓄電素子に大電流が流れている時の不都合を除去できる。
【0083】
また、請求項7記載の発明では、複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間または、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止するか、それぞれのON期間を極端に短くするようして、電流の検出を行なわなくとも、充電又は放電のモードを切換える切換スイッチ(S11)の動作に応じて電圧均等化機能を自動的に停止することができる。
【0084】
また、 請求項8記載の発明では、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFするに際して、 前記一方の複数のスイッチング素子のOFFから他方のスイッチング素子のONの間及び、前記他方のスイッチング素子のOFFから一方の複数のスイッチング素子のONの間に休止期間を有することによって、スイッチング素子のON時には、当該スイッチング素子の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でONにする(ゼロボルトスイッチ)ことができるので、電圧均等化のためにスイッチング素子をON・OFFすることによって、スイッチング素子端子間に存在する容量に対して、該スイッチング素子がOFFの期間に蓄積された電荷がON時に放電することによって損失が生じたり、該放電電流によってノイズが発生するという問題が解決できる。
【0085】
また、請求項9に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記2次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記2次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記他方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のオンを継続することによって、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。
したがって、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。
【0086】
また、請求項10に記載の発明では、請求項9に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することによっても、上記請求項9に記載の発明と同様の効果を奏する。
【0087】
また、請求項11に記載の発明では、前記励磁用巻線とモジュール均等化巻線を兼用することによって、装置を小型化できるという効果を奏する。
【0088】
また、請求項12に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことによって、一方の蓄電素子の電圧の均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。
【0089】
また、請求項13に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことによって、さらに、他方の蓄電素子から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。
【0090】
また、請求項14に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、さらに短時間で一方の複数の蓄電素子を所定電圧にすることができる。
【0091】
また、請求項15に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことによって、イコライズ動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。
【0092】
また、請求項16に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことによって、エネルギー損失を低減できる。
【0093】
また、請求項17に記載の発明では、前記他方の蓄電素子と前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をOFFにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのON・OFF動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことによって、移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、1次巻線と2次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であるため、上記のように第三のスイッチ手段をOFFにして、他方の蓄電素子のエネルギー容量よりも小さい上記の第三の蓄電素子を用いて均等化を行うことにより、エネルギー損失を軽減できる。
【0094】
また、請求項18に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々と前記複数の一方の蓄電素子の各々との間の双方向のエネルギー移送及び電圧の均等化ができる。そして、このような制御方法を用いることにより、この小型でノイズの少ない電圧イコライザ装置を実現できる。また、このように上記ON期間比を設定して、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチとを導通制御することで、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子を所定電圧にすることができる。そして、これにより均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。
【0095】
また、請求項19に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間、又は、複数の一方の蓄電素子の各々から複数の他方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。
【0096】
また、請求項20に記載の発明では、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子をさらに短時間で、所定電圧に均等化することができる。
【0097】
また、請求項21に記載の発明では、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことによって、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。
【0098】
また、請求項22に記載の発明では、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことによって、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチ手段とを共にOFFの状態に保つことで、エネルギー損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図2】第1の蓄電素子の電圧均等化装置の動作を説明する図である。
【図3】第2の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図4】第2の蓄電素子の電圧均等化装置の変形例を示す図である。
【図5】蓄電素子の電圧均等化装置と外部電源及び負荷との関係を示す図である。
【図6】トランスの励磁エネルギーの放出終了時点を検出するための回路である。
【図7】従来の第1の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図8】従来の第2の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図9】第3の実施の形態に係るの基本構成を示す回路図である。
【図10】一方の蓄電素子B2〜Bnの各々の電圧が均等化された状態のときのタイミング図であり、(a)はS1,(b)はS2〜Sn,(c)はB1の充放電電流,(d)はB2〜Bnの充放電電流である。
【図11】第4の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
【図12】第5の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1−1〜1−m 蓄電素子
2−1〜2−m スイッチング素子
3 トランス
4−1〜4−m トランスの巻線
12 充電器
A 電圧均等装置
L 負荷
S11 切換スイッチ
CT カレントトランス
PT パルストランス
10,20,30 電圧均等化装置
11 制御手段
14,14−1,14−2 電圧検出手段
15−1〜15−n,151−1〜151−n,152−1〜152−n 電流検出信号
16,16−1,16−2 電圧検出信号
19−1〜19−n,191−1〜191−n,192−1〜192−n 電流検出手段
B1,B1−1,B1−2,B1−n 蓄電素子
B2〜Bn,B2−1,B2−2,B2−n,C1 蓄電素子
S1,S1−1〜S1−n,S2〜Sn,S2−1〜S2−n,S0 スイッチ手段
AC1,AC2 制御信号
T トランス
Claims (22)
- 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチング素子とで閉回路を構成し、
前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子の出力電圧を均等化する電圧均等化装置において、
前記他方のスイッチング素子のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のONを継続することを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチング素子とで閉回路を構成し、
前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子の出力電圧を均等化する電圧均等化装置において、
前記一方のスイッチング素子のONによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のONを継続することを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 前記一方の複数の蓄電素子の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子及び/又は前記一方のスイッチング素子のON期間を長くすることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止及び/又は、一方及び他方のスイッチング素子のON期間を極端に短くすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び/又は他方のスイッチング素子のON期間を短くして均等化電力を小さくすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止及び/又は、一方及び他方のスイッチング素子のON期間を極端に短くすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間又は、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるON・OFF動作を停止及び/又は、一方及び他方のスイッチング素子のON期間を極端に短くすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にON・OFFするに際して、 前記一方の複数のスイッチング素子のOFFから他方のスイッチング素子のONの間及び、前記他方のスイッチング素子のOFFから一方の複数のスイッチング素子のONの間に休止期間を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記2次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記2次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記他方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のオンを継続することを特徴とするモジュール電圧の均等化装置。 - 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記2次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記2次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することを特徴とするモジュール電圧の均等化装置。 - 前記励磁用巻線は、モジュール均等化巻線であることを特徴とする請求項9又は10に記載のモジュール電圧の均等化装置。
- 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、
制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記2次巻線と共通に磁気結合されている1次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、
制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことを特徴とする請求項12又は13に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 前記他方の蓄電素子と前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記1次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、
前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をOFFにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのON・OFF動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことを特徴とする請求項12〜16のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。 - 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定するように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の2次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記2次巻線と共通に磁気結合されている複数の1次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にON・OFFさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び/又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間と前記一方の複数のスイッチ手段のON期間とのON期間比を設定させ、
前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ON期間比を設定し直すように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。 - 請求項18又は19に記載の電圧均等化装置であって、
前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことを特徴とする電圧均等化装置。 - 前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のON期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のON期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことを特徴とする請求項18〜20のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
- 前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをOFFにさせるように構成されたことを特徴とする請求項18〜20のいずれか1項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6844703B2 (en) * | 2002-08-14 | 2005-01-18 | The Boeing Company | Battery cell balancing system |
JP3795499B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2006-07-12 | 富士重工業株式会社 | 蓄電素子の電圧均等化装置 |
DE102004005136B4 (de) * | 2004-02-02 | 2008-05-08 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich der in Reihe geschalteten Kondensatoren eines Doppelschichtkondensators |
JP2006166615A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | 蓄電デバイスの電圧均等化制御システム |
KR101188944B1 (ko) * | 2006-06-15 | 2012-10-08 | 한국과학기술원 | 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치 |
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JP4691064B2 (ja) * | 2007-04-20 | 2011-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 組電池の残容量均等化装置 |
HUP0700299A2 (en) * | 2007-04-24 | 2008-12-29 | Andras Fazakas | Recharger circuit for recharging two batteries |
DE102008023292A1 (de) * | 2008-05-13 | 2009-12-03 | Clean Mobile Ag | Elektrische Energieversorgungseinheit und Verfahren zum Laden und Entladen von Akkumulatoren einer elektrischen Energieversorgungseinheit |
DE102008023291A1 (de) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Clean Mobile Ag | Elektrisches Leichtfahrzeug mit elektrischer Energieversorgungseinheit und Verfahren zum Laden und Entladen von Akkumulatoren eines elektrischen Leichtfahrzeugs |
US8294421B2 (en) * | 2008-09-05 | 2012-10-23 | O2Micro Inc | Cell balancing systems employing transformers |
CN101409455B (zh) * | 2008-11-19 | 2011-10-26 | 华为终端有限公司 | 一种电池系统的电压平衡装置及电压平衡方法 |
JP5375202B2 (ja) * | 2009-03-03 | 2013-12-25 | 日産自動車株式会社 | 電力供給装置 |
US8148942B2 (en) * | 2009-11-05 | 2012-04-03 | O2Micro International Limited | Charging systems with cell balancing functions |
EP2514064B1 (en) * | 2009-12-14 | 2020-04-08 | Leach International Corporation | Systems and methods for balancing multi-cell batteries |
US8786255B2 (en) | 2010-05-03 | 2014-07-22 | Infineon Technologies Ag | Active charge balancing circuit |
FR2959885B1 (fr) * | 2010-05-05 | 2014-12-05 | Commissariat Energie Atomique | Systeme d'equilibrage pour batterie de puissance, procede d'equilibrage de charge et procede combine d'equilibrage de charge et d'alimentation correspondants |
DE102010029427A1 (de) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Energiespeicheranordnung |
US8436582B2 (en) * | 2010-07-09 | 2013-05-07 | Freescale Semiconductor, Inc. | Battery cell equalizer system |
US8884580B2 (en) | 2010-09-28 | 2014-11-11 | Atmel Automotive Gmbh | Charge equalization between series-connected battery cells |
DE102011003759A1 (de) * | 2011-02-08 | 2012-08-09 | Robert Bosch Gmbh | Energiespeichereinrichtung für eine fremderregte elektrische Maschine |
EP2587614A2 (en) | 2011-08-31 | 2013-05-01 | Sony Corporation | Electric storage apparatus, electronic device, electric vehicle, and electric power system |
JP2013051856A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Sony Corp | 蓄電装置、電子機器、電動車両および電力システム |
JP2013051857A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Sony Corp | 蓄電装置、電子機器、電動車両および電力システム |
KR101816823B1 (ko) * | 2011-10-31 | 2018-01-12 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 전하 균일 회로 |
CN104054232B (zh) * | 2012-01-30 | 2016-11-02 | Nec能源元器件株式会社 | 用于控制蓄电池组的电力存储系统、方法以及蓄电池组 |
DE102012109062A1 (de) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Hella Kgaa Hueck & Co. | Batterieanordnung sowie Verfahren zum Aufladen einer Batterieanordnung |
US9281696B2 (en) * | 2013-02-27 | 2016-03-08 | Fu-Sheng Tsai | Current steering circuit and current steering method for controlling branch current flowing through branch |
JP6728565B2 (ja) | 2014-02-28 | 2020-07-22 | 株式会社リコー | スイッチ回路の制御方法、蓄電状態調整回路、蓄電状態調整装置及び蓄電池パック |
US9748785B2 (en) | 2014-03-04 | 2017-08-29 | Ricoh Company, Ltd. | Storage status adjusting circuit, storage status adjusting device, storage battery pack and switch circuit controlling method |
EP2916423B1 (en) | 2014-03-04 | 2016-06-08 | Ricoh Company, Ltd. | Method of controlling a storage status adjusting circuit, and storage battery pack |
JP6428107B2 (ja) * | 2014-09-29 | 2018-11-28 | 株式会社村田製作所 | 蓄電装置、電子機器、電動車両および電力システム |
JP7046750B2 (ja) * | 2018-07-25 | 2022-04-04 | 三洋電機株式会社 | 電源システム、及び管理装置 |
CN116111847A (zh) * | 2021-11-10 | 2023-05-12 | 台达电子工业股份有限公司 | 转换模块的辅助电源电路、平衡电路与供电系统 |
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---|---|---|---|---|
DE4428769C1 (de) * | 1994-08-13 | 1996-05-02 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zur Aufladung von und/oder zum Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Energiespeichern |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8928283B2 (en) | 2009-10-14 | 2015-01-06 | Fdk Corporation | Electricity storage system having a plurality of series-connected storage cells |
US10670726B2 (en) | 2014-02-25 | 2020-06-02 | Ricoh Company, Ltd. | Distance measuring device and parallax calculation system |
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