JP3769436B2 - セルエネルギ量調節装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続された電気エネルギ貯蔵セルによって構成される電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵されたエネルギ量に対して、それぞれのセルの貯蔵エネルギ量の比率を目標の値に設定するエネルギ配分回路を備えた電気エネルギ貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電気エネルギ貯蔵セルを直列に接続して単体のセルより端子電圧が高く、エネルギ貯蔵量が大きいエネルギ貯蔵装置を構成することが行われているが、この装置を構成するそれぞれのセルが貯蔵しているエネルギ量を管理することは殆ど行われていなかった。
【０００３】
セルがキャパシタで構成される場合などでは、例えば、特開平１０−１７４２８３号公報等に開示されているように、それぞれのセルに抵抗体を並列に接続したり、例えば、ツェナーダイオードのような定電圧素子を並列に接続したり、充電中にそれぞれのセルの電圧が均等になるように、それぞれのセルに対して並列的充電か、または部分的な並列的充電を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直列に接続されたセルの充放電を個別に管理しない場合には、従来から実用されている蓄電池においては一部のセルが過充電や過放電状態にいたり、このセルの性能が劣化したり破損することがあった。また、キャパシタのように物理的に電荷を貯蔵するセルを用いた場合には、一部のセルの端子電圧がこのセルの耐電圧を越えて劣化や破損に至る可能性があり、これを避けるためにエネルギ貯蔵装置を運用する定格を下げるなどの対策をとっていた。そのためにエネルギ貯蔵装置のパワー密度やエネルギ密度をセルの固有のものより低くしなければならなかった。
【０００５】
そこで、本発明の技術的課題は、充電、放電、待機中に関わらず、単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルのエネルギ貯蔵量を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つことができるセルエネルギ量調整装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のセルが直列に接続されて１つの単位をなすエネルギ貯蔵装置において、単位エネルギ貯蔵装置内の任意のセルから該セルが貯蔵しているエネルギをエネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送することによって、充電、放電、待機中に関わらず、単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルのエネルギ貯蔵量を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つ手段を提供するものである。
【０００７】
即ち、本発明によれば、（１）キャパシタセルまたは二次電池セルを複数個直列に接続して構成する単位エネルギ貯蔵装置と前記単位エネルギ貯蔵装置の任意のセルから該セルに充電されているエネルギを前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送するセルエネルギ量調節装置とを備えたエネルギ貯蔵装置の前記セルエネルギ量調節装置において、任意のセルから該セルに充電されているエネルギを前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送する装置であって、互いに磁気的に結合され電気的に絶縁された第１及び第２のコイルからなる複数個のコイルを持つトランスと、任意のセルに接続された前記トランスの前記第１のコイルの回路を開閉するスイッチング回路と、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して前記トランスの第２のコイルを接続した回路と、前記スイッチング回路を動作させることによって、前記セルが貯蔵しているエネルギ量を各セルの特性に応じて前記単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵するエネルギ量に対して特定の比率に調節する制御回路とを備え、前記制御回路は、現在各セルが貯蔵すべきエネルギ量を判断できるように、各セルの電圧測定手段とその測定結果を蓄積するメモリと、それらを総合的に判断して、目標となるエネルギ量を演算するための中央制御ユニットと、前記スイッチング回路を夫々個別で制御するスイッチ駆動回路とを備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、（２）前記（１）項のセルエネルギ量調節装置において、前記複数個のセルは、少なくとも１つのセル群からなり、前記トランスは、前記単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセル群に対応した数だけ備えられ、前記夫々トランスは、前記スイッチング回路を介して前記夫々のセル群を構成する各セルに夫々接続された前記第１のコイルと、前記整流回路を介して前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された前記第２のコイルとを備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、（３）前記（２）項のセルエネルギ量調節装置において、前記夫々のトランスに該トランスのコアを消磁するための第３のコイルを設けたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、（４）前記（１）項のセルエネルギ量調節装置において、前記トランスは、複数個のセルに対応してそれぞれスイッチング回路を介してそれぞれのセルに接続された複数個の前記第１のコイルと単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された前記第２のコイルとを持つことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、（５）前記（４）項のセルエネルギ量調節装置において、前記トランスに更に、該トランスのコアを消磁するためもしくは第２のコイルが出力する電圧とは異なる電圧を出力するための第３のコイルを設けたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、（６）前記（１）乃至（５）の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して接続された前記トランスの第２のコイルに直列にスイッチ回路を設けることによって、単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子と前記トランスの第２コイルとの接続を一時的に遮断することを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
また、本発明によれば、（７）前記（１）乃至（５）の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して接続された前記トランスの第２のコイルに該整流回路にスイッチ回路を兼備することによって、単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子と前記トランスの第２コイルとの接続を一時的に遮断することを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、（８）前記（６）又は（７）項のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された電位または任意に選択されたセルの端子の電位を基準として、それぞれのセルに接続されたスイッチング回路を制御する信号を、コンデンサを介して伝達する回路を備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、（９）前記（１）乃至（８）項の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、任意に選択されたセルに接続されたスイッチング回路を制御する操作に同期して単位エネルギ貯蔵装置に接続された前記トランスの第２のコイルの開放端子電圧を検知して前記セルが貯蔵しているエネルギ量を判定する回路を持つことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、（１０）前記（１）乃至（９）項の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、セルが貯蔵しているエネルギ量が前記単位エネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量に対して過大であると判定された場合には、前記セルに接続されたスイッチング回路を制御することによって前記セルが貯蔵しているエネルギの一部を前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送して、前記セルに貯蔵されているエネルギ量を適正化する制御を行う制御回路及びソフトウェアの内の少なくとも一方からなるエネルギ量適正化制御手段を備えることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、（１１）前記（１）乃至（１０）の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ量に対する、それぞれのセルが貯蔵すべきエネルギ量の比率を設定する回路及びソフトウェアの少なくとも一方からなるエネルギ配分手段を備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、（１２）前記（１）乃至（１１）の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、単位エネルギ貯蔵装置に対して充放電が繰り返し行われるか、任意量のエネルギを貯蔵した状態で放置されるか、又は充放電と放置が混合して行われる場合に、単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ量と、前記単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルが貯蔵するべきエネルギ量のそれぞれの比率を設定する回路及びまたはソフトウェアの内の少なくとも一方からなるエネルギ配分手段を備え、それぞれのセルの初期状態および運用中に変化した特性を記憶するか、使用状況を監視し続けることによって充放電サイクルを予測するか、もしくはそれらの両方を行うことによって、予めセルが貯蔵すべき適切なエネルギの配分比率を算出することができる学習機能を備えることを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、（１３）前記（１）乃至（１２）の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置の複数個を直列に接続して単位エネルギ貯蔵装置より高い端子電圧にするとともに単位エネルギ貯蔵装置よりも大容量のエネルギ量を貯蔵する大容量エネルギ貯蔵装置のセルエネルギ量調節装置であって、前記単位エネルギ貯蔵装置と当該大容量エネルギ貯蔵装置との対応関係を、前記セルエネルギ量調整装置における前記セルと前記単位エネルギ貯蔵装置との対応関係と同様の関係の構成にするか、又は更にエネルギ貯蔵装置の接続を任意の階層に拡大することを特徴とする大容量セルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態によるバックワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を持つ単位エネルギ貯蔵装置を示す回路図である。
【００２１】
図２は本発明の第２の実施の形態による単位エネルギ貯蔵装置を示す図であり、図１の入出力端子１を帰線としてドライブ駆動を行う、フォワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を持つ単位エネルギ貯蔵装置の一例を示す回路図である。
【００２２】
図３は本発明の第３の実施の形態による定電位端子にエネルギを回収するフォワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を示す回路図である。
【００２３】
図４は本発明の第４の実施の形態による電気二重層キャパシタを３個ずつのモジュールとして、それを２つ接続して一つの単位エネルギ貯蔵装置とするためのセルエネルギ量調節装置を示す回路図である。
【００２４】
図５は本発明の第５の実施の形態による大容量エネルギ貯蔵装置を示す回路図で、図１乃至図４の単位エネルギ貯蔵装置を４個直列接続した大容量エネルギ貯蔵装置を示している。
【００２５】
まず、エネルギ貯蔵セルとして電気二重層キャパシタを用いたエネルギ貯蔵装置に本発明を適用した例について説明する。電気二重層キャパシタのエネルギ貯蔵は電荷の蓄積によってなされるので、エネルギ貯蔵量の増減に従って端子電圧が増減する。ここでは、電気二重層キャパシタを６個直列に接続した場合を説明するが、当然接続する電気二重層キャパシタは使用する際の都合で幾つであっても良い。
【００２６】
図１に示す本発明の第１の実施の形態によるものは、エネルギ回収回路にバックワードコンバータを用いた場合の回路例を示している。
【００２７】
制御回路７は、中央制御ユニット５と、スイッチ駆動回路６と、セル電圧メモリ４と、電圧入力回路３とを備えている。エネルギ貯蔵セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６の電圧がそれぞれ電気二重層キャパシタの定格最大電圧以下の任意の値を示しているときに、中央制御ユニット５の指示に従って選ばれたスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，及びＳＷ６の何れかスイッチ駆動回路６からのゲート駆動トランス（第２のトランス）ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５，及びＳＴ６を介してのスイッチング信号によって、特定の時間オンする。該当するスイッチに対応するエネルギ移送トランス（第１のトランス）Ｔ１の第１のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，及びＬ６の何れかに電流が流れ、第２のコイルＬ７にコイルの巻き線比に従って該当する電気二重層キャパシタの電圧に従った電圧が発生する。この電圧を電圧入力回路３を経て，セル電圧メモリ４に記憶し、残りの電気二重層キャパシタのセル電圧についても順次記憶する。
【００２８】
ＳＷ１〜ＳＷ６がオフした直後に第１のトランスＴ１が磁化されたエネルギはパワー整流器Ｄ１を経て入出力端子１，２間に送られて回収される。
【００２９】
次に、予め設定された基準に従って、端子電圧が過大なセルに対応したスイッチを繰り返しオン、オフさせて該当するセルが貯蔵しているエネルギの一部を他のセルに分配する。この時に、該当するセルも分配を受けるが、セルの直列数が増すに従って該当するセルに分配される比率は減少する。この分配操作は、セルの直列数が二以上で理論的に成立する。
【００３０】
尚、図には示していないが、例えば、第１のトランスＴ１に第３のコイルＬ８を追加し、第２のコイルＬ７で電圧検知を行う代わりに第３のコイルＬ８の両端を電圧入力回路３に接続して電圧検知を行うこともできる。
【００３１】
図２に示す本発明の第2の実施の形態によるフォワードコンバータを用いた場合の回路例においても、上述の操作は同様に成り立つが、第１のトランスＴ１の第２のコイルＬ７、パワー整流器Ｄ２に直列にスイッチング回路ＳＷ７を設けて、セル電圧測定期間に同期して第２のコイルＬ７の回路をオフする操作が必要になる。パワー整流器Ｄ２が同期整流器の場合は、同期制御を操作することによってスイッチング回路ＳＷ７を省略することができる。
【００３２】
図１及び図２のＳＷ１〜ＳＷ６はＭＯＳトランジスタで構成され、スイッチのオンオフはゲートに信号を与えて制御する。
【００３３】
図１においては、ゲート駆動トランス（第２のトランス）ＳＴ１〜ＳＴ６を用いて電気二重層キャパシタの直列接続による電位に対して制御回路７を絶縁しているが、図２においては図１のゲート駆動トランス（第２のトランス）ＳＴ１〜ＳＴ６に代わってゲート信号伝達のためにゲート駆動コンデンサＳＣ１〜ＳＣ６を用い、電気二重層キャパシタの任意の端子のいずれを帰線としても構わないが、ここでは端子１を帰線に選択した。
【００３４】
一般に、セル端子電圧の変化は緩慢であるのに対して、スイッチングトランジスタＳＷ１〜ＳＷ６のスイッチング周波数は充分に高いので、ゲート駆動コンデンサＳＣ１〜ＳＣ６と抵抗ＳＲ１〜ＳＲ６の値を適正に選ぶことによって、電気二重層キャパシタの直列接続による電位に対して制御回路７を絶縁できる。
【００３５】
例えば、ゲート駆動コンデンサＳＣ１〜ＳＣ６の静電容量が１ｎＦ、抵抗ＳＲ１〜ＳＲ６の抵抗値が１００ｋΩとするとその時定数は０．１ｍｓｅｃであるので、周期が１０μｓｅｃである１００ｋＨｚ程度のスイッチング動作が可能である。
【００３６】
一方、セルの電圧変化は上限を０．１Ｈｚとすれば、直流電位変動の影響が制御回路７に及ぶことはない。
【００３７】
また、図２のフォワードコンバータを用いた場合の回路において、トランスコアの磁化エネルギを回収するにあたっては、セル電圧より高い電圧端子にリセットコイルを接続することでダイオードのＶ_Ｆによる損失を軽減できるので好ましい。
【００３８】
トランスの一次側にリセットコイルを設けることは、コイル数とダイオード数が増加するという不利も伴う。
【００３９】
そこで、回収する際に図３の第3の実施の形態に示すように、エネルギ回収先であるエネルギ移送トランスＴ１（第１のトランス）の第２のコイルＬ７の接続箇所を制御回路７、その他補助回路に電力を供給する電源１４の出力端子１２および１３に選択することも有効である。
【００４０】
さらに、単位エネルギ貯蔵装置を構成する電気二重層キャパシタの数が多くなると、エネルギ移送トランスＴ１の一次コイルＬ１，Ｌ２，…の数も多くなり、トランスの効率も低下し最適設計が困難になる。
【００４１】
そこで、図４の第４の実施の形態においては、例えば、３個の１次コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３又はＬ４，Ｌ５、Ｌ６をそれぞれ持つ第１のトランスＴ１，Ｔ２に電気二重層キャパシタをそれに対応して３個接続し、そのような構成にした２個のトランスＴ１，Ｔ２を用いて全体として６個の電気二重層キャパシタで構成したものを一つの単位エネルギ貯蔵装置とすることも有効になる。これは電子部品の都合やコストなどを考慮して、例えば、２個の１次コイルを持つ第１のトランスを３個用意して６個の電気二重層キャパシタで構成するものを一つの単位エネルギ貯蔵装置としても構わない。
【００４２】
このようにして構成した単位エネルギ貯蔵装置８を第５の実施の形態においては、図５に示すようにさらに直列に接続してエネルギ貯蔵装置を構成することにより、より大容量のエネルギ貯蔵装置を得ることができる。また、そのようにしてエネルギ貯蔵量を大きくしたエネルギ貯蔵装置をさらに多段に接続して、所望のエネルギ貯蔵量に得るために任意の階層に拡大することも可能である。尚、符号９は、制御回路７と同様な構成の制御回路を示している。
【００４３】
次に、本発明の第１乃至第５の実施の形態による単位エネルギ貯蔵装置のセルエネルギ量調整装置の動作について説明する。
【００４４】
要するに、セルエネルギ量調整装置は、タイマーの時限信号によるか、または充放電の状況に応じてそれぞれのセルの電圧を測定して、端子電圧過大と判定したセルに接続されたスイッチング回路を動作させて、該当するセルが貯蔵しているエネルギ量が適正な値になるまで動作を継続するエネルギ量適性化手段としての制御回路７，９を備えている。
【００４５】
具体的に、この制御回路７，９の処理については、例えば、図６に示すフローチャートのような動作によって制御を行う。図６は図１乃至図５の制御回路の動作を示すフローチャート図である。
【００４６】
図６を参照すると、スタートすると、まず、回路を動作させるべきタイミングか否かが判断される（ステップＳＡ１）。この時、回路を動作させるべきタイミングでないとき（Ｎｏ）には、最初に戻る。一方、回路を動作させるべきタイミングの時（Ｙｅｓ）には、全てのセルの電圧が測定される（ステップＳＡ２）。
【００４７】
次に、学習によって、セルの容量誤差が大きいか否か判断される（ステップＳＡ３）。このとき、セルの容量誤差が大きと判断できる場合（Ｙｅｓ）には、以後の充放電状況を予測して、各セル毎に目標電圧値を設定する（エネルギ配分回路、ステップＳＡ４ｂ）。一方、大きいと判断できない場合（Ｎｏ）には、全体の電圧値とセルの個数から各セルの設定電圧値を計算する（ステップＳＡ４ａ）。いずれの場合においても、設定された電圧値を越えたセルがあるか否かが判断される（ステップＳＡ５）。
【００４８】
この時、設定された電圧値を越えたセルが無い場合（Ｎｏ）には、最初に戻る。一方、設定された電圧値を越えるセルがある場合（Ｙｅｓ）には、エネルギを回収・分配するためのスイッチ制御のパルス幅、休止幅、及びパルス数を算出する（ステップＳＡ６）。
【００４９】
次に、エネルギ回収・分配の状況をデータとして記録する（ステップＳＡ７）。
【００５０】
次に各セルの容量、漏れ電流などを推測して、今後の充放電状況を予測して、学習データベースを作成する（ステップＳＡ８）。
【００５１】
最後に、当該処理を終了させるべきか否かが判断され（ステップＳＡ９）、させるべきでないと判断した場合（Ｎｏ）には、最初に戻り、以上の処理を繰り返す。また、させるべきと判断した場合（Ｙｅｓ）には、終了する。
【００５２】
尚、以上説明した本発明の実施の形態において、単純に電気二重層キャパシタのセル電圧を均一に揃えるだけの目的においては、スイッチ駆動回路６のすべてのスイッチング信号を同時に出力するだけでもよい。このことにより、電圧の高い電気二重層キャパシタのエネルギは自動的に、その他の電気二重層キャパシタより高い分だけ全体に回収することが可能である。
【００５３】
また、上記説明においては、電気二重層キャパシタを用いてセルエネルギ量調節装置を構成したが、当然二次電池をセルとしてセルエネルギ量調節装置を構成しても構わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、複数のセルが直列に接続されて１つの単位をなすエネルギ貯蔵装置において、単位内の任意のセルから該セルが貯蔵しているエネルギをエネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送することによって、充電、放電、待機中に関わらず、単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルのエネルギ貯蔵量を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つことができるセルエネルギ量調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるバックワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を持つ単位エネルギ貯蔵装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による単位エネルギ貯蔵装置を示す回路図で、図１の入出力端子を帰線としてドライブ駆動を行う、フォワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を持つ単位エネルギ貯蔵装置を示している。
【図３】本発明の第３の実施の形態による定電位端子にエネルギを回収するフォワードコンバータを用いたセルエネルギ量調節装置を示す回路図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における電気二重層キャパシタを３個ずつのモジュールとして、それを２つ接続して一つの単位エネルギ貯蔵装置とするためのセルエネルギ量調節装置を示す回路図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態における単位エネルギ貯蔵装置を４個直列接続した大容量エネルギ貯蔵装置を示す回路図である。
【図６】本発明の第１乃至第５の実施の形態における制御回路の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１，２ （単位エネルギ貯蔵装置の）入出力端子
３ 電圧入力回路
４ セル電圧メモリ
５ 中央制御ユニット
６ スイッチ駆動回路
７ 制御回路
８ 単位エネルギ貯蔵装置
９ 複数の単位エネルギ貯蔵装置用の制御回路
１０，１１ 複数の単位エネルギ貯蔵装置を組み合わせたエネルギ貯蔵装置の入出力端子
１２，１３ 制御回路、その他補助回路に電力を供給する電源の出力端子
１４ 電源
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６ エネルギ貯蔵セル（電気二重層キャパシタ）
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６ スイッチングトランジスタ
ＳＷ７ スイッチング回路
ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５，ＳＴ６ ゲート駆動トランス
Ｔ１，Ｔ２ エネルギ移送トランス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ エネルギ移送トランス１次側コイル
Ｌ７，Ｌ８ エネルギ移送トランス２次側コイル
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ パワー整流器
ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４，ＳＣ５，ＳＣ６ ゲート駆動コンデンサ
ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４，ＳＤ５，ＳＤ６ ゲート駆動コンデンサ用ダイオード
ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３，ＳＲ４，ＳＲ５，ＳＲ６ ゲート駆動ンデンサ用抵抗
ＣＬ チョークコイル
ＣＣ 平滑コンデンサ
Ａ 制御回路内のアドレスの流れ
Ｄ 制御回路内のデータの流れ

Claims (13)

1. キャパシタセルまたは二次電池セルを複数個直列に接続して構成する単位エネルギ貯蔵装置と前記単位エネルギ貯蔵装置の任意のセルから該セルに充電されているエネルギを前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送するセルエネルギ量調節装置とを備えたエネルギ貯蔵装置の前記セルエネルギ量調節装置において、任意のセルから該セルに充電されているエネルギを前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送する装置であって、互いに磁気的に結合され電気的に絶縁された第１及び第２のコイルからなる複数個のコイルを持つトランスと、任意のセルに接続された前記トランスの前記第１のコイルの回路を開閉するスイッチング回路と、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して前記トランスの第２のコイルを接続した回路と、前記スイッチング回路を動作させることによって、前記セルが貯蔵しているエネルギ量を各セルの特性に応じて前記単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵するエネルギ量に対して特定の比率に調節する制御回路とを備え、前記制御回路は、現在各セルが貯蔵すべきエネルギ量を判断できるように、各セルの電圧測定手段とその測定結果を蓄積するメモリと、それらを総合的に判断して、目標となるエネルギ量を演算するための中央制御ユニットと、前記スイッチング回路を夫々個別で制御するスイッチ駆動回路とを備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
2. 請求項１記載のセルエネルギ量調節装置において、前記複数個のセルは、少なくとも１つのセル群からなり、前記トランスは、前記単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセル群に対応した数だけ備えられ、前記夫々トランスは、前記スイッチング回路を介して前記夫々のセル群を構成する各セルに夫々接続された前記第１のコイルと、前記整流回路を介して前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された前記第２のコイルとを備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
3. 請求項２記載のセルエネルギ量調節装置において、前記夫々のトランスに該トランスのコアを消磁するための第３のコイルを設けたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
4. 請求項１記載のセルエネルギ量調節装置において、前記トランスは、複数個のセルに対応してそれぞれスイッチング回路を介してそれぞれのセルに接続された複数個の前記第１のコイルと単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された前記第２のコイルとを持つことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
5. 請求項４記載のセルエネルギ量調節装置において、前記トランスに更に、該トランスのコアを消磁するためもしくは第２のコイルが出力する電圧とは異なる電圧を出力するための第３のコイルを設けたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
6. 請求項１乃至５の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して接続された前記トランスの第２のコイルに直列にスイッチ回路を設けることによって、単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子と前記トランスの第２コイルとの接続を一時的に遮断することを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
7. 請求項１乃至５の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に整流回路を介して接続された前記トランスの第２のコイルに該整流回路にスイッチ回路を兼備することによって、単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子と前記トランスの第２コイルとの接続を一時的に遮断することを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
8. 請求項６又は７記載のセルエネルギ量調節装置において、前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に接続された電位または任意に選択されたセルの端子の電位を基準として、それぞれのセルに接続されたスイッチング回路を制御する信号を、コンデンサを介して伝達する回路を備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
9. 請求項１乃至８の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、任意に選択されたセルに接続されたスイッチング回路を制御する操作に同期して単位エネルギ貯蔵装置に接続された前記トランスの第２のコイルの開放端子電圧を検知して前記セルが貯蔵しているエネルギ量を判定する回路を持つことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
10. 請求項１乃至９の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、セルが貯蔵しているエネルギ量が前記単位エネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量に対して過大であると判定された場合には、前記セルに接続されたスイッチング回路を制御することによって前記セルが貯蔵しているエネルギの一部を前記単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送して、前記セルに貯蔵されているエネルギ量を適正化する制御を行う制御回路及びソフトウェアの内の少なくとも一方からなるエネルギ量適正化制御手段を備えることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
11. 請求項１乃至１０の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置において、単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ量に対する、それぞれのセルが貯蔵すべきエネルギ量の比率を設定する回路及びソフトウェアの少なくとも一方からなるエネルギ配分手段を備えていることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
12. 請求項１乃至１１の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調整装置において、単位エネルギ貯蔵装置に対して充放電が繰り返し行われるか、任意量のエネルギを貯蔵した状態で放置されるか、又は充放電と放置が混合して行われる場合に、単位エネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ量と、前記単位エネルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルが貯蔵するべきエネルギ量のそれぞれの比率を設定する回路及びまたはソフトウェアの内の少なくとも一方からなるエネルギ配分手段を備え、それぞれのセルの初期状態および運用中に変化した特性を記憶するか、使用状況を監視し続けることによって充放電サイクルを予測するか、もしくはそれらの両方を行うことによって、予めセルが貯蔵すべき適切なエネルギの配分比率を算出することができる学習機能を備えることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
13. 請求項１乃至１２の内のいずれか一つに記載のセルエネルギ量調節装置の複数個を直列に接続して単位エネルギ貯蔵装置より高い端子電圧にするとともに単位エネルギ貯蔵装置よりも大容量のエネルギ量を貯蔵する大容量エネルギ貯蔵装置のセルエネルギ量調節装置であって、前記単位エネルギ貯蔵装置と当該大容量エネルギ貯蔵装置との対応関係を、前記セルエネルギ量調整装置における前記セルと前記単位エネルギ貯蔵装置との対応関係と同様の関係の構成にするか、又は更にエネルギ貯蔵装置の接続を任意の階層に拡大することを特徴とする大容量セルエネルギ量調節装置。

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