JP5285322B2 - 電圧均等化装置並びに充電装置、組蓄電装置、充電システム - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサや蓄電池セルのような単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置の各蓄電デバイスの両端電圧を均等化する電圧均等化装置並びに、そのような電圧均等化装置を搭載した充電装置、組蓄電装置、充電システムに関するものである。

近年、コンデンサや蓄電池セルのような単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置（いわゆる電池パックなど）が普及してきている。ここで、組蓄電装置を構成する単体の蓄電デバイスは、漏れ電流や自己放電などの影響で個々の両端電圧（極間電圧）にばらつきが生じ、このような両端電圧のばらつきを放置しておくと過充電されてしまったり、あるいは過放電されてしまう虞がある。一方、最近では個々の蓄電デバイスの両端電圧を監視して過放電や過充電になる前に充放電を停止する機能を有した組蓄電装置が提供されている。このような組蓄電装置においては、蓄電デバイスの両端電圧に生じるばらつきによって、何れかの蓄電デバイスの両端電圧が充電又は放電の限度値に達すると、他の蓄電デバイスの両端電圧が限度値に達していなくても直ちに充放電が停止されてしまい、その結果、組蓄電装置全体に蓄積される電気エネルギが減少してしまうことになる。

そこで、従来より、組蓄電装置の各蓄電デバイスの両端電圧を均等化する電圧均等化装置が種々提供されている（例えば、特許文献１〜３参照）。この種の電圧均等化装置は、蓄電デバイスの両端電圧を調整する電圧調整部が、組蓄電装置を構成する全ての蓄電デバイス毎に設けられ、例えば、相対的に両端電圧が高い蓄電デバイスを電圧調整部によって放電することで最も低い両端電圧に揃えたり、あるいは、相対的に両端電圧が低い蓄電デバイスを電圧調整部によって充電することで最も高い両端電圧に揃えるといった方法で各蓄電デバイスの両端電圧を均等化している。
特開２００２−１０５１０号公報 特開平７−３２２５１５号公報 特開２００６−２５４５３５号公報

しかしながら、上記従来例では蓄電デバイスの両端電圧を調整する電圧調整部が、組蓄電装置を構成する全ての蓄電デバイス毎に設けられているため、組蓄電装置を構成する蓄電デバイスの個数が増えるに従って電圧調整部の数も増大するから、電圧均等化装置や組蓄電装置の大型化及びコストアップを招いてしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来例と比べて小型化及びコストダウンが図れる電圧均等化装置並びに充電装置、組蓄電装置、充電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置の各蓄電デバイスの両端電圧を均等化する電圧均等化装置であって、一対の端子を有し当該端子間に直列接続される複数個の蓄電デバイスを充電若しくは放電する複数の電圧調整部と、これら複数の電圧調整部を制御する制御部とを有し、電圧調整部は、少なくとも一方の端子が直列接続された蓄電デバイスの接続点に接続されるとともに、一対の端子間には、他の１乃至複数の電圧調整部の一方の端子が１乃至複数の蓄電デバイスを挟んで接続されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各電圧調整部の端子間に直列接続されている蓄電デバイスの個数が全ての電圧調整部で同一であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、一対の端子を有し当該端子間に接続される単体の蓄電デバイスを充電若しくは放電する複数の第２電圧調整部と、これら複数の第２電圧調整部を制御する第２制御部とを有し、何れかの前記電圧調整部の一対の端子間に直列接続された複数個の蓄電デバイスの両端に、前記第２電圧調整部が各別に接続されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、電圧調整部は、一対の端子間に接続されたトランスの２次巻線と整流素子の直列回路からなり、制御部は、前記トランスの１次巻線に交流電圧を印加してなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記トランスは、１つの１次巻線と、複数の同一巻数の２次巻線とを有することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、電圧調整部は、一対の端子間に接続された抵抗素子とスイッチ要素の直列回路からなり、制御部は、前記スイッチ要素を制御することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、電圧調整部は、１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタと蓄電デバイスとの接続関係を切り換えるスイッチ要素とを有し、制御部は、スイッチ要素をオン・オフ制御することで蓄電デバイスとキャパシタの間で電荷を移動させることを特徴とする。

請求項８の発明は、上記目的を達成するために、請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置を備えたことを特徴とする。

請求項９の発明は、上記目的を達成するために、単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置であって、請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の電圧調整部を備えたことを特徴とする。

請求項１０の発明は、上記目的を達成するために、単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなり、且つ請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の電圧調整部を有する組蓄電装置と、請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の制御部を有する充電装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電デバイスを充電若しくは放電する電圧調整部の個数は組蓄電装置を構成する複数の蓄電デバイスの個数よりも少なくて済むから、従来例と比べて小型化及びコストダウンが図れる電圧均等化装置並びに充電装置、組蓄電装置、充電システムを提供することができる。

以下、蓄電デバイスとしてリチウムイオン電池を用いた実施形態により、本発明を詳細に説明する。但し、本発明の技術思想が適用可能な蓄電デバイスはリチウムイオン電池に限定されるものではなく、ニッケル水素電池などの他の蓄電池や電気二重層コンデンサでも構わない。

（実施形態１）
本実施形態の電圧均等化装置Ａは、図１に示すように組蓄電装置Ｂを構成している複数個（図示例では８個）の蓄電デバイス（リチウムイオン電池セル）ＳＥＬ１〜ＳＥＬ８の両端電圧（極間電圧）を均等化するものであって、一対の端子１ａ，１ｂを有し当該端子間１ａ，１ｂに直列接続される複数個（図示例では４個ずつ）の蓄電デバイスＳＥＬｍ（ｍ＝１，２，…，８）を充電する複数（図示例では３つ）の電圧調整部１₁〜１₃と、これら３つの電圧調整部１₁〜１₃を制御する制御部２とを備えている。

各電圧調整部１_k（ｋ＝１，２，３）は全て同一の構成を有し、一方の端子１ａにアノードが接続された整流用のダイオードＤｋと、ダイオードＤｋのカソードに一端が接続されるとともに他端が他方の端子１ｂに接続されたトランスＴの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₃とで構成されている。尚、これら３つの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₃は図示しない同一の磁気回路（例えば、鉄心）に同一の巻数で巻設されている。

また、これら３つの電圧調整部１_kは、少なくとも一方の端子１ａ又は１ｂが直列接続された蓄電デバイスＳＥＬｍの接続点に接続されるとともに、一対の端子１ａ，１ｂ間には、他の１乃至複数の電圧調整部１_kの一方の端子１ａ又は１ｂが１乃至複数の蓄電デバイスＳＥＬｍを挟んで接続されている。具体的に説明すると、電圧調整部１₁の一方の端子１ａが２個の蓄電デバイスＳＥＬ２，ＳＥＬ３の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂが２個の蓄電デバイスＳＥＬ６，ＳＥＬ７の接続点に接続され、電圧調整部１₂の一方の端子１ａが蓄電デバイスＳＥＬ１の正極（組蓄電装置Ｂの正極）に接続されるとともに他方の端子１ｂが２個の蓄電デバイスＳＥＬ４，ＳＥＬ５の接続点に接続され、電圧調整部１₃の一方の端子１ａが２個の蓄電デバイスＳＥＬ４，ＳＥＬ５の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂが蓄電デバイスＳＥＬ１の負極（組蓄電装置Ｂの負極）に接続され、１つの電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には各々同数（４個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されるとともに異なる電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には同数（２個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されている。

制御部２は、トランスＴの１次巻線ｎ１と、１次巻線ｎ１に交流電圧（高周波電圧）を印加するインバータ回路２ａとで構成されている。尚、インバータ回路２ａは、図２（ａ）に示すようなフォワード型若しくは図２（ｂ）に示すようなフライバック型などの従来周知の回路構成を有しており、直流電源Ｅの直流電源電圧を高周波電圧に変換してトランスＴの１次巻線ｎ１に印加するものである。

而して、制御部２のインバータ回路２ａが動作（発振）すれば、トランスＴの３つの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₃が同一の磁気回路に同一の巻数で巻設されているために同一レベルの誘導起電力が３つの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₃に生じ、各電圧調整部１_kの端子間１ａ，１ｂに同一レベルの直流電圧が印加されることになるから、各蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧Ｖ_SELmの間には、Ｖ_SEL1＋Ｖ_SEL2＋Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＝Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＋Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6＋Ｖ_SEL7＋Ｖ_SEL8の関係が成立することになる。この式を変形すると、Ｖ_SEL1＋Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6、Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＝Ｖ_SEL7＋Ｖ_SEL8となる。

すなわち、本実施形態の電圧均等化装置Ａによれば、直列接続された２個の蓄電デバイスＳＥＬ１，ＳＥＬ２とＳＥＬ５，ＳＥＬ６、並びにＳＥＬ３，ＳＥＬ４とＳＥＬ７，ＳＥＬ８の両端電圧の和を均等化することができる。ここで、本実施形態の電圧均等化装置Ａでは、Ｖ_SEL1＋Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4及びＶ_SEL5＋Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL7＋Ｖ_SEL8の関係とＶ_SEL1＝Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL3＝Ｖ_SEL4＝Ｖ_SEL5＝Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL7＝Ｖ_SEL8の関係については必ずしも成立するとは限らない。しかしながら、実使用上においては必ずしも全ての蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を均等化する必要はなく、本実施形態のように２個１組の蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が均等化されていれば、蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧のばらつきに起因する不具合を大抵は防ぐことができる。このように本実施形態によれば、電圧調整部１_kの個数が組蓄電装置Ｂを構成する複数の蓄電デバイスＳＥＬｍの個数よりも少なくて済むから、従来例と比べて電圧均等化装置Ａの小型化及びコストダウンが図れるものである。

（実施形態２）
本実施形態の電圧均等化装置Ａは、図３に示すように電圧調整部１_kの個数を５つとした点に特徴があり、その他の構成については実施形態１と共通である。故に、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態においても５つの電圧調整部１_kは、少なくとも一方の端子１ａ又は１ｂが直列接続された蓄電デバイスＳＥＬｍの接続点に接続されるとともに、一対の端子１ａ，１ｂ間には、他の１乃至複数の電圧調整部１_kの一方の端子１ａ又は１ｂが１乃至複数の蓄電デバイスＳＥＬｍを挟んで接続されている。具体的に説明すると、電圧調整部１₁〜１₃については実施形態１と共通であり、さらに、電圧調整部１₄の一方の端子１ａが２個の蓄電デバイスＳＥＬ１，ＳＥＬ２の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂが２個の蓄電デバイスＳＥＬ５，ＳＥＬ６の接続点に接続され、電圧調整部１₅の一方の端子１ａが２個の蓄電デバイスＳＥＬ３，ＳＥＬ４の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂが２個の蓄電デバイスＳＥＬ７，ＳＥＬ８の接続点に接続され、１つの電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には各々同数（４個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されるとともに異なる電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には同数（１個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されている。

而して、制御部２のインバータ回路２ａが動作（発振）すれば、トランスＴの５つの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₅が同一の磁気回路に同一の巻数で巻設されているために同一レベルの誘導起電力が５つの２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₅に生じ、各電圧調整部１_kの端子間１ａ，１ｂに同一レベルの直流電圧が印加されることになるから、各蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧Ｖ_SELmの間には、Ｖ_SEL1＋Ｖ_SEL2＋Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＝Ｖ_SEL2＋Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＋Ｖ_SEL5＝Ｖ_SEL3＋Ｖ_SEL4＋Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL4＋Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6＋Ｖ_SEL7＝Ｖ_SEL5＋Ｖ_SEL6＋Ｖ_SEL7＋Ｖ_SEL8の関係が成立することになる。この式を変形すると、Ｖ_SEL1＝Ｖ_SEL5、Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL6、Ｖ_SEL3＝Ｖ_SEL7、Ｖ_SEL4＝Ｖ_SEL8となる。

本実施形態の電圧均等化装置Ａでは、Ｖ_SEL1＝Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL3＝Ｖ_SEL4の関係とＶ_SEL5＝Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL7＝Ｖ_SEL8の関係については必ずしも成立するとは限らない。しかしながら、実使用上においては必ずしも全ての蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を均等化する必要はなく、本実施形態のように３個おきに蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が均等化されていれば、蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧のばらつきに起因する不具合を大抵は防ぐことができる。よって実施形態１と同様に、本実施形態においても、電圧調整部１_kの個数が組蓄電装置Ｂを構成する複数の蓄電デバイスＳＥＬｍの個数よりも少なくて済むから、従来例と比べて電圧均等化装置Ａの小型化及びコストダウンが図れるものである。

ここで、実施形態１と比較して、本実施形態では電圧調整部１_kが２つ増えているために小型化及びコストダウンに関しては不利であるものの電圧の均等化に関しては有利である。故に、組蓄電装置Ｂにおける各蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧のばらつきの程度や小型化及びコストダウンの要求に応じて電圧調整部１_kの個数を適宜決定すればよい。尚、本実施形態では１つの電圧調整部１_kが受け持つ蓄電デバイスＳＥＬｍの個数を４個としているが、組蓄電装置Ｂを構成する蓄電デバイスＳＥＬｍの個数をｎ、１つの電圧調整部１_kが受け持つ蓄電デバイスＳＥＬｍの個数をｂとしたときに必要な電圧調整部１_kの個数ＣＮは、ＣＮ＝ｎ−（ｂ−１）となる（但し、ｂ≦（ｎ＋１）／２）。例えば、ｎ＝８，ｂ＝３とすれば、ＣＮ＝６となる。

（実施形態３）
本実施形態の電圧均等化装置Ａは、図４（ａ）（ｂ）に示すように一対の端子を有し当該端子間に接続される単体の蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８を充電若しくは放電する複数（４個）の第２電圧調整部３ａ〜３ｄと、第２電圧調整部３ａ〜３ｄを制御する第２制御部（図示せず）とを有する第２電圧調整ブロック３を設けた点に特徴がある。但し、その他の構成については実施形態２と共通であるから、実施形態２と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第２電圧調整部３ａ〜３ｄは、それぞれ抵抗Ｒａ〜Ｒｄとスイッチ要素（例えば、バイポーラトランジスタ）Ｑａ〜Ｑｄの直列回路が一対の端子間に接続されてなり、図示しない第２制御部によってスイッチ要素Ｑａ〜Ｑｄのベース電流を制御して端子間に接続されている蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８の放電電流を増減することで各蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８の両端電圧を各別に調整するものである。

而して本実施形態によれば、第２電圧調整部３ａ〜３ｄによって４個の蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８の両端電圧が均等に調整されるので、結果的にＶ_SEL1＝Ｖ_SEL2＝Ｖ_SEL3＝Ｖ_SEL4の関係とＶ_SEL5＝Ｖ_SEL6＝Ｖ_SEL7＝Ｖ_SEL8の関係が同時に成立することになり、組蓄電装置Ｂを構成する全ての蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を均等化できるものである。ここで、本実施形態では第２電圧調整部３ａ〜３ｄを含めると従来例よりも回路規模が増大しているように見える。しかしながら、本実施形態では電圧調整部１_kによって両端電圧のばらつきがほぼ均等化されており、しかも、第２電圧調整部３ａ〜３ｄが受け持つ蓄電デバイスＳＥＬｍの個数が少ないためにこれらの蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８の間では両端電圧にばらつきが生じ難いので、蓄電デバイスＳＥＬ５〜ＳＥＬ８を短時間に大きな放電電流を流して放電させる必要がなく、従って、スイッチング素子Ｑａ〜Ｑｄに小信号用のトランジスタを用いるとともに抵抗Ｒａ〜Ｒｄに高抵抗を用いることによって、微少な放電電流を流して長い時間をかけて放電させればよい。これに対して従来例では、短時間に大きな放電電流を流して個々の蓄電デバイスを放電させて均等化を図る必要があるため、スイッチング素子にはパワートランジスタを用いるとともに抵抗には比較的に抵抗値の小さいものを用いなければならない。このことから、本実施形態では第２電圧調整部３ａ〜３ｄを設けていても、従来例のものと比較して小型化及びコストダウンが図れるものである。

（実施形態４）
本実施形態の電圧均等化装置Ａは、電圧調整部１_kの構成に特徴があり、その他の構成については実施形態１〜３の何れかと共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。

実施形態１〜３における電圧調整部１_kは蓄電デバイスＳＥＬｍを充電することで両端電圧を均等化するのに対し、本実施形態における電圧調整部１_kは蓄電デバイスＳＥＬｍを放電することで両端電圧を均等化している。

例えば、図５（ａ）に示すように、それぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とスイッチ要素（例えば、バイポーラトランジスタ）Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の直列回路で電圧調整部１_kが構成されており、図示しない制御部によってスイッチ要素Ｑ１〜Ｑ３のベース電流を制御して端子間に接続されている蓄電デバイスＳＥＬｍの放電電流を増減することで蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を調整することができる。

あるいは、図５（ｂ）に示すように、１つのキャパシタＣｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）と、当該キャパシタＣｋと蓄電デバイスＳＥＬｍとの接続関係を切り換えるスイッチ要素（電界効果トランジスタ）Ｓｉ（ｉ＝１，２，…，１４）とで電圧調整部１_kが構成され、図示しない制御部によってスイッチ要素Ｓｉがオン・オフ制御されることで蓄電デバイスＳＥＬｍとキャパシタＣｋの間で電荷を移動させて蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を調整することができる。

８個のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ８の直列回路が組蓄電装置Ｂの両極間に接続され、残り６個のスイッチ要素Ｓ９〜Ｓ１４の直列回路が直列接続されている６個の蓄電デバイスＳＥＬ２〜ＳＥＬ７の両端間に接続されている。また、直列接続された２つのスイッチ要素Ｓ２及びＳ３、Ｓ４及びＳ５、Ｓ６及びＳ７、Ｓ１０及びＳ１１、Ｓ１２及びＳ１３の各接続点が、２個の蓄電デバイスＳＥＬ２及びＳＥＬ３、ＳＥＬ４及びＳＥＬ５、ＳＥＬ６及びＳＥＬ７、ＳＥＬ３及びＳＥＬ４、ＳＥＬ５及びＳＥＬ６の各接続点と接続されている。さらに、直列接続された２つのスイッチ要素Ｓ２及びＳ３、Ｓ４及びＳ５、Ｓ６及びＳ７、Ｓ１０及びＳ１１、Ｓ１２及びＳ１３と並列にそれぞれキャパシタＣ１〜Ｃ５が接続されている。そして、４つのスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ４と１つのキャパシタＣ１で電圧調整部１₁が構成され、４つのスイッチ要素Ｓ３〜Ｓ６と１つのキャパシタＣ２で電圧調整部１₂が構成され、４つのスイッチ要素Ｓ５〜Ｓ８と１つのキャパシタＣ３で電圧調整部１₃が構成され、４つのスイッチ要素Ｓ９〜Ｓ１２と１つのキャパシタＣ４で電圧調整部１₄が構成され、４つのスイッチ要素Ｓ１１〜Ｓ１４と１つのキャパシタＣ５で電圧調整部１₅が構成されている。

例えば、電圧調整部１₁において、奇数番号のスイッチ要素Ｓ１，Ｓ３をオンするとともに偶数番号のスイッチ要素Ｓ２，Ｓ４をオフすれば、キャパシタＣ１が２個の蓄電デバイスＳＥＬ１，ＳＥＬ２の直列回路に接続され、２個の蓄電デバイスＳＥＬ１，ＳＥＬ２の両端電圧に等しい電圧になるまで、蓄電デバイスＳＥＬ１，ＳＥＬ２からキャパシタＣ１に電荷が移動する。次に、奇数番号のスイッチ要素Ｓ１，Ｓ３をオフするとともに偶数番号のスイッチ要素Ｓ２，Ｓ４をオンすれば、キャパシタＣ１が別の２個の蓄電デバイスＳＥＬ３，ＳＥＬ４の直列回路に接続されるため、キャパシタＣ１からこれら２個の蓄電デバイスＳＥＬ３，ＳＥＬ４へ電荷が移動する。そして、キャパシタＣ１〜Ｃ５と２個１組の蓄電デバイスＳＥＬｍとの間で電荷を相互に移動させることで徐々に各組の蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を均等化することができる。但し、スイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１４をオン・オフする順序や組み合わせは一例であって、これに限定する主旨ではない。

（実施形態５）
図６は、本発明に係る充電装置の実施形態を示している。本実施形態の充電装置Ｆは、実施形態１で説明した電圧均等化装置Ａを内蔵している点に特徴がある。

まず、本実施形態の充電装置Ｆによって充電される組蓄電装置Ｂについて説明する。この組蓄電装置Ｂは、直列接続された複数個（図示例では１２個）の蓄電デバイスＳＥＬｍ（ｍ＝１，２，…，１２）と、各々４個の蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を個別に監視する電圧監視回路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、電圧監視回路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの監視結果に応じて充電及び放電の許可信号並びに停止信号を制御信号端子１２に出力する制御回路１０とを備えている。既に説明したように、リチウムイオン電池からなる蓄電デバイスＳＥＬｍには上限値及び下限値（両者を総称して「限度値」と呼ぶ。）が設定されており、制御回路１０では、充電時において電圧監視回路１１Ａ，…で監視する何れかの蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が上限値に達したと判断すれば、充電装置Ｆに対して充電の停止を指示するための停止信号を制御信号端子１２を介して出力し、放電時において電圧監視回路１１Ａ，…で監視する何れかの蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が下限値に達したと判断すれば、負荷装置（図示せず）に対して負荷の停止（放電の停止）を指示するための停止信号を制御信号端子１２を介して出力する。また、制御回路１０では制御信号端子１２から入力する制御信号に基づいて充電装置Ｆと負荷装置の何れに接続されているかを判断し、充電装置Ｆに接続されており、且つ電圧監視回路１１Ａ，…で監視する全ての蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が上限値未満であれば、充電装置Ｆに充電を行わせるための充電開始信号を制御信号端子１２を介して出力し、負荷装置に接続されており、且つ電圧監視回路１１Ａ，…で監視する全ての蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧が下限値に達していなければ、負荷装置に負荷の動作を許可するための放電許可信号を制御信号端子１２を介して出力する。

一方、充電装置Ｆは、商用交流電源ＡＣから供給される交流電圧を整流する整流器２０と、整流器２０で整流された脈流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路２１と、インバータ回路２１から出力される高周波交流電圧を整流する整流器２２と、制御信号端子１２を介して組蓄電装置Ｂから入力される制御信号（充電開始信号や充電停止信号）に応じてインバータ回路２１の動作を制御する充電制御回路２３と、電圧均等化装置Ａとを備えている。

電圧均等化装置Ａは、実施形態１と同様に３つの電圧調整部１_k（ｋ＝１，２，３）と制御部２からなり、電圧調整部１₁の一方の端子１ａに接続された接続端子１３₁が蓄電デバイスＳＥＬ１の正極（組蓄電装置Ｂの正極）に接続されるとともに他方の端子１ｂに接続された接続端子１３₃が２個の蓄電デバイスＳＥＬ６，ＳＥＬ７の接続点に接続され、電圧調整部１₂の一方の端子１ａに接続された接続端子１３₂が２個の蓄電デバイスＳＥＬ３，ＳＥＬ４の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂに接続された接続端子１３₄が２個の蓄電デバイスＳＥＬ９，ＳＥＬ１０の接続点に接続され、電圧調整部１₃の一方の端子１ａに接続された接続端子１３₃が２個の蓄電デバイスＳＥＬ６，ＳＥＬ７の接続点に接続されるとともに他方の端子１ｂに接続された接続端子１３₅が蓄電デバイスＳＥＬ１の負極（組蓄電装置Ｂの負極）に接続され、１つの電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には各々同数（６個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されるとともに異なる電圧調整部１_kの端子１ａ，１ｂ間には同数（３個）の蓄電デバイスＳＥＬがそれぞれ接続されている。尚、本実施形態における電圧均等化装置Ａでは、３個１組で合計４組の蓄電デバイスＳＥＬｍの両端電圧を互いに均等化することができる。

本実施形態では、電圧均等化装置Ａを充電装置Ｆに内蔵したことで組蓄電装置Ｂの構成を簡素化することができる。

（実施形態６）
図７は、本発明に係る組蓄電装置及び充電装置の実施形態を示している。本実施形態は、電圧均等化装置Ａを構成する３つの電圧調整部１_k（ｋ＝１，２，３）が組蓄電装置Ｂに内蔵され、電圧均等化装置Ａを構成する制御部２が充電装置Ｆに内蔵されている点に特徴がある。但し、本実施形態における組蓄電装置Ｂ及び充電装置Ｆの基本構成は実施形態５で説明した組蓄電装置Ｂ並びに充電装置Ｆと共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

充電装置Ｆと組蓄電装置Ｂとは、蓄電デバイスＳＥＬ１の正極（組蓄電装置Ｂの正極）に接続された接続端子１３₁、蓄電デバイスＳＥＬ１２の負極（組蓄電装置Ｂの負極）に接続された接続端子１３₂、制御信号端子１２の３つの端子を介して接続されている。但し、電圧均等化装置Ａの制御部２と各電圧調整部１_kとの間では、トランスＴの１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２₁〜ｎ２₃との磁気結合によって非接触で給電される。

而して本実施形態によれば、電圧均等化装置Ａの制御部２と各電圧調整部１_kとの間で非接触給電を行っているため、実施形態５と比較して、接続端子１３の数を６つから２つに減らすことができる。

（実施形態７）
図８は、本発明に係る組蓄電装置及び充電装置からなる充電システムの実施形態を示している。本実施形態は、電圧均等化装置Ａを構成する３つの電圧調整部１_k（ｋ＝１，２，３）並びに制御部２の１次巻線ｎ１が組蓄電装置Ｂに内蔵され、電圧均等化装置Ａを構成する制御部２のインバータ回路２ａが充電装置Ｆに内蔵されている点に特徴がある。但し、本実施形態における組蓄電装置Ｂ及び充電装置Ｆの基本構成は実施形態５，６で説明した組蓄電装置Ｂ並びに充電装置Ｆと共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

充電装置Ｆと組蓄電装置Ｂとは、蓄電デバイスＳＥＬ１の正極（組蓄電装置Ｂの正極）に接続された接続端子１３₁、蓄電デバイスＳＥＬ１２の負極（組蓄電装置Ｂの負極）に接続された接続端子１３₂、インバータ回路２ａの出力端とトランスＴの１次巻線ｎ１とを接続する一対の接続端子１３₃，１３₄、制御信号端子１２の５つの端子を介して接続されている。

而して本実施形態によれば、電圧均等化装置Ａを構成する３つの電圧調整部１_k並びに制御部２の１次巻線ｎ１が組蓄電装置Ｂに内蔵され、電圧均等化装置Ａを構成する制御部２のインバータ回路２ａが充電装置Ｆに内蔵されているため、実施形態５と比較して、接続端子１３の数を６つから５つに減らすことができる。

但し、実施形態２で説明した電圧均等化装置Ａの構成を本実施形態に採用し、図９に示す構成としても構わない。

尚、上述した実施形態１〜７では、電圧均等化装置Ａの電圧調整部１_kが有する２次巻線ｎ２_kが同一の磁気回路（例えば、鉄心）に同一の巻数で巻設されているとしたが、実際には漏れ磁束の影響によって各２次巻線ｎ２_kに生じる誘導起電力が等しくなるとは限らないから、２次巻線ｎ２_kに生じる誘導起電力が等しくなるように巻数を微調整することは当然に行われることであり、このような微調整の範囲も含めて、「同一の巻数」で巻設されていることは明らかである。また、各２次巻線ｎ２_kについては、単独の巻線が複数重ねて巻設されたものであってもよいし、あるいは、１つの巻線に同一の巻数毎に中間タップを設けて構成されたものであってもよい。さらに、組蓄電装置Ｂについては、複数個の蓄電デバイスＳＥＬｍを単純に直列接続した構成のみを開示したが、これに限定されるものではなく、複数個の蓄電デバイスＳＥＬｍの直列回路を並列若しくは直並列に接続した構成であっても構わない。

本発明に係る電圧均等化装置の実施形態１を示す回路構成図である。 （ａ），（ｂ）は同上におけるインバータ回路の回路構成図である。 本発明に係る電圧均等化装置の実施形態２を示す回路構成図である。 （ａ）は本発明に係る電圧均等化装置の実施形態３を示す回路構成図、（ｂ）は第２電圧調整ブロックの回路構成図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係る電圧均等化装置の実施形態４を示す一部省略した回路構成図である。 本発明に係る充電装置の実施形態５を示す回路構成図である。 本発明に係る充電装置及び組蓄電装置の実施形態６を示す回路構成図である。 本発明に係る充電装置及び組蓄電装置の実施形態７を示す回路構成図である。 同上の他の構成の充電装置及び組蓄電装置を示す回路構成図である。

符号の説明

Ａ 電圧均等化装置
Ｂ 組蓄電装置
ＳＥＬ１〜ＳＥＬ８ 蓄電デバイス
１₁〜１₃ 電圧調整部
１ａ，１ｂ 端子
２ 制御部
２ａ インバータ回路
Ｔ トランス
ｎ１ １次巻線
ｎ２₁〜ｎ２₃ ２次巻線
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード

Claims (10)

1. 単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置の各蓄電デバイスの両端電圧を均等化する電圧均等化装置であって、
   一対の端子を有し当該端子間に直列接続される複数個の蓄電デバイスを充電若しくは放電する複数の電圧調整部と、これら複数の電圧調整部を制御する制御部とを有し、
   電圧調整部は、少なくとも一方の端子が直列接続された蓄電デバイスの接続点に接続されるとともに、一対の端子間には、他の１乃至複数の電圧調整部の一方の端子が１乃至複数の蓄電デバイスを挟んで接続されることを特徴とする電圧均等化装置。
2. 各電圧調整部の端子間に直列接続されている蓄電デバイスの個数が全ての電圧調整部で同一であることを特徴とする請求項１記載の電圧均等化装置。
3. 一対の端子を有し当該端子間に接続される単体の蓄電デバイスを充電若しくは放電する複数の第２電圧調整部と、これら複数の第２電圧調整部を制御する第２制御部とを有し、
   何れかの前記電圧調整部の一対の端子間に直列接続された複数個の蓄電デバイスの両端に、前記第２電圧調整部が各別に接続されることを特徴とする請求項２記載の電圧均等化装置。
4. 電圧調整部は、一対の端子間に接続されたトランスの２次巻線と整流素子の直列回路からなり、制御部は、前記トランスの１次巻線に交流電圧を印加してなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電圧均等化装置。
5. 前記トランスは、１つの１次巻線と、複数の同一巻数の２次巻線とを有することを特徴とする請求項４記載の電圧均等化装置。
6. 電圧調整部は、一対の端子間に接続された抵抗素子とスイッチ要素の直列回路からなり、制御部は、前記スイッチ要素を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電圧均等化装置。
7. 電圧調整部は、１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタと蓄電デバイスとの接続関係を切り換えるスイッチ要素とを有し、制御部は、スイッチ要素をオン・オフ制御することで蓄電デバイスとキャパシタの間で電荷を移動させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電圧均等化装置。
8. 請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置を備えたことを特徴とする充電装置。
9. 単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなる組蓄電装置であって、請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の電圧調整部を備えたことを特徴とする組蓄電装置。
10. 単体の蓄電デバイスが複数個直列に接続されてなり、且つ請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の電圧調整部を有する組蓄電装置と、請求項１〜７の何れかの電圧均等化装置の制御部を有する充電装置とを備えたことを特徴とする充電システム。

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