JP5815010B2 - Balancing circuit for battery unit balancing - Google Patents

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本発明はバッテリーのバランシングに係り、特に一種の、複数のバッテリーユニットのうち、比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することで、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バランシング回路に関する。   The present invention relates to battery balancing, and in particular, provides a plurality of battery units with energy of a relatively high voltage among a plurality of battery units, thereby balancing the plurality of battery units. The present invention relates to an active balancing circuit.

一般的に、比較的高い出力電圧を供給するためには、複数のバッテリーを直列に接続して電源供給装置となして必要な出力電圧を提供することができる。しかし、相互に直列に接続された複数のバッテリーを有する電源供給装置に充電を行う時は、該複数のバッテリーの間の電圧のアンバランスにより、総エネルギーの降下が形成されるか、或いは電源供給装置の損壊がもたらされ得る。たとえば、電源供給装置のうち、一部のバッテリーがほぼフルに充電され、その他のバッテリーは充電完成までにまだ時間がかかる時、続けて電源供給装置に充電を行うと、該一部のバッテリーに過充電(overcharging)の現象が形成されて、それにより該一部のバッテリーの寿命が短くなり得る。   Generally, in order to supply a relatively high output voltage, a plurality of batteries can be connected in series to form a power supply device that can provide the required output voltage. However, when charging a power supply device having a plurality of batteries connected in series with each other, a voltage drop between the plurality of batteries may cause a total energy drop or power supply. Damage to the device can result. For example, when some batteries of the power supply device are almost fully charged and other batteries still take time to complete charging, if the power supply device is continuously charged, The phenomenon of overcharging can be formed, thereby shortening the life of the some batteries.

伝統的な電源供給装置は、パッシブ式バッテリーバランシングメカニズムを使用して上述の状況が発生するのを防止している。しかし、パッシブ式バッテリーバランシングメカニズムは、余剰のエネルギー(すなわち、過充電のエネルギー)を消耗し、エネルギーの浪費と過量の熱を発生する。これにより、一種の、アクティブ式バッテリーバランシング回路(active balancing circuit)により、上述の問題を解決することが必要である。   Traditional power supplies use a passive battery balancing mechanism to prevent the above situation from occurring. However, the passive battery balancing mechanism consumes excess energy (ie, overcharged energy), generating energy waste and excessive heat. Accordingly, it is necessary to solve the above-mentioned problem by a kind of active battery balancing circuit.

以上を鑑み、本発明の目的の一つは、一種の、複数のバッテリーユニット中の、比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することにより、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バッテリーバランシング回路を提供することで、上述の問題を解決することにある。   In view of the above, one of the objects of the present invention is to provide the plurality of battery units with the energy of a battery unit having a relatively high voltage among a plurality of battery units. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by providing an active battery balancing circuit that balances units.

本発明のある実施例によると、それは、複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路を提示している。該バランシング回路は、コントロールユニット、インダクタユニット、及びエネルギー転移ユニットを包含する。該コントロールユニットは、該複数のバッテリーユニット中の少なくとも一つのバッテリーユニットに接続され、該コントロールユニットは少なくとも一つのスイッチ素子を包含する。該インダクタユニットは、該スイッチ素子と該インダクタユニットの間に接続され、該スイッチ素子の開閉状態に基づいて、該バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを発生する。該エネルギー転移ユニットは、該インダクタユニットに接続され、該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供し、並びに該誘導エネルギーを保存する。   According to an embodiment of the invention, it presents a balancing circuit for balancing a plurality of battery units. The balancing circuit includes a control unit, an inductor unit, and an energy transfer unit. The control unit is connected to at least one battery unit of the plurality of battery units, and the control unit includes at least one switch element. The inductor unit is connected between the switch element and the inductor unit, and removes surplus energy of the battery unit and generates inductive energy corresponding to the surplus energy based on the open / close state of the switch element To do. The energy transfer unit is connected to the inductor unit and provides the inductive energy to the plurality of battery units and stores the inductive energy.

本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有し(たとえば、エネルギー変換効率が高いフライバック式コンバータ回路)、それにより回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、並びに自走式発振器を採用することでコントロールメカニズムの簡易化と製造コストダウンが行える。   The battery balancing circuit provided by the present invention quickly balances the battery system and has a modular circuit structure (for example, a flyback converter circuit with high energy conversion efficiency), thereby simplifying circuit design and designing. By increasing the degree of freedom and using a self-propelled oscillator, the control mechanism can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

本発明のバッテリーシステムの実施例の表示図である。It is a display figure of the Example of the battery system of this invention. 図1に示されるバッテリーシステムの第1具体実施例の表示図である。FIG. 2 is a display diagram of a first specific example of the battery system shown in FIG. 1. 図2に示されるバランシング回路の局部回路の実施例の表示図である。FIG. 3 is a display diagram of an embodiment of a local circuit of the balancing circuit shown in FIG. 2. 図1に示されるバッテリーシステムの第2具体実施例の表示図である。FIG. 4 is a display diagram of a second specific example of the battery system shown in FIG. 1. 図1に示されるバッテリーシステムの第3具体実施例の表示図である。FIG. 4 is a display diagram of a third specific example of the battery system shown in FIG. 1.

明細書及び後続の特許請求の範囲中、ある語彙が特定の素子を示すのに使用される。所属領域中の通常の知識を有する者であれば理解できるように、メーカーは異なる名詞を用いて同一の素子を呼称し得る。本明細書及び後続の特許請求の範囲は、名称の差異により素子を区別する方式ではなく、素子の機能上の差異により区別することを原則としている。明細書及び後続の特許請求の範囲全般にわたり、使用される「包含」とは開放式の用語であり、「包含するが、それに限定されるわけではない」と解釈されるべきである。このほか「接続」との用語は、任意の直接或いは間接の電気接続手段を包含する。これにより、もし文中に第1装置が第2装置に接続されるとの記述があれば、該第1装置は直接的に第2装置に電気的に接続されるか、或いはその他の装置或いは連接手段を介して間接的に該第2装置に電気的に接続されることを示す。   In the specification and in the claims that follow, a vocabulary is used to indicate a particular element. The manufacturer can refer to the same element using different nouns so that it can be understood by those who have ordinary knowledge in the domain. In the present specification and the subsequent claims, the principle is not to distinguish the elements by the difference in names but to distinguish by the functional differences of the elements. Throughout the specification and the following claims, the term “inclusion” as used is an open term and should be interpreted as “including but not limited to”. In addition, the term “connection” includes any direct or indirect electrical connection means. Thus, if the statement states that the first device is connected to the second device, the first device is directly electrically connected to the second device, or another device or connection. It is electrically connected to the second device indirectly through the means.

図1を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムの一つの実施例の表示図である。バッテリーシステム100は、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn (nは正の整数)、及び複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn をバランシングするためのバランシング回路102を包含する。複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn は、端子BAT+(たとえば、一つの高圧側(high side terminal))と、端子BAT−(たとえば、一つの低圧側(low side terminal))により、外接電子装置(図1には示されていない)が必要とする電源を提供するか、或いは、端子BAT+と端子BAT−により、充電電源を受け取る。バッテリーシステム100が、充電(charging)、放電(discharging)或いはアイドル(idle)の状況にある時、バランシング回路102は、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn 中の、比較的高い電圧(すなわち、比較的多くの電荷)を有するバッテリーユニットのエネルギーを取り出し、さらに、それは全ての複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供し、これにより、バッテリーバランシングの目的を実現し、いいかえると、バランシング回路102はアクティブ式バランシング回路とされ、並びにエネルギーを直接全てのバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供することにより、スピーディーで高効率のバッテリーバランシングメカニズムを実現する。 Please refer to FIG. It is a display diagram of one embodiment of the battery system of the present invention. The battery system 100 includes a plurality of battery units VB 1 to VB n (n is a positive integer) and a balancing circuit 102 for balancing the plurality of battery units VB 1 to VB n . The plurality of battery units VB 1 to VB n are connected to an external electronic device (for example, one high-side terminal) and a terminal BAT- (for example, one low-side terminal). (Not shown in FIG. 1) provides the required power, or receives charging power via terminals BAT + and BAT−. When the battery system 100 is in a charging, discharging, or idle situation, the balancing circuit 102 may use a relatively high voltage (ie, comparison) among the plurality of battery units VB 1 -VB n. The energy of the battery unit having a large number of charges) and providing it to all the plurality of battery units VB 1 to VB n , thereby realizing the purpose of battery balancing, in other words, the balancing circuit 102 By providing an active balancing circuit and providing energy directly to all the battery units VB 1 to VB n , a speedy and highly efficient battery balancing mechanism is realized.

具体的には、バランシング回路102は(以下に限定されるわけではないが)、コントロールユニット112、インダクタユニット122及びエネルギー転移ユニット132を包含する。そのうち、コントロールユニット112は、複数のバッテリーユニットVB1〜VBn に接続され、並びに複数のスイッチ素子SW1 〜SWn を包含する。そのうち、複数のスイッチ素子SW1 〜SWn は、それぞれ複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に対応するように設置される(すなわち、一つのスイッチ素子が一つのバッテリーユニットに対応する)。スイッチ素子SW1 とそれに対応するバッテリーユニットVB1 については、インダクタユニット122が、両者の間に接続されている。同様に、スイッチ素子SW2 /SWn とそれぞれに対応するバッテリーユニットVB2 /VBn についても、インダクタユニット122が両者の間に接続されている。複数のスイッチ素子SW1 〜SWn は、それぞれインダクタユニット122の磁束の方向をコントロールし、これにより、複数のスイッチ素子SW1 〜SWn の開閉状態により、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn とインダクタユニット122の間のエネルギー伝送がコントロールされる。 Specifically, the balancing circuit 102 includes (but is not limited to) a control unit 112, an inductor unit 122, and an energy transfer unit 132. Among them, the control unit 112 includes, connected to the plurality of battery units VB 1 through Vb n, and a plurality of switching elements SW 1 to SW n. Among them, the plurality of switching elements SW 1 to SW n, are respectively installed so as to correspond to the plurality of battery units VB 1 ~VB n (i.e., one of the switch elements corresponds to one of the battery units). For the switch element SW 1 and the corresponding battery unit VB 1 , the inductor unit 122 is connected between them. Similarly, with respect to the switch element SW 2 / SW n and the battery unit VB 2 / VB n corresponding to each, the inductor unit 122 is connected between the two. The plurality of switch elements SW 1 to SW n respectively control the direction of the magnetic flux of the inductor unit 122, and thereby the plurality of battery units VB 1 to VB n and the switching units SW 1 to SW n are opened and closed. Energy transfer between the inductor units 122 is controlled.

たとえば、バッテリーユニットVB1 の電圧が過高である状況下(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いはその他のバッテリーユニットの電圧の間との差が過大である状況)で、インダクタユニット122はスイッチ素子SW1 の開閉状態により、バッテリーユニットVB1 の余剰のエネルギーEOを取り去り、並びに余剰のエネルギーEOに対応する誘導エネルギー(inductive energy)EIを発生する。誘導エネルギーEIは、エネルギー転移ユニット132(インダクタユニット122に接続されている)を介して複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供される。ある実施例においては、エネルギー転移ユニット132は、誘導エネルギーEIを端子BAT+に伝送でき、これにより、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に対して電圧バランシングを行う。別の実施例では、エネルギー転移ユニット132は端子BAT+と端子BAT−の間に接続され、誘導エネルギーEIを複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供する。 For example, in the situation where the voltage of the battery unit VB 1 is excessively high (for example, when the set voltage range of the rated voltage is exceeded or the difference between the voltages of other battery units is excessive), the inductor The unit 122 removes excess energy EO from the battery unit VB 1 and generates inductive energy EI corresponding to the excess energy EO according to the open / close state of the switch element SW 1 . The inductive energy EI is provided to the plurality of battery units VB 1 to VB n via the energy transfer unit 132 (connected to the inductor unit 122). In one embodiment, the energy transfer unit 132 can transmit the inductive energy EI to the terminal BAT +, thereby performing voltage balancing for the plurality of battery units VB 1 to VB n . In another embodiment, the energy transfer unit 132 is connected between the terminals BAT + and BAT−, and provides the inductive energy EI to the plurality of battery units VB 1 to VB n .

この実施例において、インダクタユニット122は、発生した誘導エネルギーEIを保存でき、並びにスイッチ素子の開閉状態に基づき、誘導エネルギーEIをエネルギー転移ユニット132に伝送する。エネルギー転移ユニット132は、ろ波素子(図1中には表示されていない)を有し得て、それは、リップル(ripple)を減らす或いは消去する。このほか、エネルギー転移ユニット132は、誘導エネルギーEIを保存して、安定したエネルギー供給を維持し、並びに実際の必要に応じて誘導エネルギーEIを調整して複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn に提供する。 In this embodiment, the inductor unit 122 can store the generated induced energy EI and transmits the induced energy EI to the energy transfer unit 132 based on the open / closed state of the switch element. The energy transfer unit 132 may have a filtering element (not shown in FIG. 1), which reduces or eliminates ripple. In addition, the energy transfer unit 132 stores the inductive energy EI to maintain a stable energy supply, and adjusts the inductive energy EI according to actual needs to provide to the plurality of battery units VB 1 to VB n . To do.

ある設計の変更において、コントロールユニット112は、複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn の一つだけに接続され、たとえば、コントロールユニット112が包含するスイッチ素子は、ただスイッチ素子SW1 だけであり、これにより、インダクタユニット122は僅かにスイッチ素子SW1 とバッテリーユニットVB1 の間に接続される。すなわち、本発明が提供するバッテリーバランシングメカニズムは、また、ただ単一のバッテリーユニットに対して電圧モニタリングと調整を行い、該単一のバッテリーの余剰のエネルギーを、全てのバッテリーユニットに提供するのに用いられ得る。注意すべきことは以下のとおりである。上述の複数のバッテリーユニットVB1 〜VBn 中の、各一つのバッテリーユニットは、バッテリーセル(battery cell)(単一バッテリー)、バッテリーブロック(battery block)(相互に並列に接続された複数のバッテリーを包含する)、バッテリーモジュール(battery module)(相互に直列に接続された複数の電池ブロックを包含する)或いはバッテリーパック(battery pack)(直列接続と並列接続の複数の電池を包含する)とされ得る。 In a design change, the control unit 112 is connected to only one of the plurality of battery units VB 1 to VB n . For example, the switch element included in the control unit 112 is only the switch element SW 1. Thus, the inductor unit 122 is slightly connected between the switch element SW 1 and the battery unit VB 1 . That is, the battery balancing mechanism provided by the present invention also provides voltage monitoring and adjustment for a single battery unit, and provides the surplus energy of the single battery to all battery units. Can be used. The points to note are as follows. Each of the plurality of battery units VB 1 to VB n includes a battery cell (single battery) and a battery block (battery blocks connected in parallel to each other). A battery module (including a plurality of battery blocks connected in series with each other) or a battery pack (including a plurality of cells connected in series and in parallel). obtain.

図1から分かるように、各一つのバッテリーユニットは、いずれも対応するスイッチ素子に接続され、ゆえに、バランシング回路102はモジュール化(modularization)の方式を採用して実施できる。図2を参照されたい。それは図1に示されるバッテリーシステム100の第1の具体実施例の表示図である。この実施例中、バッテリーシステム200は、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn 及びバランシング回路202を包含する。そのうち、複数のバッテリーユニットBM1〜BMnはそれぞれ複数のバッテリーモジュールとされ、及び、バランシング回路202はフライバック式コンバータ(flyback converter)の設計を採用することでモジュール化の構造を実現する。しかし、この技術に習熟するものであれば分かるように、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn は並びにバッテリーモジュールの構造に限定されるわけではなく、またバランシング回路202もフライバック式コンバータの構造に限定されるわけではない。 As can be seen from FIG. 1, each one battery unit is connected to a corresponding switch element. Therefore, the balancing circuit 102 can be implemented using a modularization scheme. Please refer to FIG. It is a display diagram of a first embodiment of the battery system 100 shown in FIG. In this embodiment, the battery system 200 includes a plurality of battery units BM 1 to BM n and a balancing circuit 202. Among them, each of the plurality of battery units BM1 to BMn is a plurality of battery modules, and the balancing circuit 202 realizes a modular structure by adopting the design of a flyback converter. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the plurality of battery units BM 1 to BM n are not limited to the structure of the battery module, and the balancing circuit 202 has the structure of a flyback converter. It is not limited.

同様に、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn は、端子BAT+と端子BAT−の間に、相互に直列に接続され、これにより、端子BAT+と端子BAT−を介して電源を提供するか或いは充電電源を受け取る。バランシング回路202はコントロールユニット212を包含し、それは、複数のスイッチ素子Q1 〜Qn を包含する。そのうち、複数のスイッチ素子Q1 〜Qn はそれぞれ複数のボデーダイオード(body diode)BD1 〜BDn を具えた複数のトランジスタにより実施される。たとえば、これに限定されるわけではないが、複数のスイッチ素子Q1 〜Qn の少なくともそのうちの一つは、MOSFET(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor)により実施され得る。バランシング回路202はまた、インダクタユニット222とエネルギー転移ユニット232を包含し、そのうち、インダクタユニット222は一次側と二次側を包含し、該一次側は複数の第1捲線(winding)LP1 〜LPn を包含し、該二次側は複数の第2捲線LS1 〜LSn を包含し、エネルギー転移ユニット232は複数のダイオードED1 〜EDn と複数のコンデンサC1〜Cn を包含する。この実施例中、コントロールユニット212は図1に示されるコントロールユニット112を実施するために用いられ、インダクタユニット222は図1に示されるインダクタユニット122を実施するために用いられ、及び、エネルギー転移ユニット232は図1に示されるエネルギー転移ユニット132を実施するために用いられる。 Similarly, the plurality of battery units BM 1 to BM n are connected in series between the terminal BAT + and the terminal BAT−, thereby providing power or charging through the terminal BAT + and the terminal BAT−. Receive power. Balancing circuit 202 includes a control unit 212, which includes a plurality of switching elements Q 1 to Q n. Among them, the plurality of switching elements Q 1 to Q n are implemented by a plurality of transistors each having a plurality of body diodes BD 1 to BD n . For example, but not limited to this, at least one of the plurality of switching elements Q 1 to Q n may be implemented by a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). The balancing circuit 202 also includes an inductor unit 222 and an energy transfer unit 232, of which the inductor unit 222 includes a primary side and a secondary side, and the primary side includes a plurality of first windings LP 1 -LP. n , the secondary side includes a plurality of second windings LS 1 to LS n , and the energy transfer unit 232 includes a plurality of diodes ED 1 to ED n and a plurality of capacitors C 1 to C n . In this embodiment, the control unit 212 is used to implement the control unit 112 shown in FIG. 1, the inductor unit 222 is used to implement the inductor unit 122 shown in FIG. 1, and the energy transfer unit. 232 is used to implement the energy transfer unit 132 shown in FIG.

図2から分かるように、インダクタユニット222のうちの各第1捲線は、対応するスイッチ素子と対応するバッテリーユニットの間に接続され、各第2捲線は、対応する第1捲線に接続され、複数のダイオードED1 〜EDn は、それぞれ複数の第2捲線LS1 〜LSn に接続され、そのうち、各ダイオードの二端は、それぞれ対応するコンデンサと対応する第2捲線に接続され(すなわち、各ダイオードは対応するコンデンサと対応する第2捲線の間に接続される)、及び各コンデンサの二端は、それぞれ対応するダイオードと対応する第2捲線に接続される(すなわち、各コンデンサは対応するダイオードと対応する第2捲線の間に接続される)。さらに具体的に説明すると、各一つのバッテリーユニットは、フライバック式コンバータ回路構造を有する回路モジュールと見なされ得る。バッテリーユニットBM1 を例に挙げると、それはスイッチ素子Q1 、第1捲線LP1 、第2捲線LS1 、ダイオードED1 とコンデンサC1 で構成されるフライバック式コンバータ回路構造に接続される。 As can be seen from FIG. 2, each first winding of the inductor unit 222 is connected between the corresponding switch element and the corresponding battery unit, and each second winding is connected to the corresponding first winding, The diodes ED 1 to ED n are respectively connected to a plurality of second windings LS 1 to LS n , of which two ends of each diode are respectively connected to corresponding second capacitors and corresponding second windings (that is, each A diode is connected between a corresponding capacitor and a corresponding second winding), and two ends of each capacitor are connected to a corresponding diode and a corresponding second winding (ie, each capacitor is a corresponding diode) And the corresponding second shoreline). More specifically, each one battery unit can be regarded as a circuit module having a flyback converter circuit structure. Taking the battery unit BM 1 as an example, it is connected to a flyback converter circuit structure comprising a switching element Q 1 , a first winding line LP 1 , a second winding line LS 1 , a diode ED 1 and a capacitor C 1 .

このほか、エネルギー転移ユニット232はまた、インピーダンス素子(この実施例中では、抵抗Rとされる)及びダイオードDを包含し得る。そのうち、抵抗RとダイオードDはそれぞれ端子BAT+と端子BAT−の間に接続され、これにより、エネルギー転移ユニット232は抵抗R/ダイオードDを介して、端子BAT+に電気的に接続される。言い換えると、誘導エネルギーEIは、抵抗RとダイオードDで構成された伝送経路をとおり、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn に提供される。これのよい所の一つは、エネルギー転移ユニット232が包含する複数のコンデンサC1 〜Cn が、いずれも抵抗R(或いはインピーダンス素子)を介して予充電され、バランシング回路202が動作する時に好ましくないサージ電流(surge current)を発生するのを防止できることであり、すなわち、ソフトスタート(soft start)メカニズムを提供してサージ電流を除去或いは減少させることを考慮する必要がなく、これにより回路設計を簡易化し、製造コストを減らすことができる。さらに、複数のコンデンサC1 〜Cn に対して予充電することで、回路動作の速度をアップできる。 In addition, the energy transfer unit 232 may also include an impedance element (referred to as a resistor R in this embodiment) and a diode D. Among them, the resistor R and the diode D are respectively connected between the terminal BAT + and the terminal BAT−, whereby the energy transfer unit 232 is electrically connected to the terminal BAT + via the resistor R / diode D. In other words, the inductive energy EI is provided to the plurality of battery units BM 1 to BM n through a transmission path constituted by the resistor R and the diode D. One good point of this is preferable when the plurality of capacitors C 1 to C n included in the energy transfer unit 232 are all precharged via the resistor R (or impedance element) and the balancing circuit 202 operates. That is, it is possible to prevent the generation of a surge current, that is, there is no need to consider removing or reducing the surge current by providing a soft start mechanism, thereby reducing the circuit design. It can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, precharging the plurality of capacitors C 1 to C n can increase the circuit operation speed.

ダイオードDが導通する時、端子BAT+と端子N+は、等電位と見なされ、複数のコンデンサC1 〜Cn は端子BAT+と端子BAT−の間に並列に接続され、ゆえに、複数のコンデンサC1 〜Cn は、端子BAT+と端子BAT−の間に並列接続されると見なされる。これにより、各一つのコンデンサが保存するエネルギー(すなわち、エネルギー転移ユニット232が保存するエネルギー)は、相互に流通可能であるのみならず、全てのバッテリーユニットに提供され得る。 When diode D is conducting, terminal BAT + and terminal N + are considered equipotential, and a plurality of capacitors C 1 -C n are connected in parallel between terminal BAT + and terminal BAT−, and thus a plurality of capacitors C 1 -C n is considered to be connected in parallel between terminals BAT + and the terminal BAT-. Accordingly, the energy stored in each capacitor (that is, the energy stored in the energy transfer unit 232) can be distributed to each other and provided to all battery units.

注意すべきことは以下のとおりである。以上は僅かに説明のために供されたにすぎず、本発明を制限するためのものではないということである。ある設計変化においては、抵抗RとダイオードDはそれぞれ端子BAT+と端子N−の間に接続される。別の設計変化中では、抵抗RとダイオードDのうち、少なくとも一方が省略されてもよい。このほか、上述のインピーダンス素子(たとえば、抵抗R)とダイオード(たとえば、ダイオードD)は図1に示されるバッテリーシステム100に設置されることで、バッテリーバランシングメカニズムの性能をアップできる。   The points to note are as follows. The foregoing is only provided for illustrative purposes and is not intended to limit the present invention. In a design change, the resistor R and the diode D are connected between the terminal BAT + and the terminal N−, respectively. During another design change, at least one of the resistor R and the diode D may be omitted. In addition, the above-described impedance element (for example, resistor R) and diode (for example, diode D) can be installed in the battery system 100 shown in FIG. 1 to improve the performance of the battery balancing mechanism.

バッテリーユニットBM1 の電圧過高の状況を考慮し(たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる)を考慮する。スイッチ素子が切断状態から導通状態に切り換えられる時、バッテリーユニットBM1 の余剰のエネルギーEOは、誘導エネルギーEIに変換され、並びに第1捲線LP1 内に保存される。続いて、スイッチ素子Q1 が再度切断されると、誘導エネルギーEIは、第1捲線LP1 と第2捲線LS1 の間のカプリング作用により、エネルギー転移ユニット232(たとえば、複数のコンデンサC1 〜Cn )に伝送され、並びに抵抗RとダイオードDの構成する伝送経路をとおり、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn に送られる。フライバック式コンバータの動作に習熟した者であれば容易に上述のエネルギー変換/伝送の原理と細部を理解でき、ゆえにこれ以上の説明は省略する。 Consider the situation of excessive voltage of the battery unit BM 1 (for example, the set voltage range of the rated voltage is exceeded, or the difference between the voltages of other battery units is excessive). When the switch element is switched from the disconnected state to the conductive state, the surplus energy EO of the battery unit BM 1 is converted into the induced energy EI and stored in the first winding LP 1 . Subsequently, when the switching element Q 1 is disconnected again, the induced energy EI is coupled to the energy transfer unit 232 (for example, a plurality of capacitors C 1 to C 1) by a coupling action between the first winding line LP 1 and the second winding line LS 1. C n ), and through a transmission path formed by the resistor R and the diode D, is sent to the plurality of battery units BM 1 to BM n . Those skilled in the operation of the flyback converter can easily understand the principle and details of the above-described energy conversion / transmission, and hence further explanation is omitted.

以上から分かるように、過高電圧を有するバッテリーユニットに対応するスイッチ素子に対して、開閉状態の切り換えを行うことで、余剰のエネルギーがエネルギー転移ユニットに転移され、これにより、全てのバッテリーユニットに提供される。これにより、単一バッテリーユニットの余剰のエネルギーが全てのバッテリーユニットに提供されるのみならず、本発明の提供するバッテリーバランシングメカニズムはまた、複数のバッテリーユニットの余剰のエネルギーを全てのバッテリーユニットに提供できる。   As can be seen from the above, surplus energy is transferred to the energy transfer unit by switching the open / close state of the switch element corresponding to the battery unit having an excessively high voltage. Provided. Thus, not only the surplus energy of a single battery unit is provided to all battery units, but also the battery balancing mechanism provided by the present invention also provides surplus energy of multiple battery units to all battery units. it can.

上述のスイッチ素子の開閉状態の切り換えは、コントロール回路によりコントロールされる。図2と共に図3も参照されたい。図3は図2に示されるバランシング回路202の局部回路の実施例の表示図である。この実施例中、バランシング回路202はコントロール回路242を包含し、それは駆動信号SG を発生してバッテリーユニットBMX が接続されたフライバック式コンバータ回路の操作をコントロールするのに用いられる。そのうち、バッテリーユニットBMX は、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn のそのうちの一つを指し(すなわち、インデックス値xは1〜nの正の整数である)、スイッチ素子QX (ボデーダイオードBDX を具える)、第1捲線LPX 、第2捲線LSX 、ダイオードEDX 、及びコンデンサCX は、互いに対応するフライバック式コンバータ回路素子とされる。注意すべきことは以下のとおりである。コントロール回路242は、ロジック回路(logic circuit)244、自走式発振器(free−runningoscillator)246及びゲート駆動回路(gate drive circuit)248を包含する。自走式発振器246は、自己トリガ可能であり、ゆえに、コントロール回路242は、簡易化された回路設計と低い製造コストの長所を有する。さらに具体的に説明すると、ロジック回路244は、複数のバッテリーユニットBM1 〜BMnの電圧を検出して電圧情報を取得し、並びに該電圧情報に基づいてイネーブル信号SENを発生できる。ゲート駆動回路248はイネーブル信号SEN と、自走式発振器246の発生した発振信号SO に基づき、駆動信号SG を発生してスイッチ素子QX の開閉状態をコントロールする。 The switching of the open / close state of the switch element is controlled by a control circuit. Please refer to FIG. 3 together with FIG. FIG. 3 is a display diagram of an embodiment of a local circuit of the balancing circuit 202 shown in FIG. In this embodiment, the balancing circuit 202 includes a control circuit 242, which is used to control the operation of the flyback converter circuit battery unit BM X generates a drive signal S G is connected. Among them, the battery unit BM X indicates one of the plurality of battery units BM 1 to BM n (that is, the index value x is a positive integer of 1 to n), and the switch element Q X (body diode BD). X )), the first winding line LP X , the second winding line LS X , the diode ED X , and the capacitor C X are the flyback converter circuit elements corresponding to each other. The points to note are as follows. The control circuit 242 includes a logic circuit 244, a free-running oscillator 246, and a gate drive circuit 248. The free-running oscillator 246 is self-triggerable, so the control circuit 242 has the advantages of simplified circuit design and low manufacturing cost. More specifically, the logic circuit 244 obtains the voltage information by detecting the voltages of the battery unit BM 1 to Bm n, as well as generating an enable signal S EN on the basis of the voltage information. The gate drive circuit 248 generates a drive signal S G based on the enable signal S EN and the oscillation signal S O generated by the free-running oscillator 246 to control the open / close state of the switch element Q X.

たとえば、ロジック回路244が複数のバッテリーユニットBM1 〜BMn の間のバッテリーのアンバランスを検出して発生したイネーブル信号SEN は、特定電圧レベル(たとえば、高電圧レベル)を有し得る。このほか、ゲート駆動回路248は発振信号SO に基づき駆動信号SG を発生し、いいかえると、駆動信号SG は、発振信号SO の周波数とデューティーサイクル(duty cycle)の情報を有し、これにより、バッテリーユニットBMX が釈放又は受け取るエネルギーの大きさは、発振信号SO の周波数とデューティーサイクルによりコントロールされ得る。 For example, the enable signal S EN the imbalance of the battery generated by detecting between the logic circuit 244 are a plurality of battery units BM 1 to Bm n may have certain voltage level (e.g., high voltage level). In addition, the gate drive circuit 248 generates a drive signal S G based on the oscillation signal S O. In other words, the drive signal S G has information on the frequency and duty cycle of the oscillation signal S O , Thus, the magnitude of the energy battery unit BM X is released or received can be controlled by the frequency and duty cycle of the oscillation signal S O.

注意すべきことは以下のとおりである。図3に示されるコントロール回路242の回路構造は、僅かに説明の必要のために供されたものであり、本発明を制限するためのものではない。ある設計変化においては、自走式発振器246はまた、直接イネーブル信号SEN に基づき発振信号SO を出力して駆動信号SG となす。また別の設計変化においては、ゲート駆動回路248はまた、直接イネーブル信号SEN に基づき駆動信号SG を発生する。 The points to note are as follows. The circuit structure of the control circuit 242 shown in FIG. 3 is provided only for the purpose of explanation and is not intended to limit the present invention. In a design change, the free-running oscillator 246 also outputs the oscillation signal S O based on the direct enable signal S EN to become the drive signal S G. In another design variation, the gate drive circuit 248 also generates a drive signal S G based on direct enable signal S EN.

再度図2を参照されたい。バランシング回路202は高電圧(たとえば、400V以上)或いは低電圧(たとえば、20V)のバッテリーシステムに応用可能である。バランシング回路202が高電圧のバッテリーシステムに応用される時、僅かにバランシング回路202の回路素子の耐電圧性をアップさせれば、バッテリーシステムの正常動作を維持できる。このほか、エネルギー調整回路を増加すれば、バランシング回路202の回路素子の耐電圧性をアップさせる必要がなく、バッテリーシステムの正常動作を維持できる。図4を参照されたい。それは図1に示されるバッテリーシステム100の第2実施例の表示図である。バッテリーシステム400の包含するバランシング回路402の構造は、図2に示されるバランシング回路202の構造に基づいており、両者の間の主要な違いは、バランシング回路402は別に少なくとも一つのエネルギー調整回路442n を包含することにある。エネルギー調整回路442n は複数のコンデンサC1 〜Cn に接続されて、選択的に複数のコンデンサC1 〜Cn に保存された誘導エネルギーEIを調整し、並びに調整後の誘導エネルギーEIを複数のバッテリーユニットSBM1 〜SBMn に提供するのに用いられる。 Please refer to FIG. 2 again. The balancing circuit 202 can be applied to a high voltage (for example, 400V or more) or low voltage (for example, 20V) battery system. When the balancing circuit 202 is applied to a high voltage battery system, normal operation of the battery system can be maintained if the voltage resistance of the circuit elements of the balancing circuit 202 is slightly increased. In addition, if the number of energy adjustment circuits is increased, it is not necessary to increase the voltage resistance of the circuit elements of the balancing circuit 202, and the normal operation of the battery system can be maintained. Please refer to FIG. It is a display diagram of the second embodiment of the battery system 100 shown in FIG. The structure of the balancing circuit 402 included in the battery system 400 is based on the structure of the balancing circuit 202 shown in FIG. 2, and the main difference between the two is that the balancing circuit 402 is separated from at least one energy adjustment circuit 442 n. It is to include. The energy adjustment circuit 442 n is connected to the plurality of capacitors C 1 to C n and selectively adjusts the induced energy EI stored in the plurality of capacitors C 1 to C n , and the plurality of adjusted induced energy EI Are used to provide the battery units SBM 1 to SBM n .

この実施例中、誘導エネルギーEIが比較的低い時(たとえば、48Vを未超過)、エネルギー調整回路442n は誘導エネルギーEIに対して調整を行わない。言い換えると、バランシング回路402のバッテリーバランシングメカニズムと図2に示されるバランシング回路202のバッテリーバランシングメカニズムはほぼ同じか類似する。バランシング回路402が高電圧のバッテリーシステムに応用される時(すなわち、複数のバッテリーユニットSBM1 〜SBMn の定格電圧が高電圧である)、誘導エネルギーEIは比較的高くなり得て(たとえば、48Vを超過)、これにより、エネルギー調整回路442n を利用して誘導エネルギーEIに対して昇圧変換し(すなわち、エネルギー調整回路442n は昇圧変換回路(boostconverter circuit)とされ得る)、並びにこれにより複数のバッテリーユニットSBM1 〜SBMn に提供し、バッテリーシステムの正常動作を維持する。 In this embodiment, when the induced energy EI is relatively low (for example, not exceeding 48V), the energy adjustment circuit 442 n does not adjust the induced energy EI. In other words, the battery balancing mechanism of the balancing circuit 402 and the battery balancing mechanism of the balancing circuit 202 shown in FIG. 2 are substantially the same or similar. When the balancing circuit 402 is applied to a high voltage battery system (ie, the rated voltage of the plurality of battery units SBM 1 to SBM n is a high voltage), the inductive energy EI can be relatively high (eg, 48V Thus, the energy adjustment circuit 442 n is used to perform boost conversion on the induced energy EI (ie, the energy adjustment circuit 442 n can be a boost converter circuit), and a plurality of The battery units SBM 1 to SBM n are provided to maintain the normal operation of the battery system.

実施上、エネルギー調整回路442n は、第1端子NA、第2端子NB、第3端子NC及び第4端子NDを有し得る。そのうち、第1端子NAと第2端子NBはそれぞれコンデンサCn の二端に接続され、第3端子NCと第4端子NDはそれぞれ端子BAT+(すなわち、高圧側)と端子BAT−(すなわち、低圧側)に接続され、これにより、エネルギー調整回路442nは第1端子NAと第2端子NBを介して誘導エネルギーEIを受け取り、第3端子NCと第4端子NDを介して調整後の誘導エネルギーEIを出力できる。 In practice, the energy adjustment circuit 442 n may have a first terminal NA, a second terminal NB, a third terminal NC, and a fourth terminal ND. Among them, the first terminal NA and the second terminal NB are respectively connected to two ends of the capacitor C n , and the third terminal NC and the fourth terminal ND are respectively the terminal BAT + (that is, the high voltage side) and the terminal BAT− (that is, the low voltage). As a result, the energy adjustment circuit 442n receives the induction energy EI via the first terminal NA and the second terminal NB, and the adjusted induction energy EI via the third terminal NC and the fourth terminal ND. Can be output.

このほか、エネルギー調整回路442n は、ロジックユニット(logic unit)446n 及び調整ユニット448n を包含し得る。ロジックユニット446n は複数のコンデンサC1 〜Cn が保存する誘導エネルギーEIが所定のエネルギー値に達したか否かを判断して、判断結果DRを発生するのに用いられる。調整ユニット448n はロジックユニット446n に接続されて、判断結果DRにより誘導エネルギーEIを調整するのに用いられる。たとえば、ロジックユニット446n にはヒステリシスを有する電圧しきい値(voltage threshold with a hysteresis)の判断ロジックが採用され、これにより、判断結果DRが、誘導エネルギーEIがヒステリシス幅(hysteresis band)外にあることを指し示すとき、調整ユニット448n は誘導エネルギーEIに対して調整を行う。 In addition, the energy adjustment circuit 442 n may include a logic unit 446 n and an adjustment unit 448 n . The logic unit 446 n is used to determine whether or not the induced energy EI stored in the plurality of capacitors C 1 to C n has reached a predetermined energy value and generate a determination result DR. The adjustment unit 448 n is connected to the logic unit 446 n and is used to adjust the induced energy EI according to the determination result DR. For example, the logic unit 446 n employs a determination threshold voltage threshold value having hysteresis, whereby the determination result DR and the induced energy EI are outside the hysteresis band. When this is indicated, the adjustment unit 448 n adjusts the induced energy EI.

バランシング回路402はまた、自走式発振器452を包含し得る。それは発振信号SC を発生することで、エネルギー調整回路442n のエネルギー調整操作をコントロールする。たとえば、エネルギー調整回路442n が昇圧変換回路とされる状況で、エネルギー調整回路442n は発振信号SC の周波数とデューティーサイクルに基づき、誘導エネルギーEIの増加量を調整する。このほか、図3に示されるコントロール回路242の設計概念を採用することで、エネルギー調整回路442n に対応するコントロール回路(図4には表示されず)を実施できる。 Balancing circuit 402 may also include a free-running oscillator 452. It generates the oscillation signal S C to control the energy adjustment operation of the energy adjustment circuit 442 n . For example, in situations where energy conditioning circuit 442 n is a boost converter circuit, the energy conditioning circuit 442 n based on the frequency and duty cycle of the oscillation signal S C, to adjust the amount of increase in inductive energy EI. In addition, by adopting the design concept of the control circuit 242 shown in FIG. 3, a control circuit (not shown in FIG. 4) corresponding to the energy adjustment circuit 442 n can be implemented.

注意すべきことは以下のとおりである。バランシング回路402はまた複数のエネルギー調整回路を包含し得て、それにより、モジュール化回路設計の概念を実現する。図4に示される実施例中、複数のコンデンサC1 〜Cn はそれぞれ複数のエネルギー調整回路4421 〜442n に接続され、そのうち、複数のエネルギー調整回路4421 〜442nは、実際の設計の必要により用いられ、並びにそれぞれ複数のロジックユニット4461〜446n 及び複数の調整ユニット4481 〜448n を包含し得る。この実施例においては、僅かに複数のエネルギー調整回路4421 〜442n のうちの一つ(たとえば、エネルギー調整回路442n )を用いて上述の昇圧変換操作を実現しており、そのうち、使用されないエネルギー調整回路は、点線で表示される。別の実施例では、単一のエネルギー調整回路(たとえばエネルギー調整回路442n )のみがバランシング回路402中に設置され得る。 The points to note are as follows. Balancing circuit 402 may also include a plurality of energy conditioning circuits, thereby implementing the concept of modular circuit design. In the embodiment shown in FIG. 4, the plurality of capacitors C 1 -C n are respectively connected to a plurality of energy adjusting circuits 442 1 ~442 n, of which, a plurality of energy adjusting circuits 442 1 ~442 n, actual design used by the need, as well as each includes a plurality of logic units 446 1 ~446 n and a plurality of adjustment units 448 1 ~448 n. In this embodiment, slightly one of a plurality of energy adjusting circuits 442 1 ~442 n (e.g., the energy conditioning circuit 442 n) using has realized boost converter operation mentioned above, of which not used The energy adjustment circuit is indicated by a dotted line. In another embodiment, only a single energy conditioning circuit (eg, energy conditioning circuit 442 n ) can be installed in balancing circuit 402.

図5を参照されたい。それは図1に示されるバッテリーシステム100の第3実施例の表示図である。バッテリーシステム500が包含するバランシング回路502の構造は、図2に示されるバッテリーシステム200の構造に基づいており、両者の間の主要な違いは、インダクタユニットが包含する捲線の個数と接続方式である。バッテリーシステム500は、複数のバッテリーユニットBP1 〜BPn (たとえば、複数のバッテリーブロック)、コントロールユニット512、インダクタユニット522及びエネルギー転移ユニット532を包含する。コントロールユニット512は、図2に示される複数のスイッチ素子Q1 〜Qn を包含する。インダクタユニット522は一次側と二次側を包含し、そのうち、該一次側は複数の第1捲線LP1 〜LPn を包含し、該二次側は、一つの第2捲線LSを包含する。該第2捲線LSは、複数の第1捲線LP1 〜LPn にカップリングされる。エネルギー転移ユニット532は、ダイオードEDとコンデンサCを包含し、そのうち、ダイオードEDは第2捲線LSに接続され、コンデンサCはダイオードEDと第2捲線LSに接続される。この実施例では、ダイオードEDの二端はそれぞれコンデンサCと第2捲線LSに接続され(すなわち、ダイオードEDはコンデンサCと第2捲線LSの間に接続される)、コンデンサCの二端はそれぞれダイオードEDと第2捲線LSに接続される(すなわち、コンデンサCはダイオードEDと第2捲線LSの間に接続される)。 Please refer to FIG. It is a display diagram of the third embodiment of the battery system 100 shown in FIG. The structure of the balancing circuit 502 included in the battery system 500 is based on the structure of the battery system 200 shown in FIG. 2, and the main difference between the two is the number of windings included in the inductor unit and the connection method. . The battery system 500 includes a plurality of battery units BP 1 to BP n (for example, a plurality of battery blocks), a control unit 512, an inductor unit 522, and an energy transfer unit 532. The control unit 512 includes a plurality of switch elements Q 1 to Q n shown in FIG. The inductor unit 522 includes a primary side and a secondary side, and the primary side includes a plurality of first windings LP 1 to LP n , and the secondary side includes one second winding LS. The second shore line LS is coupled to a plurality of first shore lines LP 1 to LP n . The energy transfer unit 532 includes a diode ED and a capacitor C, of which the diode ED is connected to the second winding LS, and the capacitor C is connected to the diode ED and the second winding LS. In this embodiment, two ends of the diode ED are connected to the capacitor C and the second feeder LS, respectively (ie, the diode ED is connected between the capacitor C and the second feeder LS), and the two ends of the capacitor C are respectively The diode ED is connected to the second feeder LS (that is, the capacitor C is connected between the diode ED and the second feeder LS).

同様に、過高電圧を有するバッテリーユニットに対応するスイッチ素子に対して開閉状態の切り換えを行うことで、余剰のエネルギーをエネルギー転移ユニットに転移させ、これにより、全てのバッテリーユニットに提供することができる。このほか、図3に示されるコントロール回路242により複数のスイッチ素子Q1 〜Qn の開閉操作をコントロールできる。 Similarly, by switching the open / close state of the switch element corresponding to the battery unit having an excessively high voltage, surplus energy is transferred to the energy transfer unit, which can be provided to all battery units. it can. In addition, it controls the opening and closing operation of a plurality of switching elements Q 1 to Q n by the control circuit 242 shown in FIG.

この実施例中、エネルギー転移ユニット532は別に、図2に示されるダイオードDを包含する。この技術に習熟したものであれば、図2の関係説明を読んだ後、コンデンサCがインピーダンス素子(たとえば、図2に示される抵抗R)及び又はダイオードDにより端子BAT+と端子BAT−の間に電気的に接続され、ゆえに、該インピーダンス素子、ダイオードDとコンデンサCはバッテリーシステム500の中の配置方式と機能についてはここでは重複して説明しない。   In this embodiment, the energy transfer unit 532 separately includes a diode D shown in FIG. If you are familiar with this technique, after reading the description of FIG. 2, the capacitor C is connected between the terminal BAT + and the terminal BAT− by the impedance element (for example, the resistor R shown in FIG. 2) and / or the diode D. The impedance element, the diode D, and the capacitor C are electrically connected. Therefore, the arrangement and function of the battery system 500 are not redundantly described here.

注意すべきことは以下のとおりである。複数の第1捲線LP1 〜LPn は相互にカップリングされ、これにより、バッテリーユニットの間の電圧差が過大であるとき、バッテリーユニットの間に過電流が発生し得る。たとえば、第1捲線LP1 が取り去る余剰のエネルギーEOは第1捲線LP2 にカップリングされ得て、且つバッテリーユニットBP1 の電圧がバッテリーユニットBP2 の電圧より非常に高いとき、過大の電流が端子Nよりスイッチ素子Q1 に流入して、バッテリーシステム500の損壊を形成し得る。これにより、コントロールユニット512はまた複数のダイオードD1 〜Dn を包含してもよく、それはそれぞれ複数のスイッチ素子Q1 〜Qn と複数のバッテリーユニットBP1 〜BPnの間に接続されて、過電流を防止又は遮断するのに用いられる。 The points to note are as follows. The plurality of first windings LP 1 to LP n are coupled to each other, so that when the voltage difference between the battery units is excessive, an overcurrent may be generated between the battery units. For example, excess energy EO removed by the first winding LP 1 can be coupled to the first winding LP 2 and when the voltage of the battery unit BP 1 is much higher than the voltage of the battery unit BP 2 , The battery system 500 may be damaged by flowing into the switch element Q 1 from the terminal N. Thereby, the control unit 512 may also include a plurality of diodes D 1 to D n , which are respectively connected between the plurality of switch elements Q 1 to Q n and the plurality of battery units BP 1 to BP n. Used to prevent or interrupt overcurrent.

ある設計変化において、複数のダイオードD1 〜Dn はまた、それぞれ複数の第1捲線LP1 〜LPn と複数のバッテリーユニットBP1 〜BPn の間に接続されてもよい。また別の設計変化において、複数のダイオードD1 〜Dn は、それぞれ複数のスイッチ素子Q1 〜Qn と複数の第1捲線LP1 〜LPn の間に接続されてもよい。簡単に述べると、単一方向式スイッチ素子によりコントロールユニットが包含するスイッチ素子を実施することで、過電流を防止又は遮断できる。この技術に習熟した者であれば、図5に示されるバッテリーシステム500の操作の細部を簡単に理解でき、ゆえに、さらなる説明はここでは省略する。 In one design variation, also the plurality of diodes D 1 to D n, may each connected between the plurality of first winding LP 1 ~LP n and a plurality of battery unit BP 1 to BP n. In another design variation, a plurality of diodes D 1 to D n may be respectively connected between the plurality of switching elements Q 1 to Q n and a plurality of first winding LP 1 ~LP n. Briefly, overcurrent can be prevented or interrupted by implementing the switch element included in the control unit by a unidirectional switch element. Those skilled in the art can easily understand the details of operation of the battery system 500 shown in FIG. 5 and, therefore, further description is omitted here.

注意すべきことは以下のとおりである。上述の単一方向式スイッチ素子の構造は、図1又は図2又は図4に示されるバッテリーバランシングメカニズム中に応用可能であり、すなわち、コントロールユニット112/212も、少なくとも一つのダイオードを、包含し得てそれにより単一方向式スイッチ素子を実施できる。このほか、図1、2、4、5に示されるバッテリーバランシングメカニズムはまた、ただ単一のバッテリーユニットに対して電圧モニタリングと調整を行って、該単一バッテリーの余剰のエネルギーを全てのバッテリーユニットに提供するのに用いられ得る。   The points to note are as follows. The structure of the unidirectional switch element described above is applicable during the battery balancing mechanism shown in FIG. 1 or FIG. 2 or FIG. 4, ie, the control unit 112/212 also includes at least one diode. And thereby a unidirectional switch element can be implemented. In addition, the battery balancing mechanism shown in FIGS. 1, 2, 4, and 5 also provides voltage monitoring and adjustment for just a single battery unit to transfer excess energy of the single battery to all battery units. Can be used to provide

総合すると、本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有し(たとえば、エネルギー変換効率が高いフライバック式コンバータ回路)、これにより回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、並びに自走式発振器を採用することでコントロールメカニズムの簡易化と製造コストダウンが可能である。   Overall, the battery balancing circuit provided by the present invention quickly balances the battery system and has a modular circuit structure (for example, a flyback converter circuit with high energy conversion efficiency), thereby simplifying circuit design. The design freedom is increased, and the control mechanism can be simplified and the manufacturing cost can be reduced by adopting the self-propelled oscillator.

以上に述べたことは本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明のカバーする範囲に属するとされるべきである。   What has been described above are only preferred embodiments of the present invention, and all equivalent changes and modifications that can be made based on the claims of the present invention should fall within the scope of the present invention. .

100、200、400、500 バッテリーシステム
102、202、402、502 バランシング回路
112、212、512 コントロールユニット
122、222、522 インダクタユニット
132、232、532 エネルギー転移ユニット
242 コントロール回路
244 ロジック回路
246、452 自走式発振器
248 ゲート駆動回路
4421 〜442n エネルギー調整回路
4461 〜446n ロジックユニット
4481 〜448n 調整ユニット
BAT+、BAT−、N+、N−、NA、NB、NC、ND、N 端子
VB1 〜VBn 、BM1 〜BMn 、BMX 、SBM1 〜SBMn 、BP1 〜BPn バッテリーユニット
SW1 〜SWn 、Q1 〜Qn 、QX スイッチ素子
LP1 〜LPn 、LPX 、LS1 〜LSn 、LSX 、LS 捲線
BD1 〜BDn ボデーダイオード
D、ED1 〜EDn 、EDX 、ED、D1 〜Dn ダイオード
1 〜Cn 、CX 、C コンデンサ
R 抵抗
100, 200, 400, 500 Battery system 102, 202, 402, 502 Balancing circuit 112, 212, 512 Control unit 122, 222, 522 Inductor unit 132, 232, 532 Energy transfer unit 242 Control circuit 244 Logic circuit 246, 452 Running oscillator 248 Gate drive circuit 442 1 to 442 n Energy adjustment circuit 446 1 to 446 n Logic unit 448 1 to 448 n Adjustment unit BAT +, BAT−, N +, N−, NA, NB, NC, ND, N terminal VB 1 ~VB n, BM 1 ~BM n , BM X, SBM 1 ~SBM n, BP 1 ~BP n battery unit SW 1 ~SW n, Q 1 ~Q n, Q X switch element LP 1 ~LP n, LP X, LS 1 ~LS n, LS X, LS winding B 1 ~BD n body diode D, ED 1 ~ED n, ED X, ED, D 1 ~D n diode C 1 ~C n, C X, C capacitor R resistor

Claims (8)

複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路において、
コントロールユニットであって、該複数のバッテリーユニットのうちの少なくとも一つのバッテリーユニットに接続され、少なくとも一つのスイッチ素子を包含する、上記コントロールユニット、
インダクタユニットであって、該スイッチ素子と該バッテリーユニットの間に接続されて、該スイッチ素子の開閉状態に基づいて該バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを発生する、上記インダクタユニット、
エネルギー転移ユニットであって、該インダクタユニットに接続され、該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供し、並びに該誘導エネルギーを保存する、上記エネルギー転移ユニット、
エネルギー調整回路であって、該エネルギー転移ユニットのコンデンサに接続されて、選択的に該誘導エネルギーを調整し、並びに調整後の該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供する、上記エネルギー調整回路、
を含み、
該エネルギー調整回路は、
ロジックユニットであって、該コンデンサが保存する該誘導エネルギーが所定のエネルギー値に到達したか否かを判断して判断結果を発生する、上記ロジックユニット、
調整ユニットであって、該ロジックユニットに接続されて、該判断結果に基づき、該誘導エネルギーを調整し、判断結果が誘導エネルギーが該所定のエネルギー値より大きいことを指し示すとき、調整ユニットが該誘導エネルギーに対して昇圧変換し、判断結果が誘導エネルギーが該所定のエネルギー値より小さいことを指し示すとき、調整ユニットが該誘導エネルギーに対して調整を行わず直接誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供する、上記調整ユニット、
以上を包含することを特徴とする、バランシング回路。
In a balancing circuit for balancing multiple battery units,
A control unit that is connected to at least one of the plurality of battery units and includes at least one switch element;
An inductor unit, connected between the switch element and the battery unit, removes excess energy of the battery unit based on the open / closed state of the switch element, and generates inductive energy corresponding to the excess energy. The inductor unit generated,
An energy transfer unit, connected to the inductor unit, providing the inductive energy to the plurality of battery units, and storing the inductive energy;
An energy adjustment circuit, connected to a capacitor of the energy transfer unit, for selectively adjusting the inductive energy, and providing the adjusted inductive energy to the plurality of battery units;
Including
The energy adjustment circuit includes:
A logic unit that determines whether the inductive energy stored in the capacitor has reached a predetermined energy value and generates a determination result;
An adjustment unit, connected to the logic unit, adjusts the induced energy based on the determination result, and when the determination result indicates that the induced energy is greater than the predetermined energy value , the adjustment unit When the boost conversion is performed on the energy , and the determination result indicates that the induced energy is smaller than the predetermined energy value, the adjustment unit does not adjust the induced energy and directly provides the induced energy to the plurality of battery units. to, the adjustment unit,
The balancing circuit characterized by including the above.
請求項1に記載のバランシング回路において、該インダクタユニットは、
一次側であって、該スイッチ素子に接続された第1捲線を包含する、上記一次側と、
二次側であって、該第1捲線にカップリングされた第2捲線を包含する、上記二次側と、
を包含し、該第1捲線は、該スイッチ素子の開閉状態に基づいて該余剰のエネルギーを保存して該誘導エネルギーとなし、及び該誘導エネルギーは該第2捲線を介して該エネルギー転移ユニットに送られることを特徴とする、バランシング回路。
The balancing circuit according to claim 1, wherein the inductor unit includes:
A primary side including the first winding connected to the switch element;
A secondary side comprising the second winding coupled to the first winding, and the secondary side;
The first shoreline stores the surplus energy based on the open / closed state of the switch element to form the induced energy, and the induced energy is transmitted to the energy transfer unit via the second shoreline. A balancing circuit characterized by being sent.
請求項2に記載のバランシング回路において、該コントロールユニットはまた、
少なくとも一つのダイオードであって、該スイッチ素子と該バッテリーユニットの間、該第1捲線と該バッテリーユニットの間、或いは該スイッチ素子と該第1捲線の間に接続される、上記少なくとも一つのダイオード、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
3. The balancing circuit according to claim 2, wherein the control unit also includes
At least one diode, the at least one diode being connected between the switch element and the battery unit, between the first feeder and the battery unit, or between the switch element and the first feeder. ,
A balancing circuit comprising:
請求項2に記載のバランシング回路において、該エネルギー転移ユニットは、
該第2捲線に接続されたダイオード、及び、
コンデンサであって、該ダイオード及び該第2捲線に接続され、該ダイオードは該コンデンサと該第2捲線の間に接続され、該コンデンサは該ダイオードと該第2捲線の間に接続される、上記コンデンサ、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
3. The balancing circuit according to claim 2, wherein the energy transfer unit is
A diode connected to the second wire, and
A capacitor connected to the diode and the second winding, the diode connected between the capacitor and the second winding, and the capacitor connected between the diode and the second winding; Capacitors,
A balancing circuit comprising:
請求項1に記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは、高圧側と低圧側の間に、相互に直列に接続され、及び該コンデンサは、該高圧側と該低圧側の間に接続されることを特徴とする、バランシング回路。   2. The balancing circuit according to claim 1, wherein the plurality of battery units are connected in series with each other between a high voltage side and a low voltage side, and the capacitor is connected between the high voltage side and the low voltage side. A balancing circuit characterized by that. 請求項1に記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは相互に直列に、高圧側と低圧側の間に接続され、該エネルギー調整回路は、第1端子、第2端子、第3端子、及び第4端子を具え、該第1端子と該第2端子は、それぞれ該コンデンサの二端に接続され、該第3端子と該第4端子は、それぞれ該高圧側と該低圧側に接続されることを特徴とする、バランシング回路。   The balancing circuit according to claim 1, wherein the plurality of battery units are connected in series with each other between a high voltage side and a low voltage side, and the energy adjustment circuit includes a first terminal, a second terminal, a third terminal, And the fourth terminal, the first terminal and the second terminal are respectively connected to two ends of the capacitor, and the third terminal and the fourth terminal are respectively connected to the high voltage side and the low voltage side. A balancing circuit characterized by that. 請求項1に記載のバランシング回路において、該エネルギー調整回路は昇圧変換回路とされることを特徴とする、バランシング回路。   The balancing circuit according to claim 1, wherein the energy adjustment circuit is a step-up conversion circuit. 請求項1に記載のバランシング回路において、該エネルギー調整回路は、
自走式発振器であって、発振信号を発生することで該エネルギー調整回路のエネルギー調整操作をコントロールする、上記自走式発振器、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
The balancing circuit according to claim 1, wherein the energy adjustment circuit includes:
A self-running oscillator that controls an energy adjustment operation of the energy adjustment circuit by generating an oscillation signal;
A balancing circuit comprising:
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