JP7015569B2

JP7015569B2 - 誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路

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Publication number: JP7015569B2
Application number: JP2019553612A
Authority: JP
Inventors: 龍云康; 楚生盧; 書彪王; 金卿令狐; 則▲フォン▼ 王; 元彬馮
Original assignee: 華南理工大学
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: CN106602648B; JP2020503834A; WO2018107963A1; CN106602648A

Description

本発明は、電池パック均衡の技術分野に関し、具体的には誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路に関する。

直列電池パックは、複数の充放電サイクルを経た後に、各電池セルの残存容量の分布について、一般的に、一部の電池セルの残存容量が高めである場合、一部の電池セルの残存容量が低めである場合、一部の電池セルの残存容量が高めであり一部の電池セルの残存容量が低めである場合との３つの場合がある。

上記の３つの場合に対応して、国内外の学者は、彼ら自身の解決策を提案した。例えば、一部の電池セルの残存容量が高めである場合、対応するスイッチング装置を制御することによって、残存容量が高めである電池モジュールのエネルギーを抵抗で消費する並列抵抗分流方法を提案した研究者がいる。当該方法の場合、エネルギーを無駄に消費し、均衡プロセス中に大量の熱が発生し、電池の熱管理にかかる負荷が大きくなる。双方向ＤＣ－ＤＣ均衡方法や同軸トランス均衡方法などの均衡回路を提案する研究者もいるが、これらの回路にいずれもトランスが使用されているため、均衡回路のコストが高くなる。

現在、リチウムイオン電池パックの均衡制御方法は、均衡プロセスにおける回路のエネルギー消費に応じて、エネルギー散逸型とエネルギー非散逸型の２種類に分類することができ、均衡機能で分類すると、充電均衡、放電均衡および動的均衡に分けられる。充電均衡とは、充電プロセスにおける均衡化を指し、一般に、電池パックのセル電圧が設定値に達すると均衡化が開始し、充電電流を減らすことで過充電を防止する。放電均衡とは、放電プロセスにおける均衡化を指し、残存エネルギーの低い電池セルにエネルギーを補充することによって過放電を防止する。動的均衡方式は、充電均衡と放電均衡の利点を組み合わせており、充放電プロセス全体における電池パックの均衡化を指す。

本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決するために、誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路を提供する。直列電池パックの電池管理システムに均衡回路を取り入れることによって、電池パックのセルが充電や放電プロセス中に過充電や過放電にならないように保証し、直列電池パックの非均衡現象を改善して電池パックの使用可能な容量を高め、直列電池パックの補修・交換周期を減少し、電池パックの使用寿命を延長させ、ハイブリッド自動車、電気自動車および蓄電発電所の運用コストを削減する。

誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の充電プロセスにおいて、電池パックの左部分のいずれか１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーが高すぎる（図１と図３（ａ）において、電池Ｂ_ｌ１と電池Ｂ_ｌ２は、連続の電池セルであり、電池Ｂ_ｌ１と電池Ｂ_ｌ２と電池Ｂ_ｌ３は、連続の電池セルである。すなわち、電池パックの左部分において、任意の連続する１つまたは複数の電池セルは、本発明で「連続の電池」と称され、均衡プロセスで適切に１つの全体として見なされる。電池パックの右部分の連続の電池の定義も同様である。）と、１つまたは複数の連続の高すぎるエネルギーのセルを１つの全体と見なし、当該全体のエネルギーを、当該全体に対応する右部分の電池からなる全体と均衡化する（図１と図３（ａ）において、左部分の電池Ｂ_ｌ１は、右部分の電池Ｂ_ｒ１に対応し、左部分の電池Ｂ_ｌ１とＢ_ｌ２からなる全体は、右部分の電池Ｂ_ｒ１とＢ_ｒ２からなる全体に対応する。すなわち、左部分の任意の連続する１つまたは複数の電池セルからなる全体は、右部分のうち、当該全体と同一または複数の連続のインダクタに並列に接続する電池からなる全体に対応する。連続のインダクタの定義は、連続の電池の定義とは同じである。右部分の電池に対応する左部分の電池の定義は同様である。）。右部分の均衡化原理は、左部分とは同様である。

放電プロセスにおいて、電池パックの左部分の１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーが低すぎると、１つまたは複数の低すぎるエネルギーのセルを１つの全体と見なす。当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池エネルギーが低すぎない場合、当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池と、これらの電池に接続される任意の電池の組み合わせのエネルギーを、当該低すぎるエネルギーの全体と均衡化する。当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池のエネルギーも低すぎる場合、均衡化を実現するには２つのステップを経らなければならない。まず、左部分の高いエネルギーの１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーを右部分の電池と均衡化して右部分の電池の電圧を高める。それから、上記の放電均衡の方法で均衡化する。右部分の均衡化原理は、左部分とは同様である。

当該直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路は、直列電池パックと、均衡回路と、制御回路から構成される。ここで、直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。電池セルの総数が２ｎ（ｎは正整数）である場合、左右部分の電池セルの数は、ともにｎである。電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であるが、左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎであってもよい。本発明は、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であることを例として説明する（左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎである場合も原理は同様である。）。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名される。電池セルの総数が２ｎである場合、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名される。電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名される。Ｂ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続される。電池セルの総数が２ｎである場合、Ｂ_ｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、Ｂ_ｒ０の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。電池数が２ｎである場合、均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎであり、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名される。電池数が２ｎ＋１である場合、均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎ＋１であり、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１…Ｌ_ｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。ＴＲＩＡＣの制御端は、制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。電池数が２ｎである場合、ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名される。電池数が２ｎ＋１である場合、ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１…Ｓ_ｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名される。電池セルＢ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続され、電池セルＢ_ｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図１の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池の容量均衡化の目的を達成する。

均衡回路の作動原理は、以下である。
電池の数が２ｎである場合、図１に示すように、充電プロセスにおいて、左電池パックの連続の複数の電池がすべて最も高い端電圧であれば、これらの電池からなる全体に対し同時に放電均衡を行う。これらの電池をＢ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}とする（これらの電池の数は、最多で左電池パックの全電池に等しい。すなわち、ｗの最大値がｎ－１であり、ｗが０以上である。）。Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｌｉとＳ_{ｌ（ｉ＋ｗ＋１）}を導通させると、電流は、Ｓ_ｌｉ、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗ、Ｓ_{ｌ（ｉ＋ｗ＋１）}およびＢ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}、Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ－１）}…Ｂ_ｌｉを流れる。Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}は、放電してインダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗからなる全体にエネルギーを蓄積する。電池Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}に対応する電池は、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}である。Ｓ_ｌｉとＳ_{ｌ（ｉ＋ｗ＋１）}を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｒｉとＳ_{ｒ（ｉ＋ｗ＋１）}を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗ、Ｓ_{ｒ（ｉ＋ｗ＋１）}、電池Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}、Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ－１）}…Ｂ_ｒｉおよびＳ_ｒｉを流れる。インダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗは、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}にエネルギーを放出して、エネルギーがＢ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}からＢ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}に移行される。充電プロセスにおいて、右電池パックの連続の複数の電池がすべて最も高い端電圧であるとき、均衡原理は、左電池パックと同一である。

電池の数が２ｎである場合、図１に示すように、放電プロセスにおいて、左電池パックの連続の複数の電池がすべて最も低い端電圧であれば、これらの電池からなる全体に対し同時に放電均衡を行う。これらの電池をＢ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}とする（これらの電池の数は、最多で左電池パックの全電池に等しい。すなわち、ｗの最大値がｎ－１であり、ｗが０以上である。）。電池Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}に対応する電池は、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}とする。Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}からなる全体のエネルギーが低すぎない場合、一定ルールの判断によって、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}に連続する１つの電池全体は、Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}にエネルギーを提供可能である。当該全体の電池をＢ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）}（ｐ＋ｑ＋ｗの和の最大値がｎ－１であり、ｐが０以上であり、ｑが０以上である。）とすると、Ｓ_{ｒ（ｉ－ｐ）}とＳ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）}をオンにし、同時にＳ_ｉ－ｐ、Ｓ_{ｉ－ｐ＋１}…Ｓ_{ｉ＋ｑ＋ｗ＋１}のうちＳ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１…Ｓ_ｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣをオンにする。この場合、電流は、Ｓ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、電池Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）}、Ｓ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）}、インダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗおよびＳ_ｉ－ｐ、Ｓ_{ｉ－ｐ＋１}…Ｓ_{ｉ＋ｑ＋ｗ＋１}のうちＳ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１…Ｓ_ｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣを流れる。Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）}は、放電してインダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗからなる全体にエネルギーを蓄積する。Ｓ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、Ｓ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）}およびＳ_ｉ－ｐ、Ｓ_{ｉ－ｐ＋１}…Ｓ_{ｉ＋ｑ＋ｗ＋１}のうちＳ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１…Ｓ_ｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣを一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｌｉとＳ_{ｌ（ｉ＋ｗ＋１）}を同時にオンにすると、電流は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｉ＋ｗ、Ｌ_{ｉ＋ｗ－１}…Ｌ_ｉ、Ｓ_ｌｉ、Ｂ_ｌｉ、Ｂ_{ｌ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｌ（ｉ＋ｗ）}およびＳ_{ｌ（ｉ＋ｗ＋１）}を流れる。インダクタＬ_ｉ、Ｌ_ｉ＋１…Ｌ_ｉ＋ｗは、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}にエネルギーを放出して、エネルギーがＢ_{ｒ（ｉ－ｐ）}、Ｂ_{ｒ（ｉ－ｐ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）}からＢ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}に移行される。Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}からなる全体のエネルギーが低すぎると、まず左電池パックの電池から右電池パック全体に充電し、Ｂ_ｒｉ、Ｂ_{ｒ（ｉ＋１）}…Ｂ_{ｒ（ｉ＋ｗ）}のエネルギーを高め、それから上記方式で放電均衡を行う。放電プロセスにおいて、右電池パックの連続の複数の電池がすべて最も低い端電圧であるとき、均衡原理は、左電池パックと同一である。

電池の数が２ｎ＋１である場合、図２に示すように、充電または放電プロセスにおいて、電池Ｂ_ｒ０を除き、ほかの電池の均衡方法は、電池数が２ｎである場合と同じである。充電プロセスにおいて、電池Ｂ_ｒ０が最も高い端電圧であれば、Ｂ_ｒ０に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｒ０とＳ_ｒ１を導通させると、電流は、Ｓ_ｒ１、エネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｓ_ｒ０およびＢ_ｒ０を流れて放電し、インダクタＬ_０にエネルギーを蓄積する。Ｓ_ｒ０とＳ_ｒ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｌ０とＳ_ｌ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ_０、Ｓ_ｌ０、電池Ｂ_ｌ１、Ｓ_ｌ２およびインダクタＬ_１流れる。インダクタＬ_０は、Ｂ_ｌ１にエネルギーを放出して、エネルギーがＢ_ｒ０からＢ_ｌ１に移行される。放電プロセスにおいて、電池Ｂ_ｒ０が最も低い端電圧であれば、Ｂ_ｒ０に対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｌ０とＳ_ｌｎを導通させ、ＴＲＩＡＣＳ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎを同時に導通させると、電流は、Ｓ_ｌ０、エネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎ、Ｓ_ｌｎおよびＢ_ｌｎ、Ｂ_{ｌ（ｎ－１）}……Ｂ_ｌ１を流れ、インダクタＬ_０にエネルギーを蓄積する。Ｓ_ｌ０とＳ_ｌ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｒ０とＳ_ｒ１を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ_０、Ｓ_ｒ１、電池Ｂ_ｒ０およびＳ_０を流れる。インダクタＬ_０は、Ｂ_ｒ０にエネルギーを放出して、エネルギーがＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２…Ｂ_ｌｎからＢ_ｒ０移行される。

本発明は、直列電池パックの電池管理システムに上記の無損失動的電池均衡技術を取り入れることによって、各セルが充電や放電プロセス中に過充電や過放電にならないように保証し、直列電池パックの非均衡現象を改善して電池パックの使用可能な容量を高め、電池パックの使用寿命を延長させ、ハイブリッド自動車、電気自動車および蓄電発電所の運用コストを削減する。

電池数が２ｎである場合の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の回路原理図である。電池数が２ｎ＋１である場合の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の回路原理図である。（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。４本の電池を例とする均衡回路充電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。４本の電池を例とする均衡回路放電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。

本発明の実施例の目的、技術手段及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施例の図面を参照しながら、本発明の実施例の技術手段を明確且つ完全的に記載する。明らかに、記載されている実施例は、本発明の実施例の一部であり、全てではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造性のある作業を付さなくても為しえる全ての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属するものである。

（実施例）
図１は、電池数が２ｎである場合の均衡回路原理図である。直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。左右部分の電池セルの数は、ともにｎである。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名される。右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名される。Ｂ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続される。Ｂ_ｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、ｎは、１以上の正整数である。電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎであり、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。すべてのＴＲＩＡＣの制御端が制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名される。電池セルＢ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続され、電池セルＢ_ｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図示の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池の容量均衡化の目的を達成する。

図２は、電池数が２ｎ＋１の場合の均衡回路原理図である。直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であるが、左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎであってもよい。本発明は、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であることを例として説明する。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名される。右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名される。Ｂ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続される。Ｂ_ｒ０の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、ｎは、１以上の正整数である。電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎ＋１であり、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１…Ｌ_ｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。ＴＲＩＡＣの制御端は、制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１…Ｓ_ｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名される。電池セルＢ_ｌ１の正極は、Ｖ_ＣＣに接続され、電池セルＢ_ｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図示の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池容量の均衡化の目的を達成する。

図３（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２と命名される。左電池パックのセルＢ_ｌ１がすべてのセルのうち最も高い端電圧であれば、Ｂ_ｌに対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｌ１とＳ２を導通させると、電流は、Ｓ_ｌ１、エネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｓ_ｌ２およびＢ_ｌ１を流れる。Ｂ_ｌ１は、放電してインダクタＬ_１にエネルギーを蓄積する。

図３（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２と命名される。図３（ａ）と１つのＰＷＭ周期内に、Ｌ_１に蓄積されたエネルギーをＢ_ｒ１に放出する。Ｓ_ｌ１とＳ_ｌ２を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｒ１とＳ_ｒ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ_１、Ｓ_ｒ２、電池Ｂ_ｒ１およびＳ_ｒ１を流れる。インダクタＬ_１は、Ｂ_ｒ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢ_ｌ１からＢ_ｒ１に移行される。

図４（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２と命名される。左電池パックのセルＢ_ｌ１がすべてのセルのうち最も低い端電圧であれば、Ｂ_ｌ１に対応する電池Ｂ_ｒ１のエネルギーが低すぎにならず、かつＢ_ｒ１とＢ_ｒ２からなる全体からＢ_ｒ１にエネルギーを提供するとする。Ｂ_ｌに対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｒ１とＳ_ｒ３を導通させ、同時にＳ_２をオンにする。すると、電流は、Ｓ_ｒ３、Ｓ_２、エネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｓ_ｒ１およびＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２を流れる。Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２は、放電してインダクタＬ_１にエネルギーを蓄積する。

図４（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２と命名される。図４（ａ）と１つのＰＷＭ周期内に、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ３、Ｓ_２を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｌ１とＳ_ｌ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ_１、Ｓ_ｌ１、電池Ｂ_ｌおよびＳ_ｌ２を流れる。インダクタＬ_１は、Ｂ_ｌ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢ_ｒ１とＢ_ｒ２からＢ_ｌ１に移行される。

図５（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２と命名される。充電プロセスにおいて、電池Ｂ_ｒ０が最も高い端電圧であれば、Ｂ_ｒ０に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｒ０とＳ_ｒ１を導通させると、電流は、Ｓ_ｒ１、エネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｓ_ｒ０およびＢ_ｒ０を流れて放電し、インダクタＬ_０にエネルギーを蓄積する。

図５（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２と命名される。図５（ａ）と同じＰＷＭ周期内に、Ｓ_ｒ０とＳ_ｒ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓ_ｌ０とＳ_ｌ２を同時にオンにすると、電流は、インダクタＬ_０、Ｓ_ｌ０、電池Ｂ_ｌ１、Ｓ_１２およびインダクタＬ_１を流れる。インダクタＬ_０からＢ_ｌ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢ_ｒ０からＢ_ｌ１に移行される。

図６（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２と命名される。放電プロセスにおいて、電池Ｂ_ｒ０が最も低い端電圧であれば、Ｂ_ｒ０に対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳ_ｌ０とＳ_ｌ３を導通させ、同時にＳ_１、Ｓ_２をオンにすると、電流は、Ｓ_ｌ０、エネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｌ３および電池Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ１を流れ、インダクタＬ_０にエネルギーを蓄積する。

図６（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂ_ｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２と命名される。図６（ａ）と同じＰＷＭ周期内に、Ｓ_ｌ０、Ｓ_ｌ３、Ｓ_１、Ｓ_２を一定期間オンにしてからオフにし、同時にＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１をオンにする。この場合、電流は、エネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｓ_ｒ１、電池Ｂ_ｒ０およびＳ_ｒ０を流れて放電する。インダクタＬ_０は、Ｂ_ｒ０にエネルギーを放出し、エネルギーがＢ_１１、Ｂ_１２からＢ_ｒ０に移行される。

図７は、４本の電池を例とする均衡回路充電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。一定の制御精度を設定した条件で、各電池セルは、均衡回路によって電圧均衡が実現されている。

図８は、４本の電池を例とする均衡回路放電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。一定の制御精度を設定した条件で、各電池セルは、均衡回路によって電圧均衡が実現されている。

以上の実施例は、本発明の好適な実施形態である。しかし、本発明の実施形態は、上記実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨と原理を逸脱しない範囲で為した変更、修飾、代替、組み合わせ、簡単化などは、いずれも同等の置換手段であり、すべて本発明の保護範囲に含まれる。

（付記）
（付記１）
誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路であって、
直列電池パックと、均衡回路と、制御回路とを含み、
前記直列電池パックは、左、右に分けられた両部分を含み、
左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックであり、
前記左電池パックは、前記右電池パックに直列に接続され、
前記左電池パックと前記右電池パックは、前記均衡回路を介在して接続され、
前記均衡回路は、さらに前記制御回路に接続され、
前記制御回路は、前記均衡回路のＴＲＩＡＣのオンオフおよびエネルギー蓄積インダクタのエネルギー蓄積作用を制御することによって、前記直列電池パックの充放電過程の動的均衡を実現することを特徴とする誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記２）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックと前記右電池パックの電池セルの数は、ともにｎであり、
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックの電池セルの数がｎであれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であるが、前記左電池パックの電池セルの数がｎ＋１であれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎであることを特徴とする付記１に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記３）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎである場合、
前記左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名され、Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名され、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂ_ｌ１の正極がＶ_ＣＣに接続され、Ｂ_ｒ１の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数はｎであり、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名され、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、
ｎ個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、順に直列に接続され、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_２端は、電池セルＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎのプラス端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池セルＢ_ｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_２端は、電池セルＢ_ｒ１、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、…Ｂ_ｒｎのマイナス端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池セルＢ_ｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする付記２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記４）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、
前記左電池パックの電池セルの数は、ｎであり、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名され、Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名され、Ｂ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂ_ｌ１の正極がＶ_ＣＣに接続され、Ｂ_ｒ０の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名され、Ｌ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、
ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、Ｓ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、順に直列に接続され、Ｓ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、それぞれインダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_２端は、電池Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎのプラス端に接続され、Ｓ_ｌ０のＴ_２端は、電池Ｂ_ｌ１のプラス端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池Ｂ_ｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_２端は、電池Ｂ_ｒ１、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、…Ｂ_ｒｎのマイナス端に接続され、Ｓ_ｒ０のＴ_２端は、電池Ｂ_ｒ１のマイナス端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池Ｂ_ｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする付記２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記５）
前記制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含み、
前記マイクロコントローラのプログラミングによって、前記直列電池パックの各電池セルの容量を分析し、前記均衡回路の制御ポリシーを決定し、
前記駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記６）
前記制御回路における制御信号の周波数の大きさは、制御される回路のエネルギー蓄積インダクタＬのインダクタンス値、ＴＲＩＡＣのスイッチング損失、電池セル電圧および電池セル容量に依存することを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

（付記７）
前記直列電池パックの電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、スーパーキャパシタなどの二次電池であることを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。

Claims

誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路であって、
直列電池パックと、均衡回路と、制御回路とを含み、
前記直列電池パックは、左、右に分けられた両部分を含み、
左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックであり、
前記左電池パックは、前記右電池パックに直列に接続され、
前記左電池パックと前記右電池パックは、前記均衡回路を介在して接続され、
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ（ｎは２以上の整数）である場合、前記左電池パックと前記右電池パックの電池セルの数は、ともにｎであり、
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックの電池セルの数がｎであれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であるが、前記左電池パックの電池セルの数がｎ＋１であれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎであり、
前記均衡回路は、さらに前記制御回路に接続され、
前記制御回路は、前記均衡回路のＴＲＩＡＣのオンオフおよびエネルギー蓄積インダクタのエネルギー蓄積作用を制御することによって、前記直列電池パックの充放電過程の動的均衡を実現することを特徴とする誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎである場合、
前記左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名され、Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名され、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂ_ｌ１の正極がＶ_ＣＣに接続され、Ｂ_ｒ１の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数はｎであり、上からそれぞれＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名され、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、
ｎ個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、順に直列に接続され、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_２端は、電池セルＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎのプラス端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池セルＢ_ｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_２端は、電池セルＢ_ｒ１、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、…Ｂ_ｒｎのマイナス端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池セルＢ_ｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、
前記左電池パックの電池セルの数は、ｎであり、上からそれぞれＢ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎと命名され、Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＢ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎと命名され、Ｂ_ｒ０、Ｂ_ｒ１、Ｂ_ｒ２、Ｂ_ｒ３、…Ｂ_ｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂ_ｌ１の正極がＶ_ＣＣに接続され、Ｂ_ｒ０の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎと命名され、Ｌ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、
ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎと命名され、Ｓ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、順に直列に接続され、Ｓ_０、Ｓ_１、Ｓ_２…Ｓ_ｎは、それぞれインダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｌ０、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｌ１、Ｓ_ｌ２…Ｓ_ｌｎのＴ_２端は、電池Ｂ_ｌ１、Ｂ_ｌ２、Ｂ_ｌ３、…Ｂ_ｌｎのプラス端に接続され、Ｓ_ｌ０のＴ_２端は、電池Ｂ_ｌ１のプラス端に接続され、Ｓ_{ｌ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池Ｂ_ｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}と命名され、Ｓ_ｒ０、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ_０、Ｌ_１、Ｌ_２…Ｌ_ｎの上端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_１端は、エネルギー蓄積インダクタＬ_ｎの下端に接続され、Ｓ_ｒ１、Ｓ_ｒ２…Ｓ_ｒｎのＴ_２端は、電池Ｂ_ｒ１、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、…Ｂ_ｒｎのマイナス端に接続され、Ｓ_ｒ０のＴ_２端は、電池Ｂ_ｒ１のマイナス端に接続され、Ｓ_{ｒ（ｎ＋１）}のＴ_２端は、電池Ｂ_ｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
前記制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含み、
前記マイクロコントローラのプログラミングによって、前記直列電池パックの各電池セルの容量を分析し、前記均衡回路の制御ポリシーを決定し、
前記駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
前記直列電池パックの電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、スーパーキャパシタなどの二次電池であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。