(57)【要約】【課題】  部品点数の低減化が図られ、直列接続された複数の蓄電セルの各々の電圧を、大きな電力損失をともなうことなく、確実に均等化させることのできる電圧バランス補正回路およびを提供すること。【解決手段】  この電圧バランス補正回路は、チョッパ回路および平滑コンデンサを備えた定電圧回路と、インバータと、複数の２次巻線の各々が、互いに直列接続された偶数個の蓄電セルのうちの直列接続順で隣接する２つの蓄電セルを充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう、接続されるトランスとを備えてなり、蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルに対して充電用エネルギが供給されて平均電圧まで増大されると共に前記平均電圧より高い電圧の蓄電セルは平均電圧まで低下されることにより、すべての蓄電セルの電圧が均等化される構成とされている。蓄電装置は、上記電圧バランス補正回路を備えてなる。【選択図】  図１
2010098782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続された偶数個の蓄電セル全体の正極および負極を電源入力とし、当該蓄電セル全体の電圧に基づいて設定された大きさの定電圧を出力するチョッパ回路およびこのチョッパ回路の出力電圧を平滑直流電圧に波形整形して出力する平滑コンデンサを備えた定電圧回路と、この定電圧回路からの出力電圧を正負の電圧が対称でかつ波高値が一定となる矩形波交流電圧として出力するインバータと、１次巻線がインバータの出力に接続されると共に複数の２次巻線の各々が直列接続順で隣接する２つの蓄電セルを充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう接続されたトランスとを備えてなり、
すべての蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルを含む隣接蓄電セル間バランス補正回路において、当該蓄電セルに対して充電用エネルギが供給されて当該蓄電セルの電圧が前記平均電圧に達するまで増大されると共に、前記平均電圧より電圧の高い蓄電セルについては電圧が平均電圧まで低下されることにより、すべての蓄電セルの電圧が均等化されることを特徴とする直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項２】
互いに直列接続された、蓄電セルと同数のダイオードが蓄電セル全体に対して逆並列接続されており、
トランスのｎ番目の２次巻線Ｔ2(n)を含む隣接蓄電セル間バランス補正回路においては、当該２次巻線Ｔ2(n)の一端が直列接続順で（２ｎ−１）番目の蓄電セルＣ(2n-1)と（２ｎ）番目の蓄電セルＣ(2n)との中間接続点に接続されると共に他端が直列接続順で（２ｎ−１）番目のダイオードＤ(2n-1)と（２ｎ）番目のダイオードＤ(2n)との中間接続点に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項３】
チョッパ回路は、当該チョッパ回路の出力電圧を可変設定する制御手段を備えており、  チョッパ回路の出力電圧が、蓄電セル全体の電圧に比例した大きさの電圧に、電圧バランス補正回路全体を構成する半導体素子の電圧降下に基づいて設定される補正電圧を加算した大きさに調整されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項４】
インバータは、複数のスイッチング素子により構成された単相ブリッジインバータよりなり、定周波数の定パルス幅の電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項５】
トランスにおける複数の２次巻線の各々は互いに同じ巻数とされており、
トランスにおける１次巻線と各々の２次巻線との巻数比は、１次巻線に入力される矩形波交流電圧に対して、すべての蓄電セルの平均電圧が２次巻線から各々の蓄電セルに出力されるよう設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項６】
蓄電セルがリチウムイオンキャパシタよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の直列セルの電圧バランス補正回路。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の直列セルの電圧バランス補正回路を備えてなることを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直列接続された偶数個の蓄電セルを備えた蓄電装置における、各蓄電セルの電圧を均等化させるための電圧バランス補正回路および当該電圧バランス補正回路を備えた蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、二次電池やキャパシタなどの蓄電セルは、多数のものが直列に接続されて使用される場合が多いが、このような場合には、蓄電セル間に電圧のバラツキが生じると、特定の蓄電セルに電圧が集中することにより蓄電セルの寿命が短くってしまうという問題が生じる。この問題は、蓄電セルの直列接続数が多くなるほど、蓄電セルの電圧にバラツキが生ずる頻度は高くなるため、顕著になる。
したがって、多数の蓄電セルを直列に接続して使用する場合には、各蓄電セルの電圧の均等化を図ることが必要とされており、これまでに、互いに直列接続された複数個の蓄電セル間の電圧のバランスを取る手段として、例えば、図６に示すような、いわゆる「インダクタ結合方式」による電圧バランス補正回路、図８に示すような、いわゆる「トランス結合方式」による電圧バランス補正回路などが提案されている。
【０００３】
インダクタ結合方式による電圧バランス補正回路は、インダクタＬ1 が、その一端が直列接続順で隣接する第１の蓄電素子Ｂ1 と第２の蓄電素子Ｂ2 の中間接続点Ｎ1 に接続されると共に他端が２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の一方の直列接続端および他方の直列接続端との間に接続されて、設けられており、さらに、第１のスイッチング素子Ｓ1 がインダクタＬ1 の他端と２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の一方の直列接続端との間に介在して開閉回路を形成するよう設けられていると共に第２のスイッチング素子Ｓ2 がインダクタＬ1 の他端と２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の他方の直列接続端との間に介在して開閉回路を形成するよう設けられて、構成されている。
この電圧バランス補正回路においては、例えば２相パルス発生器４０から供給される互いに相補の方形波パルス信号＋Φ１，−Φ１（正負符号は、論理または位相極性を示す）によって第１のスイッチング素子Ｓ1 および第２のスイッチング素子Ｓ2 が相補的にＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、インダクタＬ1 を介した電気エネルギの授受が２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 間において行われ、これにより、各蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の電圧が均等化される。
【０００４】
すなわち、図７に示すように、蓄電素子Ｂ1 の電圧ＶＢ1 が蓄電素子Ｂ2 の電圧ＶＢ2 よりも高い場合（ＶＢ1 ＞ＶＢ2 ）には、スイッチング素子Ｓ1 がＯＮ状態とされることにより、インダクタ電流ｉＬが蓄電素子Ｂ1 からインダクタＬ1 に対して（Ｂ1 −Ｓ1 −Ｌ1 −Ｎ1 −Ｂ1 ）の経路で実線矢印方向に流れてインダクタＬ1 が充電（蓄電）され、その後、第１のスイッチング素子Ｓ1 がＯＦＦ状態とされるのと同時に第２のスイッチング素子Ｓ2 がＯＮ状態とされると、インダクタＬ1 に充電されたインダクタ電流ｉＬが（Ｌ1 −Ｎ1 −Ｂ2 −Ｓ2 −Ｌ1 ）の経路で放電され、これにより、蓄電素子Ｂ2 が充電されて蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の電圧が均等化される。
一方、蓄電素子Ｂ2 の電圧ＶＢ2 が蓄電素子Ｂ1 の電圧ＶＢ1 よりも高い場合（ＶＢ1 ＜ＶＢ2 ）には、第２のスイッチング素子Ｓ2 がＯＮ状態とされることにより、インダクタ電流ｉＬが蓄電素子Ｂ2 からインダクタＬ1 に対して（Ｂ2 −Ｎ1 −Ｌ1 −Ｓ2 −Ｂ2 ）の経路で破線矢印方向に流れてインダクタＬ1 が充電され、その後、第２のスイッチング素子Ｓ2 がＯＦＦ状態とされるのと同時に第１のスイッチング素子Ｓ1 がＯＮ状態とされると、インダクタＬ1 に充電されたインダクタ電流ｉＬが（Ｌ1 −Ｓ1 −Ｂ1 −Ｎ1 −Ｌ1 ）の経路で放電され、これにより、蓄電素子Ｂ1 が充電されて蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の電圧が均等化される。
上記電圧均等化動作においては、インダクタ電流ｉＬは放電により経時的に減少するが、このインダクタ電流（インダクタから蓄電素子への放電電流）がゼロになると、今度はその逆方向のインダクタ電流（蓄電素子からインダクタに対する充電電流）が流れるようになる。
したがって、２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の電圧がほぼ等しいバランス状態（ＶＢ1 ≒ＶＢ2 ）にある場合には、スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 のオン期間ごとに、インダクタ電流ｉＬの放電と充電がほぼ等量ずつ行われる、すなわわち、インダクタＬ1 を介して行われる電気エネルギの授受が、２つの蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 間でほぼ等量ずつ行われ、蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 の電圧のバランス状態が維持される。
【０００５】
また、図８に示すトランス結合方式による電圧バランス補正回路は、直流電源ＰＳに接続される入力巻線２ａおよび互いにほぼ同一の巻数Ｎ２に巻き回された複数の出力巻線２ｂ，２ｃ，２ｄを有するトランス２と、入力巻線２ａに直列接続されたスイッチ手段Ｓと、各出力巻線２ｂ，２ｃ，２ｄおよび各蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 の間にそれぞれ接続されてトランス２の蓄積エネルギを蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 に供給可能とする、例えばダイオードＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 よりなる複数の一方向性素子と、直列接続された複数の蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 のそれぞれの端子間電圧を検出する電圧検出手段とを備えた構成とされている（特許文献１参照）。
この電圧バランス補正回路においては、スイッチ手段ＳがＯＮ状態とされることにより直流電源ＰＳの出力電圧に基づく電流ＩINが流れてトランス２の入力巻線２ａにエネルギが蓄積され、その後、スイッチ手段ＳがＯＦＦ状態とされることにより、トランス２の出力巻線２ｂ，２ｃ，２ｄの各々に電圧Ｖ0 が誘起され、最も低い端子間電圧を有する蓄電素子に係る出力巻線の励磁エネルギが当該蓄電素子に放出され、当該蓄電素子の端子間電圧が他の蓄電素子と等しい電圧まで上昇した時点で、他の蓄電素子に対する電流が順次流れ、これにより、各蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 の各端子間電圧が均一化される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８６０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、上記インダクタ結合方式による電圧バランス補正回路においては、蓄電素子と同数のスイッチング素子が必要となり、使用される蓄電素子の個数に伴って部品点数が多くなるという問題が生ずると共に、複数のスイッチング素子の動作状態を同時に切換制御することが必要とされることから、スイッチング素子の動作制御が困難になると共に、スイッチング素子の動作状態の切換タイミングにずれが生ずることによって電力損失が大きくなるおそれがあるという問題が生ずる。
【０００８】
一方、上記トランス結合方式による電圧バランス補正回路においては、外部電源からの蓄電素子の充電時において、蓄電素子の電圧をバランスさせながら充電を行う構成のものであるため、蓄電素子全体の外部充電時においてのみにしか蓄電素子間の電圧均等化を行うことができず、また、全体の充電エネルギを伝達できる回路を別個に構成する必要があり、回路が大型化するという問題が生ずる。
さらに、全蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 に対してトランス結合方式によるバランス補正を行う構成（蓄電素子と同数の出力巻線が必要）であることから、使用される蓄電素子の個数に伴って部品点数が多くなるため、上記問題が生ずることに加えて、トランス２の出力巻線２ｂ，２ｃ，２ｄで取り出せる電流Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 が（入力巻線に対する入力に対して）１／２から１／４の大きさになってしまうため、各蓄電素子Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 間における電圧均一化を効率よく短時間で行うことが困難であるという問題が生ずる。
【０００９】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、必要とされる部品点数の低減化が図られた構成のものでありながら、直列接続された複数の蓄電セルの各々の電圧を、大きな電力損失をともなうことなく、確実に均等化させることのできる電圧バランス補正回路を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、蓄電セルそれ自体の所期の性能が長時間の間にわたって安定して得られる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の直列セルの電圧バランス補正回路は、互いに直列接続された偶数個の蓄電セル全体の正極および負極を電源入力とし、当該蓄電セル全体の電圧に基づいて設定された大きさの定電圧を出力するチョッパ回路およびこのチョッパ回路の出力電圧を平滑直流電圧に波形整形して出力する平滑コンデンサを備えた定電圧回路と、この定電圧回路からの出力電圧を正負の電圧が対称でかつ波高値が一定となる矩形波交流電圧として出力するインバータと、１次巻線がインバータの出力に接続されると共に複数の２次巻線の各々が直列接続順で隣接する２つの蓄電セルを充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう接続されたトランスとを備えてなり、
すべての蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルを含む隣接蓄電セル間バランス補正回路において、当該蓄電セルに対して充電用エネルギが供給されて当該蓄電セルの電圧が前記平均電圧に達するまで増大されると共に、前記平均電圧より電圧の高い蓄電セルについては電圧が平均電圧まで低下されることにより、すべての蓄電セルの電圧が均等化されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の直列セルの電圧バランス補正回路においては、互いに直列接続された、蓄電セルと同数のダイオードが蓄電セル全体に対して逆並列接続されており、
トランスのｎ番目の２次巻線Ｔ2(n)を含む隣接蓄電セル間バランス補正回路においては、当該２次巻線Ｔ2(n)の一端が直列接続順で（２ｎ−１）番目の蓄電セルＣ(2n-1)と（２ｎ）番目の蓄電セルＣ(2n)との中間接続点に接続されると共に他端が直列接続順で（２ｎ−１）番目のダイオードＤ(2n-1)と（２ｎ）番目のダイオードＤ(2n)との中間接続点に接続された構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明の直列セルの電圧バランス補正回路においては、チョッパ回路は、当該チョッパ回路の出力電圧を可変設定する制御手段を備えており、
チョッパ回路の出力電圧が、蓄電セル全体の電圧に比例した大きさの電圧に、電圧バランス補正回路全体を構成する半導体素子の電圧降下に基づいて設定される補正電圧を加算した大きさに調整される構成とされていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の直列セルの電圧バランス補正回路においては、インバータは、複数のスイッチング素子により構成された単相ブリッジインバータよりなり、定周波数の定パルス幅の電圧を出力するものとされていることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、本発明の直列セルの電圧バランス補正回路においては、トランスにおける複数の２次巻線の各々は互いに同じ巻数とされており、
トランスにおける１次巻線と各々の２次巻線との巻数比は、１次巻線に入力される矩形波交流電圧に対して、すべての蓄電セルの平均電圧が２次巻線から各々の蓄電セルに出力されるよう設定されていることが好ましい。
【００１５】
以上において、本発明の直列セルの電圧バランス補正回路においては、蓄電セルとしてリチウムイオンキャパシタを用いることができる。
【００１６】
本発明の蓄電装置は、上記直列セルの電圧バランス補正回路を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の直列セルの電圧バランス補正回路によれば、基本的には、チョッパ回路を含む定電圧回路およびインバータによって適正な大きさに制御された電圧がトランスの１次巻線に入力されると共にトランスの巻数比が目的に応じて適宜に設定されることにより、トランスの２次巻線による出力電圧の適正化が図られるので、直列接続された複数の蓄電セルの各々の電圧を、大きな電力損失をともなうことなく、均等化させることができ、しかも、トランスの複数の２次巻線の各々が直列接続順で隣接する２つの蓄電セルを充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう接続されていることにより、トランスにおける２次巻線を対象となる蓄電セル数の半数とすることができるので、部品点数を低減することができると共にトランスの小型軽量化を図ることができる。
また、蓄電セル全体の正極および負極を電源入力とする構成であることにより、外部からの充電の有無（外部電源の状態）に関わらず、蓄電セル間の電圧アンバランス分のみを自己エネルギにより補充電することができるので、電圧バランス補正回路自体の小型化を図ることができる。
【００１８】
また、チョッパ回路の出力電圧を、蓄電セル全体の電圧（総電圧）に比例した大きさの電圧に、電圧バランス補正回路全体を構成する半導体素子の電圧降下に基づいて設定される補正電圧を加算した大きさとなるよう、調整する制御手段を備えていることにより、半導体素子の電圧降下に起因する出力変動が補償されるので、所期の電圧均等化動作を確実に行うことができる。
【００１９】
さらにまた、インバータが複数のスイッチング素子よりなる単相ブリッジインバータよりなり、高周波の定パルス幅の出力が得られる構成とされていることにより、所期の電圧均等化動作を効率よく行うことができ、しかも、トランスの小型軽量化を図ることができる。
【００２０】
１次巻線に入力される矩形波交流電圧に対して、全蓄電セルの平均電圧に相当する大きさの出力電圧が２次巻線の各々に誘起されるようトランスの巻数比が設定されていることにより、所期の電圧均等化動作を確実に行うことができる。
【００２１】
上記直列セルの電圧バランス補正回路を備えてなる本発明の蓄電装置によれば、複数の蓄電セルの各々が電圧が均等化された状態に維持されるので、蓄電セルそれ自体の所期の性能を長時間の間にわたって安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の直列セルの電圧バランス補正回路の一例における構成の概略を示す回路図である。
この直列セルの電圧バランス補正回路（以下、単に「電圧バランス補正回路」という。）は、互いに直列接続された複数個の蓄電セルを備えた蓄電装置における、各蓄電セルの電圧を均等化させるために用いられるものであって、互いに直列接続された偶数個例えば１０個の蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体の電圧（総電圧）に基づいて設定される大きさの定電圧を平滑直流電圧に波形整形して出力する定電圧回路１０と、この定電圧回路１０からの出力電圧を正負の電圧が対称でかつ波高値が一定となる矩形波交流電圧として出力するインバータ２０と、インバータ２０の出力に接続される１次巻線Ｔ1 および各々当該１次巻線Ｔ1 と磁気結合された複数の２次巻線Ｔ2(n)を有する、インバータ２０の出力電圧の電圧変換を行うトランス３０と、蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体に対して逆並列接続された、互いに直列接続された複数（蓄電セルと同数）のダイオード（Ｄ1 〜Ｄ10）とを備えてなる。なお、この実施例においては、１０個の蓄電セルが直列接続された場合の回路構成を示すが、対象となる蓄電セルの数は偶数個であれば特に制限されるものではない。
【００２３】
定電圧回路１０は、直列接続された蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体の正極と負極を電源入力とする、リアクトルＬ0 、スイッチング素子ＳｃｈおよびダイオードＤｃｈにより構成された昇圧チョッパ回路１５と、この昇圧チョッパ回路１５の後段に接続される平滑コンデンサＣ0 とにより構成されている。
【００２４】
昇圧チョッパ回路１５は、図２に示すように、昇圧チョッパ回路１５の出力電圧を可変設定する制御手段１６を備えており、この制御手段１６によって、直列接続された蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）の総電圧Ｖｐｎに比例した大きさの電圧に、例えばインバータ２０におけるスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）の電圧降下、蓄電セルと逆並列に接続されたダイオード（Ｄ1 〜Ｄ10）の電圧降下を含む電圧バランス補正回路を構成する半導体素子の電圧降下、および、トランス３０の電圧比（変圧比）の誤差等に基づいて設定される補正電圧（ΔＶ）を加算した大きさの電圧Ｖｃｈを当該昇圧チョッパ回路１５の出力電圧の設定値とする定電圧制御が行われる。
【００２５】
インバータ２０は、各々、例えば電界効果トランジスタとこの電界効果トランジスタのソース・ドレイン間に並列接続されたダイオードとにより構成された、４つのスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）がブリッジ接続された、単相ブリッジインバータにより構成されており、スイッチング素子Ｓ1 とスイッチング素子Ｓ2 との中間接続点にトランス３０の１次巻線Ｔ1 の一端が接続されていると共にスイッチング素子Ｓ3 とスイッチング素子Ｓ4 との中間接続点にトランス３０の１次巻線Ｔ1 の他端が接続されている。
スイッチング素子Ｓ1 〜Ｓ4 は、トランス３０の小型軽量化のため、高周波の定パルス幅のパルス信号によってスイッチング制御され、例えば数十ｋＨｚの高周波数であって、定パルス幅の交流電圧を出力する。
【００２６】
このような構成のインバータ２０においては、スイッチング素子Ｓ2 およびスイッチング素子Ｓ3 が共にＯＦＦ状態とされた状態において、スイッチング素子Ｓ1 およびスイッチング素子Ｓ4 が共にＯＮ状態とされることにより、電流Ｉ1 （図１において実線で示す）がトランス３０の１次巻線Ｔ1 に流れ、一方、スイッチング素子Ｓ1 およびスイッチング素子Ｓ4 が共にＯＦＦ状態とされた状態において、スイッチング素子Ｓ2 およびスイッチング素子Ｓ3 が共にＯＮ状態とされることにより、電流Ｉ2 （図１において破線で示す）がトランス３０の１次巻線Ｔ1 に流れ、これにより、正負の電圧が対称でかつ波高値が一定となる矩形波交流電圧がトランス３０の１次巻線Ｔ1 に入力される。
【００２７】
トランス３０における複数の２次巻線Ｔ2(n)の各々は、直列接続順で互いに隣接する２つの蓄電セルＣ(2n-1)およびＣ(2n)を充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう、接続されており、従って、この電圧バランス補正回路においては、対象となる蓄電セルの半数（この実施例では５つ）の２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）を有する。
【００２８】
トランス３０の２次巻線Ｔ2(n)の接続方法について具体的に説明すると、ｎ番目（ｎ＝１〜５）の２次巻線Ｔ2(n)は、その一端が充電用エネルギ供給対象となる２つの蓄電セル、すなわち直列接続順で（２ｎ−１）番目の蓄電セルＣ(2n-1)と（２ｎ）番目の蓄電セルＣ(2n)との中間接続点に接続されると共に他端が当該蓄電セルＣ(2n-1)およびＣ(2n)に対応する、直列接続順で隣接する２つのダイオード、すなわち（２ｎ−１）番目のダイオードＤ(2n-1)と（２ｎ）番目のダイオードＤ(2n)との中間接続点に接続されている。
一例（ｎ＝１の場合）を挙げると、１番目の２次巻線Ｔ21の一端が直列接続順で１番目の蓄電セルＣ1 と２番目の蓄電セルＣ2 との中間接続点Ｎ1 に接続されると共に他端が直列接続順で１番目のダイオードＤ1 と２番目のダイオードＤ2 との中間接続点Ｎ2 に接続されている。なお、他の２次巻線Ｔ22、Ｔ23、Ｔ24およびＴ25についても同様である。
そして、互いに異なる２次巻線に接続される、直列接続順で隣接する２つの蓄電セル、すなわち、直列接続順で（２ｍ）番目（ｍ＝１〜４）の蓄電セルＣ(2m)および（２ｍ＋１）番目の蓄電セルＣ(2m+1)の間の中間接続点と、当該２つの蓄電セルＣ(2m)およびＣ(2m+1)に対応する直列接続順で隣接する２つのダイオード、すなわち（２ｍ）番目のダイオードＤ(2m)および（２ｍ＋１）番目のダイオードＤ(2n+1)の間の中間接続点とが接続、例えば２番目の蓄電セルＣ2 および３番目の蓄電セルＣ3 の中間接続点Ｎ3 と、２番目のダイオードＤ2 および３番目のダイオードＤ3 の中間接続点Ｎ4 とが接続されており、これにより、複数の２次巻線Ｔ2(n)の各々に係る隣接蓄電セル間バランス補正回路が構成されている。
【００２９】
各々の２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）は、互いに同一の巻数とされており、１次巻線Ｔ1 に対する入力によって誘起される複数の２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）の各々の出力電圧が同一の大きさとなるよう構成されている。
トランス３０における１次巻線Ｔ1 と２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）との巻数比は、インバータ２０から１次巻線Ｔ1 に入力される矩形波交流電圧に対して、すべての蓄電セルＣ1 〜Ｃ10の平均電圧（以下、単に「蓄電セルの平均電圧」という。）とほぼ同一の大きさの電圧が２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）から各々の蓄電セルに出力されるよう設定されている。
【００３０】
以上において、蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）としては、繰り返し充電および放電が可能であって、例えば電気容量が互いに同一の大きさの、例えばリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
【００３１】
以下、上記電圧バランス補正回路の動作、すなわち蓄電セルの電圧の均等化動作について説明する。
チョッパ回路１５におけるスイッチング素子ＳｃｈがＯＮ状態とされると、図３に示すように、直列接続された蓄電セル全体からの直流電圧が制御手段１６によって適正な大きさ（Ｖｃｈ）に調整された状態でリアクトルＬ0 に印加されてリアクトル電流ＩL0が流れ、これにより、リアクトルＬ0 に電気エネルギが蓄積される。
その後、スイッチング素子ＳｃｈがＯＦＦ状態とされることによりリアクトルＬ0 に蓄積された電気エネルギの放出による定電圧が平滑コンデンサＣ0 によって平滑直流電圧に波形整形されてインバータ２０に出力され、インバータ２０によって、定電圧回路１０からの出力電圧が正負の電圧が対称でかつ波高値が一定となる矩形波交流電圧としてトランス３０の１次巻線Ｔ1 に出力され、これにより、すべての蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）の平均電圧とほぼ同一の大きさの電圧が各々の２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）に誘起される。
【００３２】
ここに、チョッパ回路１５の出力電圧の設定は、次のようにして行うことができる。すなわち、トランス３０の巻数比ｋは、直列接続された蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体の電圧（以下、「蓄電セルの総電圧」という。）をＶｐｎ、チョッパ回路１５の出力電圧をＶｃｈ、インバータ２０における各々のスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）の電圧降下量をＶｓ、各々のダイオード（Ｄ1 〜Ｄ10）の電圧降下量をＶｄとすると、
ｋ＝（Ｖｃｈ−２Ｖｓ）／（Ｖｐｎ／ｎ＋Ｖｄ）
により示されることから、チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈは、
Ｖｃｈ＝（ｋ／ｎ）Ｖｐｎ＋ｋＶｐ＋２Ｖｓ
により得られ、トランス３０の巻数比ｋを例えば対象となる蓄電セルの数ｎと同数に設定（ｋ＝ｎ）とすると、チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈは、（Ｖｐｎ＋ｎＶｄ＋２Ｖｓ）となり、補正電圧を（ｎＶｄ＋２Ｖｓ）に設定する必要がある。
チョッパ回路１５の出力電圧の設定方法の具体例を示すと、インバータ周波数（スイッチング素子Ｓ1 〜Ｓ4 のスイッチング周波数）を例えば５０ｋＨｚ、トランス３０の巻数比（Ｔ1 ：Ｔ2(n)）を例えば１０：１に設定したとき（トランス３０の巻数比ｋ＝蓄電セルの数ｎ）、直列接続される１０個の蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）の各々の電圧範囲が２．２〜３．８〔Ｖ〕であり、ダイオード（Ｄ1 〜Ｄ10）としてショトキーバリアダイオード、インバータ２０におけるスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）として電界効果トランジスタを用いた場合には、蓄電セルの総電圧Ｖｐｎが２２〜３８〔Ｖ〕であり、各々のダイオード（Ｄ1 〜Ｄ10）の電圧降下量Ｖｄを０．３〔Ｖ〕、各々のスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）の電圧降下量Ｖｓを０．７〔Ｖ〕とすると、チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈは、制御手段１６によって、蓄電セルの総電圧Ｖｐｎに補正電圧４．４〔Ｖ〕を加算した大きさ２６．８〜４２．４〔Ｖ〕の範囲内に調整される。例えば、図３を参照して説明すると、チョッパ周波数（スイッチング素子Ｓｃｈのスイッチング周波数）を５０ｋＨｚ（周期ｔ＝２０μｓ）とすると、チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈは、
Ｖｃｈ＝Ｖｐｎ／（１−α）〔αは、チョッパ回路の通流率（ＴON／Ｔ）である。〕
であるから、蓄電セルの総電圧Ｖｐｎが３０〔Ｖ〕である場合において、例えばα＝０．１２８に制御すると昇圧チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈは３４．４〔Ｖ〕と算出される。従って、チョッパ回路１５の出力電圧Ｖｃｈを３４．４〔Ｖ〕に設定することにより、トランス３０の２次巻線Ｔ2(n)の出力電圧を蓄電セルの平均電圧と同一の大きさ（３０〔Ｖ〕）とすることができる。
以上において、トランス３０の巻数比ｋを蓄電セルの数ｎとの関係において、ｋ≧ｎとなるよう設定した場合には、チョッパ回路１５が昇圧チョッパ回路として構成され、一方、ｋ＜ｎとなるよう設定した場合には、降圧チョッパ回路として構成されることとなるが、本発明においては、チョッパ回路１５は、昇圧チョッパ回路および降圧チョッパ回路のいずれであってもあってもよい。
【００３３】
＜電圧均等化動作＞
上記電圧バランス補正回路による電圧均等化動作について、直列接続順で隣接する１番目の蓄電セルＣ1 および２番目の蓄電セルＣ2 の２つの蓄電セルをエネルギ授受の対象とする２次巻線Ｔ21に係る隣接蓄電セル間バランス補正回路を参照して説明する。
例えば、蓄電セルＣ1 の電圧ＶＣ1 が蓄電セルの平均電圧より高く、蓄電セルＣ2 の電圧ＶＣ2 が蓄電セルの平均電圧より低い場合には、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２次巻線Ｔ21に対して正のパルス電圧が誘起される期間ｔ１においては、蓄電セルＣ1 の電圧ＶＣ1 がトランス３０の２次巻線Ｔ21における電圧（波高値）ＶＴ2 より高いため、充電電流Ｉｃが（Ｔ21−Ｎ1 −Ｃ2 −Ｄ2 −Ｎ2 −Ｔ21）の経路で流れることにより蓄電セルＣ2 が充電され、これにより蓄電セルＣ2 の電圧が増加され、一方、２次巻線Ｔ21に対して負のパルス電圧が誘起される期間ｔ２においては、正のパルス電圧が誘起される場合と逆方向の電流が生ずることになるが、ダイオードＤ2 の整流作用によって電流が蓄電セルＣ2 に対して流れることがブロックされる。
また、蓄電セルＣ1 に対するトランス３０を介しての充電および放電は行われないが、蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルに対する充電エネルギが蓄電セル全体から供給される構成（蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体の正極および負極が電源入力とされる構成）とされているため、蓄電セルＣ1 のエネルギが電圧バランス補正回路によって消費されて蓄電セルＣ1 の電圧ＶＣ1 は平均電圧に達するまで低下することとなり、蓄電セルＣ１の電圧ＶＣ１および蓄電セルＣ2 の電圧ＶＣ2 は、蓄電セルの平均電圧に収束し、両蓄電セルＣ1 ，Ｃ2 の電圧が均等化される。
【００３４】
また、蓄電セルＣ1 の電圧ＶＣ1 がすべての蓄電セルの平均電圧より低く、蓄電セルＣ2 の電圧ＶＣ2 が平均電圧より高い場合についても同様に、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２次巻線Ｔ21に対して正のパルス電圧が誘起される期間ｔ１においては、２次巻線の電圧ＶＴ2 が蓄電セルＣ2 の電圧ＶＣ2 より低いため、蓄電セルＣ2 には電流が流れず、しかも、ダイオードＤ1 の整流作用によって電流が蓄電セルＣ2 に対して流れることがブロックされ、一方、２次巻線Ｔ21に対して負のパルス電圧が誘起される期間ｔ２においては、充電電流Ｉｃが（Ｔ21−Ｎ2 −Ｄ1 −Ｃ1 −Ｎ1 −Ｔ21）の経路で流れることにより蓄電セルＣ1 が充電され、これにより、蓄電セルＣ1 の電圧が増加される。
この場合においても、蓄電セルの平均電圧より高い電圧を有する蓄電セルＣ2 に対するトランス３０を介しての充電および放電は行われないが、蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルＣ1 に対する充電エネルギを蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）全体から供給される構成とされているため、蓄電セルＣ2 のエネルギが電圧バランス補正回路によって消費されて蓄電セルＣ2 の電圧は蓄電セルの平均電圧に達するまで低下することとなり、蓄電セルＣ1 の電圧ＶＣ1 および蓄電セルＣ2 の電圧ＶＣ2 は、蓄電セルの平均電圧に収束し、両蓄電セルＣ1 ，Ｃ2 の電圧が均等化される。
【００３５】
以上のような電圧均等化動作が、隣接蓄電セル間バランス補正回路の各々において、必要に応じて行われることにより、すべての蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）の電圧が均等化される。
【００３６】
而して、上記電圧バランス補正回路においては、蓄電セルの平均電圧より電圧の低い蓄電セルに対してのみ２次巻線Ｔ2(n)からの充電用エネルギを供給することにより当該蓄電セルの電圧を前記平均電圧に達するまで増大させ、これにより、すべての蓄電セルの電圧を均等化する電圧均等化動作が行われるものであるところ、（イ）昇圧チョッパ回路１５の出力電圧を制御することによってトランス３０の１次巻線Ｔ1 に対する入力電圧を制御すること、および、（ロ）トランス３０の巻数比を適正な大きさに設定することにより、トランス３０の２次巻線Ｔ2(n)の出力電圧の大きさが適正化され、この出力電圧により蓄電セルの電圧の均等化動作が行われるので、直列接続されたすべての蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）の電圧を、大きな電力損失をともなうことなく、また、外部電源を必要とせずに、高い精度で均等化させることができ、しかも、トランス３０の複数の２次巻線Ｔ2(n)の各々が直列接続順で隣接する２つの蓄電セルＣ(2n-1)およびＣ(2n)を充電用エネルギの供給対象とする隣接蓄電セル間バランス補正回路を構成するよう接続されていることにより、トランス３０における２次巻線Ｔ2(n)を対象となる蓄電セル数の半数とすることができるので、部品点数を低減することができると共にトランス３０の小型軽量化を図ることができる。
また、蓄電セル全体の正極および負極を電源入力とする構成であることにより、外部からの充電の有無（外部電源の状態）に関わらず、蓄電セル間の電圧アンバランス分のみを自己エネルギにより補充電することができるので、電圧バランス補正回路自体の小型化を図ることができる。
【００３７】
さらにまた、チョッパ回路１５の出力電圧を、蓄電セルの総電圧に比例した大きさの電圧に、電圧バランス補正回路を構成する半導体素子の電圧降下に基づいて設定される補正電圧を加算した大きさとなるよう、調整する制御手段１６を備えていることにより、半導体素子の電圧降下に起因する出力変動が補償されるので、所期の電圧均等化動作を確実に行うことができる。
【００３８】
さらにまた、インバータが複数のスイッチング素子よりなる単相ブリッジインバータよりなり、高周波の定パルス幅の出力が得られる構成とされていることにより、所期の電圧均等化動作を効率よく行うことができ、しかも、トランスの小型軽量化を図ることができる。
【００３９】
インバータ２０が４つのスイッチング素子（Ｓ1 〜Ｓ4 ）により構成された単相ブリッジインバータよりなり、高周波の定パルス幅の出力が得られる構成とされていることにより、、所期の電圧均等化動作を効率よく行うことができ、しかも、トランスの小型軽量化を図ることができる。
【００４０】
トランス３０の１次巻線Ｔ1 に入力される矩形波交流電圧に対して、蓄電セルの平均電圧に相当する大きさの出力電圧が各々の２次巻線（Ｔ21〜Ｔ25）に誘起されるようトランス３０の巻数比が設定されていることにより、所期の電圧均等化動作を確実に行うことができる。
【００４１】
上記直列セルの電圧バランス補正回路を備えてなる蓄電装置によれば、複数の蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）のすべてが電圧が均等化された状態に維持されるので、蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）それ自体の所期の性能を長時間の間にわたって安定して得ることができる。
特に、蓄電セル（Ｃ1 〜Ｃ10）として、リチウムイオンキャパシタが用いられ場合には、リチウムイオンキャパシタは、他の蓄電素子に比して、高電圧、高容量、エネルギー密度が高いなどの優れた特性を有するものであるので、このようなリチウムイオンキャパシタそれ自体の特性が長時間の間にわった安定して得られることにより、蓄電装置それ自体を極めて有用なものなる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の直列セルの電圧バランス補正回路の一例における構成の概略を示す回路図である。
【図２】昇圧チョッパ回路の出力電圧の設定方法を説明するためのブロック図である。
【図３】昇圧チョッパ回路の動作状態を説明するための説明図であって、（Ａ）スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャート、（Ｂ）昇圧チョッパ回路の出力電圧の経時的変化を示す図、（Ｃ）リアクトル電流の経時的変化を示す図である。
【図４】図１に示す直列セルの電圧バランス補正回路による電圧均等化動作を説明するための説明図であって、（Ａ）特定期間における充電電流の経路を示す回路図、（Ｂ）特定期間における出力電圧を２つの蓄電セルの電圧と共に示す図である。
【図５】図１に示す直列セルの電圧バランス補正回路による電圧均等化動作を説明するための説明図であって、（Ａ）特定期間における充電電流の経路を示す回路図、（Ｂ）特定期間における出力電圧を２つの蓄電セルの電圧と共に示す図である。
【図６】従来における電圧バランス補正回路の一例における構成の概略を示す回路図である。
【図７】図６に示す電圧バランス補正回路の動作状態を説明するための説明図であって、（Ａ）スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャート、（Ｂ）インダクタ電流の経時的変化を示す図である。
【図８】従来における電圧バランス補正回路の他の例における構成の概略を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  トランス
２ａ  入力巻線
２ｂ，２ｃ，２ｄ  出力巻線
１０  定電圧回路
１５  昇圧チョッパ回路
１６  制御手段
２０  インバータ
３０  トランス
４０  ２相パルス発生器
Ｌ0   リアクトル
Ｄｃｈ  ダイオード
Ｓｃｈ  スイッチング素子
Ｃ0   平滑コンデンサ
Ｃ1 〜Ｃ10  蓄電セル
Ｄ1 〜Ｄ10  ダイオード
Ｓ1 〜Ｓ4   スイッチング素子
Ｔ1   １次巻線
Ｔ21，Ｔ22，Ｔ23，Ｔ24，Ｔ25  ２次巻線
Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3   蓄電素子
Ｓ  スイッチ手段
Ｌ1   インダクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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