(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチング素子とで閉回路を構成し、
前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子の出力電圧を均等化する電圧均等化装置において、
前記他方のスイッチング素子のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のＯＮを継続することを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項２】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチング素子とで閉回路を構成し、
前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子の出力電圧を均等化する電圧均等化装置において、
前記一方のスイッチング素子のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のＯＮを継続することを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項３】
前記一方の複数の蓄電素子の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子及び／又は前記一方のスイッチング素子のＯＮ期間を長くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項４】
複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止及び／又は、一方及び他方のスイッチング素子のＯＮ期間を極端に短くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項５】
複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び／又は他方のスイッチング素子のＯＮ期間を短くして均等化電力を小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項６】
複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止及び／又は、一方及び他方のスイッチング素子のＯＮ期間を極端に短くすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項７】
複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間又は、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止及び／又は、一方及び他方のスイッチング素子のＯＮ期間を極端に短くすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項８】
前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦするに際して、  前記一方の複数のスイッチング素子のＯＦＦから他方のスイッチング素子のＯＮの間及び、前記他方のスイッチング素子のＯＦＦから一方の複数のスイッチング素子のＯＮの間に休止期間を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項９】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記２次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記２次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記他方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のオンを継続することを特徴とするモジュール電圧の均等化装置。
【請求項１０】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記２次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記２次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することを特徴とするモジュール電圧の均等化装置。
【請求項１１】
前記励磁用巻線は、モジュール均等化巻線であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のモジュール電圧の均等化装置。
【請求項１２】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、
制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１３】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、
制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１７】
前記他方の蓄電素子と前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、
前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をＯＦＦにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのＯＮ・ＯＦＦ動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１８】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項１９】
直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、
制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、
前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことを特徴とする蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の電圧均等化装置であって、
前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことを特徴とする電圧均等化装置。
【請求項２１】
前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【請求項２２】
前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均等化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される複数の直列接続された蓄電素子間でエネルギーの移送を行なうことによって、直列接続された複数の蓄電素子の個々の両端電圧の値の平均化を図るものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の技術としては、特開平１１−１７６４８３号公報及び米国特許第５００３２４４号明細書に記載のものがある。前者は、図７に示すように、複数個の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の出力電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅｎを直列接続した構成であって、該複数個の蓄電素子の出力電圧のバランス補正を行なうために、該複数個の出力電圧を入力とし、一次コイルＮｐと直列に接続されたスイッチングトランジスタ２をＯＮ・ＯＦＦさせ、該一次コイルと同じトランスの磁芯に巻回された前記複数個の蓄電素子に対応する複数の二次コイルＮｓよりなるコンバータを設け、該コンバータの二次出力でそれぞれの蓄電素子を充電するように接続する。そして、スイッチングトランジスタ２を周期的にＯＮ・ＯＦＦすると、二次コイルＮｓには巻数比に応じた電圧が発生するが、複数の二次コイルは共通の磁芯に接続されているため、複数の蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として複数の蓄電素子の電圧は等しくなる。
なお、上記前者の回路では、単にスイッチングトランジスタをＯＮ／ＯＦＦするだけでなく、負荷電流Ｉｏの大きさに応じて一次コイルＮｐに流れる電流Ｉｐを制御している。
【０００３】
また、後者のものは、図８に示すように、数個の蓄電素子２５，２６，２７，２８の出力電圧を直列接続した構成である。  該複数個の蓄電素子の出力電圧のバランス補正を行なうために、別の電源３０を入力とし、一次コイル１６と直列に接続されたスイッチングトランジスタ３４をＯＮ・ＯＦＦさせる。  該一次コイル１６と同じトランスの磁芯１８に巻回された前記複数個の蓄電素子に対応する複数の二次コイル２１，２２，２３，２４よりなるコンバータ１４を構成している。  該コンバータ１４の二次出力をそれぞれの蓄電素子を充電するように接続されている。  そして、スイッチングトランジスタ３４を周期的にＯＮ・ＯＦＦすると、二次コイルには巻数比に応じた電圧が発生するが、複数の二次コイルは共通の磁芯に接続されているため、複数の蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として複数の蓄電素子の電圧は等しくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来のコンバータのスイッチングによって直列接続された複数のエネルギー蓄積手段（蓄電素子）の個々の両端電圧の値の均等化を行なうものには、以下の如き問題点があった。
ａ，上記の従来のものは、どちらもスイッチング素子（トランジスタ）のＯＮ期間及びＯＦＦ期間におけるトランスの磁芯に対する磁化力は一方方向であるため、磁芯の磁束密度の変化幅が小さく、磁芯の利用率が悪くなる。磁芯の利用率が悪いということは同じ出力を得ようとするとより大きな断面積の磁芯が必要となり、装置が大型に成って、コストも高くなるという問題がある。
また、電圧均等化のためにスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦすることによって、スイッチング素子の端子間に存在する容量に対して、該スイッチング素子がＯＦＦの期間に蓄積された電荷がＯＮ時に短絡することによって損失が生じたり、該短絡電流によってノイズが発生するという問題もあった。
【０００５】
ｂ，上記従来のものは、どちらもスイッチング素子がＯＮの時にトランスに蓄わえられたエネルギーをスイッチング素子がＯＦＦの期間に放出することによって複数個の蓄電素子の内の電圧の低い蓄電素子に対して充電することによって複数個の蓄電素子間の出力電圧の均等化を行なうものであるので、均等化のエネルギー量はスイッチング素子がＯＮの期間に蓄えられたエネルギー量のみであるので、より、均等化の作用を大きくするためには、スイッチング素子を大きくして流れる電流を大きくする必要がある。スイッチング素子を大きくすると上記ａと同様に装置が大型になり、コストも高くなる。また、スイッチング素子に大きな電流を流すと、個々の蓄電素子にはそれぞれ内部抵抗が存在するので、その内部抵抗による電圧降下が大きくなるので、見掛け上充電中の蓄電素子の出力電圧が上昇したのと同じ現象になって、結果として出力電圧の均等化の精度が低下することになるという問題点がある。
【０００６】
さらに、前述した問題点を解決したうえで、複数個の蓄電素子間の出力電圧の均等化を短時間にすることや、均等化動作終了後のエネルギー損失の低減、さらに均等化後に任意の電圧に設定するという強い要望がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記ａ及びｂに挙げた欠点を改善することによって、高効率・均等化の精度の高い・より小型な蓄電素子の電圧均等化装置を得るものであり、さらに、短時間で所望の電圧に均等化し、均等化動作終了後のエネルギー損失を低減でき、更に均等化後の電圧を任意に設定できる電圧均等化装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、直列接続された一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の各々と、互いにトランス（３）で磁気結合された複数の２次巻線（４−１〜４−ｎ）の各々と、複数の一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子（１−ｍ）と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線（４−ｍ）と他方のスイッチング素子（２−ｍ）とで閉回路を構成し、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の出力電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、前記他方のスイッチング素子（２−ｍ）のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮを継続することによって、上記課題を達成できる。（請求項１）
【０００９】
請求項１に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、他方のスイッチング素子（２−ｍ）を介して前記他方の蓄電素子（１−ｍ）に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子（２−ｍ）のＯＮを継続することによっても、上記課題を達成できる。（請求項２）
【００１０】
また、前記一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子（２−ｍ）及び／又は前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮ期間を長くする。（請求項３）
【００１１】
また、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止及び／又は、一方及び他方のスイッチング素子のＯＮ期間を極端に短くすることによって、出力電圧のバラツキがほとんど無い時に電圧均等化動作を行なって損失が生じたりノイズが発生するのを防げる。（請求項４）
【００１２】
また、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び／又は他方のスイッチング素子のＯＮ期間を短くして均等化電力を小さくすることによって、精度良く蓄電素子の端子電圧の均等化を図ることができる。（請求項５）
【００１３】
また、  複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止するか、それぞれのＯＮ期間を極端に短くすることによって、直列接続された蓄電素子に大電流が流れている時に蓄電素子の内部抵抗によって大きな電圧降下が生じて各蓄電素子のセル電圧の検出に影響を及ぼすときには電圧均等化機能を実質的に停止する。（請求項６）
【００１４】
また、複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間または、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止するか、それぞれのＯＮ期間を極端に短くするようして、電流の検出を行なわなくとも、充電又は放電のモードを切換える切換スイッチ（Ｓ１１）の動作に応じて電圧均等化機能を自動的に停止する。（請求項７）
【００１５】
また、  前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦするに際して、  前記一方の複数のスイッチング素子のＯＦＦから他方のスイッチング素子のＯＮの間及び、前記他方のスイッチング素子のＯＦＦから一方の複数のスイッチング素子のＯＮの間に休止期間を有することによって、スイッチング素子のＯＮ時には、当該スイッチング素子の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でＯＮにする（ゼロボルトスイッチ）ことができる。（請求項８）
【００１６】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記２次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールのとしても電圧の均等化が得られる。
したがって、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。（請求項９）
【００１７】
請求項９に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することによっても、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。（請求項１０）
【００１８】
また、前記励磁用巻線とモジュール均等化巻線を兼用することによって、装置を小型化できる。（請求項１１）
【００１９】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことによって、均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。（請求項１２）
【００２０】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことによって、さらに、他方の蓄電素子から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。（請求項１３）
【００２１】
また、前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、さらに短時間で一方の複数の蓄電素子を所定電圧にすることができる。（請求項１４）
【００２２】
また、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことによって、イコライズ動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。（請求項１５）
【００２３】
また、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことによって、エネルギー損失を低減できる。（請求項１６）
【００２４】
また、前記他方の蓄電素子と前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をＯＦＦにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのＯＮ・ＯＦＦ動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことによって、移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、１次巻線と２次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であるため、上記のように第三のスイッチ手段をＯＦＦにして、他方の蓄電素子のエネルギー容量よりも小さい上記の第三の蓄電素子を用いて均等化を行うことにより、エネルギー損失を軽減できる。（請求項１７）
【００２５】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々と前記複数の一方の蓄電素子の各々との間の双方向のエネルギー移送及び電圧の均等化ができる。そして、このような制御方法を用いることにより、この小型でノイズの少ない電圧イコライザ装置を実現できる。また、このように上記ＯＮ期間比を設定して、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチとを導通制御することで、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子を所定電圧にすることができる。そして、これにより均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。（請求項１８）
【００２６】
また、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間、又は、複数の一方の蓄電素子の各々から複数の他方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。（請求項１９）
【００２７】
また、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子をさらに短時間で、所定電圧に均等化することができる。（請求項２０）
【００２８】
また、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことによって、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。（請求項２１）
【００２９】
また、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことによって、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチ手段とを共にＯＦＦの状態に保つことで、エネルギー損失を低減できる。（請求項２２）
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。
図１は本発明の基本回路を示すものであって、１−１〜１−ｎは直列接続された複数個の蓄電素子であり、２−１〜２−ｎは一方のスイッチング素子である。１−ｍは前記複数個の蓄電素子とは別に設けられた蓄電素子であり直流電源又は充電器又は発電機を併用したものであっても良く、２−ｍは前記他の蓄電素子１−ｍからの電流をトランス３の共通の磁芯に巻かれた１次巻線４−ｍに流すための他方のスイッチング素子である。また、前記トランス３の共通の磁芯には、前記複数個の直列接続された蓄電素子１−１〜１−ｎに充電電流を流すように２次巻線４−１〜４−ｎが設けられている。
【００３１】
上記回路におけるスイッチング素子２−ｍとスイッチング素子２−１〜２−ｎには、図示の如き反対極性のパルスが与えられて、スイッチング素子２−ｍがＯＮの期間はスイッチング素子２−１〜２−ｎはＯＦＦ、スイッチング素子２−１〜２−ｎがＯＮの期間はスイッチング素子２−ｍがＯＦＦになるように導通制御されている。
【００３２】
次に図１の回路の動作を図２を用いて説明する。
図２において、（ａ）は他方のスイッチング素子２−ｍのＯＮとＯＦＦの期間を示すものであり、（ｂ）は一方のスイッチング素子２−１〜２ｎのＯＮとＯＦＦの期間を示すものである。また、（ｃ）は複数個の蓄電素子１−１〜１−ｎに対する電圧均等のための充電電流及び放電電流（該直列接続された複数個の蓄電素子に対する外部充電器による充電及び外部負荷に対する放電電流とは異なる。）であり、この電流は巻線４−１〜４−ｎを介して流れる。また、（ｄ）は巻線４−ｍを介して流れる電流であって、この電流によって均等化のためのエネルギーがトランス３に蓄積される。
【００３３】
上記動作における本発明の特徴は、他方のスイッチング素子２ｍのＯＮ期間と一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間とを異ならせること、詳しくは、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間を他方のスイッチング素子２ｍのＯＮ期間よりも長くすることによって、直列接続された複数個の蓄電素子の電圧のバラツキを従来のものに比較してより少なくなるようにした点にある。
【００３４】
上記の如く、他方のスイッチング素子２ｍのＯＮ期間と一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間とを異ならせて、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間を長くする。
なお、他方のスイッチング素子２ｍのＯＮ期間と一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間とを異ならせて、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎのＯＮ期間を長くすることの技術的な意義は、単に時間的な長さの差だけを意味するのではなく、前記他方のスイッチング素子のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のＯＮを継続することである。
前記他方のスイッチング素子のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了されたことを検出するためには、図６に示すように、二次巻線４−１〜４−ｎとスイッチング素子２−１〜２−ｎと蓄電素子１−１〜１−ｎで構成される閉回路中に電流検出手段であるカレントトランスＣＴ−１〜ＣＴ−ｎを設け、該カレントトランスの出力が正負反転する時点を検出することによって、トランス３の励磁エネルギーの放出完了時点の検出ができる。また、図示されているカレントトランス以外に抵抗を用いても良い。また、図６に示されているように、複数のスイッチング素子２−１〜２−ｎを駆動する仕方として、パルストランスＰＴを用いることも可能である。
更に、二次側の蓄電素子の端子電圧、トランスの励磁エネルギー等から演算によって、トランス３の励磁エネルギーの放出終了時点を求めることも可能である。
以下、蓄電素子間の電圧の均等化が装置の大型化をせずに可能になることを詳細に説明する。
【００３５】
まず、他方のスイッチング素子２−ｍのＯＮの期間に別の蓄電素子１−ｍからの電流が巻線４−ｍに流れることによってトランスに３に  図２の（ｄ）に示す斜線部分を除く部分の電流によってエネルギーが蓄積される。
上記他方のスイッチング素子２−ｍがＯＮになる時点の前後の当該スイッチング素子（２−ｍ）の両端の電圧Ｖｄｓは図２の（ｆ）に示される如く変化している。
スイッチング素子（２−ｍ）の両端の電圧Ｖｄｓは、当該スイッチング素子の両端に存在する容量成分（寄生容量や外部に接続されたコンデンサ）に充電された電荷が、一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）がＯＦＦになってから、当該スイッチング素子（２−ｍ）が内蔵する寄生ダイオードを介して放電が行われて、当該スイッチング素子（２−ｍ）がＯＮになるまでの休止期間にほぼゼロ（ダイオードの順方向降下分は残る）になる。
一方のスイッチング素子のＯＮ状態をトランスの励磁エネルギーの放出終了後も更に継続すると、閉回路に流れる電流向きは反転し、今度は蓄電素子から巻線に電流が流れ始める（図２（ｃ）の斜線部）。この逆流電流はトランスを励磁したり端子電圧の高い蓄電素子から端子電圧の低い蓄電素子にエネルギーの移送を行なう。
なお、一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）の両端電圧は、図２（ｅ）に示される如く変化している。
次に一方のスイッチング素子（ＦＥＴ）がＯＦＦすると、前記逆流電流の一部によって蓄えられた励磁エネルギーが一次巻線に放出される。この放出電流により、他方のスイッチング素子（ＦＥＴ）のＶｄｓ間に存在する寄生容量（外付けのコンデンサを含む）に蓄積されていた電荷が引き抜かれ、次に電荷の引き抜きが終わると今度はＦＥＴの寄生ダイオードに順方向電流が流れている期間のＶｄｓは、寄生ダイオードの順方向電圧（０．５Ｖ程度）にクランプされることになる。
従って、図２の（ｄ）の波形において斜線で示されている期間はほぼ寄生ダイオードに電流が流れており、この期間で他方のスイッチング素子をＯＮさせれば、Ｖｄｓはほぼゼロボルトとなっているので、ゼロボルトスイッチを達成することができる。ゼロボルトスイッチが行われると、ＯＮ時のスイッチング損失が少なくできると共に、スイッチングに伴うノイズも減少させることができる。
上記説明は、他方のスイッチング素子（２−ｍ）についてであるが、一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）についても同様である（図２の（ｅ）。
【００３６】
次に、他方のスイッチング素子２−ｍがＯＦＦになって、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎがＯＮになる。この状態では、他方のスイッチング素子２−ｍがＯＮの期間にトランス３に蓄積されたエネルギーによって、巻線４−１〜４−ｎに誘起した電圧によって複数個の蓄電素子に対する充電が行われ得る状態にある。
しかし、巻線４−１〜４−ｎに誘起した電圧によって、全ての蓄電素子１−１〜１−ｎに対して平等に充電が行われる訳ではない。
【００３７】
前記直列接続された複数個の蓄電素子１−１〜１−ｎの出力電圧にバラツキが存在する場合には、図２における（ｃ）に示す斜線部分を除く部分の電流が、複数個の直列接続された蓄電素子の内の一番電圧の低いものに電流が集中して流れることになる。該充電電流によって、複数個の直列接続された蓄電素子の内の一番電圧の低い蓄電素子の電圧が上昇することになる。このような動作を繰り返すことによって複数の直列接続された蓄電素子の電圧の均等化が行われる。（この状態は図６及び図７の従来の回路における電圧均等化作用と同じである。）
【００３８】
上記の如く、他方のスイッチング素子２−ｍがＯＮの期間にトランス３に蓄積されたエネルギーが電圧の低い蓄電素子に対する集中的な充電によって放出された時点（図２における破線Ｘで示す時点）以降も、本発明では、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎがＯＮ状態に保たれている。
他方のスイッチング素子２−ｍがＯＮの期間にトランス３に蓄積されたエネルギーが電圧の低い蓄電素子に対する集中的な充電によって放出された時点Ｘにおいても、直列接続された複数の蓄電素子の電圧にバラツキが存在すると、一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎはＯＮ状態であるので、複数の蓄電素子１−１〜１−ｎの内の電圧が高い蓄電素子から放電が行われることになる。この電流が図２の（ｃ）の斜線部分である。
【００３９】
上記複数の直列接続された蓄電素子の内の電圧の高い蓄電素子からの図２の（ｃ）の斜線部分の電流によってトランス３にエネルギーの蓄積と電圧の高い蓄電素子から低い蓄電素子へのエネルギーの移転が行われる。
そして、このトランス３に蓄積されたエネルギーは一方のスイッチング素子２−１〜２−ｎがＯＦＦになった後に、別の蓄電素子１−ｍに充電電流（図２（ｄ）の斜線部分）として流れることによって放出される。（この期間の最初のうちは他方のスイッチング素子２−ｍはまだＯＮにはなっていないが、該スイッチング素子にはダイオードが該蓄電素子を充電する方向に接続されているので充電が可能である。）
【００４０】
なお、このダイオードは図１及び図３の如くスイッチング素子としてＦＥＴを用いた場合には、当該ＦＥＴに製造時に生じ４−１〜４−ｎを介してエネルギーが移転されると共に、トランス３にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子２−１〜２−ｎがＯＦＦになった時にトランス３からエネルギーを放出して別の蓄電素子１−ｍを充電するように放電する。
【００４１】
このように、複数個の直列接続された蓄電素子の出力電圧にバラツキがあっても、出力電圧の低い蓄電素子に対しては充電が行われ、出力電圧の高い蓄電素子に対しては放電が行なわれるように制御されるので、複数個の蓄電素子間の電圧の均等化は従来のもの比べてより促進されることになる。
【００４２】
均等化動作を行なっていくとある程度までは均等化（例えば、２０ｍＶ程度）できるが、以後はいくら均等化動作を継続してもバラツキは改善されない。
この原因は、大きくバランスが崩れた初期状態では、できるだけ短時間で電圧の均等化ができるように、各閉回路に大きな電流を流している（他方のスイッチング素子及び／又は一方のスイッチング素子のＯＮ時間が長い）。
この大きな電流が線路抵抗、ＦＥＴのＯＮ抵抗、トランス巻線抵抗等に流れることによって生じる電圧が蓄電素子の端子間電圧に加算され、この加算された電圧が二次巻線の両端に現れる為、各閉回路毎の前記加算電圧が等しいと、仮に蓄電素子の端子間電圧に差異があってもそれ以上には均等化されなくなる。
二次巻線側の閉回路毎に存在する線路抵抗、ＦＥＴのＯＮ抵抗、蓄電素子の内部抵抗等のバラツキによる「発生電圧の違い」が蓄電素子の端子間電圧の均等化を阻んでいる。
この問題の解決策としては、「発生電圧の違い」を小さくするように均等化時の回路電流を小さくすることがあげられる（他方のスイッチング素子及び／又は一方のスイッチング素子のＯＮ時間を短くする）。
したがって、精度良く蓄電素子の端子間電圧の均等化を図るためには、バラツキがある程度小さくなった時に、他方のスイッチング素子及び／又は一方のスイッチング素子のＯＮ期間を短くして均等化電流を絞る工夫が有効になる。
【００４３】
本発明の第２の実施の形態について図３を用いて説明する。
図３は図１に示されている本発明の基本回路を１個のモジュールとして扱い、該モジュールを複数（図３では３個）設け、各モジュールにおける複数個の蓄電素子を直列に接続し、別の蓄電素子１−ｍ及び各スイッチング素子に対するＯＮ・ＯＦＦのためのパルス供給回路は共通としている。
また、図３では、モジュール均等化巻線４−ｍは別の蓄電素子１−ｍからの励磁巻線と兼用したものを示しているが、励磁巻線とモジュール均等化巻線を別に設けても良い。その１例を示したものが図４である。
【００４４】
上記第２の実施の形態の動作は第１の実施の形態の動作と基本的には同様であるが、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。
該構成は、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。
【００４５】
図５は本発明の蓄電素子の電圧均等化装置がどのように用いられるかを示すものであって、図５において、１−１〜１−ｎは複数個の直列接続された蓄電素子を示し、Ａは電圧均等化装置、１２は外部充電器、Ｌは負荷、Ｓ１１は切換スイッチを示している。
複数の直列接続された蓄電素子を電気自動車の駆動用電池とする場合には、負荷は自動車の駆動用のモータになり、充電器は自動車がエンジンで走行しているときに発電機によって発電された電力を切換スイッチＳ１１を充電側に切換えて充電する。また、電池による走行時には、切換スイッチを放電側に切換えてモータを駆動する。
【００４６】
このように、本発明による蓄電素子の電圧均等化装置（方法）をエンジンと電池による併用によって走行するハイブリッド車や、電池のみによって走行する電気自動車に適用することによって、走行のためのモータの駆動に必要な多数の直列接続された蓄電素子の出力電圧の均等化が図れて電池出力の有効な利用ができるので、二酸化炭素やその他燃焼生成物の排出を軽減することが可能で、地球環境の保護に寄与することができる。
【００４７】
複数の直列接続された蓄電素子に対して、上記の如く充電器からの充電中及び負荷に対する放電中は、複数の直列接続された大きな電流が流れて、該大きな電流によって、蓄電素子内の内部抵抗による電圧降下が大きくなって、蓄電素子の電圧の検出に影響を及ぼすので、電圧均等化装置による電圧均等化機能は停止しておくのが良い。
【００４８】
図１及び図３において、スイッチング素子としてはＦＥＴが示されているが、本発明におけるスイッチング素子としてはＦＥＴに限るものではなく、トランジスタ、サイリスタ等の他のスイッチング素子を用いることができる。トランジスタ等を用いる場合には、素子のＯＦＦ期間に逆方向に対して電流を流すためにダイオードを並列に接続するとよい。
【００４９】
また、蓄電素子としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池等の種々の電池が利用できると共に、電気二重層コンデンサも利用できる。また、直列に接続される蓄電素子１−１〜１−ｎと他の蓄電素子１−ｍとを同じ種類の蓄電素子とすることも、また異ならせることも可能である。
また、図６のように蓄電素子の直列接続した構成（１−１〜１−ｎ）を他の蓄電素子として用いることも可能である。
【００５０】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。図９は、第３の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図９に示すように、電圧均等化装置１０は、直列接続された一方の複数の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎを有し、これら一方の複数の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々と、互いにトランスＴで磁気結合された複数の２次巻線（巻数Ｎ２）の各々と、一方の複数のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎの各々とでそれぞれ閉回路を構成している。
【００５１】
また、一方の複数の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎとは別に設けられた他方の蓄電素子Ｂ１を有する。なお、この他方の蓄電素子Ｂ１は、直流電源又は充電器又は発電機を併用したものであっても良い。そして、他方の蓄電素子Ｂ１と２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線（巻数Ｎ１）と他方のスイッチ手段Ｓ１とで閉回路を構成している。
【００５２】
また、他方のスイッチ手段Ｓ１は、制御信号ＡＣ１により導通制御され、一方のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎは、制御信号ＡＣ２により同時に導通制御される。
これらの制御信号ＡＣ１と制御信号ＡＣ２とは、制御手段１１より送信される。また、制御信号ＡＣ１と制御信号ＡＣ２とは、他方のスイッチ手段Ｓ１がＯＮの期間は一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎはＯＦＦ、一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎがＯＮの期間は他方のスイッチ手段Ｓ１がＯＦＦになるように、交互にＯＮ・ＯＦＦさせるように導通制御することにより、他方の蓄電素子Ｂ１から一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々へエネルギーが移送される。
また、各々の２次巻線は共通の磁芯に接続されているため、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの電圧が均等化される。
【００５３】
また、２次巻線と一方のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎと蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段１９−１〜１９−ｎを設けてもよい。これにより、閉回路に流れる電流を検出できる。そして、電流検出手段１９−１〜１９−ｎにより検出された電流値信号１５−１〜１５−ｎは、制御手段１１に送信される。例えば電流検出手段１９−１〜１９−ｎにカレントトランスを用いれば、カレントトランスの出力が正負反転する時点を検出することによって、トランスＴの励磁エネルギーの放出完了時点の検出ができ、後述の電圧均等化装置の制御方法における所定量のエネルギー移送が終わった時点を知らせることができる。
【００５４】
さらにまた、例えば一方の蓄電素子Ｂ２の正極端子と一方の蓄電素子Ｂｎの負極端子の間に電圧検出手段１４を設けてもよい。そして、検出した電圧値信号１６は、制御手段１１に送信される。
【００５５】
なお、他方のスイッチ手段Ｓ１のＯＦＦから一方のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎ  のＯＮの間及び、一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎのＯＦＦから他方のスイッチ手段Ｓ１のＯＮの間に、他方のスイッチ手段Ｓ１および一方のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎが共にＯＦＦとなる期間を設けることによって、他方のスイッチ手段Ｓ１または一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎがＯＮとなる瞬間に、これらのスイッチ手段の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でＯＮにする（ゼロボルトスイッチ）ことができる。
【００５６】
次に、図９の回路において、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々の電圧が均等化された状態の説明をする。
このとき、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々の電圧値をＶ２、充放電電流をｉ２とする。また、他方のスイッチ手段Ｓ１のＯＮ期間をＴＯＮ１、一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎのＯＮ期間をＴＯＮ２とする。また、他方の蓄電素子Ｂ１の電圧をＶ１、充放電電流をｉ１とする。これらの関係を示すタイミング図を図１０に示す。
【００５７】
図９の回路において、１次巻線の巻数がＮ１、２次巻線の巻数がＮ２であるので、次の（１）式の関係が成り立つ。
Ｎ１ｉ１＝ｎＮ２ｉ２                                ・・・・・（１）
上記（１）式より一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎへの充放電電流ｉ２は、次の（２）式で表される。
ｉ２＝Ｎ１ｉ１／ｎＮ２              ・・・・・（２）
【００５８】
また、他方の蓄電素子Ｂ１の電圧値Ｖ１は、他方のスイッチ手段Ｓ１のＯＮの期間ＴＯＮ１と、他方の蓄電素子Ｂ１からの充放電電流ｉ１と、１次巻線のインダクタンスＬ１との関係から、次の（３）式で表される。
Ｖ１＝２×ｉ１Ｌ１／ＴＯＮ１                    ・・・・・（３）
【００５９】
同様に、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々の電圧が均等化されたときの電圧値Ｖ２は、一方のスイッチ手段Ｓ２のＯＮの期間ＴＯＮ２と、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎからの充放電電流ｉ２と、２次巻線が１個の場合のインダクタンスＬ２との関係から、次の（４）式で表される。
Ｖ２＝２ｎ×ｉ２Ｌ２／ＴＯＮ２                    ・・・・・（４）
（２）式を（４）式に代入すると、次の（５）式が得られる。
Ｖ２＝２×（Ｎ１／Ｎ２）ｉ１Ｌ２  ／ＴＯＮ２      ・・・・（５）
さらに、Ｖ１とＶ２の比は、（３）式と（５）式から、次の（６）式で表される。
Ｖ１／Ｖ２＝（Ｌ１／Ｌ２）×（Ｎ２／Ｎ１）×（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）  ・・（６）
【００６０】
また、インダクタンスと巻数の関係は、Ｌ１／Ｌ２＝Ｎ１２／Ｎ２２であるので、Ｖ１とＶ２の比は、次の（７）式となる。
0003630303.tif 000002
上記（７）式に示すように、他方の蓄電素子Ｂ１の電圧値Ｖ１と一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々の電圧が均等化されたときの電圧値Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）は、他方のスイッチ手段Ｓ１のＯＮの期間ＴＯＮ１と一方のスイッチ手段Ｓ２〜ＳｎのＯＮの期間ＴＯＮ２とのＯＮ期間比（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）を設定することにより決定されることがわかる。
【００６１】
第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、エネルギー移送源又はエネルギー受入源としての他方の蓄電素子Ｂ１の電圧がＶ１である場合に、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎを所望の電圧値Ｖ２にするために、上記ＯＮ期間比（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）を上記（７）式の関係から算出された値に設定し、制御手段１１から制御信号ＡＣ１および制御信号ＡＣ２を出力し、他方のスイッチ手段Ｓ１と一方のスイッチ手段Ｓ２〜Ｓｎとを導通制御するものである。
【００６２】
また、第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次に示す制御方法を行うこともできる。
最初に、一方の蓄電素子の電圧がＶ２よりも高くなるＯＮ期間比（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）の値を設定しておき、エネルギー移送を電圧がＶ２を越える直前まで行う。
この電圧の監視は、例えば、制御手段１１が電圧検出手段１４から得られた電圧値を監視するなどにより行うことができる。
次に、制御手段１１によって、電圧がＶ２となるＯＮ期間比（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）の値に設定し直し、エネルギー移送を電圧がＶ２となるまで行い、最終的に一方の蓄電素子の電圧をＶ２にする。
このようにすることで、さらに短時間で一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの電圧を所望の電圧とすることができる。
【００６３】
さらに、第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うことができる。
ここで、他方のスイッチ手段のＯＮ期間ＴＯＮ１と一方のスイッチ手段のＯＮ期間ＴＯＮ２とを加え逆数をとった値を、以下の（８）式で示すように、周波数ｆと定義する。なお、他方及び一方のスイッチ手段が共にＯＦＦとなる時間は、一般的に僅かであるので無視する。
ｆ＝１／（ＴＯＮ１＋ＴＯＮ２）                ・・・・・（８）
そして、上記ＯＮ期間比（ＴＯＮ２  ／ＴＯＮ１）を変えずに、周波数ｆを低周波数（定常状態の周波数よりも低い周波数）に設定して、エネルギー移送を行う。
これにより、他方の蓄電素子Ｂ１から一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々へ又はその逆へのエネルギー移送時間を短縮することができる。
【００６４】
また、第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うこともできる。
他方の蓄電素子Ｂ１から一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎへ又はその逆への所定量のエネルギー移送が終わり、一方の蓄電素子の電圧がほぼ均等化した後、前記（８）式で示した周波数ｆを高周波数（定常状態の周波数よりも高い周波数）に設定する。
このように周波数ｆを高周波数（定常状態の周波数よりも高い周波数）に設定したことにより、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、電圧均等化装置のエネルギー損失を低減できる。
【００６５】
あるいは、第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、次ぎに示す制御方法を行うこともできる。
他方の蓄電素子Ｂ１から一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎへ又はその逆への所定量のエネルギー移送が終わり、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの電圧がほぼ均等化した後、他方のスイッチ手段Ｓ１と一方のスイッチ手段Ｓ２とを共にＯＦＦにする。これにより、電圧均等化装置のエネルギー損失を低減できる。
なお、電圧バランスが崩れてきた場合には、再び他方のスイッチ手段Ｓ１および一方のスイッチ手段Ｓ２のＯＮ・ＯＦＦを繰り返せばよい。
【００６６】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。図１１は、第４の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図１１に示すように、電圧均等化装置２０は、第３の実施の形態に係る電圧均等化装置１０の構成に加えて、他方の蓄電素子Ｂ１の正極端子と１次巻線との間に第三のスイッチ手段Ｓ０を設け、かつ、第三のスイッチ手段Ｓ０の１次巻線側の端子と他方の蓄電素子Ｂ１の負極端子との間に第三の蓄電素子Ｃ１を設けたものである。
なお、上記の第三のスイッチ手段Ｓ０を設ける位置は、他方の蓄電素子Ｂ１の負極端子と他方のスイッチ手段Ｓ１との間でもよい。
また、第三の蓄電素子Ｃ１は、他方の蓄電素子Ｂ１のエネルギー容量よりも小さい容量の蓄電素子を用いることが好ましい。
【００６７】
次に、第４の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法について説明する。
本実施の形態の電圧均等化装置の制御方法は、前述の第３の実施の形態の電圧均等化装置の制御方法を、他方の蓄電素子Ｂ１から一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎ又はその逆への所定量のエネルギー移送が終るまで行い、その後、第三のスイッチ手段Ｓ０をＯＦＦにする。
さらに、他方のスイッチ手段Ｓ１と一方のスイッチ手段Ｓ２とのＯＮ・ＯＦＦ動作を継続して、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの電圧の均等化を継続する。
【００６８】
移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、１次巻線と２次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であり、上記のように第三のスイッチ手段Ｓ０をＯＦＦにして、他方の蓄電素子Ｂ１のエネルギー容量よりも小さい第三の蓄電素子Ｃ１を用いて均等化を行うことにより、一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの電圧が均等になるまでの損失を低減できる。
【００６９】
（第５の実施の形態）
次ぎに、第５の実施の形態について説明する。図１２は、第５の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
図１２に示すように、電圧均等化装置３０は、直列接続された一方の複数の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎを有し、これら一方の複数の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎの各々と、互いにトランスＴで磁気結合された複数の２次巻線（巻数Ｎ２）の各々と、一方の複数のスイッチ手段Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎの各々とでそれぞれ閉回路を構成している。
【００７０】
また、一方の複数の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎとは別に設けられた複数の他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎを有する。そして、複数の他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎの各々と、２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線（巻数Ｎ１）の各々と、複数の他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎの各々とで閉回路を構成している。
【００７１】
また、複数の他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎは、制御信号ＡＣ１により同時に導通制御され、一方の複数のスイッチ手段Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎは、制御信号ＡＣ２により同時に導通制御される。
これらの制御信号ＡＣ１と制御信号ＡＣ２とは、制御手段１１より送信される。また、制御信号ＡＣ１と制御信号ＡＣ２とは、複数の他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎがＯＮの期間は一方のスイッチ手段Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎはＯＦＦ、一方のスイッチ手段Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎがＯＮの期間は複数の他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎがＯＦＦになるように、交互にＯＮ・ＯＦＦさせるように導通制御することにより、他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎの各々と一方の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎの各々との間で相互にエネルギーが移送される。
【００７２】
また、各々の１次巻線と各々の２次巻線とは共通の磁芯に接続されているため、他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎ又は一方の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎの内の一番電圧の低い蓄電素子に集中して充電電流が流れることになって、結果として他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎ又は一方の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎの電圧が均等化される。
【００７３】
また、１次巻線と他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎと他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎとで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段１９１−１〜１９１−ｎを設けてもよい。また、２次巻線と一方のスイッチ手段Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎと一方の蓄電素子Ｂ２−１〜Ｂ２−ｎとで構成される閉回路中に、それぞれ電流検出手段１９２−１〜１９２−ｎを設けてもよい。これらを設けることにより、閉回路に流れる電流を検出できる。そして、電流検出手段１９１−１〜１９１−ｎ，１９２−１〜１９２−ｎにより検出された電流値信号１５１−１〜１５１−ｎ，１５２−１〜１５２−ｎは制御手段１１に送信される。
【００７４】
さらにまた、例えば他方の蓄電素子Ｂ１−１の正極端子とＢ１−ｎの負極端子の間に電圧検出手段１４−１を、一方の蓄電素子Ｂ２−１の正極端子とＢ２−ｎの負極端子の間に電圧検出手段１４−２を設けてもよい。そして、検出した電圧値信号１６−１，１６−２は、制御手段１１に送信される。
【００７５】
このように、第５の実施の形態は、第３の実施の形態における他方の蓄電素子を複数としたものであり、第３の実施の形態の作用効果に加えて、他方の蓄電素子Ｂ１−１〜Ｂ１−ｎの電圧の均等化もすることができる。
【００７６】
第５の実施の形態は、他方のスイッチ手段Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎは同一の制御信号ＡＣ１で制御されるので、第３の実施の形態と同様に、前述の式（１）〜式（８）に準じた関係が成り立つ。よって、電圧均等化装置の制御方法は前述の第３の実施の形態と同様の方法を行うことができる。
以上の説明では、主に他方の蓄電素子から一方の蓄電素子へのエネルギー移転を説明したが、第５の実施の形態は、逆に一方の蓄電素子から他方の蓄電素子へのエネルギー移転も可能であることが特徴の１つである。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の各々と、互いにトランス（３）で磁気結合された複数の２次巻線（４−１〜４−ｎ）の各々と、複数の一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子（１−ｍ）と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線（４−ｍ）と他方のスイッチング素子（２−ｍ）とで閉回路を構成し、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦすることにより直列接続された一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の出力電圧を均等化する蓄電素子の電圧均等化装置において、前記他方のスイッチング素子（２−ｍ）のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮを継続することによって、電圧均等化機能が従来の回路に比べてより効果的に得られる。
【００７８】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮによりこのトランスに蓄積された励磁エネルギーが、他方のスイッチング素子（２−ｍ）を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子（２−ｍ）のＯＮを継続することによっても、上記請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００７９】
また、請求項３記載の発明では、前記一方の複数の蓄電素子（１−１〜１−ｎ）の出力電圧のバラツキを検出する手段を設け、バラツキが大きい場合には、前記他方のスイッチング素子（２−ｍ）及び／又は前記一方のスイッチング素子（２−１〜２−ｎ）のＯＮ期間を長くすることによって、電圧均等化のスピードを上げることができる。
【００８０】
また、請求項４記載の発明では、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが少ない時は、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止及び／又は、一方及び他方のスイッチング素子のＯＮ期間を極端に短くすることによって、出力電圧のバラツキがほとんど無い時に電圧均等化動作を行なって損失が生じたりノイズが発生するのを防げる。
【００８１】
また、請求項５記載の発明では、前記複数の直列接続された蓄電素子の出力電圧のバラツキが所定値より小さくなった時は、一方及び／又は他方のスイッチング素子のＯＮ期間を短くして均等化電力を小さくすることによって、均等化動作を行なってある程度（例えば、２０ｍＶ程度）までに均等化がなされた後は、均等化電流を小さくして、精度良く蓄電素子の端子電圧の均等化を図ることができる。
【００８２】
また、請求項６記載の発明では、  複数の直列接続された蓄電素子に所定以上の電流が流れている期間には、一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止するか、それぞれのＯＮ期間を極端に短くすることによって、直列接続された蓄電素子に大電流が流れている時に蓄電素子の内部抵抗によって大きな電圧降下が生じて各蓄電素子のセル電圧の検出に影響を及ぼすときには電圧均等化機能を実質的に停止することによって、蓄電素子に大電流が流れている時の不都合を除去できる。
【００８３】
また、請求項７記載の発明では、複数の直列接続された蓄電素子に対する外部電源からの充電期間または、外部負荷に対する放電期間には、前記一方及び他方のスイッチング素子によるＯＮ・ＯＦＦ動作を停止するか、それぞれのＯＮ期間を極端に短くするようして、電流の検出を行なわなくとも、充電又は放電のモードを切換える切換スイッチ（Ｓ１１）の動作に応じて電圧均等化機能を自動的に停止することができる。
【００８４】
また、  請求項８記載の発明では、前記一方の複数のスイッチング素子と他方のスイッチング素子を交互にＯＮ・ＯＦＦするに際して、  前記一方の複数のスイッチング素子のＯＦＦから他方のスイッチング素子のＯＮの間及び、前記他方のスイッチング素子のＯＦＦから一方の複数のスイッチング素子のＯＮの間に休止期間を有することによって、スイッチング素子のＯＮ時には、当該スイッチング素子の両端間に存在する容量成分に電荷がほとんど無い状態でＯＮにする（ゼロボルトスイッチ）ことができるので、電圧均等化のためにスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦすることによって、スイッチング素子端子間に存在する容量に対して、該スイッチング素子がＯＦＦの期間に蓄積された電荷がＯＮ時に放電することによって損失が生じたり、該放電電流によってノイズが発生するという問題が解決できる。
【００８５】
また、請求項９に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いに磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチング素子の各々とでそれぞれ閉回路を構成すると共に、前記２次巻線と共通に磁気結合されているモジュール均等化巻線とを少なくとも備えるトランスを内蔵したモジュールを複数個有し、
前記複数のモジュールがそれぞれ備える前記モジュール均等化巻線をそれぞれ並列に接続し、更に前記モジュールの少なくとも一つには該モジュールが内蔵する前記２次巻線に磁気結合した励磁用巻線を備え、該励磁用巻線と他方の蓄電素子と他方のスイッチング素子とを直列接続して閉回路を構成すると共に、前記他方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記一方のスイッチング素子を介して前記蓄電素子に対する放出が終了後も該一方のスイッチング素子のオンを継続することによって、複数のモジュール間においても、単体のモジュールにおける電圧均等化と同様の作用が行われて、全体としても電圧の均等化が得られる。
したがって、単体のモジュールを適宜組合わせることによって必要とする出力電圧が得られるという更なる効果がある。
【００８６】
また、請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の構成において、あるいは、前記一方のスイッチング素子のオンにより前記トランスに蓄積された励磁エネルギーが、前記他方のスイッチング素子を介して前記他方の蓄電素子に対する放出が終了後も該他方のスイッチング素子のオンを継続することによっても、上記請求項９に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００８７】
また、請求項１１に記載の発明では、前記励磁用巻線とモジュール均等化巻線を兼用することによって、装置を小型化できるという効果を奏する。
【００８８】
また、請求項１２に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、複数の一方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことによって、一方の蓄電素子の電圧の均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。
【００８９】
また、請求項１３に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、他方の蓄電素子と前記２次巻線と共通に磁気結合されている１次巻線と他方のスイッチ手段とで閉回路を構成し、制御信号により、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことによって、さらに、他方の蓄電素子から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。
【００９０】
また、請求項１４に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より低周波数に設定し、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して短時間に前記一方の複数の蓄電素子の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、さらに短時間で一方の複数の蓄電素子を所定電圧にすることができる。
【００９１】
また、請求項１５に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を定常時より高周波数に設定するように構成されたことによって、イコライズ動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。
【００９２】
また、請求項１６に記載の発明では、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記一方の複数の蓄電素子の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことによって、エネルギー損失を低減できる。
【００９３】
また、請求項１７に記載の発明では、前記他方の蓄電素子と前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段とで構成された閉回路に第三のスイッチ手段と第三の蓄電素子とを設け、前記他方の蓄電素子と前記第三のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、かつ、前記１次巻線と前記他方のスイッチ手段と前記第三の蓄電素子とで閉回路を構成し、前記制御手段は、前記他方の蓄電素子と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間に所定量のエネルギー移送が終わったとき、前記第三のスイッチ手段をＯＦＦにさせ、前記他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とのＯＮ・ＯＦＦ動作を継続させて、前記一方の複数の蓄電素子の電圧の均等化を継続させるように構成されたことによって、移送するエネルギー量のほとんどの移送が終わった後の均等化は、１次巻線と２次巻線との間を往復するエネルギーを少なくする方が効率的であるため、上記のように第三のスイッチ手段をＯＦＦにして、他方の蓄電素子のエネルギー容量よりも小さい上記の第三の蓄電素子を用いて均等化を行うことにより、エネルギー損失を軽減できる。
【００９４】
また、請求項１８に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記複数の２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧になるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定するように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々と前記複数の一方の蓄電素子の各々との間の双方向のエネルギー移送及び電圧の均等化ができる。そして、このような制御方法を用いることにより、この小型でノイズの少ない電圧イコライザ装置を実現できる。また、このように上記ＯＮ期間比を設定して、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチとを導通制御することで、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子を所定電圧にすることができる。そして、これにより均等化が達成でき、所定電圧とすることができる。
【００９５】
また、請求項１９に記載の発明では、直列接続された一方の複数の蓄電素子の各々と、互いにトランスで磁気結合された複数の２次巻線の各々と、一方の複数のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、直列接続された複数の他方の蓄電素子の各々と、前記２次巻線と共通に磁気結合されている複数の１次巻線の各々と、複数の他方のスイッチ手段の各々とでそれぞれ閉回路を構成し、制御信号により、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とを交互にＯＮ・ＯＦＦさせて、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間でエネルギー移送させ、前記複数の他方の蓄電素子及び／又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧を均等化させる制御手段を有し、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が所定電圧よりも高くなるように、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間と前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間とのＯＮ期間比を設定させ、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧を越える前に、前記複数の他方の蓄電素子又は前記一方の複数の蓄電素子の電圧が前記所定電圧となるように前記ＯＮ期間比を設定し直すように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子の各々から複数の一方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間、又は、複数の一方の蓄電素子の各々から複数の他方の蓄電素子の各々へのエネルギー移送時間をさらに短縮することができる。
【００９６】
また、請求項２０に記載の発明では、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を低周波数に設定し、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の単位時間当たりの移送エネルギー量を増して、短時間に前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧を所定電圧とさせるように構成されたことによって、複数の他方の蓄電素子又は複数の一方の蓄電素子をさらに短時間で、所定電圧に均等化することができる。
【００９７】
また、請求項２１に記載の発明では、前記制御手段は、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々または前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段のＯＮ期間の長さと前記一方の複数のスイッチ手段のＯＮ期間の長さとを加えた期間の長さの逆数である周波数を高周波数に設定するように構成されたことによって、均等化動作完了後の循環エネルギー量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。
【００９８】
また、請求項２２に記載の発明では、前記複数の他方の蓄電素子の各々と前記一方の複数の蓄電素子の各々との間の所定量のエネルギー移送が終わり、前記複数の他方の蓄電素子の各々又は前記一方の複数の蓄電素子の各々の電圧がほぼ所定電圧になったとき、前記複数の他方のスイッチ手段と前記一方の複数のスイッチ手段とをＯＦＦにさせるように構成されたことによって、複数の他方のスイッチ手段と複数の一方のスイッチ手段とを共にＯＦＦの状態に保つことで、エネルギー損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図２】第１の蓄電素子の電圧均等化装置の動作を説明する図である。
【図３】第２の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図４】第２の蓄電素子の電圧均等化装置の変形例を示す図である。
【図５】蓄電素子の電圧均等化装置と外部電源及び負荷との関係を示す図である。
【図６】トランスの励磁エネルギーの放出終了時点を検出するための回路である。
【図７】従来の第１の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図８】従来の第２の蓄電素子の電圧均等化装置を示す図である。
【図９】第３の実施の形態に係るの基本構成を示す回路図である。
【図１０】一方の蓄電素子Ｂ２〜Ｂｎの各々の電圧が均等化された状態のときのタイミング図であり、（ａ）はＳ１，（ｂ）はＳ２〜Ｓｎ，（ｃ）はＢ１の充放電電流，（ｄ）はＢ２〜Ｂｎの充放電電流である。
【図１１】第４の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る電圧均等化装置の基本構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｍ                蓄電素子
２−１〜２−ｍ                  スイッチング素子
３                トランス
４−１〜４−ｍ                  トランスの巻線
１２                  充電器
Ａ                                    電圧均等装置
Ｌ                                    負荷
Ｓ１１                                切換スイッチ
ＣＴ                カレントトランス
ＰＴ                パルストランス
１０，２０，３０  電圧均等化装置
１１              制御手段
１４，１４−１，１４−２  電圧検出手段
１５−１〜１５−ｎ，１５１−１〜１５１−ｎ，１５２−１〜１５２−ｎ    電流検出信号
１６，１６−１，１６−２  電圧検出信号
１９−１〜１９−ｎ，１９１−１〜１９１−ｎ，１９２−１〜１９２−ｎ    電流検出手段
Ｂ１，Ｂ１−１，Ｂ１−２，Ｂ１−ｎ    蓄電素子
Ｂ２〜Ｂｎ，Ｂ２−１，Ｂ２−２，Ｂ２−ｎ，Ｃ１  蓄電素子
Ｓ１，Ｓ１−１〜Ｓ１−ｎ，Ｓ２〜Ｓｎ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎ，Ｓ０  スイッチ手段
ＡＣ１，ＡＣ２      制御信号
Ｔ          トランス
【図１】
0003630303.tif 000003
【図２】
0003630303.tif 000004
【図３】
0003630303.tif 000005
【図４】
0003630303.tif 000006
【図５】
0003630303.tif 000007
【図６】
0003630303.tif 000008
【図７】
0003630303.tif 000009
【図８】
0003630303.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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