(57)【要約】  蓄電装置２０であって、直列に接続された複数の蓄電素子Ｃ１〜Ｃ６と、複数の前記蓄電素子Ｃ１〜Ｃ６に対してそれぞれ設けられたエネルギー転送回路４０と、複数の前記蓄電素子Ｃ１〜Ｃ６のエネルギー転送回路４０が共通接続された共通バス５０と、制御装置７０と、を備え、前記エネルギー転送回路４０は、前記蓄電素子Ｃ１〜Ｃ６に接続される１次巻線４１Ａと、前記共通バス５０に接続される第２巻線４１Ｂとを有する、一又は複数のスイッチングトランスＴｒを含み、前記制御装置７０は、前記エネルギー転送回路４０の前記スイッチングトランスＴｒを用いて、蓄電素子間で前記共通バス５０を介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子Ｃ１〜Ｃ６の電圧を均等化し、前記共通バス５０は、電気的にフローティングである。
2019069652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置であって、
直列に接続された複数の蓄電素子と、
複数の前記蓄電素子に対してそれぞれ設けられたエネルギー転送回路と、
複数の前記蓄電素子のエネルギー転送回路が共通接続された共通バスと、
制御装置と、を備え、
前記エネルギー転送回路は、
前記蓄電素子に接続される第１巻線と前記共通バスに接続される第２巻線とを有する、一又は複数のスイッチングトランスを含み、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子の電圧を均等化し、
前記共通バスは、電気的にフローティングである、蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
直列又は並列に接続された複数の蓄電素子モジュールを備え、
前記蓄電素子モジュールは、直列に接続された複数の前記蓄電素子を含み、
前記共通バスには、直列又は並列に接続された前記蓄電素子モジュールの各蓄電素子に設けられたエネルギー転送回路がそれぞれ接続され、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて、前記蓄電素子モジュール間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子モジュール間で前記蓄電素子の電圧を均等化する、蓄電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置であって、
前記エネルギー転送回路は、
前記スイッチングトランスと、
前記スイッチングトランスの前記第１巻線に設けられた第１スイッチと、
前記スイッチングトランスの前記第２巻線に設けられた第２スイッチと、を備える、蓄電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の高い蓄電素子が複数ある場合、
前記許容範囲よりも電圧が高い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより高い蓄電素子は、電圧の低い蓄電素子よりも、前記共通バスに転送するエネルギーの量を多くする、蓄電装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の蓄電素子の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の低い蓄電素子が複数ある場合、
前記許容範囲よりも電圧が低い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより低い蓄電素子は、電圧の高い蓄電素子よりも、前記共通バスから受け取るエネルギーの量を多くする、蓄電装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路によるエネルギーの転送周期を変更することで、前記蓄電素子から前記共通バスに転送するエネルギー量又は前記共通バスから前記蓄電素子が受け取るエネルギー量を調整する、蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子の電圧を均等化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電素子は、自己放電量や内部抵抗にばらつきがある。そのため、蓄電素子を直列に接続した蓄電装置は、蓄電素子の電圧を均等化するバランサ機能を備えている。【０００３】
特許文献１には、抵抗放電式のバランサ回路が開示されている。抵抗放電式のバランサ回路は、電圧の高い蓄電素子を放電して電圧を下げることにより、蓄電素子の電圧を均等化する。そのため、容量の大きな蓄電装置では、発熱量が多くなる。また、放電量も多いことから、エネルギー効率が悪いという問題がある。【０００４】
特許文献２には、接地された共通バスを経由して、セル間でエネルギー転送することにより、電圧を均等化する方法が開示されている。この方法は、抵抗放電式に比べて、エネルギー効率がよいというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５３４９０２１号公報
【０００６】
【特許文献２】特表２０１４−５２１３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成では、共通バスを接地しているため、感電や漏電等のリスクが懸念される。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電圧の均等化機能を有する蓄電装置において、装置の安全性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
蓄電装置であって、直列に接続された複数の蓄電素子と、複数の前記蓄電素子に対してそれぞれ設けられたエネルギー転送回路と、複数の前記蓄電素子のエネルギー転送回路が共通接続された共通バスと、制御装置と、を備え、前記エネルギー転送回路は、前記蓄電素子に接続される第１巻線と前記共通バスに接続される第２巻線とを有する、一又は複数のスイッチングトランスを含み、前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子の電圧を均等化し、前記共通バスは、電気的にフローティングである。
【発明の効果】
【０００９】
本構成では、エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で共通バスを介してエネルギーを転送することにより、蓄電素子の電圧を均等化する。しかも、共通バスは、電気的にフローティングである。そのため、感電や漏電のリスクが小さい。また、フローティングであれば、共通バスを、直列接続された蓄電素子の両極に接続する場合と比べて、低電圧であることから安全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１におけるバッテリの電気的構成を示す回路図
【図２】エネル―転送回路を拡大した図
【図３】電圧監視及び均等化処理のフローチャート
【図４】二次電池の電圧のバラツキを示す図
【図５】半導体スイッチのオン、オフを示すタイミングチャート
【図６】二次電池の電圧のバラツキを示す図
【図７】半導体スイッチのオン、オフを示すタイミングチャート
【図８】エネルギーの転送動作を示す図
【図９】二次電池の電圧のバラツキを示す図
【図１０】半導体スイッチのオン、オフを示すタイミングチャート
【図１１】二次電池の電圧のバラツキを示す図
【図１２】半導体スイッチのオン、オフを示すタイミングチャート
【図１３】エネルギーの転送動作を示す図
【図１４】二次電池の電圧のバラツキを示す図
【図１５】半導体スイッチのオン、オフを示すタイミングチャート
【図１６】実施形態２におけるバッテリの電気的構成を示す回路図
【図１７】他の実施形態におけるバッテリの電気的構成を示す回路図
【図１８】他の実施形態におけるエネルギー転送回路の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
蓄電装置であって、直列に接続された複数の蓄電素子と、複数の前記蓄電素子に対してそれぞれ設けられたエネルギー転送回路と、複数の前記蓄電素子のエネルギー転送回路が共通接続された共通バスと、制御装置と、を備え、前記エネルギー転送回路は、前記蓄電素子に接続される第１巻線と前記共通バスに接続される第２巻線とを有する、一又は複数のスイッチングトランスを含み、前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子の電圧を均等化し、前記共通バスは、電気的にフローティングである。
【００１２】
本構成では、エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で共通バスを介してエネルギーを転送することにより、蓄電素子の電圧を均等化する。しかも、共通バスは、電気的にフローティングである。そのため、感電や漏電のリスクが小さい。また、フローティングであれば、共通バスを、直列接続された蓄電素子の両極に接続する場合と比べて、低電圧であり、安全性が高い。
【００１３】
直列又は並列に接続された複数の蓄電素子モジュールを備え、前記蓄電素子モジュールは、直列に接続された複数の前記蓄電素子を含み、前記共通バスには、直列又は並列に接続された前記蓄電素子モジュールの各蓄電素子に設けられたエネルギー転送回路がそれぞれ接続され、前記制御装置は、前記エネルギー転送回路の前記トランスを用いて、前記蓄電素子モジュール間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子モジュール間で前記蓄電素子の電圧を均等化するとよい。尚、蓄電素子モジュールとは、複数の蓄電素子をケース等の収容体に収容して１つの部品として取り扱えるようにしたものである。この構成では、同一の蓄電素子モジュール内だけでなく、異なる蓄電素子モジュール間でも、電圧を均等化することが出来る。複数のセルモジュールを直列接続したモジュール間の電圧の均等化および各セル間の電圧の均等化を同時に行うことができる。そのため、複数の電池モジュールからなるシステム全体として最大容量のエネルギーが使用可能となる。また、共通バスが低電圧であることから、蓄電素子モジュールの接続作業や取り外し作業を安全に行うことが可能であり、蓄電素子モジュールの増設作業や交換作業を安全かつ容易に行うことが出来る。
【００１４】
前記エネルギー転送回路は、前記スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの前記第１巻線に設けられた第１スイッチと、前記スイッチングトランスの前記第２巻線に設けられた第２スイッチと、を備えとよい。この構成では、１つのスイッチングトランスだけで、蓄電素子から共通バス、共通バスから蓄電素子の双方向にエネルギーの転送が可能である。そのため、構成部品を少なくすることが出来る。スイッチング制御により移動させる電力量を調整でき、セルモジュール間の電圧の均等化および各セル間電圧の均等化が最適な時間でできる
【００１５】
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の高い蓄電素子が複数ある場合、前記許容範囲よりも電圧が高い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより高い蓄電素子は、電圧の低い蓄電素子よりも、前記共通バスに転送するエネルギーの量を多くするとよい。この構成では、許容範囲よりも電圧の高い蓄電素子が複数ある場合、電圧の高い蓄電素子の方が、電圧の低い蓄電素子よりも、共通バスへ転送するエネルギーの量が多く制御される。そのため、許容範囲よりも電圧の高い複数の蓄電素子の電圧を下げつつ、それら蓄電素子の電圧差を小さくすることが出来る。
【００１６】
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の低い蓄電素子が複数ある場合、前記許容範囲よりも電圧が低い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより低い蓄電素子は、電圧の高い蓄電素子よりも、前記共通バスから受け取るエネルギーの量を多くするとよい。この構成では、許容範囲よりも電圧の低い蓄電素子が複数ある場合、電圧の低い蓄電素子の方が、電圧の高い蓄電素子よりも、共通バスから受け取るエネルギーの量が多く制御される。そのため、許容範囲よりも電圧の低い複数の蓄電素子の電圧を上げつつ、それら蓄電素子の電圧差を小さくすることが出来る。
【００１７】
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路によるエネルギーの転送周期を変更することで、前記蓄電素子から前記共通バスに転送するエネルギー量又は前記共通バスから前記蓄電素子が受け取るエネルギー量を調整する。この構成では、制御装置によるソフト処理で、共通バスに転送又は共通バスから受け取る、エネルギー量を調整出来る。
【００１８】
＜実施形態１＞
１．バッテリの説明
図１はバッテリの電気的構成を示すブロック図である。
バッテリ２０は、例えば、船舶等の大型移動体に使用される。バッテリ２０は、複数の電池モジュールＭと、共通バス５０と、制御装置７０とを有する。尚、バッテリ２０は本発明の「蓄電装置」の一例、電池モジュールＭは本発明の「蓄電素子モジュール」の一例である。
【００１９】
電池モジュールＭは、直列接続された複数の二次電池Ｃと、モジュールセンサ３５と、エネルギー転送回路４０と、これらを収容する金属製のケース３０を備える。電池モジュールＭとは、複数の二次電池Ｃをケース等の収容体に収容して１つの部品として取り扱えるようにしたものである。
【００２０】
電池モジュールＭは、外部端子（図略）を有しており、直列又は並列に接続することが出来る。図１に示すバッテリ２０は、２つの電池モジュールＭ１、Ｍ２を直列に接続している。
【００２１】
二次電池Ｃは、例えば、リチウムイオン二次電池であり、各電池モジュールＭ１、２は、３つの二次電池Ｃを直列に接続した構成である。従って、電池モジュールＭ１、Ｍ２の全体では、６つの二次電池Ｃ１〜Ｃ６を直列に接続した構成である。
【００２２】
モジュールセンサ３５は、電池モジュールＭ１、Ｍ２ごとに設けられている。モジュールセンサ３５は、電池モジュールＭを構成する各二次電池Ｃの電圧、電池モジュールＭの総電圧Ｖｍ、及び電池モジュールＭの温度を検出する。
【００２３】
従って、電池モジュールＭ１のモジュールセンサ３５の場合、各二次電池Ｃ１〜Ｃ３の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３、電池モジュールＭ１の総電圧Ｖｍ、及び電池モジュールＭ１の温度を検出する。
【００２４】
Ｖｍ＝Ｖｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３
【００２５】
エネルギー転送回路４０は、二次電池Ｃ１〜Ｃ６ごとに設けられている。図２は、二次電池Ｃ１に対応して設けられたエネルギー転送回路４０の拡大図である。
【００２６】
図２に示すように、エネルギー転送回路４０は、フライバック式で双方向の転送回路であり、スイッチングトランスＴｒと、第１半導体スイッチＱＡと、第２半導体スイッチＱＢとを含む。第１半導体スイッチＱＡは本発明の「第１スイッチ」の一例、第２半導体スイッチＱＢは本発明の「第２スイッチ」の一例である。双方向とは、単一のスイッチングトランスＴｒにより、二次電池Ｃ側から共通バス５０へのエネルギー転送と、共通バス５０から二次電池Ｃ側へのエネルギー転送の双方が可能という意味である。
【００２７】
スイッチングトランスＴｒは、第１巻線４１Ａと、第２巻線４１Ｂとを有する。第１巻線４１Ａと第２巻線４１Ｂは絶縁されている。第１巻線４１Ａの一端は、二次電池Ｃ１の正極に接続されている。第１巻線４１Ａの他端は、第１半導体スイッチＱＡ、抵抗Ｒを介して、二次電池Ｃ１の負極に接続されている。第１半導体スイッチＱＡは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタであり、ゲートに制御信号を与えることで、オン、オフを制御することが出来る。
【００２８】
また、スイッチングトランスＴｒの第２巻線４１Ｂの一端は、共通バス５０を構成する正極バスバー５０Ｐに接続されている。第２巻線４１Ｂの他端は、第２半導体スイッチＱＢ、抵抗Ｒを介して、共通バス５０を構成する負極バスバー５０Ｎに接続されている。第２半導体スイッチＱＢは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタであり、ゲートに制御信号を与えることで、オン、オフを制御することが出来る。
【００２９】
スイッチングトランスＴｒは、スイッチング動作を利用して、磁気エネルギーを蓄え、又蓄えた磁気エネルギーを電気エネルギーとして放出するトランスである。
【００３０】
共通バス５０は、正極バスバー５０Ｐと負極バスバー５０Ｎから構成されている。共通バス５０は、図１に示すように、各電池モジュールＭ１、Ｍ２のケース３０を貫通して設けられている。共通バス５０はケース３０から絶縁されている。共通バス５０には、各電池モジュールＭ１、Ｍ２の二次電池Ｃ１〜Ｃ６に対応して設けられたスイッチングトランスＴｒの各第２巻線４１Ｂが共通接続されている。共通バス５０は、正極側、負極側の双方とも、共通接続されている各第２巻線４１Ｂのみ接続されているだけで、電源ライン（＋）、グランドライン（−）、二次電池Ｃ１〜Ｃ６を含め、他のどこにも接続されておらず、電気的にフローティング（floating）である。
【００３１】
制御装置７０は、演算機能を有するＣＰＵ７１、各種情報を記憶したメモリ７３など備えている。メモリ７３には、後述する均等化処理を実行するために必要なデータが記憶されている。
【００３２】
制御装置７０は、電池モジュールＭ１、Ｍ２のモジュールセンサ３５からの出力に基づいて、各電池モジュールＭ１、Ｍ２の総電圧Ｖｍ、温度、及び各二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６を監視する。また、制御装置７０は、以下に説明する電圧均等化制御を行う。
【００３３】
２．電圧監視と均等化処理
図３は電圧監視と均等化処理のフローチャート図である。電圧監視と均等化処理は、制御装置７０に実行され、Ｓ１０〜Ｓ３０の３ステップから構成されている。
【００３４】
まず、Ｓ１０において、制御装置７０は、電池モジュールＭ１、Ｍ２に設けられたモジュールセンサ３５からの出力に基づいて、各二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６を取得する。
【００３５】
次に、Ｓ２０において、制御装置７０は、各二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６が、電圧バラツキの許容範囲Ｙにあるか、判定を行う。
【００３６】
具体的には、制御装置７０は、図４に示すように、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６の平均値Ｖａｖを算出する。次に、平均値Ｖａｖを基準として、電圧バラツキの許容範囲Ｙを求めると共に、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６が許容範囲Ｙに含まれているか、判定する。
【００３７】
二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧が、全て許容範囲Ｙに含まれている場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、処理は終了する。
【００３８】
一方、二次電池Ｃ１〜Ｃ６のうち１つでも、電圧が許容範囲Ｙから逸脱している場合（Ｓ２０：ＮＯ）、制御装置７０は、電圧を均等化する均等化処理を実行する（Ｓ３０）。
【００３９】
均等化処理は、以降に詳しく説明するように、エネルギー転送回路４０を用いて、電圧の高い側の二次電池Ｃから電圧の低い側のリチウム二次電池Ｃに、共通バス５０を介してエネルギー（電荷）を移することで、二次電池間において、電圧Ｖｃのバラツキを小さくして、電圧Ｖｃを均等化する処理である。
【００４０】
図３に示す電圧監視と均等化処理は、制御装置７０の起動後、所定の周期で繰り返し実行される。そのため、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧が許容範囲Ｙから逸脱すると、その後、均等化処理が実行されることから、電池モジュールＭ１〜Ｍ２を構成する各二次電池Ｃ１〜Ｃ６を、電圧Ｖｃのバラツキが小さい状態に常に維持することが出来る。
【００４１】
３．均等化処理の具体例
（１）許容範囲Ｙより電圧が高い二次電池Ｃ６と、電圧の低い二次電池Ｃ１が１つずつ存在する場合（図４の場合）
【００４２】
この場合、図５に示すように、制御装置７０は、電圧の高い二次電池Ｃ６に対応するスイッチングトランスＴｒ６の第１半導体スイッチＱＡ６に動作信号を与えて、第１半導体スイッチＱＡ６をオンする。尚、第１半導体スイッチＱＡ６がオンする時間、第２半導体スイッチＱＢ６はオフに制御される。
【００４３】
第１半導体スイッチＱＡ６がオンすると、二次電池Ｃ６からスイッチングトランスＴｒ６の第１巻線４１Ａに電流が流れ、スイッチングトランスＴｒ６に磁気エネルギーが蓄えられる（期間ｔ１）。
【００４４】
次に、制御装置７０は、スイッチングトランスＴｒ６の第１半導体スイッチＱＡ６をオフに切り換えると共に、第２半導体スイッチＱＢ６に動作信号を与えて、第２半導体スイッチＱＢ６をオンする（期間ｔ２）。
【００４５】
第１半導体スイッチＱＡ６をオフ、第２半導体スイッチＱＢ６をオンに切り換えると、スイッチングトランスＴｒ６の逆起電力により、第２巻線４１Ｂから共通バス５０に電流が流れる。すなわち、スイッチングトランスＴｒ６が、蓄えた磁気エネルギーを電気エネルギーとして放出する。これにより、スイッチングトランスＴｒ６に蓄えたエネルギーを共通バス５０へ転送することが出来る。
【００４６】
また、制御装置７０は、第２半導体スイッチＱＢ６のオン動作中（期間ｔ２）、電圧の低い二次電池Ｃ１に対応するスイッチングトランスＴｒ１の第２半導体スイッチＱＢ１をオンする。
【００４７】
これにより、共通バス５０からスイッチングトランスＴｒ１の第２巻線４１Ｂに電流が流れる。そのため、スイッチングトランスＴｒ６から共通バス５０へ転送されたエネルギーは、共通バス５０からスイッチングトランスＴｒ１に磁気エネルギーとして蓄えられる。
【００４８】
次に、制御装置７０は、スイッチングトランスＴｒ１の第２半導体スイッチＱＢ１をオフに切り換えると共に、スイッチングトランスＴｒ１の第１半導体スイッチＱＡ１に動作信号を与えて、第１半導体スイッチＱＡ１をオンする（期間ｔ３）。
【００４９】
第２半導体スイッチＱＢ１をオフ、第１半導体スイッチＱＡ１をオンに切り換えると、スイッチングトランスＴｒ１の逆起電力により、スイッチングトランスＴｒ１の第１巻線４１Ａから二次電池Ｃ１に電流が流れる。すなわち、スイッチングトランスＴｒ１が、蓄えた磁気エネルギーを電気エネルギーとして放出する。これにより、スイッチングトランスＴｒ１に蓄えたエネルギーを、電圧の低い二次電池Ｃ１へ転送することが出来る。
【００５０】
以上により、電圧の高い二次電池Ｃ６から、電圧の低い二次電池Ｃ１にエネルギー（電荷）を転送できる。制御装置７０は、こうしたスイッチング動作を、所定の周期Ｔで、実行することで、電圧の高いリチウム二次電池Ｃ６は電圧が下がり、電圧の低い二次電池Ｃ１は、電圧が上がるので、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧を均等化することが出来る。
【００５１】
制御装置７０は、均等化処理の実行開始後、モジュールセンサ３５の出力から二次電池Ｃ１、Ｃ６の電圧をモニタし、二次電池Ｃ１、Ｃ６が許容範囲Ｙを逸脱している間は、半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作を少なくとも継続し、電圧調整対象の二次電池Ｃ１、Ｃ６の電圧が概ね平均値Ｖａｖに達した時に、スイッチング動作を終了し、均等化処理を完了する。
【００５２】
（２）許容範囲Ｙより電圧が高い二次電池Ｃ６が１つ、電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２は複数あって、電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２に電圧差がない場合（図６の場合、Ｖｃ１≒Ｖｃ２）
【００５３】
この場合、図７に示すように、（１）の場合と同様に、制御装置７０は、期間ｔ１にスイッチングトランスＴｒ６の第１半導体スイッチＱＡ６をオンし、期間ｔ２に、第２半導体スイッチＱＢ６をオンする。
【００５４】
これにより、図８に示すように、電圧の高い二次電池Ｃ６から、スイッチングトランスＴｒ６を介して、共通バス５０に、エネルギーを転送することが出来る。
【００５５】
また、制御装置７０は、期間ｔ２に、スイッチングトランスＴｒ１の第２半導体スイッチＱＢ１とスイッチングトランスＴｒ２の第２半導体スイッチＱＢ２を同時オンし、期間ｔ３に、スイッチングトランスＴｒ１の第１半導体スイッチＱＡ１とスイッチングトランスＴｒ２の第１半導体スイッチＱＡ２を同時オンする。  
【００５６】
これにより、図８に示すように、共通バス５０から、スイッチングトランスＴｒ１、Ｔｒ２を介して、電圧の低い２つの二次電池Ｃ１、Ｃ２へエネルギーを転送することが出来る。
【００５７】
このようにすることで、電圧の高いリチウム二次電池Ｃ６は電圧が下がり、電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２は、電圧が上がるので、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧を均等化することが出来る。この方法では、共通バス５０から電圧の低い複数の二次電池Ｃ１、Ｃ２に同時にエネルギーを転送するので、均等化に要する時間が短い、というメリットがある。
【００５８】
（３）許容範囲Ｙより電圧が高い二次電池Ｃ６が１つ、電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２は複数あって、電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２に電圧差がある場合（図９の場合、Ｖｃ１＜Ｖｃ２）
【００５９】
この場合、図１０に示すように、制御装置７０は、スイッチングトランスＴｒ１、Ｔｒ２の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔを、二次電池Ｃ１、Ｃ２の電圧差に応じて変える。
【００６０】
具体的には、許容範囲Ｙよりも電圧の低い２つの二次電池Ｃ１、Ｃ２のうち、電圧のより低い二次電池Ｃ１に対応するスイッチングトランスＴｒ１の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔ１を、電圧の高いリチウイオン二次電池Ｃ２に対応するスイッチングトランスＴｒ２の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔ２よりも短くする（Ｔ１＜Ｔ２）。この例では、二次電池Ｃ１と二次電池Ｃ２の電圧を平均値Ｖａｖまで上昇するために必要なエネルギー量は概ね２対１であることから、スイッチング動作の周期Ｔの比（Ｔ１：Ｔ２）は１対２としてある。ただし、Ｔ１≒Ｔ６である。
【００６１】
スイッチング動作の周期Ｔの比を１対２とすることで、電圧の低い二次電池Ｃ１の方が、相対的に電圧の高い二次電池Ｃ２よりも、エネルギーの転送周期が短くなり、共通バス５０から受け取るエネルギーの量が多くなることから、電圧がより上昇する。そのため、許容範囲Ｙよりも電圧の低い２つの二次電池Ｃ１、Ｃ２の電圧を上昇させつつ、それら２つの二次電池Ｃ１、Ｃ２の電圧差を小さくすることが出来、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧を効率よく均等化することが出来る。尚、スイッチング動作の周期Ｔは、エネルギーの転送周期を規定するものであるから、スイッチング動作の周期Ｔが、本発明の「エネルギーの転送周期」に相当する。
【００６２】
（４）許容範囲Ｙより電圧が高い二次電池Ｃ５、Ｃ６が複数あって、電圧の高い二次電池Ｃ５、Ｃ６に電圧差がなく、電圧の低い二次電池Ｃ１が１つの場合（図１１の場合、Ｖｃ５≒Ｖｃ６）
【００６３】
この場合、図１２に示すように、制御装置７０は、期間ｔ１にスイッチングトランスＴｒ６の第１半導体スイッチＱＡ６とスイッチングトランスＴｒ５の第１半導体スイッチＱＡ５を同時にオンし、期間ｔ２にスイッチングトランスＴｒ６の第２半導体スイッチＱＢ６とスイッチングトランスＴｒ５の第２半導体スイッチＱＢ５を同時オンする。これにより、図１３に示すように、電圧の高い二次電池Ｃ６、Ｃ５から、スイッチングトランスＴｒ６、Ｔｒ５を介して、共通バス５０に、エネルギーを転送することが出来る。
【００６４】
また、制御装置７０は、期間ｔ２に、スイッチングトランスＴｒ１の第２半導体スイッチＱＢ１をオンし、期間ｔ３に、スイッチングトランスＴｒ１の第１半導体スイッチＱＡ１をオンする。
【００６５】
これにより、図１３に示すように、スイッチングトランスＴｒ１を介して、共通バス５０から電圧の低い二次電池Ｃ１へエネルギーを転送することが出来る。
【００６６】
この方法では、電圧の高い複数の二次電池Ｃ５、Ｃ６から共通バス５０に対して同時にエネルギーを転送するので、均等化に要する時間が短い、というメリットがある。
【００６７】
（５）許容範囲Ｙより電圧が高い二次電池Ｃ５、Ｃ６が複数あって、電圧の高い二次電池Ｃ５、Ｃ６に電圧差があり、電圧の低い二次電池Ｃ１が１つの場合（図１４の場合、Ｖｃ５＜Ｖｃ６）
【００６８】
この場合、図１５に示すように、制御装置７０は、スイッチングトランスＴｒ５、Ｔｒ６の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔを、二次電池Ｃ５、Ｃ６の電圧差に応じて変える。
【００６９】
具体的には、許容範囲Ｙよりも電圧の高い２つの二次電池Ｃ５、Ｃ６のうち、電圧の高い二次電池Ｃ６に対応するスイッチングトランスＴｒ６の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔ６を、電圧の低い二次電池Ｃ５に対応するスイッチングトランスＴｒ５の半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔ５よりも短くする（Ｔ６＜Ｔ５）。この例では、二次電池Ｃ６と二次電池Ｃ５の電圧を平均値Ｖａｖまで下降するために必要なエネルギーの削減量は概ね２対１であることから、スイッチング動作の周期Ｔの比（Ｔ６：Ｔ５）は１対２としてある。ただし、Ｔ１≒Ｔ６である。
【００７０】
スイッチング動作の周期Ｔの比（Ｔ６：Ｔ５）を１対２とすることで、電圧の高い二次電池Ｃ６の方が、相対的に電圧の低い二次電池Ｃ５よりも、エネルギーの転送周期が短くなり、共通バス５０へ転送するエネルギーの量が多くなることから、電圧がより下降する。そのため、許容範囲Ｙよりも電圧の高い２つの二次電池Ｃ５、Ｃ６の電圧を下降させつつ、それら２つの二次電池Ｃ５、Ｃ６の電圧差を小さくすることが出来、二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧を効率よく均等化することが出来る。
【００７１】
４．効果説明
本構成では、エネルギー転送回路４０のスイッチングトランスＴｒを用いて、異なる電池モジュールＭ間で共通バス５０を介してエネルギーを転送することにより、複数の電池モジュールＭ１、Ｍ２を構成する各リチウイオン二次電池Ｃ１〜Ｃ６の電圧を均等化できる。そのため、複数の電池モジュールＭからなるシステム全体として、最大容量のエネルギーが使用可能となる。しかも、共通バス５０は、電気的にフローティングである。そのため、電池モジュールＭの接続作業や取り外し作業時に、感電や漏電のリスクが小さい。また、フローティングであれば、共通バス５０を電池側に接続する場合、すなわち、直列接続された二次電池Ｃ１〜Ｃ６の両極に接続する場合と比べて、低電圧である。そのため、電池モジュールＭの接続作業や取り外し作業を安全に行うことが可能であり、電池モジュールＭの増設作業や交換作業を安全かつ容易に行うことが出来る。
【００７２】
本構成では、許容範囲Ｙよりも電圧の低い二次電池Ｃ１、Ｃ２が複数ある場合、電圧の低い二次電池Ｃ１の方が、電圧の高い二次電池Ｃ２よりも、共通バス５０からの受け取るエネルギーの量が多く制御される。そのため、許容範囲Ｙよりも電圧の低い複数の二次電池Ｃ１、Ｃ２の電圧を上昇させつつ、それら二次電池Ｃ１、Ｃ２の電圧差を小さくすることが出来る。
【００７３】
本構成では、許容範囲Ｙよりも電圧の高い二次電池Ｃ５、Ｃ６が複数ある場合、電圧の高い二次電池Ｃ６の方が、電圧の低い二次電池Ｃ５よりも、共通バス５０へ転送するエネルギーの量が多く制御される。そのため、許容範囲Ｙよりも電圧の高い複数の二次電池Ｃ５、Ｃ６の電圧を下降させつつ、それら二次電池Ｃ５、Ｃ６の電圧差を小さくすることが出来る。
【００７４】
本構成のエネルギー転送回路４０は、双方向の転送回路であり、１つのスイッチングトランスＴｒだけで、二次電池Ｃから共通バス５０、共通バス５０から二次電池Ｃの双方向にエネルギーの転送が可能である。そのため、構成部品を少なくすることが出来る。
【００７５】
＜実施形態２＞ 
実施形態２を、図１６を参照して説明する。
実施形態２のバッテリ１２０は、図１６に示すように、４つの電池モジュールＭ１〜Ｍ４と、共通バス５０を有している。
【００７６】
電池モジュールＭ１、Ｍ２と、電池モジュールＭ３、Ｍ４はそれぞれ直列に接続されている。また、電池モジュールＭ１の二次電池Ｃ１と電池モジュールＭ３の二次電池Ｃ７の負極間及び電池モジュールＭ２の二次電池Ｃ６と電池モジュールＭ４の二次電池Ｃ１２の正極間をそれぞれ並列線ＬＰで接続してあり、電池モジュールＭ１、Ｍ２と、電池モジュールＭ３、Ｍ４は、並列に接続されている。
【００７７】
電池モジュールＭ１〜Ｍ４は、各二次電池Ｃ１〜Ｃ１２に対応して、エネルギー転送回路４０を備えている。
【００７８】
エネルギー転送回路４０は、実施形態１と同様に、スイッチングトランスＴｒと、第１半導体スイッチＱＡと、第２半導体スイッチＱＢと、を含む。
【００７９】
電池モジュールＭ１、Ｍ２の各二次電池Ｃ１〜Ｃ６に対応して設けられたスイッチングトランスＴｒの各第２巻線４１Ｂは、共通バス５０に接続されている。
【００８０】
電池モジュールＭ３、Ｍ４の各二次電池Ｃ７〜Ｃ１２に対応して設けられたスイッチングトランスＴｒの各第２巻線４１Ｂは、共通バス５０に接続されている。
【００８１】
実施形態２では、並列に接続された電池モジュールＭ１〜Ｍ４の各エネルギー転送回路４０のスイッチングトランスＴｒ１〜Ｔｒ１２の第２巻線４１Ｂを、共通バス５０に共通接続している。
【００８２】
この構成では、並列に接続された電池モジュール間でも、共通バス５０を介して、エネルギーを転送することが出来る。そのため、直列に接続された電池モジュール間だけでなく、並列に接続された電池モジュール間でも、電圧を均等化することが出来る。
【００８３】
図１６では、電圧が許容範囲Ｙより高い電池モジュールＭ２の二次電池Ｃ６と電池モジュールＭ４の二次電池Ｃ１２から、スイッチングトランスＴｒ６、Ｔｒ１２を用いて、共通バス５０へエネルギーを転送している。そして、共通バス５０に転送したエネルギーを、スイッチングトランスＴｒ７を用いて、電圧が許容範囲Ｙより低い電池モジュールＭ３のリチウムイオン電池Ｃ７に転送している。これにより、電池モジュールＭ１〜Ｍ４を構成するリチウムイオン電池Ｃ１〜Ｃ１２の電圧を均等化している。
【００８４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８５】
（１）実施形態１、２では、「蓄電素子」の一例に、リチウムイオン二次電池を例示した。蓄電素子は、他の二次電池でもよく、又、電気二重層コンデンサなどもよい。また、バッテリ２０の用途は、船舶等の大型移動体に限定されるものではなく、ＵＰＳや、太陽光発電システムの蓄電部などの他の用途でもよい。
【００８６】
（２）実施形態１では、電池モジュール間でエネルギーを転送する例を示したが、エネルギーの転送は、電池モジュール間に限らず、電池モジュール内で行ってもよい。
例えば、電池モジュールＭ１を構成する二次電池Ｃ１、Ｃ２間や二次電池Ｃ２、Ｃ３間で、共通バス５０を介してエネルギーを転送するようにしてもよい。また、二次電池Ｃは少なくとも複数であればよく、モジュール化の有無は特に限定されない。
【００８７】
（３）実施形態１では、図５に示すように、スイッチングトランスＴｒ６から共通バス５０へエネルギーを転送するタイミング（ＱＢ６のオン）と、共通バス５０からスイッチングトランスＴｒ１へエネルギーを転送するタイミング（ＱＢ１のオン）を同期させた。図１７に示すバッテリ２２０のように、共通バス５０を構成する正負のバスバー５０Ｐ、５０Ｎ間にコンデンサ５５を設ける構成の場合、スイッチングトランスＴｒ６から共通バス５０へエネルギーを転送するタイミング（ＱＢ６のオン）と、共通バス５０からスイッチングトランスＴｒ１へエネルギーを転送するタイミング（ＱＢ１のオン）を非同期にしてもよい。
【００８８】
（４）実施形態１では、図１０に示すように、スイッチングトランスＴｒの半導体スイッチＱＡ、ＱＢのスイッチング動作の周期Ｔを、変更することで、二次電池Ｃから共通バス５０に転送するエネルギー量を調整した。また、図１５に示すように、共通バス５０から二次電池Ｃに転送するエネルギー量を調整した。転送するエネルギーの調整は、スイッチング動作の周期Ｔを変更する方法以下にも、半導体スイッチＱＡ、ＱＢのＯＮ時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３）の長さを変更するものであってもよい。また、半導体スイッチＱＡ、ＱＢは、電界効果トランジスタに限らず、バイポーラトランジスタでもよい。
【００８９】
（５）実施形態１では、エネルギー転送回路４０の一例として、図２に示すように、フライバック式で双方向の転送回路を例示した。エネルギー転送回路４０は、二次電池Ｃと共通バス５０との間でエネルギーを転送できる回路であればよく、双方向タイプに限定されない。例えば、図１８に示すように、二次電池Ｃ１から共通バス５０にエネルギーを転送する第１転送回路３１０と、共通バス５０から二次電池Ｃ１にエネルギーを転送する第２転送回路３２０を並列に接続する構成であってもよい。
【００９０】
第１転送回路３１０は、図１８に示すように、第１スイッチングトランスＴｒ１と、第１半導体スイッチＱＡ１と、抵抗Ｒと、第１ダイオードＤ１から構成されている。第１スイッチングトランスＴｒ１の第１巻線４１Ａの一端は、二次電池Ｃ１の正極に接続されている。第１巻線４１Ａの他端は、第１半導体スイッチＱＡ１、抵抗Ｒを介して、二次電池Ｃ１の負極に接続されている。また、第１スイッチングトランスＴｒ１の第２巻線４１Ｂの一端は、第１ダイオードＤ１を介して共通バス５０を構成する正極バスバー５０Ｐに接続されている。第２巻線４１Ｂの他端は、抵抗Ｒを介して、共通バス５０を構成する負極バスバー５０Ｎに接続されている。第１転送回路３１０は、第１半導体スイッチＱＡ１のスイッチング制御により、二次電池Ｃ１から共通バス５０にエネルギーを転送することが出来る。
【００９１】
第２転送回路３２０は、図１８に示すように、第２スイッチングトランスＴｒ２と、第２半導体スイッチＱＢ１と、抵抗Ｒと、第２ダイオードＤ２から構成されている。第２スイッチングトランスＴｒ２の第１巻線４１Ａの一端は、第２ダイオードＤ２を介して二次電池Ｃ１の正極に接続されている。第１巻線４１Ａの他端は、抵抗Ｒを介して、二次電池Ｃ１の負極に接続されている。また、第２スイッチングトランスＴｒ２の第２巻線４１Ｂの一端は、共通バス５０を構成する正極バスバー５０Ｐに接続されている。第２巻線４１Ｂの他端は、第２半導体スイッチＱＢ１、抵抗Ｒを介して、共通バス５０を構成する負極バスバー５０Ｎに接続されている。第２転送回路３２０は、第２半導体スイッチＱＢ１のスイッチング制御により、共通バス５０から二次電池Ｃ１にエネルギーを転送することが出来る。
【００９２】
また、エネルギー転送回路４０は、フライバック式に限らず、フォワード式でもよい。
【符号の説明】
【００９３】
２０...バッテリ（本発明の「蓄電装置」の一例）
３０...ケース
４０...エネルギー転送回路
４１Ａ...第１巻線
４１Ｂ...第２巻線
５０...共通バス
７０...制御装置
Ｃ...二次電池（本発明の「蓄電素子」の一例）
Ｍ...電池モジュール（本発明の「蓄電素子モジュール」の一例）
ＱＡ...第１半導体スイッチ（本発明の「第１スイッチ」の一例）
ＱＢ...第２半導体スイッチ（本発明の「第２スイッチ」の一例）
Ｔｒ...スイッチングトランス
Ｔ...スイッチング動作の周期（本発明の「エネルギーの転送周期」の一例）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月28日(2020.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置であって、
直列に接続された複数の蓄電素子と、
複数の前記蓄電素子に対してそれぞれ設けられたエネルギー転送回路と、
複数の前記蓄電素子のエネルギー転送回路が共通接続された共通バスと、
制御装置と、を備え、
前記エネルギー転送回路は、
前記蓄電素子に接続される第１巻線と前記共通バスに接続される第２巻線とを有する、一又は複数のスイッチングトランスを含み、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて、蓄電素子間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子の電圧を均等化し、
前記共通バスは、電気的にフローティングである、蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
直列又は並列に接続された複数の蓄電素子モジュールを備え、
前記蓄電素子モジュールは、直列に接続された複数の前記蓄電素子を含み、
前記共通バスには、直列又は並列に接続された前記蓄電素子モジュールの各蓄電素子に設けられたエネルギー転送回路がそれぞれ接続され、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路を用いて前記蓄電素子モジュール間で前記共通バスを介してエネルギーを転送することにより、前記蓄電素子モジュール間で前記蓄電素子の電圧を均等化する、蓄電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置であって、
前記エネルギー転送回路は、
前記スイッチングトランスと、
前記スイッチングトランスの前記第１巻線に設けられた第１スイッチと、
前記スイッチングトランスの前記第２巻線に設けられた第２スイッチと、を備える、蓄電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の高い蓄電素子が複数ある場合、
前記許容範囲よりも電圧が高い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより高い蓄電素子は、電圧の低い蓄電素子よりも、前記共通バスに転送するエネルギーの量を多くする、蓄電装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の蓄電素子の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の低い蓄電素子が複数ある場合、
前記許容範囲よりも電圧が低い複数の前記蓄電素子のうち、電圧のより低い蓄電素子は、電圧の高い蓄電素子よりも、前記共通バスから受け取るエネルギーの量を多くする、蓄電装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、前記エネルギー転送回路によるエネルギーの転送周期を変更することで、前記蓄電素子から前記共通バスに転送するエネルギー量又は前記共通バスから前記蓄電素子が受け取るエネルギー量を調整する、蓄電装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の高い蓄電素子が複数ある場合、
前記許容範囲よりも電圧が高い複数の前記蓄電素子から前記共通バスに対してエネルギーを同時に転送する、蓄電装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記制御装置は、複数の前記蓄電素子の電圧を、電圧バラツキの許容範囲と比較し、前記許容範囲よりも電圧の低い蓄電素子が複数ある場合、
前記共通バスから前記許容範囲よりも電圧が低い複数の前記蓄電素子に対してエネルギーを同時に転送する、蓄電装置。
【国際調査報告】
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