(57)【要約】【課題】低コストで損失が少ないバランシングをする。【解決手段】バランサ１１０は、トランス４０を備える。バランサ１１０は、フライバックコンバータ方式である。トランス４０は、第１組電池１２０に接続される少なくとも１つの１次コイル２１，２２、及び、第１組電池１２０とは別の第２組電池１２０を構成する複数のセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４に接続される複数の２次コイル５１，５２，５３，５４を有する。【選択図】図５
2018160966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１組電池に接続される少なくとも１つの１次コイル、及び、前記第１組電池とは別の第２組電池を構成する複数のセルに接続される複数の２次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの１次コイルは、前記第１組電池を構成する複数のセルに接続される複数の１次コイルである
請求項１に記載のバランサ。
【請求項３】
前記第１組電池を構成する前記複数のセルから前記複数の１次コイルへの電流の流れをＯＮ／ＯＦＦする複数のスイッチをさらに備える
請求項２に記載のバランサ。
【請求項４】
前記１次側組電池を構成する前記複数のセルの電圧に基づいて、複数の前記スイッチのいずれか一つをＯＮにし、他のスイッチをＯＦＦにするコントローラをさらに備える
請求項３に記載のバランサ。
【請求項５】
第１組電池と、
第２組電池と、
前記第１組電池を構成する複数の第１セルから電流が流れる複数の１次コイル、及び、前記第２組電池を構成する複数の第２セルへ電流を流す複数の２次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサと、
を備える電源装置。
【請求項６】
前記第１組電池は、自動車の走行用電池であり、
前記第２組電池は、自動車の補機用電池である
請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
組電池を構成する複数のセルに接続された複数の２次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、１次側から蓄積されたエネルギーを、前記複数のセルに接続された前記複数の２次コイルから放出することで、前記複数のセルをバランス充電する
バランシング方法。
【請求項８】
１次側から蓄積された前記エネルギーは、前記組電池とは別の組電池を構成する複数のセルをバランス放電して得られる
請求項７に記載のバランシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池のバランシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、及びホームエネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ）に用いられる。組電池は、複数のセルを接続して構成されている。組電池においては、複数のセルの残量がばらつくことがある。セル間の残量のばらつきは、バランサによって補正される。
【０００３】
組電池のバランサは、受動型バランサと能動型バランサとに大別される。受動型バランサは、残量の多いセルから電力を取り出し、その電力を負荷において熱として消費することで、残量のばらつきを補正する。受動型バランサは、回路素子の数が少なく低コストであるが、損失が大きい。能動型バランサは、残量の多いセルから電力を取り出し、その電力を残量の少ないセルへ還元する。能動型バランサは、受動型バランサに比べて、損失は少ないが、回路素子の数が多く高コストである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７８８５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６２６６１号公報
【発明の概要】
【０００５】
受動型バランサ及び能動型バランスの特徴に鑑みると、低コストで損失が少ないバランシング技術が求められている。本発明者らは、第１組電池から、フライバックコンバータを介して、第２組電池へと電力を搬送することで、２次側においてアクティブな制御をすることなく、第２組電池を自動的にバランス充電できることを見出した。
【０００６】
実施形態において、バランサは、第１組電池の電力を、第２組電池を構成する複数のセルに接続される複数の２次コイルを有するトランス介して、フライバックコンバータ方式により、第２組電池へ搬送する。トランスから第２組電池の複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第２組電池がバランス充電される。
【０００７】
実施形態において、バランシング方法は、第２組電池を構成する複数のセルに接続された複数の２次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、１次側から蓄積されたエネルギーを、複数のセルに接続された複数の２次コイルに対して放出することで、複数のセルをバランス充電することを含む。複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第２組電池がバランス充電される。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２は、バランサを開示しているが、いずれの文献も、第２組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。
【０００９】
特許文献１は、１つの組電池から放出されたエネルギーを、トランスを介して、その組電池自体に戻すことを開示しているにすぎず、第１組電池及び第１組電池とは別の第２組電池を開示していない。さらに、特許文献１は、複数の２次コイルを開示しているが、スイッチを用いたアクティブな制御によって、１次側から蓄積されたエネルギーを、最も充電率の小さい一つのセルに接続された１つの２次コイルから放出することを開示しているにすぎず、蓄積されたエネルギーを、複数のセルに接続された複数の２次コイルから放出し、第２組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。
【００１０】
特許文献２は、組電池のエネルギーを別の組電池へ搬送するバランサを開示しているが、エネルギー搬送先の組電池を構成する複数のセルに接続された複数の２次コイルを開示しておらず、したがって、エネルギー搬送先の組電池を自動的にバランス充電することを開示していない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施形態に係る電源装置を備えた電気自動車の構成図である。
【図１Ｂ】比較例に係る電源装置を備えた電気自動車の構成図である。
【図２】実施形態に係る電源装置の構成図である。
【図３】実施形態に係る電源装置の構成図である
【図４Ａ】フライバックコンバータの動作説明図である。
【図４Ｂ】フライバックコンバータの動作説明図である。
【図５】実験回路図である。
【図６Ａ】ゲート波形図である。
【図６Ｂ】１次側電流波形図である。
【図６Ｃ】２次側電流波形図である。
【図７】２次側電流波形図である。
【図８】２次側電流波形図である。
【図９】実験回路の等価回路である
【図１０Ａ】ゲート信号波形図である。
【図１０Ｂ】２次側電流波形図である。
【図１０Ｃ】セルの電荷量の増加を示す図である。
【図１１Ａ】ゲート信号波形図である。
【図１１Ｂ】２次側電流波形図である。
【図１１Ｃ】セルの電荷量の増加を示す図である。
【図１２Ａ】ゲート信号波形図である。
【図１２Ｂ】２次側電流波形図である。
【図１２Ｃ】セルの電荷量の増加を示す図である。
【図１３Ａ】ゲート信号波形図である。
【図１３Ｂ】２次側電流波形図である。
【図１３Ｃ】セルの電荷量の増加を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［１．バランサ、電源装置、バランシング方法］
【００１３】
（１）実施形態に係るバランサは、トランスを備える。トランスは、少なくとも１つの１次コイル及び複数の２次コイルを有する。少なくとも１つの１次コイルは、第１組電池に接続される。複数の２次コイルは、第２組電池を構成する複数のセルに接続される。第２組電池は、第１組電池とは別の組電池である。フライバック方式では、第１組電池が放電することにより、１次コイルにエネルギーがトランスに蓄積され、トランスに蓄積されたエネルギーが２次コイルから放出される。複数の２次コイルから複数のセルへ流れる各電流は、セル電圧が低いほど大きくなるため、第２組電池がバランス充電される。
【００１４】
複数の２次コイルの数は、第２組電池を構成する複数のセルの数と同じでもよいし、少なくても良い。例えば、１つの２次コイルは、１個のセルに対応していてもよいし、ｍ個（ｍは２以上の整数）のセルに対応していてもよい。すなわち、複数のセルの数をｎとした場合、２次コイルの数は、ｎでもよいし、ｎ／ｍでもよい。１つの２次コイルが１個のセルに対応している場合、第２組電池を構成するｎ個のセルそれぞれがバランス充電される。１つの２次コイルがｍ個以上のセルに対応している場合、ｍ個のセル集合をバランシングの一単位として、ｎ／ｍ個のセル集合それぞれがバランス充電される。
【００１５】
（２）少なくとも１つの１次コイルは、第１組電池を構成する複数のセルに接続される複数の１次コイルであってもよい。
【００１６】
複数の１次コイルの数は、第１組電池を構成する複数のセルの数と同じでもよいし、少なくても良い。例えば、１つの１次コイルは、１個のセルに対応していてもよいし、ｍ個（ｍは２以上の整数）のセルに対応していてもよい。すなわち、複数のセルの数をｎとした場合、１次コイルの数は、ｎでもよいし、ｎ／ｍでもよい。１つの１次コイルが１個のセルに対応している場合、第１組電池を構成するｎ個のセルそれぞれから、対応する１次コイルへ放電される。１つの１次コイルがｍ個以上のセルに対応している場合、ｍ個のセル集合を一単位として、ｎ／ｍ個のセル集合それぞれから、対応する１次コイルへ放電される。なお、第１組電池におけるセルの数は、第２組電池におけるセルの数とは異なっていても良い。
【００１７】
（３）バランサは、第１組電池を構成する複数のセルから複数の１次コイルへの電流の流れをＯＮ／ＯＦＦする複数のスイッチをさらに備えてもよい。この場合、第１組電池を構成する複数のセルを選択的に放電させることができる。
【００１８】
（４）１次側組電池を構成する複数のセルの電圧に基づいて、複数のスイッチのいずれか一つをＯＮにし、他のスイッチをＯＦＦにするコントローラをさらに備えることができる。この場合、コントローラは、複数のセルのうちのいずれか１つを選択的に放電させることができる。
【００１９】
（５）実施形態に係る電源装置は、第１組電池と、第２組電池と、バランサと、を備える。バランサは、第１組電池を構成する複数の第１セルから電流が流れる複数の１次コイル、及び、第２組電池を構成する複数の第２セルへ電流を流す複数の２次コイルを有するトランスを備えるフライバックコンバータ方式のバランサである。
【００２０】
（６）第１組電池は、例えば、自動車の走行用電池である。第２組電池は、例えば、自動車の補機用電池である。第１組電池は、第２組電池よりも高電圧であるのが好ましい。
【００２１】
（７）実施形態に係るバランシング方法は、組電池を構成する複数のセルに接続された複数の２次コイルを有するトランスを用いて、フライバックコンバータ方式によって、１次側から蓄積されたエネルギーを、前記複数のセルに接続された前記複数の２次コイルから放出することで、前記複数のセルをバランス充電することを含む。
【００２２】
（８）１次側から蓄積されたエネルギーは、前記組電池とは別の組電池を構成する複数のセルをバランス放電して得られるのが好ましい。
【００２３】
［２．バランサを備える電源装置の例］
【００２４】
図１Ａは、ハイブリッド自動車の構成を示している。ハイブリッド自動車は、電源装置１００を備える。図１Ａの電源装置１００は、メインバッテリ１２０及び補機バッテリ１３０を備える。メインバッテリ１２０は、走行用のモータ１５０等を駆動する走行用バッテリである。走行用バッテリ１２０は、例えば、出力電圧が２００〜３００Ｖの大型組電池である。図１Ａにおいて、走行用バッテリ１２０は、ＥＰＳコンバータ１４０を介して、モータ１５０に電力を供給する。補機バッテリ１３０は、自動車補機を駆動する。補機バッテリ１３０は、走行用バッテリ１２０とは出力電圧が異なり、例えば、出力電圧が１２Ｖの小型組電池である。
【００２５】
図１Ａの電源装置１００は、バランサ１１０を備える。バランサ１１０は、組電池１２０，１３０を構成する各セルの電圧を揃える。バランサ１１０は、組電池１２０を放電させてエネルギーを取り出し、そのエネルギーを、組電池１２０とは別の組電池１３０に搬送し、組電池１３０を充電させる。実施形態において、バランサ１１０は、組電池１２０を放電させる際に、組電池１２０を構成する複数のセルのバランシングをする。しかも、バランサ１１０は、組電池１３０に充電させる際に、組電池１３０を構成する複数のセルのバランシングをする。
【００２６】
図１Ａのバランサ１１０は、組電池１２０から放電された電力を、組電池１２０とは別の組電池１３０において再利用するため、受動型バランサに比べて電力損失が少ない。
【００２７】
図１Ｂは、比較例に係る電源装置２００を備えたハイブリッド自動車を示している。電源装置２００は、電源装置１００と同様に、走行用バッテリ２２０及び補機バッテリ２３０を備えている。バッテリ２２０，２３０は、それぞれ別個に、バランサ２１１，２１２を備えている。さらに、図１Ｂの電源装置２２０は、補機バッテリ２３０を走行用バッテリ２２０によって充電するためのＤＣ−ＤＣコンバータ２６０を備える。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂを対比すると、図１Ａの電源装置１００においては、バランサ１１０が、ＤＣ−ＤＣコンバータの機能も果たしているため、図１ＢのようにＤＣ−ＤＣコンバータ２６０を備える必要がなく、低コスト化が可能である。しかも、図１Ａのバランサ１１０は、両バッテリ１２０，１３０のバランシングをするため、図１Ｂのように２つのバランサ２１１，２１２を備える必要がなく、この観点からも、低コスト化が可能である。
【００２９】
図２及び図３は、バランサ１１０の一例を示している。図２において、バランサ１１０の１次側に接続されるバッテリ（第１組電池）１２０は、直列接続されたｎ個のセルａ１〜ａｎを備える。バランサ１１０の２次側に接続されるバッテリ（第２組電池）１３０は、直列接続されたｎ個のセルｂ１〜ｂｎを備える。なお、２つのバッテリ１２０，１３０において、ｎは異なっていても良い。図３においては、バッテリ１２０におけるセルの数ｎは２であり、バッテリ１３０におけるセルの数ｎは３である。
【００３０】
バランサ１１０は、バランサ回路１１０ａを備える。図３に示すように、バランサ回路１１０ａは、トランス４０を備える。図３のトランス４０は、磁心４１に設けられた複数の１次コイル１１，１２及び複数の２次コイル５１，５２，５３を備える。トランス４０において、１次側と２次側とは逆極性である。後述のように、バランサ回路１１０ａは、フライバックコンバータ方式で動作する。
【００３１】
実施形態において、複数の１次コイルａ１，ａ２の巻き数は、同じである。また、複数の２次コイルｂ１、ｂ２、ｂ３の巻き数は同じである。１次コイルａ１，ａ２の巻き数と２次コイルｂ１，ｂ２，ｂ３の巻き数とは同じであってもよいし、異なっていても良い。
【００３２】
１次コイル１１は、その一端がセルａ１の正極側に接続され、他端がスイッチ２１を介して、セルａ１の負極側に接続されている。スイッチ２１がＯＮになると、セルａ１から１次コイル１１へ流れる電流が発生する。なお、１次コイル１１には、直列又は並列接続された複数のセルから電流が流れても良い。スイッチ２１がＯＦＦになると、１次コイル１１に電流が流れることが阻止され、セルａ１は、充電されず放電もしない。
【００３３】
１次コイル１２は、その一端がセルａ２の正極側に接続され、他端がスイッチ２２を介して、セルａ２の負極側に接続されている。スイッチ２２がＯＮになると、セルａ２から１次コイル１２へ流れる電流が発生する。なお、１次コイル１２には、直列又は並列接続された複数のセルから電流が流れても良い。スイッチ２２がＯＦＦになると、１次コイル１２に電流が流れることが阻止され、セルａ２は、充電されず放電もしない。
【００３４】
スイッチ２１，２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成されている。スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御は、コントローラ１１０によって行われる。なお、スイッチ２１，２２は、セルａ１，ａ２の正極と１次コイル１１，１２との間に設けられていても良い。
【００３５】
バランサ１１０は、バッテリ１２０の各セルａ１，ａ２の電圧を計測する電圧計測器３１，３２を備える。電圧計測器３１，３２は、各セルａ１，ａ２に並列接続されている。電圧計測器３１，３２によって計測された各セルａ１，ａ２の電圧は、コントローラ１１０ｂに与えられる。
【００３６】
コントローラ１１０ｂは、バッテリ１２０，１３０の管理システムとして機能する。具体的には、コントローラ１１０ｂは、各セルａ１，ａ２の電圧に基づいて、複数のスイッチ２１，２２それぞれのＯＮ／ＯＦＦを制御し、バッテリ１２０のバランス放電を実行する。コントローラ１１０ｂは、例えば、複数のセルａ１，ａ２のうち、最も電圧の高いセルを放電させるべく、最も電圧の高いセルに接続されたスイッチをＯＮにする。このとき、他のセルに接続されたスイッチはＯＦＦである。例えば、セルａ１の電圧が最も高ければ、コントローラ１１０は、スイッチ２１をＯＮ、スイッチ２２をＯＦＦにし、セルａ１を放電させる。このようなバランス放電制御の結果、バッテリ１２０における複数のセルａ１，ａ２の電圧が揃う。
【００３７】
複数の１次コイル１１，１２は、トランス４０における共通の磁心４１に設けられているため、複数のセルａ１，ａ２のいずれから放出されたエネルギーであっても、トランス４０に集中的に蓄積される。
【００３８】
２次コイル５１は、その一端がダイオード６１を介してセルｂ１の正極側に接続され、他端がセルｂ１の負極側に接続されている。ダイオード６１は、２次コイル５１からセルｂ１へ電流が流れるのを許容し、セルｂ１から２次コイル５１へ電流が流れるのを阻止する。２次コイル５１において、セルｂ１の正極側へ流れる電流が発生すると、セルｂ１が充電される。
【００３９】
２次コイル５２は、その一端がダイオード６２を介してセルｂ２の正極側に接続され、他端がセルｂ２の負極側に接続されている。ダイオード６２は、２次コイル５２からセルｂ２へ電流が流れるのを許容し、セルｂ２から２次コイル５２へ電流が流れるのを阻止する。２次コイル５２において、セルｂ２の正極側へ流れる電流が発生すると、セルｂ２が充電される。
【００４０】
２次コイル５３は、その一端がダイオード６３を介してセルｂ３の正極側に接続され、他端がセルｂ３の負極側に接続されている。ダイオード６３は、２次コイル５３からセルｂ３へ電流が流れるのを許容し、セルｂ３から２次コイル５３へ電流が流れるのを阻止する。２次コイル５３において、セルｂ３の正極側へ流れる電流が発生すると、セルｂ３が充電される。
【００４１】
なお、バランサ回路１１０ａは、セルｂ１，ｂ２，ｂ３それぞれに並列接続されるコンデンサ７１，７２，７３を備えている。
【００４２】
図３の回路１１０ａにおいて、トランス４０とバッテリ１３０との間は、コントローラ１１０ｂによって制御されるスイッチ（アクティブ素子）を備えないスイッチレス回路になっている。スイッチレスであるため、複数の２次コイル５１，５１，５３は、常時、複数のセルｂ１，ｂ２，ｂ３に接続されている。
【００４３】
図３のバランサ回路１１０ａは、フライバックコンバータ方式であり、１次側からトランス４０に蓄積された磁気エネルギーを、２次側に放出する。フライバックコンバータは、構造が簡素であって、素子数が少なく、低コスト化が容易である。
【００４４】
図４Ａ，４Ｂは、一般的なフライバックコンバータの動作を示している。このフライバックコンバータは、逆極性のトランス３０２の１次コイルに接続されたスイッチ３０３を有する。図４Ａに示すように、スイッチ３０３がＯＮになると、電源３０１からトランス３０２の１次コイルへ電流ｉａが流れ、トランス３０２に磁気エネルギーが蓄積される。その後、図４Ｂに示すように、スイッチ３０３がＯＦＦになると、トランス３０２の２次コイルから電流ｉｂが流れ、トランス３０２に蓄積された磁気エネルギーが放出される。フライバックコンバータは、１次側と２次側の電圧に制約がない。このため、１次側に接続された電池と２次側に接続された電池の電圧が異なっていてよく、電圧の異なるバッテリ１２０，１３０間の接続に有利である。
【００４５】
図３のバランサ回路１１０ａにおいても、基本的には、図４Ａ，図４Ｂのフライバックコンバータと同様に動作する。すなわち、バランス放電のため、スイッチ２１又はスイッチ２２がＯＮになると、セルａ１又はセルａ２から、１次コイル２１又は１次コイル２２へ電流が流れ、トランス４０に磁気エネルギーが蓄積される。ＯＮになっていたスイッチ２１又はスイッチ２２がＯＦＦになることで、全てのスイッチ２１，２２がＯＦＦになると、トランス４０の複数の２次コイル５１，５２，５３それぞれに電流が流れ、バッテリ１３０を構成する複数のセルｂ１，ｂ２ｂ，ｂ３それぞれが充電される。
【００４６】
複数の２次コイル５１，５２，５３それぞれから、対応するセルｂ１，ｂ２，ｂ３に流れる電流は、セルｂ１，ｂ２，ｂ３の電圧によって決まる。すなわち、２次コイル５１，５２，５３からセルｂ１，ｂ２，ｂ３に流れる電流は、電圧の低いセルｂ１，ｂ２，ｂ３ほど大きくなる。この結果、残量が低下して電圧が低くなっているセルｂ１，ｂ２，ｂ３ほど多く充電される。
【００４７】
以下、トランス４０から２次側の各セルに流れる電流を測定した実験結果を説明する。図５は、実験回路を示している。実験回路では、トランス４０の１次側には、１つのセルａ１だけを接続した。１次側のバランス放電の際には、ある時点に着目すると、選択された１つのセルだけから放電されるため、２次側に流れる電流の確認のためには、１次側のセルは１つで足りる。
【００４８】
実験回路では、トランス４０の２次側には、４つのセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４が接続されている。実験では、セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４としてニッケル水素電池を用いた。トランス４０２は、４つのセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４に対応する４つの２次コイル５１，５２，５３，５４を備える。
【００４９】
セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４は、それぞれ、公称電圧が、３．８Ｖである。セルｂ１の初期電圧Ｖｏ１は３．７１Ｖとし、セルｂ２の初期電圧Ｖｏ２は３．５７Ｖとし、セルｂ３の初期電圧Ｖｏ３は３．３６Ｖとし、セルｂ４の初期電圧Ｖｏ４は３．１５Ｖとした（Ｖｏ１＞Ｖｏ２＞Ｖｏ３＞Ｖｏ４）。１次側のセルａ１の電圧Ｖｉｌは、３．０Ｖとした。なお、コイル１１，５１，５２，５３，５４の巻き数は全て同じにした。
【００５０】
スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）２１のスイッチングは、デューティ比が０．４５であって周波数が２０ｋＨｚのパルスにて行った。図６Ａは、スイッチ２１を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに与えられたスイッチングパルスを示している。パルスがＨｉｇｈレベルのときにスイッチ２１がＯＮになり、１次コイル１１に電流が流れ、パルスがＬｏｗレベルのときにスイッチ２１がＯＦＦになる。
【００５１】
図６Ｂは、図６Ａのパルスがスイッチ２１に与えられたときに、１次コイル１１に流れる電流の波形を示している。図６Ｃは、図６Ａのパルスがスイッチ２１に与えられたときに、セルｂ４に流れる電流ｉｃｆ４を示している。図６Ｂ，図６Ｃから、図５の回路がフライバックコンバータ方式の動作をしていることが確認された。
【００５２】
さて、図５の回路において、スイッチ２１がＯＮになると、１次コイル１１に電流が流れる。このとき、２次コイル５１，２，５３，５４には負の電圧ｖがかかる。ダイオード６１，６２，６３，６４によって、負の電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４の流れは阻止されているため、２次コイル５１，５２，５３，５４に負の電圧ｖがかかっても、２次側には電流は流れない（ｉｃｎ１＝ｉｃｎ２＝ｉｃｎ３＝ｉｃｎ４＝０）。この結果、磁気エネルギーがトランス４０に蓄積される。
【００５３】
図７及び図８は、２次コイル５１，５２，５３，５４それぞれから、セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４及びコンデンサ７１，７２，７３，７４に向かう電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４に流れる電流を示している。図７においては、０［μｓ］及び５０［μｓ］の時点において、スイッチ２１がＯＮからＯＦＦに切り替わっている。
【００５４】
スイッチ２１がＯＮからＯＦＦに切り替わると、トランス４０に蓄積された磁気エネルギーが放出されて全ての２次コイル５１，５２，５３，５４に電流が流れる。スイッチ２１がＯＮからＯＦＦに切り替わると、２次コイル５１，５２，５３，５４に流れる各電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４は、ゼロからステップ状に増加する。このため、各２次コイル５１，５２，５３，５４にかかる電圧ｖは非常に大きくなる。このときの電圧ｖは、各セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の電圧差に比べて十分に大きいため、電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４は、いずれも大きく立ち上がる。
【００５５】
電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４は、大きく立ち上がった後、徐々に少なくなる。図７及び図８に示すように、電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４が、減少する際の傾きは、セルの初期電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３，Ｖｏ４）が高いほど大きくなる。これにより、初期電圧の低いセルに流れる電流が多くなり、初期電圧が低いセルほど充電量が多くなる。この結果、複数のセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４がバランス充電される。
【００５６】
以下、電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４の傾きの違いについて説明する。電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４が減少する際における、２次コイル５１，５２，５３，５４の電圧ｖと電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４は、トランス４０の励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の電圧によって決まる。
【００５７】
図９は、電流ｉｃｎ１，ｉｃｎ２，ｉｃｎ３，ｉｃｎ４が減少する際の等価回路を示している。図９の等価回路では、説明の簡略化のため、セル及び２次コイルの数は、それぞれ２つとした。図９では、トランス４０の励磁インダクタンスＬ及びトランス４０の２次側の漏れインダクタンスｌｓが図示されている。ここでは、セルｂ１の電圧をＶ１とし、セルｂ１に流れる電流をｉ１とし、セルｂ２の電圧をＶ２とし、セルｂ２に流れる電流をｉ２とする。
【００５８】
図９の等価回路の回路方程式は、以下のとおりである。
【数１】
2018160966.tif 000003
【００５９】
この回路方程式を解くと、以下の電流ｉ１，ｉ２の式が得られる。
【数２】
2018160966.tif 000004
【００６０】
上記の電流ｉ１，ｉ２の式によれば、Ｖ１＞Ｖ２のとき、
【数３】
2018160966.tif 000005
【００６１】
よって、電流が減少する傾きは、電圧の高いセルｂ１に流れる電流ｉ１の方が、大きくなる。これにより、電圧の低いセルｂ２に流れる電流ｉ２が大きくなり、セルｂ２の充電量が大きくなる。
【００６２】
図５に戻り、複数のセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４のうち、初期電圧が高いセルは、充電中に満充電に達することがある。複数のセルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の中に先に満充電したセルがあった場合、そのセルに流れる電流は、ゼロになり、他のセルに電流が流れる。このことからも、初期電圧の低いセルには、多くの電流が流れ、充電量が多くなる。
【００６３】
図１０Ｂは、図１０Ａに示すゲート信号がスイッチ２１に与えられたときの、電流ｉｃｎ１及び電流ｉｃｆ１の波形を示している。電流ｉｃｎ１は、２次コイル５１からセルｂ１及びコンデンサ７１へ流れる。電流ｉｃｆ１は、セルｂ１を流れる。なお、ここでは、セルｂ１の初期電圧Ｖｏ１は３．７２Ｖとし、セルｂ２の初期電圧Ｖｏ２は３．５８Ｖとし、セルｂ３の初期電圧Ｖｏ３は３．２６Ｖとし、セルｂ４の初期電圧Ｖｏ４は２．９０Ｖとした（Ｖｏ１＞Ｖｏ２＞Ｖｏ３＞Ｖｏ４）。
【００６４】
図１０Ｂに示すように、電流ｉｃｎ１は、スイッチがＯＦＦになった瞬間（３００［μｓ］，３５０［μｓ］）に、約３Ａまで立ち上がった後に低下し始め、３１０［μｓ］及び３６０［μｓ］の手前で、ほぼゼロとなる。電流ｉｃｎ１の平均値は、約０．１８Ａであった。電流ｉｃｆ１は、電流ｉｃｎ１と同様に、スイッチがＯＦＦになった瞬間に立ち上がるが、電流ｉｃｎ１の一部はコンデンサ７１に流れるため、スイッチがＯＦＦになった直後においては電流ｉｃｎ１よりも少ない。ただし、電流ｉｃｎ１がほぼゼロになった後であっても、コンデンサ７１にチャージされた電荷によって、セルｂ１へは電流ｉｃｆ１が少し流れる。
【００６５】
図１０Ｃは、図１０Ｂに示す電流ｉｃｆ１が流れた場合のセルｂ１の電荷量を示している。図１０Ｃに示すように、セルｂ１には、スイッチング１周期で約８．８μＣの充電がされた。
【００６６】
図１１Ｂは、図１１Ａに示すゲート信号がスイッチ２１に与えられたときの、電流ｉｃｎ２及び電流ｉｃｆ２の波形を示している。電流ｉｃｎ２は、２次コイル５２からセルｂ２及びコンデンサ７２へ流れる。電流ｉｃｆ２は、セルｂ２を流れる。各セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の初期電圧は、図１０Ｂの場合と同様である。
【００６７】
図１１Ｂに示すように、電流ｉｃｎ２は、スイッチがＯＦＦになった瞬間（３００［μｓ］，３５０［μｓ］）に、約３Ａまで立ち上がった後、低下し、３１０［μｓ］及び３６０［μｓ］の手前で、ほぼゼロとなる。電流ｉｃｎ２の平均値は、約０．２０Ａであった。
【００６８】
図１１Ｃは、図１１Ｂに示す電流ｉｃｆ２が流れた場合のセルｂ２の電荷量を示している。図１１Ｃに示すように、セルｂ２には、スイッチング１周期で約１０μＣの充電がされた。
【００６９】
図１２Ｂは、図１２Ａに示すゲート信号がスイッチ２１に与えられたときの、電流ｉｃｎ３及び電流ｉｃｆ３の波形を示している。電流ｉｃｎ３は、２次コイル５３からセルｂ３及びコンデンサ７３へ流れる。電流ｉｃｆ３は、セルｂ３を流れる。各セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の初期電圧は、図１０Ｂの場合と同様である。
【００７０】
図１２Ｂに示すように、電流ｉｃｎ３は、スイッチがＯＦＦになった瞬間（３００［μｓ］，３５０［μｓ］）に、約３．９Ａまで立ち上がった後、低下し、３１０［μｓ］及び３６０［μｓ］の手前で、ほぼゼロとなる。電流ｉｃｎ３の平均値は、約０．２９Ａであった。
【００７１】
図１２Ｃは、図１２Ｂに示す電流ｉｃｆ３が流れた場合のセルｂ３の電荷量を示している。図１２Ｃに示すように、セルｂ３には、スイッチング１周期で約１４．４μＣの充電がされた。
【００７２】
図１３Ｂは、図１３Ａに示すゲート信号がスイッチ２１に与えられたときの、電流ｉｃｎ４及び電流ｉｃｆ４の波形を示している。電流ｉｃｎ４は、２次コイル５４からセルｂ４及びコンデンサ７４へ流れる。電流ｉｃｆ４は、セルｂ４を流れる。各セルｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の初期電圧は、図１０Ｂの場合と同様である。
【００７３】
図１３Ｂに示すように、電流ｉｃｎ４は、スイッチがＯＦＦになった瞬間（３００［μｓ］，３５０［μｓ］）に、約３．４Ａまで立ち上がった後、低下し、３１０［μｓ］及び３６０［μｓ］の手前で、ほぼゼロとなる。電流ｉｃｎ４の平均値は、約０．３４Ａであった。
【００７４】
図１３Ｃは、図１３Ｂに示す電流ｉｃｆ４が流れた場合のセルｂ４の電荷量を示している。図１３Ｃに示すように、セルｂ４には、スイッチング１周期で約１６．８μＣの充電がされた。
【００７５】
図１０Ａ〜図１３Ｃに示すように、低電圧のセルへ、より多くの電流が流れ、低電圧のセルほど多く充電されることが確認された。したがって、トランス４０の２次側では、コントローラ１１０ｂがアクティブな制御をしなくても、複数のセルのバランシングが自動的に行われる。
【００７６】
［３．変形］
【００７７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、バランサ回路１１０ａにおいて、トランス４０の一次側には、スイッチ２１，２２のＯＦＦ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を備えても良い。
【００７８】
また、バランサ１１０は、バッテリ１２０をバランス放電させてバッテリ１３０をバランス充電させる機能を有しているだけでなく、バッテリ１３０をバランス放電させてバッテリ１２０をバランス充電させる機能をも有していても良い。バッテリ１３０を放電させてバッテリ１２０を充電させるには、図３のダイオード６１，６２，６３を、スイッチ２１，２２と同様のスイッチに置き換えればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１１  １次コイル
１２  １次コイル
２１  スイッチ
２２  スイッチ
３１  電圧計測器
３２  電圧計測器
４０  トランス
４１  磁心
５１  ２次コイル
５２  ２次コイル
５３  ２次コイル
５４  ２次コイル
６１  ダイオード
６２  ダイオード
６３  ダイオード
６４  ダイオード
７１  コンデンサ
７２  コンデンサ
７３  コンデンサ
１００  電源装置
１１０  バランサ
１１０ａ  バランサ回路
１１０ｂ  コントローラ
１２０  走行用バッテリ
１３０  補機バッテリ
１４０  ＥＰＳコンバータ
１５０  モータ
ａ１  セル
ａ２  セル
ｂ１  セル
ｂ２  セル
ｂ３  セル
ｂ４  セル
【図１Ａ】
2018160966.tif 000006
【図１Ｂ】
2018160966.tif 000007
【図２】
2018160966.tif 000008
【図３】
2018160966.tif 000009
【図４Ａ】
2018160966.tif 000010
【図４Ｂ】
2018160966.tif 000011
【図５】
2018160966.tif 000012
【図６Ａ】
2018160966.tif 000013
【図６Ｂ】
2018160966.tif 000014
【図６Ｃ】
2018160966.tif 000015
【図７】
2018160966.tif 000016
【図８】
2018160966.tif 000017
【図９】
2018160966.tif 000018
【図１０Ａ】
2018160966.tif 000019
【図１０Ｂ】
2018160966.tif 000020
【図１０Ｃ】
2018160966.tif 000021
【図１１Ａ】
2018160966.tif 000022
【図１１Ｂ】
2018160966.tif 000023
【図１１Ｃ】
2018160966.tif 000024
【図１２Ａ】
2018160966.tif 000025
【図１２Ｂ】
2018160966.tif 000026
【図１２Ｃ】
2018160966.tif 000027
【図１３Ａ】
2018160966.tif 000028
【図１３Ｂ】
2018160966.tif 000029
【図１３Ｃ】
2018160966.tif 000030