(57)【要約】  本発明は、電力電池（１）に対する充電バランスシステムに関するものであり、この充電バランスシステムは、直列に配置されたアキュムレータの少なくとも２つのアキュムレータステージ（１１）を備えている。本発明においては、前記バランスシステムは、少なくとも１つのフライバック変換器（１５）を備え、フライバック変換器（１５）は、前記電力電池（１）のアキュムレータステージ（１１）の端子に接続されるように構成されている少なくとも１つの１次巻線（２３）と、前記電力電池（１）の電圧より低い電圧を有する補助電池（５）に接続されるように構成されている２次巻線（２５）とを有する変成器（２１）を備え、各アキュムレータステージ（１１）に対して、関連するスイッチ（２７）が、１次巻線（２３）と、アキュムレータステージ（１１）の負端子（−）とに接続されていることを特徴としている。本発明はまた、補助電池（５）にエネルギーを伝送することにより、電力電池（１）に対する充電バランスを行う方法に関する。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力電池（１）のための充電バランスシステムであって、直列に配置された少なくとも２つのアキュムレータステージ（１１）を備え、各アキュムレータステージ（１１）は、少なくとも１つのアキュムレータ（９）を備えている充電バランスシステムにおいて、
前記充電バランスシステムは、少なくとも１つのフライバック変換器（１５）を備え、
前記少なくとも１つのフライバック変換器（１５）は、
−  変成器（２１）であって、
・前記電力電池（１）のアキュムレータステージ（１１）の端子に接続されるように構成されている、少なくとも１つの１次巻線（２３）と、
・前記電力電池（１）の電圧より低い電圧を有する補助電池（５）に接続されるように構成されている２次巻線（２５）とを有する変成器（２１）と、
−  各アキュムレータステージ（１１）に対して、前記変成器（２１）の１次巻線（２３）と、アキュムレータステージ（１１）の負端子（−）とに接続されている、関連するスイッチ（２７）とを備えていることを特徴とし、
また、前記充電バランスシステムは、
−  前記アキュムレータステージ（１１）の端子間電圧に対する監視装置（１７）と、
−  前記フライバック変換器（１５）に対する制御装置（１９）であって、
・前記監視装置（１７）の電圧情報を受信するための処理手段と、
・少なくとも１つのアキュムレータステージが、他のアキュムレータステージの電圧より高い電圧であるときには、アキュムレータステージ（１１）に関連する少なくとも１つのスイッチ（２７）の閉塞と、エネルギーを前記アキュムレータステージ（１１）から前記補助電池に転送することを命令することにより、アキュムレータステージ（１１）の充電をバランスさせるための処理手段とを、少なくとも１つ備えている制御装置（１９）とを、更に備えていることを特徴とする充電バランスシステム。
【請求項２】
前記電力電池（１）を直列に接続した所定の数モジュール（１３）にそれぞれ関連する、所定の数のフライバック変換器（１５）を備え、前記モジュール（１３）は、直列に配置されたアキュムレータステージ（１１）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の充電バランスシステム。
【請求項３】
前記電力電池（１）を直列に接続した所定の数モジュール（１３）に接続された共通のフライバック変換器（１５）を備え、前記モジュール（１３）は、直列に配置されたアキュムレータステージ（１１）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の充電バランスシステム。
【請求項４】
各アキュムレータステージ（１１）に対して、ブロッキングダイオード（３３）を備え、前記ブロッキングダイオード（３３）は、
−  そのアノードが変成器（２１）の１次巻線（２３）に結合し、
−  そのカソードが関連するスイッチ（２７）に結合していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項５】
ブロッキングダイオード（３３）は、ショットキーダイオードであることを特徴とする、請求項４に記載の充電バランスシステム。
【請求項６】
各アキュムレータステージ（１１）に対して、並列に接続されたダイオード（３５）とトランジスタ（３７）とを備え、ダイオード（３５）は、そのアノードが変成器（２１）の１次巻線（２３）に結合し、そのカソードがアキュムレータステージ（１１）の、関連するスイッチ（２７）に結合していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのフライバック変換器（１５）のスイッチ（２７）は、前記制御装置（１９）によって共通に制御され、少なくとも１つのアキュムレータステージ（１１）が、他のアキュムレータステージ（１１）の、それぞれの電圧より高い電圧である時には、同時に閉塞されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項８】
各アキュムレータステージの前記端子の所に、関連するフライバック変換器（１５）を備え、
前記フライバック変換器（１５）は、
−  変成器（２１）であって、
・前記アキュムレータステージ（１１）の前記端子に接続されるように構成されている１次巻線（２３）と、
・前記電力電池（１）の前記電圧より低い電圧を有する補助ネットワークに接続されるように構成されている２次巻線（２５）とを有する変成器（２１）と、
−  各アキュムレータステージ（１１）に対して、前記変成器（２１）の１次巻線（２３）と、アキュムレータステージ（１１）の前記負端子（−）とに接続されている、関連するスイッチ（２７）とを備えていることを特徴とし、
また、前記充電バランスシステムは、
−  前記アキュムレータステージ（１１）の前記端子間電圧に対する監視装置（１７）と、
−  前記フライバック変換器（１５）に対する制御装置（１９）であって、
・前記監視装置（１７）の前記電圧情報を受信するための処理手段と、
・少なくとも１つのアキュムレータステージが、他のアキュムレータステージの前記電圧より高い電圧であるときには、アキュムレータステージ（１１）に関連するフライバック変換器（１５）の少なくとも１つのスイッチ（２７）の閉塞と、エネルギーを前記アキュムレータステージ（１１）から前記補助ネットワークに転送することを命令することにより、アキュムレータステージ（１１）の充電をバランスさせるための処理手段とを、少なくとも１つ備えている制御装置（１９）とを、更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の充電バランスシステム。
【請求項９】
前記変成器（２１）は、平面技術による変成器であることを特徴とする、請求項８に記載の充電バランスシステム。
【請求項１０】
それぞれ、前記変成器（２１）に直列にマウントされた複数のダイオード（２９）を備え、前記ダイオードは、それぞれ、そのアノードが変成器（２１）の２次巻線（２５）に接続され、またそのカソードが前記補助ネットワークに接続されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の充電バランスシステム。
【請求項１１】
前記スイッチ（２７）は、前記制御装置（１９）によって個別に制御され、他のアキュムレータステージ（１１）のそれぞれの電圧より高い電圧を有するアキュムレータステージ（１１）に関連するスイッチ（２７）の閉塞が命令されることを特徴とする、請求項１〜６、または８〜１０のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項１２】
前記制御装置（１９）は、
−  各アキュムレータステージ（１１）に対して、関連するスイッチ（２７）にの閉塞時間（ｔf）を算出するための処理手段と、
−  それぞれ、前記関連する閉塞時間（ｔf）の間、スイッチ（２７）の閉塞を命令するための処理手段との中の少なくとも１つの処理手段を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の充電バランスシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのフライバック変換器（１５）は、電力電池（１）から補助電池（５）にエネルギーを転送するのに適した寸法で、補助電池（５）にエネルギーを供給することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項１４】
前記制御装置（１９）は、前記変換器（１５）を制御し、バランスエネルギーを前記アキュムレータステージ（１１）から前記補助ネットワークに転送するように構成され、前記フライバック変換器（１５）は、ガルバニックアイソレーションを有することを特徴とする、請求項８と、請求項９〜１３のいずれか１項とを組み合わせた充電バランスシステム。
【請求項１５】
前記制御装置（１９）は、前記変換器（１５）を制御し、前記電力電池（１）に対する前記バランスエネルギーに基づいて、前記補助ネットワークにエネルギーを供給するように構成されていることを特徴とする、請求項８と、請求項９〜１４のいずれか１項とを組み合わせた充電バランスシステム。
【請求項１６】
前記制御装置（１９）は、それぞれ、前記アキュムレータステージ（１１）によって供給されるべき前記電力を判定するための、少なくとも１つの処理手段を備えていることを特徴とする、請求項１５に記載の充電バランスシステム。
【請求項１７】
リチウムイオン電力電池（１）のアキュムレータステージ（１１）に対する充電バランスを行うように構成されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の充電バランスシステム。
【請求項１８】
電気自動車および／またはハイブリッド自動車のモータにエネルギーを供給する電力電池（１）のアキュムレータステージ（１１）に対する充電バランスを行うように構成されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の充電バランスシステム。
【請求項１９】
直列に配置された少なくとも２つのアキュムレータステージ（１１）を備え、各アキュムレータステージ（１１）は、少なくとも１つのアキュムレータ（９）を備えている電力電池（１）に対する充電バランス方法であって、
前記方法は、
−  各アキュムレータステージ（１１）の端子間で、電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を測定するステップと、
−  前記測定電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を比較するステップと、
−  １つの測定電圧が他の測定電圧より高い場合には、前記電力電池（１）のアキュムレータステージ（１１）の前記端子に接続され、前記スイッチ（２７）に結合している、少なくとも１つの１次巻線（２３）と、前記電力電池（１）の前記電圧より低い電圧を有する補助電池（５）に接続されている２次巻線（２５）とを有する変成器（２１）を備えるフライバック変換器（１５）の、少なくとも１つのスイッチ（２７）の閉塞を命令し、閉塞が命令された前記少なくとも１つのスイッチ（２７）に関連する前記アキュムレータステージ（１１）から、前記補助電池にエネルギーを転送し、アキュムレータステージ（１１）の充電をバランスさせるステップとを備えていることを特徴とする充電バランス方法。
【請求項２０】
各アキュムレータステージ（１１）に対して、アキュムレータステージ（１１）の前記端子に接続され、前記スイッチ（２７）に結合している１次巻線（２３）と、補助電池（５）に接続されている２次巻線（２５）とを有する変成器（２１）を備えたフライバック変換器（１５）の、関連するスイッチ（２７）に対する閉塞時間（ｔf）を算出するステップと、
それぞれ、前記算出された閉塞時間（ｔf）の間、スイッチ（２７）の閉塞を命令するステップとを備えていることを特徴とする、請求項１９に記載の充電バランス方法。
【請求項２１】
前記電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を、前記電力電池（１）の各アキュムレータステージ（１１）の端子間で測定する準備ステップと、
前記測定電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を、所定の閾値電圧と比較する準備ステップと、
比較結果に基づいて、各アキュムレータステージ（１１）の充電の程度（ｔx）を判定することにより、閉塞時間の算出を可能にする準備ステップとを備えていることを特徴とする、請求項２０に記載の充電バランス方法。
【請求項２２】
前記電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を、前記電力電池（１）の各アキュムレータステージ（１１）の端子間で測定するステップと
−  前記測定電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を互いに比較するステップと、
−  最も充電されたアキュムレータステージ（１１）を判定し、充電の程度が高いアキュムレータステージ（１１）に対して、長い閉塞時間を算出するステップとを備えている
ことを特徴とする、請求項２１に記載の充電バランス方法。
【請求項２３】
前記電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）は、アキュムレータステージ（１１）の端子間で、前記電力電池（１）の充電の終了時等、所定の時刻に測定されることを特徴とする、請求項２１または２２に記載の充電バランス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学アキュムレータ電力電池のための充電バランスシステム、および対応する充電バランス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような電池は、特に、電気転送システム、ハイブリッド転送システム、および車載のシステムの分野に使用されている。本発明は、特に、この種の応用に適合されたリチウムイオンタイプの電池に関するものである。このリチウムイオン電池は、小さい質量で、大量のエネルギーを蓄積できるからである。本発明はまた、スーパーキャパシタにも適用可能である。
【０００３】
電気化学アキュムレータは、数ボルトの程度の公称値電圧を有する。より正確に言えば、リン酸鉄に基づいたリチウムイオン電池では３．３Ｖであり、また酸化コバルトに基づいたリチウムイオン技術では、４．２Ｖである。エネルギーが供給されるべきシステムの要求条件に関して、この電圧が低すぎる場合には、いくつかのアキュムレータが直列に接続される。また、それぞれが直列に接続されたアキュムレータを、２つ以上並列に配列することも可能であり、これにより、利用可能な容量を増加させ、従って、より高いレベルの電流と電力とを供給することができる。従って、並列に接続されたアキュムレータは、ステージ（段）を形成する。１つのステージは、最小で１つのアキュムレータから構成される。これらのステージは、直列に配置されて、所望の電圧レベルを得ることができる。このように接続されたアキュムレータは、アキュムレータ電池と呼ばれる。
【０００４】
アキュムレータの充電または放電は、それぞれ、その端子間の電圧の成長または減衰によって示される。
【０００５】
アキュムレータは、電気化学の過程によって定義される電圧レベルに達した時に、充電された、または放電されたと考えられる。複数のアキュムレータステージを使用している回路においては、ステージを通して流れる電流は、同一の値である。
【０００６】
従って、ステージの充電または放電のレベルは、アキュムレータの固有の特性に依存する。すなわち、電解質に存在するか、または、電極と電解質との間の接触に存在する固有の容量と、直列および並列の浮遊内部抵抗とに依存する。従って、アキュムレータの製造時のばらつき、およびエージングによって、ステージ間の電圧差が生ずる可能性がある。
【０００７】
リチウムイオン技術のアキュムレータに対しては、閾値電圧と呼ばれる電圧に対して高過ぎる電圧、または低すぎる電圧は、アキュムレータを損傷または破壊する可能性がある。例えば、酸化コバルトに基づいたリチウムイオンアキュムレータの過充電は、それらの熱暴走を引き起こし、発火させる危険性がある。リン酸塩に基づいたリチウムイオンアキュムレータでは、過充電は、電解質の分解を引き起こし、これにより、寿命が短縮され、またはアキュムレータに障害を与える可能性がある。
【０００８】
例えば、２Ｖよりも低い電圧に達するほどの深い放電は、特に、負電極の電流コレクタが銅でできている場合には、この電流コレクタの酸化を引き起こし、従ってアキュムレータの障害を引き起こすことになる。
【０００９】
従って、安全性および信頼性の立場から、充電および放電の間に、各アキュムレータステージの端子間電圧を監視することが必須である。各ステージに並列に接続された監視装置と呼ばれる装置によって、この機能を確保することが可能になる。
【００１０】
監視装置の機能は、各アキュムレータステージの充電および放電の状態を監視して、駆動回路に情報を伝送し、ステージがその閾値電圧に到達した時に、電池の充電または放電を停止することである。
【００１１】
しかし、直列に配置された複数のアキュムレータステージを有する電池の場合には、最も充電されたステージがその閾値電圧に到達した時に充電が停止されたとすれば、他のステージは、十分に充電されていない可能性がある。その反対に、最も放電されたステージがその閾値電圧に到達した時に、放電が停止されたとすれば、他のステージは、十分に放電していない可能性がある。従って、各アキュムレータステージに充電された電気量は、十分に利用されることがなく、これは、強い自律性が要求される転送タイプ、および車載タイプの応用に対する主要な問題である。この問題を解決するために、一般に、バランスシステムには、監視装置が設けられる。
【００１２】
バランスシステムの機能は、直列に配置された各アキュムレータステージを、充電および／または放電において、同一の状態に維持することにより、電池の充電、従ってその自律性を最適化することである。
【００１３】
バランスシステムには、２つのカテゴリーが存在する。これらは、エネルギー消費バランスシステムと呼ばれるものと、またエネルギー伝送バランスシステムと呼ばれるものである。
【００１４】
エネルギー消費バランス装置では、閾値電圧に到達した１つ以上のステージの充電電流を別ルートに通すことにより、そして抵抗体の中でエネルギーを消費させることにより、ステージの端子間電圧をバランスさせる。１つの変形として、閾値電圧に到達した１つ以上のステージを放電させることにより、ステージの端子間電圧をバランスさせる。
【００１５】
しかし、上記で述べたようなエネルギー消費バランスシステムは、電池を充電するために必要なエネルギーよりも多くのエネルギーが消費されるという点が主要な欠点である。事実、僅かながらまだ充電が不十分な、１つまたは複数の最後のアキュムレータの充電を完了するためには、いくつかのアキュムレータを放電させる、またはいくつかのアキュムレータの充電電流を他に向けることが必要である。従って、消費されるエネルギーは、充電を完了するのに必要なエネルギーよりも、ずっと大きなエネルギーになる可能性がある。更に、過剰エネルギーは熱として放散され、これは、転送タイプ、および車載タイプへの利用において、一体化するという要求に適合するものではなく、温度上昇によって、アキュムレータの寿命が減少してしまう。
【００１６】
一方、エネルギー伝送バランスシステムでは、アキュムレータ電池または補助エネルギーネットワークとアキュムレータステージとの間で、エネルギーの交換が行われる。
【００１７】
エネルギーの伝送は、電池からステージに、またはステージから電池にと、一方向に、または、電池からステージに、およびステージから電池に、または隣接したステージ相互に、双方向に実行することができる。
【００１８】
隣接したステージ相互に行うバランスシステムにおける双方向の伝送に関しては、エネルギーは、バランスされるべきセルから、実質的に等しい距離にある複数の装置を通って流れて行く。これにより、これらの装置には、２つの主要な欠点が生まれる。すなわち、電池をバランスさせるために長い時間が必要になることと、関係するこれらの装置の損失が累積することにより、エネルギー伝送の効率が低くなることとである。
【００１９】
ステージから電池に、および／または電池からステージにエネルギーを伝送するバランスシステムによって、これらの問題を解決することが可能になる。しかし、実施する上の複雑さによって、このようなシステムは、使用されるとしても、困難なものである。
【００２０】
一方向の伝送に関して、特許文献１は、ステージから電池にエネルギーを伝送することを可能にする装置を開示している。この場合、ストレッジ要素として、アキュムレータ毎に１つのインダクタを使用している。しかし、この装置は、転送タイプおよび車載タイプへの応用例において、電池をバランスさせるためのエネルギー伝送に関して、最適解を得ているものではない。事実、電池の充電の終了は、閾値電圧に到達した最後のステージによって判定される。電池の充電は、エネルギーが、１つ以上のステージからタップオフされて、そのエネルギーが全てのステージに帰還されることによって完了する。従って、１つ以上のアキュムレータステージが、僅かに充電が不十分である場合には、エネルギーは、エネルギーを必要とするステージに対しても、またエネルギーがタップオフされるべきステージに対しても、優先的に伝送されることはない。従って、バランスには、全てのステージに関して、それらが高過ぎる電圧に充電されないようにするために、充電の終了時に、全てのステージからエネルギーをタップオフする必要がある。動作している変換器の数は相当に多くなるので、バランスさせるには、高い損失が伴う。更に、既に充電の終了しているアキュムレータを通して、無駄なＡＣまたはＤＣの電流成分が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】中国特許ＣＮ１９０５２５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従って、本発明の目的は、これら従来技術の欠点を有しない、改善されたバランスシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的のために、本発明の主題は、電力電池に対する充電バランスシステムを提供することであり、この充電バランスシステムは、直列に配置された少なくとも２つのアキュムレータステージを備え、各アキュムレータステージは、少なくとも１つのアキュムレータを備えている。本発明によるバランスシステムは、少なくとも１つのフライバック変換器を備え、フライバック変換器は、
−  変成器であって、
・前記電力電池のアキュムレータステージの端子に接続されるように構成されている、少なくとも１つの１次巻線と、
・前記電力電池の電圧よりも低い電圧を有する補助電池に接続されるように構成されている２次巻線とを有する変成器と、
−  各アキュムレータステージに対して、前記変成器の１次巻線とアキュムレータステージの負端子とに接続されている、関連するスイッチとを備えていることを特徴とし、また、前記充電バランスシステムは、
−  前記アキュムレータステージの端子間電圧に対する監視装置と、
−  前記フライバック変換器に対する制御装置であって、
・前記監視装置の電圧情報を受信し、
・少なくとも１つのアキュムレータステージが、他のアキュムレータステージの電圧より高い電圧を示す時には、他のアキュムレータステージに関連する、少なくとも１つのスイッチを閉塞し、前記ステージから前記補助電池にエネルギーを伝送するように命令し、アキュムレータステージの充電をバランスさせるための、少なくとも１つの処理手段を備えている制御装置とを、更に備えていることを特徴としている。
【００２４】
前記バランスシステムは更に、次に示す特徴の中の１つ以上を、単独にまたは組み合わせて備えることができる。
−  前記バランスシステムは、前記電力電池を直列に接続した、所定の数のモジュールにそれぞれ関連する、所定の数のフライバック変換器を備え、前記モジュールは、直列に配置されたアキュムレータステージを備えている。
−  前記バランスシステムは、前記電力電池を直列に接続した、所定の数のモジュールに接続された共通のフライバック変換器を備え、前記モジュールは、直列に配置されたアキュムレータステージを備えている。
−  前記バランスシステムは、各アキュムレータステージに対して、ブロッキングダイオードを備え、ブロッキングダイオードは、そのアノードが変成器の１次巻線に結合し、そのカソードが関連するスイッチに接続している。
−  ブロッキングダイオードは、ショットキーダイオードである。
−  前記バランスシステムは、各アキュムレータステージに対して、並列に接続されたダイオードおよびトランジスタを備え、ダイオードは、そのアノードが変成器の１次巻線に結合し、そのカソードがアキュムレータステージの関連するスイッチに接続されている。
−  前記少なくとも１つのフライバック変換器のスイッチは、前記制御装置によって共通に制御され、これにより、少なくとも１つのアキュムレータステージが、他のアキュムレータステージの、それぞれの電圧より高い電圧を示す時には、同時に閉塞される。
−  前記少なくとも１つのフライバック変換器のスイッチは、前記制御装置によって個別に制御され、これにより、他のアキュムレータステージの、それぞれの電圧よりも高い電圧を有するアキュムレータステージに関連するスイッチを閉塞するように命令される。
−  前記制御装置は、
・各アキュムレータステージに対して、判定された充電の程度に基づいて、関連するスイッチの閉塞時間を算出し、
・関連するそれぞれの閉塞時間の間、スイッチの閉塞を命令するための、少なくとも１つの処理手段を備えている。
−  前記少なくとも１つのフライバック変換器は、電力電池から補助電池にエネルギーを伝送するように配置され、それにより、補助電池にエネルギーを供給する。
−  前記システムは、リチウムイオン電力電池のアキュムレータステージの充電バランスを取るように構成されている。
−  前記システムは、電気自動車および／またはハイブリッド自動車のモータにエネルギーを供給する電力電池のアキュムレータステージの充電バランスを取るように構成されている。
【００２５】
前記バランスシステムは更に、次に示す特徴の中の１つ以上を、単独にまたは組み合わせて備えることができる。
−  前記バランスシステムは、各アキュムレータステージの端子のところに、
・関連するフライバック変換器であって、前記関連するアキュムレータステージの端子に接続されるように構成されている１次巻線と、前記電力電池の電圧より低い電圧を有する補助ネットワークに接続されるように構成されている２次巻線とを有する変成器と、各アキュムレータステージに対して、前記変成器の１次巻線と、アキュムレータステージの負端子とに接続されている、関連するスイッチとを備えているフライバック変換器を備え、また、前記バランスシステムは、
・前記アキュムレータステージの端子間電圧に対する監視装置と、
・前記フライバック変換器に対する制御装置であって、前記監視装置の電圧情報を受信し、少なくとも１つのアキュムレータステージの電圧が、他のアキュムレータステージの電圧よりも高い電圧を示した時には、アキュムレータステージに関連するフライバック変換器の少なくとも１つのスイッチを閉塞し、前記アキュムレータステージから補助ネットワークにエネルギーを伝送するよう命令し、それにより、アキュムレータステージの充電をバランスさせるための、少なくとも１つの処理手段を、それぞれ有する制御装置とを更に備えている。
−  前記変成器は、平面技術による変成器である。
−  前記バランスシステムは、それぞれ、前記変成器に直列に接続された複数のダイオードを備え、前記ダイオードは、それぞれ、そのアノードが変成器の２次巻線に接続され、カソードが前記補助ネットワークに接続されている。
−  前記制御装置は、バランスエネルギーを、前記アキュムレータステージから前記補助ネットワークに伝送するよう、前記変換器を制御するように構成され、前記フライバック変換器は、ガルバニックアイソレーションが得られている。
−  前記制御装置は、バランスエネルギーを、前記アキュムレータステージから、前記電力電池の電圧より低い電圧を有する補助電池に伝送するよう、前記変換器を制御するように構成されている。
−  前記スイッチは、個別に制御される。
−  前記制御装置は、他のアキュムレータステージにおける、それぞれの電圧より高い電圧を有するアキュムレータステージに関連するスイッチを閉塞するよう命令するように構成される。
−  前記制御装置は、各アキュムレータステージに対して、関連するスイッチの閉塞時間を算出し、それぞれ関連する閉塞時間の間、スイッチを閉塞するよう命令するための、少なくとも１つの処理手段を備えている。
−  前記制御装置は、前記電力電池のバランスエネルギーに基づいて、前記補助ネットワークにエネルギーを供給するよう、前記変換器を制御するように構成されている。
−  前記制御装置は、それぞれ前記アキュムレータステージによって供給されるべき電力を判定するための、少なくとも１つの処理手段を備えている。
【００２６】
本発明はまた、直列に配置された少なくとも２つのアキュムレータステージを備え、各アキュムレータステージは、少なくとも１つのアキュムレータを備えている電力電池に対する充電バランス方法に関する。本発明の方法は、次に示すステップを備えていることを特徴としている。
−  各アキュムレータステージの端子間で、電圧を測定するステップ。
−  測定電圧を比較するステップ。
−  １つの測定電圧が他の測定電圧よりも高い場合には、フライバック変換器の少なくとも１つのスイッチの閉塞を命令し、閉塞が命令された前記少なくとも１つのスイッチに関連する前記アキュムレータステージから、前記補助電池に対してエネルギーを伝送し、それにより、アキュムレータステージの充電をバランスさせるステップ。ここで、フライバック変換器は、変成器を有し、この変成器は、前記電力電池のアキュムレータステージの端子に接続され、前記スイッチに結合している、少なくとも１つの１次巻線と、前記電力電池の電圧よりも低い電圧を有する補助電池に接続されている、２次巻線とを有する。
【００２７】
好適な実施形態においては、上記に示した方法は、電力電池に対する充電バランス方法と前記電力電池の電圧より低い電圧を有する補助電池にエネルギーを供給する方法とを組み合わせた方法である。
【００２８】
１つの実施形態においては、本発明の方法は、次に示すステップを備えている。
−  各アキュムレータステージに対して、フライバック変換器の関連するスイッチの閉塞時間を算出するステップ。ここで、フライバック変換器は、変成器を有し、この変成器は、アキュムレータステージの端子に接続され、前記スイッチに結合している１次巻線と、補助電池に接続されている２次巻線とを有する。
−  それぞれ、算出された閉塞時間の間、スイッチの閉塞を命令するステップ。
【００２９】
前記充電バランス方法は、次に示す準備ステップを備えている。
−  前記電力電池の各アキュムレータステージの端子間で、電圧を測定するステップ。
−  測定電圧を、所定の閾値電圧と比較するステップ。
−  比較結果基づいて、各アキュムレータステージの充電の程度を判定し、これにより、閉塞時間の算出を可能にするステップ。
【００３０】
１つの代替の実施形態においては、前記充電バランス方法は、次に示す準備ステップを備えている。
−  前記電力電池の各アキュムレータステージの端子間で、電圧を測定するステップ。
−  測定電圧を互いに比較するステップ。
−  最も充電されたアキュムレータステージを判定し、これにより、多く充電されたアキュムレータステージに対しては、長い閉塞時間を算出するステップ。
【００３１】
特定の実施形態の場合には、電圧は、前記電力電池の充電の終了時等、所定の時刻に、アキュムレータステージの端子間で測定される。
【００３２】
本発明の他の特徴および利点は、以下の記述から明らかになると思う。これらの記述は、添付した図面に関して、非限定的な例として示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】電力電池バランスシステムの第１の実施形態を示す図である。
【図２ａ】図１のバランスシステムをより詳細に示す図である。
【図２ｂ】図１のバランスシステムをより詳細に示す図である。
【図３】直列に接続されたアキュムレータステージのいくつかのモジュールを備える電力電池に対するバランスシステムの１つの変形を示す図である。
【図４】同期整流を行うバランスシステムの１つの変形を示す図である。
【図５】第１の実施形態における電力電池に対する充電バランス方法の種々のステップを示す図である。
【図６】補助電池に対するエネルギーの供給を可能にする、電力電池バランスシステムの第２の実施形態を示す図である。
【図７】図６に示すバランスシステムをより詳細に示す図である。
【図８】電力電池の充電バランスと補助電池へのエネルギー供給とを組み合わせた方法の種々のステップを示す図である。
【図９】第３の実施形態における電力電池、補助電池、およびバランスシステムをより詳細に示す図である。
【図１０】図９に示す電力電池の端子間の監視装置および制御装置を示す図である。
【図１１】補助電池に対するエネルギーの供給を可能にする、電力電池バランスシステムの第４の実施形態を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における電力電池に対する充電バランス方法の種々のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
これらの図、および引き続く記述において、実質的に同一の要素には、同一の符号を付してある。
【００３５】
図１に示されているものを次に示す。
−  例えば、ハイブリッド車両または電気車両のモータに電力を供給するための、高電圧（例えば、４８Ｖ〜７５０Ｖ）で、車両のシャシーから絶縁されている電力電池１。
−  電力電池１に対するバランスシステム３。
−  例えば、車両の中の付属装置Ａ１、Ａ２〜Ａｎに電力を供給するための、電力電池１より低い電圧（例えば、１２Ｖ）の補助電池５。
−  ２つの電池１および５の間のＤＣ／ＤＣ変換器７。ＤＣ／ＤＣ変換器７によって、電力電池１による補助電池５に対するエネルギーの供給が可能となり、ガルバニックアイソレーションが実現されることにより、付属装置Ａ１〜Ａｎの安全性が確保されている、
【００３６】
電力電池１は、アキュムレータ９の電池である（図２ａおよび図２ｂ参照）。この電力電池１は、直列に配置された複数のアキュムレータ９を備えることができる。この電力電池１はまた、直列に接続されたアキュムレータ９に並列に、１つ以上のさらなるアキュムレータを備え、アキュムレータステージ１１を形成することができる。従って、各アキュムレータステージ１１は、１つのアキュムレータ９または並列接続された複数のアキュムレータを備えることができる。
【００３７】
図３に示すように、電力電池１は、直列に配置された複数のモジュール１３を備えることができ、各モジュール１３は、所定の数のアキュムレータステージ１１を備えている。図示の例では、電力電池１は、それぞれが４つのアキュムレータステージ１１を有する２つのモジュール１３を有する。モジュール１３のこのような直列接続によって、欠陥を有するモジュール１３は、容易に取り換えることができる。
【００３８】
他の構成も可能であることは、言うまでもない。例えば、８個、１０個、または１２個の直列接続したアキュムレータステージ１１を備えるモジュールを有する構成としてもよい。この場合、各アキュムレータステージ１１は、必要に応じて、並列に接続された２個、４個、または更には、１０個のアキュムレータを備えていてもよい。
【００３９】
更に、各モジュール１３は、並列に別のモジュール１３に、更に接続することもできる。
Ｉ．１  第１の実施形態
【００４０】
バランスシステム３における第１の実施形態について説明する。
【００４１】
再び図２ａおよび図２ｂを参照すると、バランスシステム３は、次のものを備えていることが分かる。
−  破線で囲まれたフライバック変換器１５。
−  アキュムレータ９のアキュムレータステージ１１の端子間電圧に対する監視装置１７。
−  フライバック変換器１５を制御し、それによりアキュムレータステージ１１の充電をバランスさせる制御装置１９。
【００４２】
電力電池１が複数のモジュール１３を備えている場合には、バランスシステム３は、電力電池１に対して、全体として、単一のフライバック変換器１５を、または、図３に示すように、それぞれのモジュール１３に関連して、複数のフライバック変換器１５備えることができる。欠陥を有するフライバック変換器１５は、容易に取り換えることができる。全てのモジュールに対して単一のフライバック変換器１５を設ける場合には、１つのモジュールのセル間におけるバランスは、コストを抑えるために、抵抗体の電力吸収、または他のいずれかの方法で実行することができる。
【００４３】
図２ａ〜図３に示すように、１つまたは複数のフライバック変換器１５は、それぞれ、点線で囲まれた変成器２１を備えている。この変成器は、
−  それぞれ、１つのアキュムレータステージ１１に関連する複数の１次巻線２３と、
−  補助電池５に結合している２次巻線２５とを有する。
【００４４】
フライバック変換器１５は、更に、各１次巻線２３の側に、例えば、電力トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）および反並列に接続された保護ダイオードからなるスイッチ２７を備えている。このスイッチ２７は、関連するアキュムレータステージ１１の負端子（−）に結合している。
【００４５】
フライバック変換器１５はまた、２次巻線２５の側に、直列に接続されたダイオード２９およびキャパシタ３１を備えている。
【００４６】
更に、ブロッキングダイオード３３（ショットキーダイオード等）によって、アキュムレータステージ１１の間でのエネルギー伝送を防ぐことができる。更に、ショットキーダイオードを使用することにより、ダイオードによって生ずる電圧降下を低減することができ、また、従来のダイオードと比較して、低い値の電圧閾値（例えば、０．３Ｖ程度）を得ることができる。
【００４７】
効率を改善し、ショットキーダイオード３３の中における損失を低減するために、変形した実施形態として、図４に示すように、ショットキーダイオード３３の代わりに、並列接続したダイオード３５およびトランジスタ３７を接続することにより、同期整流を使用することができる。
【００４８】
しかし、例えば、リン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）に基づくリチウムイオン技術のアキュムレータの場合には、充電時における電圧不一致は、非常に低く、電圧は、一般的に約３．２Ｖである。充電の終了時には、これらの不一致は、増加して最大で０．５Ｖになり、最大充電電圧は、３．７Ｖになる。スイッチ２７の中のトランジスタを保護するためのダイオードは、０．７Ｖの電圧閾値を有し、不一致は０．５Ｖであり、それにより、充電の程度の高いアキュムレータステージから充電の程度の低いアキュムレータステージへの放電を防ぐことができる。従って、充電の程度の高いアキュムレータステージから充電の程度の低いアキュムレータステージに向かって放電されないこと、また、エネルギーが、実際に補助電池に伝送されることを確実にするために、ショットキーダイオードを配置する、または同期整流を使用するという必要はなくなる。
【００４９】
放電の終了時に、３．２Ｖのプラトー電圧との差電圧０．５Ｖを得るために、最小電圧を２．７Ｖに限定する、または、この時点においてはバランスをとらないことに決定することが可能であると考えられる。これにより、一意的に効率を増加させ、コストを低減することが可能になる。この解決策は、アキュムレータ間の電圧不一致が、０．６Ｖないし０．７Ｖを超えない正規の動作時に有効である。
【００５０】
アキュムレータ９に対する電圧監視装置１７は、各アキュムレータステージ１１の端子間電圧の測定手段１７’を備えている。これらの測定手段１７’は、その測定結果を制御装置１９に送信するように構成されている。
【００５１】
制御装置１９は、
−  測定電圧を受信し、
−  測定電圧を比較し、
−  スイッチ２７の閉塞を命令するための、少なくとも１つの処理手段を備えている。
【００５２】
従って、高電圧のアキュムレータステージ１１は、その電圧を１次巻線２３に印加する。他のアキュムレータステージ１１は、ショットキーダイオード３３が存在しているので、放電しない。従って、このアキュムレータステージ１１のエネルギーは、変成器２１を介して補助電池５に伝送される。
【００５３】
変形した１つの実施形態では、スイッチ２７を個別に制御することができる。従って、この場合には、閉塞するように命令されるのは、最も充電されているアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７である。
【００５４】
電力電池１のアキュムレータ９に対する充電バランスの典型的な方法を、図２ｂおよび図５を参照して説明する。
【００５５】
第１のステップＥ１において、アキュムレータステージ１１の端子間電圧が測定される。各アキュムレータステージ１１の電圧は、それぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４である。
【００５６】
１つの例として、電圧Ｖ１が３．５Ｖに等しく、また電圧Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４が３．２Ｖに等しく、閾値電圧は、例えば、３．６Ｖである場合を考えてみる。
【００５７】
従って、第１のアキュムレータステージ１１の端子間電圧の測定手段１７’は、電圧Ｖ１を３．５Ｖと測定し、また、他の測定手段１７’は、それぞれ、電圧Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４を３．２Ｖと測定する。
【００５８】
制御装置１９は、ステップＥ２において、測定電圧を比較する。
【００５９】
第１のアキュムレータステージ１１の端子間電圧Ｖ１は、他のアキュムレータステージ１１の電圧Ｖ２〜Ｖ４より高い。従って、制御装置１９は、ステップＥ３において、スイッチ２７を閉塞するよう命令する。これらのスイッチ２７は、共通に制御され、所定の閉塞時間に従って、同時に閉塞される。
【００６０】
３．５Ｖの電圧Ｖ１は、１次巻線２３に印加される。この電圧Ｖ１は、他のアキュムレータステージ１１の電圧Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４よりも高く、それぞれ、電圧Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４であるアキュムレータステージ１１に対するショットキーダイオードは、遮断状態になり、これにより、これらのアキュムレータステージ１１の放電が防止される。従って、１次巻線２３は、最も充電されたアキュムレータステージ１１に結合し、これにより、変成器２１の中の磁束は増加する。
【００６１】
１つの変形として、電圧Ｖ１である最も充電されたアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７だけが閉塞される。これにより、この最も充電された、このアキュムレータステージ１１に結合している１次巻線２３を有する変成器２１の中の磁束が増加する。
【００６２】
更に、２次巻線の端子間電圧は、負になり、これにより、ダイオード２９は、遮断状態になる。
【００６３】
１つまたは複数のスイッチ２７が開放された時には、ダイオード２９は、導通状態になり、従って、整流電流が流れ、この整流電流は、その後、キャパシタ３１によってフィルタリングされる。
【００６４】
従って、アキュムレータ９の充電は、最も充電されたアキュムレータステージ１１のエネルギーが補助電池５に転送されることによりバランスする。
【００６５】
このバランシングは、補助電池５の電力消費が観測された時に、または補助電池５の充電が可能である時に、車両の操作の任意の折に行うことができる。
Ｉ．２  第２の実施形態
【００６６】
第２の実施形態を図６に示す。この第２の実施形態は、バランスシステム３の中で、第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器７が完全に除かれており、これにより、補助電池５に対するエネルギー供給を可能にし、また、付属装置の安全性のためのガルバニックアイソレーションを確保しているという点において、第１の実施形態とは異なっている。
【００６７】
ＤＣ／ＤＣ変換器の経費が削除されることにより、バランスシステムの規模を拡大することができ、バランス機能を強力にすることができる。この場合には、バランスシステム３のハードウェア素子は、電力電池１から補助電池５へのエネルギーの伝送に対して適した寸法になっている。
【００６８】
この第２の実施形態（図７）においては、制御装置１９は、
−  測定手段１７’が測定した電圧を受信するための処理手段と、
−  測定電圧を所定の閾値電圧と比較するための処理手段と、
−  比較結果に基づいて充電の程度ｔxを判定するための処理手段と、
−  各スイッチ２７に対して、関連するアキュムレータステージ１１の充電の程度ｔxの関数として、閉塞時間ｔfを算出するための処理手段と、
−  算出された閉塞時間ｔfに従って、スイッチ２７の閉塞を個別に命令するための、少なくとも１つの処理手段を備えている。
【００６９】
電力電池１のアキュムレータ９に対する充電バランス方法と、補助電池５にエネルギーを供給する方法とを組み合わせた典型的な方法を、図７および図８を参照して説明する。
【００７０】
第１のステップＥ１００において、アキュムレータステージ１１の端子間電圧が測定される。各アキュムレータステージ１１の電圧は、それぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４である。この電圧測定は、充電の終了時または停止時等、所定の時に行うことができる。
【００７１】
例を簡単にするために、アキュムレータの電圧は、その充電状態を反映していると考えることにする。これは常に当てはまるものではないが、より容易に説明することが可能になる。例えば、ＬｉＦｅＰＯ４技術によるアキュムレータに対しては、充電状態の不一致は、充電の終了時、および／または放電の終了時を除いて、電圧に基づいて推定することはできない。または、アキュムレータ間の電圧差は、しばしば、非常に低く、合理的な経費で測定することはできない。
【００７２】
電圧Ｖ１が３．３Ｖに等しく、電圧Ｖ２およびＶ３が３．２Ｖに等しく、電圧Ｖ４が３．５Ｖに等しく、また閾値電圧が、例えば３．６Ｖである場合の例を考えることにする。
【００７３】
従って、第１のアキュムレータステージ１１の端子間電圧の測定手段１７’は、電圧Ｖ１を３．３Ｖと測定し、また、第２および第３の測定手段１７’は、それぞれ、電圧Ｖ２およびＶ３を、３．２Ｖと測定し、また第４の測定手段１７’は、電圧Ｖ４を３．５Ｖと測定する。
【００７４】
ステップＥ２００において、制御装置１９は、各測定電圧を閾値電圧３．６Ｖと比較し、各アキュムレータステージ１１の充電の程度ｔxを判定する。従って、３．３Ｖである電圧Ｖ１の第１のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度が９１％であると判定され、それぞれ、３．２Ｖである電圧Ｖ２、およびＶ３の、第２および第３のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度が８８％であると判定され、３．５Ｖである電圧Ｖ４の最後のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度が９７％であると判定される。
【００７５】
ステップＥ３００においては、関連するスイッチ２７の閉塞時間ｔfは、アキュムレータステージ１１の、これらの充電の程度ｔxの関数として算出される。電圧がＶ２およびＶ３である第２および第３のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７の閉塞時間ｔfは、電圧がＶ１である第１のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間より短く、また、電圧がＶ４である最後のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間より短い。
【００７６】
変形した１つの実施形態においては、ステップＥ２００において、測定電圧を閾値電圧と比較する代わりに、測定電圧を互いに比較して、最も充電されたアキュムレータステージを特定する。
【００７７】
ここに示した例では、３．５Ｖである電圧Ｖ４は、３．３Ｖである電圧Ｖ１より高く、また、３．２Ｖである電圧Ｖ２、およびＶ３より高い（Ｖ４＞Ｖ１＞Ｖ２＝Ｖ３）。これにより、電圧がＶ４であるアキュムレータステージ１１は、電圧がＶ１であるアキュムレータステージ１１よりも多く充電され、電圧がＶ１であるアキュムレータステージ１１は、電圧がＶ２、およびＶ３であるアキュムレータステージ１１よりも多く充電されていることが分かる。
【００７８】
この変形においては、関連するスイッチに対する閉塞時間は、ステップＥ３００において、これらの比較結果に基づいて算出され、最も充電されたアキュムレータステージ１１は、より多く放電するように設定される。従って、前と同様に、電圧がＶ２およびＶ３である第２および第３のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間ｔfは、電圧がＶ１である第１のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間より短く、また、電圧がＶ４である最後のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７の閉塞時間より短い。
【００７９】
最後に、ステップＥ４００において、算出された閉塞時間に従って、スイッチ２７の間欠的な閉塞が命令され、最も充電されたアキュムレータステージ１１は、より多く放電され、最終的には、充電の程度が最も低いアキュムレータステージ１１の充電レベルと実質的に同じ充電レベルに到達する。
【００８０】
ここに示した例では、それぞれ、電圧がＶ４およびＶ１であるアキュムレータステージ１１は、より多く放電して、電圧がＶ２およびＶ３である、充電の程度が低いアキュムレータステージ１１の充電レベルと実質的に同じ充電レベルに到達する。
【００８１】
以前と同様に、これにより、変成器２１の中の磁束は増加し、スイッチ２７が開放されると、ダイオード２９は導通状態になって、整流電流が流れ、この整流電流
は、その後、キャパシタ３１によってフィルタリングされる。
【００８２】
従って、補助電池５にはエネルギーが供給される。また、最も充電されたアキュムレータステージ１１のエネルギーが補助電池５に伝送されることにより、アキュムレータ９のアキュムレータステージ１１の充電がバランスする。
【００８３】
更に、電力電池１が複数のモジュール１３を備えている場合には、これらのモジュール１３に関連するバランスシステムによって供給された電力は、互いに加算されて、補助電池５にエネルギーを供給する。
【００８４】
従って、電力電池１から補助電池５に伝送されるエネルギーは、電力電池１のアキュムレータステージ１１の充電レベルをバランスさせる役目を担うものであることが分かる。更に、単一の電子素子が、電力電池１のアキュムレータ９における充電バランスの機能と、補助電池５へのエネルギー供給の機能との２つの機能を実行することができる。
ＩＩ．１  第３の実施形態
【００８５】
次に、第３の実施形態を説明する。
【００８６】
図９および図１０に示すように、バランスシステム３は、各アキュムレータステージ１１に対して、フライバック変換器１５（点線で囲まれている）と制御装置１９とを備えている。制御装置１９は、フライバック変換器１５を制御し、アキュムレータステージ１１の充電をバランスさせる。
【００８７】
従って、この第３の実施形態は、バランスシステム３が、各アキュムレータステージ１１に対して１つのフライバック変換器１５を有しており、モジュール１３に対して、または電力電池１に対して、全体として１つのフライバック変換器１５を有するのではないという点で、第１の実施形態とは異なっている。
【００８８】
従って、バランスシステム３は、２つの電力電池１および５の間に並列に接続された複数のフライバック変換器１５を備えている。
【００８９】
各フライバック変換器１５は、ガルバニックアイソレーションを有するように実装され、付属装置Ａ１〜Ａｎの安全性を確保している。
【００９０】
フライバック変換器１５は、アキュムレータステージ１１に接続されている１次巻線２３と、補助電池５に結合している２次巻線２５とを有する変成器２１備えている。
【００９１】
複数のアキュムレータステージ１１に対して１つの変成器２１を設けるのではなく、１次巻線２３および２次巻線２５を有する変成器２１を、アキュムレータステージ１１毎に設けることにより、低電力の変成器２１を使用することが可能になる。
【００９２】
変成器２１に対して、特に、平面プリント回路技術を使用することが可能になる。平面タイプの変成器は、薄型の磁気回路を備えている。この薄型の磁気回路は、一般に機械加工したフェライトでできており、フェライトは、プリント回路の上に固定され、プリント回路の中に巻線が設けられる。
【００９３】
フライバック変換器１５は、１次巻線２３の側に、例えば、電力トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）によって構成したスイッチ２７を更に備えている。このスイッチ２７は、関連するアキュムレータステージ１１の負端子（−）に結合している。
【００９４】
フライバック変換器１５はまた、２次巻線２５の側に、直列に接続されたダイオード２９を備えている。
【００９５】
従って、アキュムレータステージ１１に関連する各フライバック変換器１５は、他のフライバック変換器１５から独立しており、これにより、変換器１５の同時の動作が可能であり、この際に、１つのアキュムレータステージ１１と別のアキュムレータステージ１１との間の相互作用が生ずることはない。
ＩＩ．２  第４の実施形態:
【００９６】
図１１に示す第４の実施形態においては、バランスシステム３の中で、第２の実施形態の第１の変形におけるＤＣ／ＤＣ変換器７が完全に除かれており、これにより、補助電池５に対するエネルギー供給を可能にし、また、付属装置Ａ１〜Ａｎの安全性のためのガルバニックアイソレーションを確保している。
【００９７】
バランスシステム３によって供給される電力は、補助ネットワーク（１２Ｖネットワークと呼ばれる）、または、ここで説明している実施形態の中における低電圧ネットワークにエネルギーを供給するのに十分である。
【００９８】
更に、複数のフライバック変換器１５による冗長性によって、補助電池５を省略して、１２Ｖネットワークに給電することも可能になる。
【００９９】
ＤＣ／ＤＣ変換器の経費が削除されることにより、バランスシステムの規模を拡大することができ、バランス機能を強力にすることができる。この場合には、バランスシステム３のハードウェア素子は、電力電池１から補助電池５へのエネルギーの伝送に対して適した寸法になっている。
【０１００】
第３または第４の実施形態に対するバランスシステムもまた、アキュムレータ９のアキュムレータステージ１１の端子間電圧に対する監視装置１７を備えることができる。
【０１０１】
アキュムレータ９（図１０）に対するこの電圧監視装置１７は、例えば、各アキュムレータステージ１１の端子間の測定手段を備え、それらの測定結果を制御装置１９に送信するように構成されている。
【０１０２】
制御装置１９は、スイッチ２７を個別に制御し、最も充電されたアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対して、閉塞するように命令することができる。
【０１０３】
制御装置１９は、更に、監視装置１７が測定した電圧を受信するための少なくとも１つの処理手段を備えることができ、測定電圧を解析し、測定電圧を解析した結果に基づいて、１つ以上のスイッチ２７の閉塞を命令することができる。
【０１０４】
測定電圧を解析するために、制御装置１９は、測定電圧を互いに比較する手段と、比較結果に基づいて、最も充電されたアキュムレータステージを判定する手段とを備えることができる。
【０１０５】
１つの変形においては、制御装置１９は、各アキュムレータステージ１１に対して、次に示す式（１）によって、積Ｐを算出する手段を備えることができる。
（１）Ｐ＝Ｃｒｅｆｉ・（１−ＳＯＣｉ）  
（ここで、Ｃｒｅｆｉ＝アキュムレータステージｉの基準容量、および、ＳＯＣｉ＝アキュムレータステージｉの充電状態）
【０１０６】
または１つの変形として、各アキュムレータステージ１１に対して、第２の式（２）によって、積Ｐ’を算出する手段を備えることができる。
（２）Ｐ’＝Ｃｒｅｆｉ・ＳＯＣｉ
（ここで、Ｃｒｅｆｉ＝アキュムレータステージｉの基準容量、および、ＳＯＣｉ＝アキュムレータステージｉの充電状態）
【０１０７】
容量は、アキュムレータが供給することができる電気量に対応し、一般に、ＡｈまたはｍＡｈで表される。この電気量は、各アキュムレータの固有の特性である。この値は、特に温度およびエージングの関数として徐々に延びて行き、またアキュムレータの寿命を過ぎると減少する。各アキュムレータステージ１１の容量に関する情報は、種々のサイクルが行われる中での学習の結果から得ることができる。基準容量は、一般に、製造者によって、例えば６０Ａｈと決められる。
【０１０８】
制御装置１９は、各アキュムレータステージ１１に対する積ＰまたはＰ’に関わる等式が成立するように放電させるべく、１つまたは複数のアキュムレータステージ１１を判定するための手段を更に備えることができる。
【０１０９】
別の変形においては、制御装置１９は、次に示す手段を備えることができる。
−  測定電圧を閾値電圧と比較する手段。
−  比較結果に基づいて充電の程度を判定する手段。
−  判定されたアキュムレータステージ１１の充電の程度の関数として、各スイッチ２７に対する閉塞時間を算出する手段。
【０１１０】
制御装置１９は、１２Ｖネットワークにエネルギーを供給するために、各アキュムレータステージ１１によって供給されるべき電力を判定するための、少なくとも１つの処理手段を、更に備えることができる。
ＩＩ．３  動作
［電力電池の充電段階］
【０１１１】
次に、図９および図１０を参照して、第３の実施形態におけるバランスシステム３の典型的な動作を説明する。これは、電力電池１を充電して、全てのアキュムレータステージ１１を公称値電圧レベルに維持する場合の実施形態である。
【０１１２】
このバランシングは、電力電池１の充電と同時に実行することができる。
【０１１３】
このバランシングは、補助電池５の電力消費が観測された時に、または補助電池５の充電が可能である時に、車両の操作の任意の折に行うことができる。
【０１１４】
１２Ｖネットワークでの電力消費が不十分な場合には、追加的な電力消費手段（車両の暖房、および空調等）を駆動して、１２Ｖネットワークでの電力消費を増加させることができる。
【０１１５】
例を簡単にするために、アキュムレータの電圧は、その充電状態を反映していると考えることにする。これは常に当てはまるものではないが、より容易に事情を説明することが可能になる。例えば、ＬｉＦｅＰＯ４技術によるアキュムレータに対しては、充電状態の不一致は、充電の終了時、および／または放電の終了時を除いて、電圧に基づいて推定することはできない。または、アキュムレータ間の電圧差は、しばしば、非常に低く、合理的な経費で測定することはできない。
・第１の変形
【０１１６】
第１のステップＥ２０１（図１２参照）において、アキュムレータステージ１１の端子間で電圧が測定される。各アキュムレータステージ１１は、電圧は、それぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４である。
【０１１７】
電圧Ｖ１は３．３Ｖに等しく、電圧Ｖ２、およびＶ３は３．２Ｖに等しく、また電圧Ｖ４は３．５Ｖに等しく、また閾値電圧は、例えば、３．６Ｖである場合を考えることにする。
【０１１８】
従って、第１のアキュムレータステージ１１の端子間の測定手段は、電圧Ｖ１を３．３Ｖと測定し、第２および第３の測定手段は、電圧Ｖ２、およびＶ３を３．２Ｖと測定し、また第４の測定手段は、電圧Ｖ４を３．５Ｖと測定する。
【０１１９】
この測定は、車両を操作している任意の折に、または正規な時間間隔で、または、充電の終了時または車両の停止時等、所定の時刻に実行することができる。
【０１２０】
制御装置１９は、ステップＥ２０２において、測定電圧を比較することができる。
【０１２１】
第４のアキュムレータステージ１１の端子間電圧Ｖ４は、第１のアキュムレータステージの端子間電圧Ｖ１より高く、また、それぞれ、第２および第３のアキュムレータステージ１１の電圧Ｖ２およびＶ３より高い。
【０１２２】
制御装置１９は、この情報に基づいて、測定電圧を互いに比較することにより、最も充電されたアキュムレータステージ１１を判定することができる。
【０１２３】
この例においては、３．５Ｖである電圧Ｖ４は、３．３Ｖである電圧Ｖ１より高く、また、３．２Ｖである電圧Ｖ２、およびＶ３より高い（Ｖ４＞Ｖ１＞Ｖ２＝Ｖ３）。これにより、電圧がＶ４であるアキュムレータステージ１１は、電圧がＶ１であるアキュムレータステージ１１よりも多く充電され、電圧がＶ１であるアキュムレータステージ１１は、電圧がＶ２、およびＶ３であるアキュムレータステージ１１よりも多く充電されていることが分かる。
【０１２４】
従って、制御装置１９は、この情報に基づいて、最も充電されたアキュムレータステージ１１は、第４および第１のアキュムレータステージ１１であると判定し、従って、ステップＥ２０３において、関連するスイッチ２７の閉塞を命令する。
【０１２５】
これにより、１次巻線２３が第４のアキュムレータステージ１１に結合している変成器２１の中の磁束と１次巻線２３が第１のアキュムレータステージ１１に結合している変成器２１の中の磁束とは増加する。
【０１２６】
２次巻線２５の端子間電圧は負になり、従って、ダイオード２９は遮断状態になる。
【０１２７】
スイッチ２７が開放されると、ダイオード２９は導通状態になる。
【０１２８】
従って、関連するアキュムレータステージ１１のエネルギーは、変成器２１を介して、補助電池５に伝送される。
【０１２９】
従って、アキュムレータ９の充電は、最も充電されたアキュムレータステージ１１のエネルギーが１２Ｖネットワークに転送されることによりバランスされる。
・第２の変形
【０１３０】
例えば、各アキュムレータステージ１１における積Ｐを、次に示す式（１）を満足させるように、アキュムレータステージ１１の充電状態に応じて、各アキュムレータステージ１１を放電させることもできる。
（１）Ｐ＝Ｃｒｅｆｉ・（１−ＳＯＣｉ）  
（ここで、Ｃｒｅｆｉ＝アキュムレータステージｉの基準容量、および、ＳＯＣｉ＝アキュムレータステージｉの充電状態）
【０１３１】
積Ｐは、充電状態に逆比例して増加する。すなわち、アキュムレータステージ１１の充電が進めば、積Ｐは小さくなる。従って、積Ｐが最小であるアキュムレータステージ１１を、優先的に放電させる。
【０１３２】
ステップＥ２０３において、スイッチ２７に対する閉塞時間を、これら積Ｐの関数として算出することができる。従って、積Ｐが小さければ、そのアキュムレータステージは、充電の程度が高いことを示している。従って、充電の程度が高いアキュムレータステージ１１に対しては、閉塞時間をそれだけ長くして優先的に放電させる。
【０１３３】
そして、積Ｐに関わる等式が満足されるように、算出された閉塞時間に従って、スイッチ２７の閉塞が命令される。
・第３の変形
【０１３４】
別の実施形態として、各アキュムレータステージに対する充電の程度を判定し、判定された充電の程度の関数として、適切な閉塞時間を導き出すことができる。
【０１３５】
充電の程度は、例えば、３．６Ｖの閾値電圧に関係づけて判定することができる。
【０１３６】
従って、ここに示す例では、以下のように判定することができる。
−  ３．３Ｖである電圧Ｖ１の第１のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度は、９１％である。
−  ３．２Ｖである、それぞれ電圧Ｖ２およびＶ３の、第２および第３のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度は、８８％である。
−  ３．５Ｖである電圧Ｖ４の最後のアキュムレータステージ１１に対しては、充電の程度は、９７％である。
【０１３７】
従って、スイッチ２７に対する閉塞時間は、ステップＥ２０３においては、これら充電の程度の関数として算出される。
【０１３８】
従って、電圧がＶ２およびＶ３の、第２および第３のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間は、電圧がＶ１の第１のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間より短く、また、電圧がＶ４の最後のアキュムレータステージ１１に関連するスイッチ２７に対する閉塞時間より短い。
【０１３９】
最後に、算出された閉塞時間に従って、スイッチ２７の間欠的な閉塞が命令され、最も充電の程度が低いアキュムレータステージ１１と、実質的に同じ充電レベルに到達するまで、最も充電されたアキュムレータステージ１１を放電させる。
【０１４０】
ここに示されている例においては、それぞれ電圧Ｖ４およびＶ１のアキュムレータステージ１１は、充電の程度が低い電圧Ｖ２およびＶ３のアキュムレータステージ１１と比較して、実質的に同じ充電レベルに到達するように放電される。
【０１４１】
以前と同様に、これにより、変成器２１の中の磁束は増加し、スイッチ２７が開放されると、ダイオード２９は、導通状態になる。
【０１４２】
従って、１２Ｖネットワークには、エネルギーが供給され、また、アキュムレータステージ１１から１２Ｖネットワークにエネルギーが伝送されることにより、アキュムレータ９のアキュムレータステージ１１の充電は、バランスする。
【０１４３】
本発明によるバランス方法によると、アキュムレータステージ１１のいずれかが、所望の充電レベルに到達しなかったとしても、アキュムレータステージ１１の充電を連続することにより、１００％の充電レベルに到達できることは言うまでもない。
［電力電池の放電段階］
【０１４４】
次に、電力電池１の放電によるバランスシステム３の典型的な動作を説明する。
【０１４５】
バランシングは、電力電池１の放電と同時に行うことができる。
【０１４６】
最も充電されたアキュムレータステージ１１は、優先的に使用されて、１２Ｖ低電圧ネットワークにエネルギーを供給する。
【０１４７】
最も充電されたアキュムレータステージ１１を判定するために、制御装置１９は、例えば、次に示す式（２）によって、各アキュムレータステージ１１に対する積Ｐ’を比較することができる。
（２）Ｐ’＝Ｃｒｅｆｉ・ＳＯＣｉ
（ここで、Ｃｒｅｆｉ＝アキュムレータステージｉの基準容量、およびＳＯＣｉ＝アキュムレータステージｉの充電状態）
【０１４８】
この場合には、積Ｐ’は、各アキュムレータステージ１１の充電状態とともに増加する。従って、最大の積Ｐ’を有するアキュムレータステージ１１が、優先的に放電される。
【０１４９】
１つの変形として、測定された電圧レベルを、充電段階の第１の変形と同様の方法で比較することにより、最も充電されたアキュムレータステージ１１を判定することができるということは言うまでもない。
【０１５０】
または、別の変形においては、最も充電されたアキュムレータステージ１１は、充電段階の第３の変形と同様の様式で、閾値電圧と比較して充電の程度を算出することにより判定される。
【０１５１】
制御装置１９は、更に、各アキュムレータステージ１１によって供給される電力を制御して、１２Ｖネットワークにエネルギーを供給することができる。
【０１５２】
例えば、最も充電されたアキュムレータステージ１１に関しては、または算出された積Ｐ’が最大のアキュムレータステージ１１に関しては、これらのアキュムレータステージ１１は、最大電力Ｐｍ（例えば、２０Ｗ）を供給する。
【０１５３】
他のアキュムレータステージ１１に関しては、供給されるべき電力Ｐｉは、例えば、次に示す式（３）によって算出することができる。
（３）Ｐｉ（ｔ）＝Ｐ１２（ｔ）−Ｐｍ・ｘ
（ここで、Ｐ１２（ｔ）＝所与の時刻ｔにおいて１２Ｖネットワークで消費される電力、Ｐｍ＝最も充電されたアキュムレータステージ１１によって供給される最大電力、および、ｘ＝比Ｐ１２（ｔ）／Ｐｍの整数部）
【０１５４】
従って、電力電池１から補助電池５に伝送されるエネルギーは、電力電池１のアキュムレータステージ１１の充電レベルをバランスさせる役目を担うものであると理解される。
【０１５５】
更に、単一の電子素子が、電力電池１のアキュムレータ９における充電バランスの機能と、補助電池５へのエネルギー供給の機能との２つの機能を実行することができる。
【０１５６】
また更に、単一のフライバック変換器１５の代わりに、複数のフライバック変換器１５を使用することにより、従来技術における単一のフライバック変換器と比較して、低電力のフライバック変換器を使用することが可能になり、従って、低価格にすることができる。
【０１５７】
更に、フライバック変換器１５のこの冗長性によって、補助電池５を取り除くことが可能になる。
【０１５８】
更に、バランスシステム３は、をフライバック変換器１５が十分な電力を扱える場合には、車両に対して１２ボルト系アクセサリーを提供する機能を確保することができる。
【符号の説明】
【０１５９】
１  電力電池
３  バランスシステム
５  補助電池
７  ＤＣ/ＤＣ変換器
９  アキュムレータ
１１  アキュムレータステージ
１３  モジュール
１５  フライバック変換器
１７  監視装置
１７’  測定手段
１９  制御装置
２１  変成器
２３  １次巻線
２５  ２次巻線
２７  スイッチ
２９  ダイオード
３１  キャパシタ
３３  ブロッキングダイオード
３５  ダイオード
３７  トランジスタ
Ａ１ 〜Ａｎ  付属装置
Ｅ１  アキュムレータステージ１１の端子間電圧を測定する
Ｅ２  測定電圧を比較する
Ｅ３  スイッチ２７を閉塞するよう命令する
Ｅ１００  アキュムレータステージ１１の端子間電圧を測定する
Ｅ２００  各アキュムレータステージ１１の充電の程度ｔxを判定する
Ｅ３００  閉塞時間ｔfを充電の程度ｔxの関数として算出する
Ｅ４００  スイッチ２７の間欠的な閉塞を命令する
Ｅ２０１  アキュムレータステージ１１の端子間電圧を測定する
Ｅ２０２  測定電圧を比較する
Ｅ２０３  スイッチ２７の閉塞を命令する
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際調査報告】
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