(57)【要約】【課題】エネルギを有効に活用して、蓄電池の充放電を均等に行うことのできる充電均等化システムを提供する。【解決手段】本発明は、直列に接続された少なくとも２つの蓄電池のステージ（Ｅｔi）を備え、各蓄電池のステージ（Ｅｔi）は、少なくとも１つの蓄電池（Ａij）を有するバッテリ充電均等化システムに関し、少なくとも１つの電源と、各蓄電池のステージ（Ｅｔi）と関連づけられ、少なくとも１つの電源（７）により供給され、少なくとも１つのインダクタ（Ｌ１i）と、第１端子が少なくとも１つの電源（７）の正極（ｖ２）に接続されている少なくとも１つのキャパシタ（Ｃ１i）と、アノードが、蓄電池のステージの負極に接続され、カソードが、少なくとも１つのインダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つのダイオード（Ｄ１i）と、１つの端子が、少なくとも１つのインダクタの１つの端子に接続されている少なくとも１つのスイッチ（ＳＷ１i）とを含む充電装置（５）と、少なくとも１つの電源（７）を制御し、充電される蓄電池のステージに関連する充電装置の少なくとも１つのスイッチを閉じて、少なくとも１つのインダクタがエネルギを蓄積し、エネルギを、関連する蓄電池のステージへ移動させるようになっている制御装置（３）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された少なくとも２つの蓄電池のステージ（Ｅｔi）を備え、前記各蓄電池のステージ（Ｅｔi）は少なくとも１つの蓄電池（Ａij）を含むバッテリ均等化システムであって、
−  少なくとも１つの正極（ｖ２）と、少なくとも１つの負極（ｖ１）とを含む少なくとも１つの電圧源と、
−  前記各蓄電池のステージ（Ｅｔi）に対して関連付けられ、少なくとも１つの前記電圧源（７）により供給され、
・少なくとも１つのインダクタ（Ｌ１i）と、
・第１端子が少なくとも１つの前記電源（７）の前記正極（ｖ２）に接続されている少なくとも１つのキャパシタ（Ｃ１i）と、
・アノードが、前記蓄電池のステージの前記負極に接続され、カソードが、少なくとも１つの前記インダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つのダイオード（Ｄ１i）と、
・１つの端子が、少なくとも１つの前記インダクタの１つの端子に接続されている少なくとも１つのスイッチ（ＳＷ１i）とを備える充電装置（５）と、
−  少なくとも１つの前記電源（７）を制御し、充電される蓄電池のステージに関連する充電装置の少なくとも１つの前記スイッチを閉じて、少なくとも１つの前記インダクタがエネルギを蓄積し、前記エネルギを、関連する前記蓄電池のステージに移動させるようになっている制御装置（３）とを含むことを特徴とするバッテリ充電均等化システム。
【請求項２】
−  少なくとも１つの前記キャパシタ（Ｃ１i）の第２端子は、前記インダクタ（Ｌ１i）の第１端子に接続され、
−  少なくとも１つの前記ダイオード（Ｄ１i）のカソードは、前記キャパシタ（Ｃ１i）の第２端子に接続され、
−  少なくとも１つの前記スイッチ（ＳＷ１i）は、第１端子が前記インダクタ（Ｌ１i）の第２端子に接続され、第２端子が関連する前記蓄電池のステージの正極（Ｐi）に接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項３】
−  前記充電装置は、
・第１端子が、前記電源（７）の正極（ｖ２）に接続され、第２端子が、前記インダクタ（Ｌ１i）の第１端子に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタ（Ｃ１i）と、
・第１端子が、前記電源（７）の負極（ｖ１）に接続され、第２端子が、関連する前記蓄電池のステージの負極（Ｎi）に接続されている少なくとも１つの第２キャパシタ（Ｃ２i）とを含み、
−  少なくとも１つの前記ダイオード（Ｄ１i）は、アノードおよびカソードが、前記第２キャパシタ（Ｃ２i）の第２端子と、前記第１キャパシタ（Ｃ１i）の第２端子とにそれぞれ接続され、
−  少なくとも１つの前記スイッチ（ＳＷ１i）の、第１端子は、前記インダクタ（Ｌ１i）の第２端子に接続され、前記スイッチ（ＳＷ１i）の第２端子は、関連する前記蓄電池のステージの正極（Ｐi）の第２端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項４】
−  前記充電装置は、
・第１端子が、前記電源（７）の正極（ｖ２）に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタ（Ｃ１i）と、
・第１端子が、前記電源（７）の負極（ｖ１）に接続され、前記第２端子が前記インダクタ（Ｌ１i）の第２端子と、関連する前記蓄電池のステージの正極（Ｐi）とに接続されている少なくとも１つの第２キャパシタ（Ｃ２i）とを含み、
−  少なくとも１つの前記スイッチ（ＳＷ１i）の、第１端子は、前記第１キャパシタ（Ｃ１i）の端子に接続され、同じく第２端子は、前記インダクタ（Ｌ１i）の第１端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項５】
−  前記充電装置は、
・少なくとも１つの第１インダクタ（Ｌ１i）および１つの第２インダクタ（Ｌ２i）と、
・第１端子が、前記電源（７）の正極（ｖ２）に接続され、第２端子が、前記第１インダクタ（Ｌ１i）の第１端子に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタ（Ｃ１i）と、
・第１端子が、前記電源（７）の負極（ｖ１）に接続され、第２端子が、前記第２インダクタ（Ｌ２i）の第１端子に接続されている少なくとも１つの第２キャパシタ（Ｃ２i）と、
・アノードおよびカソードが、関連する前記蓄電池のステージの前記負極（Ｎi）および前記第１インダクタ（Ｌ１i）の第１端子にそれぞれ接続されている少なくとも１つの第１ダイオード（Ｄ１i）と、
・アノードおよびカソードが、関連する前記蓄電池のステージの負極（Ｎi）および前記第２インダクタ（Ｌ２i）の第１端子にそれぞれ接続されている少なくとも１つの第２ダイオード（Ｄ２i）とを含み、
−  少なくとも１つの前記スイッチ（ＳＷ１i）の、第１端子は、前記インダクタ（Ｌ１i）、（Ｌ２i）の第２端子に接続され、第２端子は、関連する前記蓄電池のステージの正極（Ｐi）に接続されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項６】
前記制御装置（３）は、前記充電装置（５）に供給する電圧が、前記電圧源（７）の極（ｖ１、ｖ２）に予め印加されているとき、充電される蓄電池のステージ（Ｅｔi）に関連する充電装置（５）の少なくとも１つの前記スイッチ（ＳＷ１i）を閉じる速度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項７】
前記充電装置（５）は、充電状態にある間、関連する前記蓄電池のステージ（Ｅｔi）および蓄電池（１）の電圧のレベルを個別に不連続誘導モードで動作するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項８】
前記充電装置（５）の全てに供給する１つの電源（７）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項９】
前記各充電装置（５）に対する電源（７）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１０】
所定数の充電装置（５）のそれぞれに関連する少なくとも２つの電源（７）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記電源（７）は、前記制御装置（３）により制御される少なくとも１つのスイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i、ＳＷ４i、ＳＷ５i）を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記電源（７）は、デカップリングキャパシタ（Ｃ３i）を含むことを特徴とする請求項１１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記電源（７）は、２つの制御されるスイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i）および２つのインダクタ（Ｌ３i、Ｌ４i）を含むことを特徴とする請求項１２と組み合わされた請求項３または４記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記電源（７）は、スイッチ（ＳＷ２i）およびトランス（Ｔ１i）を含むことを特徴とする請求項１２と組み合わされた請求項３または４記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記電源（７）は、４つのスイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i、ＳＷ４i、ＳＷ５i）およびトランス（Ｔ１i）を備えるブリッジを含むことを特徴とする請求項１２と組み合わされた請求項５記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１６】
少なくとも１つの前記電源（７）は、２つのスイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i）、トランス（Ｔ１i）および２つのキャパシタ（Ｃ４i、Ｃ５i）を含むことを特徴とする請求項１２と組み合わされた請求項５記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記電源（７）は、２つのスイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i）および一次側にセンタータップを有するトランス（Ｔ１i）を含むことを特徴とする請求項１２と組み合わされた請求項５記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１８】
前記制御装置（３）は、それぞれが充電状態の間に一定である誘導期間、および開いている期間を有し、少なくとも１つの前記電源（７）が有する少なくとも１つの制御される前記スイッチ（ＳＷ２i、ＳＷ３i、ＳＷ４i、ＳＷ５i）を開閉するように構成されることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項１９】
前記誘導期間は、前記充電装置（５）が不連続誘導モードで動作するために計算されることを特徴とする請求項１８と組み合わされた請求項７記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２０】
少なくとも１つの前記電源（７）は、蓄電池（１）の端子（Ｎ、Ｐ）に接続されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２１】
蓄電池（１）は、少なくとも１つの基本モジュール（９）を含み、前記各基本モジュール（９）は、直列に接続される複数の蓄電池のステージ（Ｅｔi）を備え、前記バッテリ均等化システム（２）は、さらに、前記各基本モジュール（９）の端子に追加された充電装置（５）を含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２２】
蓄電池（１）は、直列に配置される複数の前記基本モジュール（９）を含み、前記バッテリ均等化システム（２）は、所定数の前記基本モジュール（９）の端子に追加の充電装置（５）を含むことを特徴とする請求項２１記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２３】
少なくとも１つの前記電源（７）は、少なくとも１つの前記基本モジュール（９）の端子に接続されていることを特徴とする請求項２１または２２記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２４】
前記制御装置（３）に電圧情報を送信するように構成され、前記各蓄電池のステージの電圧を測定する装置を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２５】
前記蓄電池（Ａij）は、Ｌｉイオン型であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２６】
蓄電池は、スーパーキャパシタを含むことを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システム。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか１項に記載のバッテリ充電均等化システムを含むことを特徴とする蓄電池のステージの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気またはハイブリッドの輸送車載システムの分野で使用可能な電気化学バッテリの充電均等化システムに関する。本発明は、軽量で大量のエネルギを蓄積する能力を備えているため、この種の適用に適したリチウムイオン（Ｌｉイオン）型バッテリにも関する。本発明は、電子的蓄電装置、例えばスーパーキャパシタにも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
電気化学バッテリは、数ボルト程度の公称電圧を有する。より正確には、リン酸鉄に基づくＬｉイオンバッテリの場合は３．３Ｖであり、酸化コバルトに基づくＬｉイオン技術の場合は４．２Ｖである。この電圧が、電力が供給されるシステムの要求に対して低すぎる場合には、複数のセルが直列に接続される。利用可能な容量を増加させ、また、より大電流およびより大電力を供給するため、直列に接続された各セルに対して、１つ以上のセルを並列に配列することが可能である。この場合、並列に接続された複数のセルは、ステージと称されるものを構成する。１つのステージは、最小で１つのセルにより構成されている。ステージは、要求される電圧レベルとなるように直列に接続される。セルを接続したものは、公称電圧バッテリと呼ばれる。
【０００３】
バッテリを充電および放電すると、それぞれ、セルの端子電圧を増大または減少させる。セルは、電気化学的に規定される電圧レベルに達すると、充電または放電される。複数のセルからなるステージを備える回路では、ステージの電流は、同じである。従って、ステージの充電または放電のレベルは、セルの固有の特性、すなわち、固有の電気容量と電解質、または電極と電解質との間の接点における直列および並列の寄生内部抵抗とに依存する。この場合、ステージの間の電圧には、製造誤差および経年変化により差が生じる可能性がある。
【０００４】
Ｌｉイオン技術のバッテリでは、閾値電圧と称される電圧が高すぎるか、または、低すぎると、セルが損傷するか、または、破壊されることがある。例えば、酸化コバルトに基づくＬｉイオン蓄電池が過充電すると、熱暴走が生じて発火する可能性がある。リン酸鉄に基づくＬｉイオン蓄電池を過充電すると電解質を分解させて、耐用年数を減少させたり、蓄電池を損傷したりする。例えば、電圧が２Ｖよりも低下する過放電では、銅からなる場合には、負極の集電子が酸化して、蓄電池は損傷する。従って、安全性および信頼性の点から、充放電を行う間、各蓄電池のステージの端子電圧を監視することは、必須である。各ステージと並列に接続されている監視装置は、この機能を発揮することができる。
【０００５】
監視装置は、各セルのステージの充放電の状態を追跡し、１つのステージがその閾値電圧に達した場合、バッテリの充電または放電を停止させるため、その情報を制御回路に送信する機能を有する。しかしながら、直列に配列された複数のセルのステージを有するバッテリの場合、最も多く充電されたステージが、閾値電圧に達して充電が停止されると、他のステージは、完全に充電されない場合がある。反対に、最も放電されたステージが閾値電圧に達して放電が停止されると、他のステージは、完全に放電されない場合がある。従って、各蓄電池のステージの充電は、最適な状態で使用されず、厳格な自律性の制約を有する輸送機関へ適用するのに大きな問題となる。この問題を多少とも解決するため、監視装置には、一般に均等化装置が関連づけられている。
【０００６】
均等化装置は、バッテリの充電を最適化する機能を有する。すなわち、直列に接続されたセルのステージを、同じ充電状態、および／または放電状態とする自律性機能を有する。均等化装置には、いわゆる、エネルギ散逸均等化装置とエネルギ移動均等化装置との２つがある。
【０００７】
エネルギ散逸均等化装置の場合、ステージの端子電圧は、閾値電圧に達すると、１つ以上のステージの充電電流が迂回し、抵抗器でエネルギが散逸することにより、同じ値となる。あるいはまた、ステージの端子電圧は、閾値電圧に達した１つ以上のステージを放電することにより同じ値となる。しかしながら、このようなエネルギ散逸の均等化装置は、バッテリの充電に必要なエネルギ以上のエネルギを消費するという大きな欠点を有する。この回路は、わずかに低い充電状態である最後のセルが充電を終了させるために、複数のセルを放電させるか、または、複数のセルの充電電流を迂回させる。従って、放散するエネルギは、充電量よりもはるかに大きい。さらに、余分なエネルギは、熱として放散し、かつ蓄電池の耐用年数は、温度が上昇すると、急激に低下する。
【０００８】
エネルギ移動均等化装置は、蓄電池バッテリまたは補助電力ネットワークと、蓄電池の階との間でエネルギを交換する。
【０００９】
例えば、米国特許第5659237号により、蓄積要素である結合インダクタを使用する複数の出力を有する“フライバック”構造により、補助ネットワークから階にエネルギを移動できる装置が知られている。蓄積要素は、この発明における特別な部材である。このような部材の価格は、実装される部材としては、非常に高価である。
【００１０】
中国特許第1905259号には、ステージからバッテリにエネルギを移動できる装置が開示されている。この装置は、各セルに対する蓄積手段としてインダクタを使用している。しかしながら、この装置は、輸送装置へ適用する際、バッテリの均等化のために最適なエネルギの移動を行わせない。実際、バッテリの充電終了は、最後のステージが閾値電圧に達したことによって決定される。バッテリの充電を終了するためには、エネルギを１つ以上のステージから取得し、ステージのグループに戻される。１つ以上のセルのステージの充電が、不十分であると、エネルギは、それを要求する後のステージに優先的に移動させられず、またエネルギが取得されたステージにも移動させられない。従って、均等化においては、それらが過剰な電圧に充電されることを防止するため、充電時に、全てのステージからエネルギを取得する必要がある。このように、均等化には、非常に多くのコンバータが動作するため、極めて大きな損失がある。さらに、充電が既に完了している蓄電池には、無用な交流成分または直流成分が通過することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第5659237号明細書
【特許文献２】中国特許第1905259号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、従来技術における上記した欠点を除去した、改善された均等化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、本発明は、直列に接続された少なくとも２つのセルのステージを備え、前記各セルのステージは、少なくとも１つのバッテリを備えるバッテリ均等化システムであって、
−  少なくとも１つの正極と、少なくとも１つの負極とを備える少なくとも１つの電圧源と、
−  前記各バッテリのステージに対して関連づけられ、少なくとも１つの前記電圧源により供給され、かつ
・少なくとも１つのインダクタと、
・第１端子が、少なくとも１つの前記電圧源の正極に接続されている少なくとも１つのキャパシタと、
・アノードが、前記バッテリのステージの負極に接続され、カソードが、少なくとも１つの前記インダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つのダイオードと、
・１つの端子が少なくとも１つの前記インダクタの１つの端子に接続されている少なくとも１つのスイッチとを備える充電装置と、
−  少なくとも１つの前記電圧源を制御し、かつ充電される蓄電池の階に関連する充電装置の少なくとも１つの前記スイッチを閉じて、少なくとも１つの前記インダクタがエネルギを蓄積し、前記エネルギを関連するバッテリのステージに移動させるようになっている制御装置
とを含むことを特徴とするバッテリ均等化システムを提供するものである。
【００１４】
さらに、このバッテリ均等化システムは、以下の特徴の１つ以上を、個別に、または組み合わせて備えることができる。
【００１５】
−  少なくとも１つの前記キャパシタの第２端子は、前記インダクタの第１端子に接続され、少なくとも１つの前記ダイオードのカソードは、前記キャパシタの第２端子に接続され、少なくとも１つの前記スイッチの、第１端子は、前記インダクタの第２端子に接続され、同じく第２端子は、関連する前記バッテリのステージの正極に接続されている。
【００１６】
−  前記充電装置は、第１端子が前記電圧源の前記正極に接続され、かつ第２端子が前記インダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタと、第１端子が電圧源の負極に接続され、第２端子が関連するバッテリのステージの負極に接続されている少なくとも１つの第２キャパシタとを備え、少なくとも１つの前記ダイオードの、アノードおよびカソードは、それぞれ前記第２キャパシタの第２端子と、前記第１キャパシタの第２端子とに接続され、かつ少なくとも１つの前記スイッチの、第１端子は、前記インダクタの第２端子に接続され、同じく第２端子が関連するバッテリのステージの正極の第２端子に接続されている。
【００１７】
−  前記充電装置は、第１端子が前記電圧源の正極に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタと、第１端子が電圧源の負極に接続され、第２端子がインダクタの第２端子と、関連するバッテリのステージの正極とに接続されている少なくとも１つの第２キャパシタとを備え、少なくとも１つの前記スイッチの、第１端子は、前記第１キャパシタの第２端子に接続され、同じく第２端子は、前記インダクタの第１端子に接続されている。
【００１８】
−  前記充電装置は、少なくとも１つの第１インダクタと第２インダクタと、第１端子が前記電圧源の正極に接続され、第２端子が前記第１インダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つの第１キャパシタと、第１端子が前記電圧源の負極に接続され、第２端子が前記第２インダクタの第１端子に接続されている少なくとも１つの第２キャパシタと、アノードおよびカソードが、関連するバッテリのステージの負極、および前記第１インダクタの第１端子にそれぞれ接続されている少なくとも１つの第１ダイオードと、アノードおよびカソードが、前記バッテリのステージの負極、および前記第２インダクタの第１端子にそれぞれ接続されている少なくとも１つの第２ダイオードとを含み、少なくとも１つの前記スイッチの、第１端子は、前記インダクタの第２端子に接続され、同じく第２端子は、関連する前記バッテリのステージの正極に接続されている。
【００１９】
−  前記制御装置は、前記充電装置に供給する電圧が、前記電圧源の前記正極に予め印加されているとき、充電されるバッテリのステージに関連する充電装置の少なくとも１つの前記スイッチを閉じる速度を制御するように構成されている。
【００２０】
−  前記充電装置は、充電状態にある間、関連するバッテリのステージ、およびバッテリの電圧のレベルを、個別に不連続誘導モードで動作するように構成されている。
【００２１】
−  前記バッテリ均等化システムは、前記充電装置の全てに供給する１つの電圧源を含んでいる。
【００２２】
−  前記バッテリ均等化システムは、前記各充電装置に対する電圧源を含んでいる。
【００２３】
−  前記バッテリ均等化システムは、所定数の充電装置のそれぞれに関連する少なくとも２つの電圧源を含んでいる。
【００２４】
−  少なくとも１つの電圧源は、前記制御装置により制御される少なくとも１つのスイッチを含んでいる。
【００２５】
−  少なくとも１つの電圧源は、デカップリングキャパシタを含んでいる。
【００２６】
−  少なくとも１つの電圧源は、２つの制御されるスイッチ、および２つのインダクタを含んでいる。
【００２７】
−  少なくとも１つの電圧源は、スイッチおよびトランスを含んでいる。
【００２８】
−  少なくとも１つの電圧源は、４つのスイッチ、およびトランスを備えるブリッジを含んでいる。
【００２９】
−  少なくとも１つの電圧源は、２つのスイッチ、トランス、および２つのキャパシタを含んでいる。
【００３０】
−  少なくとも１つの電圧源は、２つのスイッチ、および一次側にセンタータップを有するトランスを含んでいる。
【００３１】
−  前記制御装置は、それぞれが充電状態の間に一定である誘導期間、および開いている期間を有し、少なくとも１つの前記電圧源が有する少なくとも１つの制御される前記スイッチを開閉するように構成されている。
【００３２】
−  前記誘導期間は、前記充電装置が不連続誘導モードで動作するように計算される。
【００３３】
−  少なくとも１つの前記電圧源は、バッテリの端子に接続される。
【００３４】
−  バッテリは、少なくとも１つの基本モジュールを含み、各基本モジュールは、直列に接続されている複数のバッテリのステージを備え、前記バッテリ均等化システムは、さらに、前記各基本モジュールの端子に、追加の充電装置を含んでいる。
【００３５】
−  バッテリは、直列に配置された複数の前記基本モジュールを含み、前記バッテリ均等化システムは、所定数の前記基本モジュールの端子に、追加の充電装置を含んでいる。
【００３６】
−  少なくとも１つの前記電圧源は、少なくとも１つの前記基本モジュールの端子に接続されている。
【００３７】
−  前記バッテリ均等化システムは、前記制御装置に電圧情報を送信するように構成され、かつ前記バッテリの各ステージの電圧を測定する装置を含んでいる。
【００３８】
−  前記蓄電池は、Ｌｉイオン型である。
【００３９】
−  バッテリは、スーパーキャパシタを含んでいる。
【００４０】
また、本発明は、上に定義した充電均等化システムのための充電装置を提供するものである。
【００４１】
本発明の上記以外の特徴および利点は、非限定的な実施形態、および添付の図面に関する以下の説明から、さらに明らかになると思う。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】直列に接続されたバッテリのステージと、各バッテリのステージのための充電装置、および電源を含むバッテリ充電均等化システムとのブロック図である。
【図２】各充電装置のための電源を含む図１の均等化システムの変形例のブロック図である。
【図３】直列に接続されたバッテリのステージを含む各基本モジュールのための電源を含む、図１の均等化システムの他の変形例のブロック図である。
【図４】各基本モジュールのための追加の充電装置を含む図３の均等化システムの他の変形例のブロック図である。
【図５】均等化システムの充電装置の第１実施形態のブロック図である。
【図６】連続誘導モードにおける図５の充電装置に関連する電源の一実施例のブロック図である。
【図７】不連続誘導モードにおける図５の充電装置に関連する電源の一実施例のブロック図である。
【図８Ａ】図５の充電装置と図６の電源とを含み、誘導期間の電流の流れを示す均等化システムのブロック図である。
【図８Ｂ】図５の充電装置と図６の電源とを含み、誘導期間の終わりであり、充電装置のダイオードがブロックするまでの電流の流れを示す均等化システムのブロック図である。
【図８Ｃ】図５の充電装置と図６の電源とを含み、充電装置のダイオードが一旦ブロックされた電流の流れを示す均等化システムのブロック図である。
【図９】図５の充電装置と並列なバッテリのステージにおける種々の電流の時間の関数としての変化を示す図である。
【図１０】第１シミュレーションのための図５の充電装置と、関連するバッテリのステージとにおける種々の電流の変化の概略曲線を示す。
【図１１】第２シミュレーションのための図５の充電装置と、関連するバッテリのステージとにおける種々の電流の変化の概略曲線を示す。
【図１２】均等化システムの充電装置の第２実施形態のブロック図である。
【図１３】図１２の充電装置に関連する電源の一実施例のブロック図である。
【図１４】図１３の電源の変形例のブロック図である。
【図１５】図１５Ａは、図１２の充電装置と図１３の電源とを含み、誘導期間の電流の流れを示す均等化システムのブロック図であり、図１５Ｂは、図１２の充電装置と図１３の電源とを含み、誘導期間が終わり、動作期間までの電流の流れを示す回路のブロック図である。
【図１６】図１２の充電装置と、並列なバッテリのステージとにおける種々の電流の変化を、時間の関数としての変化を示す図である。
【図１７】図１２の充電装置と関連する蓄電池のステージとにおける種々の電流の変化を示す概略曲線である。
【図１８】均等化システムの充電装置の第３実施形態のブロック図である。
【図１９】図１９Ａは、図１８の充電装置と図１３の電源とを含み、誘導期間の電流の流れを示す均等化システムのブロック図であり、図１９Ｂは、図１８の充電装置と図１３の電源とを含み、誘導期間の終わりであり、動作期間までの電流の流れを示す均等化システムのブロック図である。
【図２０】図１８の充電装置と関連するバッテリのステージとにおける種々の電流の変化の概略曲線を示す図である。
【図２１】均等化システムの充電装置の第４実施形態のブロック図である。
【図２２】図２２Ａは、図２１の充電装置の第１変形例のブロック図であり、図２２Ｂは、図２１の充電装置の第２変形例のブロック図である。
【図２３】図２３は、図２１、図２２Ａ、図２２Ｂの充電装置に関連する電源の一実施例のブロック図であり、図２３′は、図２３の電源の変形例のブロック図である。
【図２４】図２４Ａは、図２３の電源の変形例のブロック図であり、図２４Ｂは、図２３の電源の他の変形例のブロック図である。
【図２５】図２５Ａは、図２１の充電装置と図２４Ａの電源とを含み、誘導期間の電流の流れを示す均等化装置のブロック図であり、図２５Ｂは、図２１の充電装置と図２４Ａの電源とを含み、誘導期間の終わりであり、動作期間の半分までの電流の流れを示す均等化装置のブロック図である。
【図２６】図２１の充電装置における種々の電流の、時間の関数としての変化を示す概略図である。
【図２７】第１シミュレーションのための図２１の充電装置と、関連するバッテリのステージとにおける種々の電流の変化の概略曲線を示す図である。
【図２８】第２シミュレーションのための図２１の充電装置と、関連するバッテリのステージとにおける種々の電流の変化の概略曲線を示す図である。
【００４３】
各図において、実質的に同一の要素には、同じ符号を付してある。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、蓄電池１を示す。この蓄電池１は、直列に接続されるＮ個のステージＥｔiを備えている。各ステージＥｔiは、並列に接続された１つまたは複数のバッテリＡijを備えている。添え字ｉは、ステージの番号を示す。この添え字ｉは、例えば、図１に示すように、１からＮまで変化する。添え字ｊは、ステージにおける蓄電池の番号を示す。添え字ｊは、例えば、１からＭまで変化する。同じステージＥｔiの蓄電池Ａijの端子は、電気的に相互に接続されている。また、同様にして、各ステージＥｔiは、隣接するステージＥｔiと電気的に接続されている。
【００４５】
本発明の主題は、直列に接続された少なくとも２つのステージＥｔiを含む、この種の蓄電池１のための充電均等化システム２である。
【００４６】
充電均等化システム２は、図１に示すように、制御装置３と、各バッテリのステージＥｔiのための複数の同一の充電装置５と、少なくとも１つの電源７とを含んでいる。充電装置５および電源７は、制御装置３により制御される。
【００４７】
さらに、充電均等化システム２は、各ステージＥｔiの電圧を測定し、電圧情報を制御装置３に送信するための電圧測定装置（図示せず）を備えていてもよい。制御装置３は、この電圧情報に基づき、バッテリのステージＥｔiが充電を必要とするか否かを決定し、それに応じて、バッテリのステージと並列に接続されている充電装置５と、関連する電源７とを制御することができる。
【００４８】
各バッテリのステージＥｔiは、例えば、充電装置５の１つと単一の電源７とに関連付けられている。
【００４９】
充電装置５の一方は、各バッテリのステージＥｔiの負極Ｎiおよび正極Ｐiに接続され、他方は、１つ以上の電源７のｖ２で示されている正極、およびｖ１で示されている負極に接続されている。
【００５０】
単一の電源７の場合（図１）、後者は、充電装置５の群に接続される。
【００５１】
複数の電源７の場合、図２に示すように、電源７の数がステージＥｔiの数と等しければ、１つの電圧源７は、１つの充電装置５に接続される。
【００５２】
図３に示す選択肢として、電源７の数がステージＥｔiの数よりも少なければ、１つの電圧源７を、複数の充電装置５に接続してもよい。
【００５３】
例えば、直列に接続された１００の蓄電池を有する電気車両において、直列に接続されている多数のバッテリのステージＥｔiが使用される場合、例えば、蓄電池１は、それぞれが直列に接続されている１０〜１２のバッテリのステージＥｔiを含む基本モジュール９（図３）に直列接続して構成してもよい。従って、電源７は、１０〜１２の構成要素の端子に接続される。ダイオードおよび制御スイッチの耐電圧は、Ｌｉイオンバッテリに応じて、約４５Ｖ〜６０Ｖに制限される。これは、半導体の分野で標準化されている耐電圧の値である。電気車両の場合、多数の基本モジュール９のメンテナンスが容易になる。
【００５４】
さらに、バッテリのステージＥｔiのための充電装置５に加えて、図４に示すように、同一の充電装置５を、Ｎ個のステージに直列に接続して使用してもよい。この変形例は、Ｎ個の隣接するステージの間、すなわち、直列に接続された関連する基本モジュール９間で、エネルギを送ることができる。この場合、１つ以上の追加の電源７は、Ｎ個のステージの端子に接続された充電装置５にエネルギを供給する。
【００５５】
電源７は、充電装置５に、正、負または正負極性の電圧パルスと、形状が変化する例えば、方形波または正弦波の電圧パルスとを供給する。
【００５６】
第１実施形態
次に、充電均等化システム２の充電装置５および電源７の第１実施形態について説明する。
【００５７】
充電装置
図５を参照して、第１実施形態の充電装置５は、
−  インダクタＬ１iと、
−  第１端子が電源７の極ｖ２に接続され、第２端子がインダクタＬ１iの第１端子に接続されるキャパシタＣ１iと、
−  アノード及びカソードがステージの極ＮiおよびキャパシタＣ１iの第２端子にそれぞれ接続されるダイオードＤ１iと、
−  第１端子がインダクタＬ１iの第２端子に接続され、第２端子がステージの極Ｐiに接続される、例えば、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＳＷ１iとを含んでいる。
【００５８】
制御装置３は、スイッチＳＷ１iを開閉することができる。
【００５９】
電源７の極ｖ１が、蓄電池バッテリ１（図１〜図４）の負極Ｎiに接続される場合、この第１実施形態の充電装置５は、充電装置５が接続されるバッテリのステージＥｔiと、このステージＥｔiの下に配置されているバッテリのステージとを介して、電源７の極ｖ１が接続されているという特有の特徴を有する。
【００６０】
この種の充電装置５は、連続誘導モードまたは不連続誘導モードで動作する。
【００６１】
不連続誘導モードでの動作は、コストがより安く、かつより容易に実行できるという利点があるため、好ましい。
【００６２】
不連続誘導モードでは、インダクタＬ１iの電流は、その名のとおり、充電装置５が動作する各期間Ｔの前に中断される。電源７がエネルギを供給しているときのインダクタＬ１iにおける電流値は、インダクタＬ１iの端子に印加される電圧、インダクタＬ１iにおけるエネルギの蓄積時間、及びその値から推測することができる。その後、電源７は、固定された誘導期間の命令によって制御可能である。
【００６３】
一方、連続誘導モード（図６）では、直列に接続されているバッテリのステージに対して、例えば、スイッチとして動作するトランジスタを使用する切り替えモードの電流監視装置１２とともに、調整ループ１１および基準電流変数１３に関連する電流センサ１０を使用する必要がある。連続誘導モードでは、電圧源７が各充電装置５に必要である。この場合、電源７は、パルス幅変調モードにより制御される。
【００６４】
不連続誘導モードでは、本発明は、キャパシタＣ１iによって直流電流を阻止することにより、全ての充電装置５を電源７の出力に並列に接続することができる。
【００６５】
変形例では、各充電装置５の出力にキャパシタ（図示せず）を追加してもよい。このキャパシタは、端子ＮiとスイッチＳＷ１iの第１端子との間に接続される。この種のキャパシタは、充電装置５に起因するリップル電流をフィルタリングするように設計される。従って、平滑化された直流電流は、充電装置５の動作中、各蓄電池のステージに供給される。
【００６６】
また、スイッチＳＷ１iの位置は、キャパシタＣ１iに直列に接続するように変更することが可能である。
【００６７】
スイッチＳＷ１iは、他の２つの位置を取ることが可能である。すなわち、スイッチＳＷ１iは、電源７の出力ｖ２およびキャパシタＣ１iの第１端子、または、キャパシタＣ１iの第２端子およびダイオードＤ１iのカソードのいずれかに接続することが可能である。
【００６８】
他の変形例として、ダイオードに代えて、各充電装置５に制御スイッチを使用して構成することができる。この場合、いわゆる同期整流が可能である。充電装置５の効率は、素子のオン状態における電圧降下を減らすことにより、向上させることができる。
【００６９】
電源
電源７は、種々の構成とすることが可能である。例えば、一実施形態では、正電圧パルスのみを供給する電源７が適用可能である。
【００７０】
図７は、第１実施形態の充電装置５に関連する電圧源７の実施形態を示す。
【００７１】
電源７は、蓄電池１の端子ＮおよびＰに接続される、例えば、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチＳＷ２iおよびＳＷ３iを含んでいる。２つのスイッチＳＷ２iおよびＳＷ３iの端子には、いわゆるデカップリングキャパシタＣ３iを接続することができる。
【００７２】
電源７は、蓄電池１の端子、または補助電源（例えば、車両の電源１２Ｖ）の端子と同様に、基本モジュール９の端子に接続することができる。
【００７３】
動作
次に、図８Ａ〜図８Ｃおよび図９を参照して、第１実施形態の動作について説明する。
【００７４】
充電装置５は、充電が継続している所定のステージを充電することができる。上述した理由から、不連続誘導モードによる動作が好ましい。
【００７５】
例えば、制御装置３がステージＥｔi、例えば、ステージＥｔ1へのエネルギの移動を指令する場合、対応するステージＥｔiと並列に接続されている充電装置５のスイッチＳＷ１1が、制御装置３により閉じられる。
【００７６】
また、充電装置５に電力を供給する電源７は、制御装置３により制御される。
【００７７】
ステージＥｔ1と直列に接続されているステージは、各ステージと並列に接続されている充電装置５のスイッチＳＷ１1が開状態である間、充電されない。
【００７８】
充電装置５の動作の開始に先立って、電源７が動作していた場合、大きすぎる電流がステージに供給されるのを阻止するため、スイッチＳＷ１1の閉じる速度を制御する必要がある。
【００７９】
スイッチは、それらがブロックされた状態であるとき、完全であると見なされ、従って、この状態にあるとき、電流の流れは阻止される。
【００８０】
第１変形例：デカップリングキャパシタのない電源
スイッチＳＷ２iおよびＳＷ３iの端子に、デカップリングキャパシタＣ３iがない図６の電源７を考える。
【００８１】
図８Ａ〜図８Ｃおよび図９を参照して、誘導期間ｔ１の間、電源７の端子ｖ１、ｖ２間に正電圧が印加される。スイッチＳＷ２iは閉じられ、スイッチＳＷ３iは開かれる。従って、電源７は、スイッチＳＷ２iが閉じられ、スイッチＳＷ３iが開かれている間、正電圧パルスを供給する。
【００８２】
期間ｔ１の電流の流れは、図８Ａの点線の矢印で概略的に示される。
【００８３】
エネルギは、インダクタＬ１1に蓄積される。キャパシタＣ１1は、インダクタＬ１1の端子に十分な電流を供給して準定電圧を印加するため、十分に大きな容量が必要である。インダクタＬ１1の電流は、充電中のステージＥｔ1の電圧よりも低く、蓄電池１の電圧とほぼ等しく、その端子に印加される電圧に比例して増加する。電流は、ステージＥｔ1の上に配置されているステージに流れる。ダイオードＤ１1は、この状態の間、ブロックされる。ダイオードＤ１1の端子電圧は、蓄電池１の負電圧と等しい。
【００８４】
期間ｔ１が終了すると、電圧源７の出力電圧は零になる。電圧源７のスイッチＳＷ２1が開く。スイッチＳＷ２1が完全に開くと、スイッチＳＷ３1が閉じる。
【００８５】
このとき、インダクタＬ１1の電流は、電圧源７がエネルギを供給しているときのインダクタの端子に印加される電圧にｔ１を乗算し、インダクタの値で割った値とほぼ等しいピーク値Ｉｐｉｃに達する（図９）。この式は、充電装置５の各動作期間の前に、インダクタの電流が零であることを考慮した近似式である。
【００８６】
充電装置５は、インダクタＬ１1の電流が負になった後、ダイオードＤ１1がブロックされ、従って、充電装置５の動作の各期間Ｔの前に、正負の値の間で振動するという特徴を有する。この特有の特徴は、キャパシタＣ１1を流れる平均電流が、定常状態において、充電装置５の動作の各期間Ｔで零でなければならない点で必然的なものである。
【００８７】
期間ｔ１が終了し、ダイオードＤ１1がブロックされるまで、電圧源７は、端子ｖ１、ｖ２の電圧を零にする。スイッチＳＷ３1が閉じ、スイッチＳＷ２1が開く。この状態での電流の流れは、図８Ｂの鎖線の矢印で概略的に示されている。
【００８８】
インダクタＬ１1の電流は、オン状態のダイオードＤ１1での電圧低下よりも低く、蓄電池のステージＥｔ1の負電圧と等しく、その端子に印加される電圧に比例して減少する。ダイオードＤ１1は、その中を流れる電流が相殺されるまでの間、オンである。ダイオードＤ１1が一旦ブロックされるときの電流の流れは、図８Ｃの点線の矢印で概略的に示されている。
【００８９】
上述したように、インダクタＬ１1の電流は、ダイオードＤ１1の誘導後、負になり、次いで、正負の値の間で振動する（図９）。この状態の間の電流の振動周波数は、キャパシタＣ１1およびインダクタＬ１1の固有の共鳴周波数によって概略的に決まる。この電流は、充電中のステージＥｔ1、ステージＥｔ1に下に配置されているステージ、キャパシタＣ１1、インダクタＬ１1およびスイッチＳＷ３1を介して流れる。
【００９０】
期間Ｔが終了し、スイッチＳＷ１1がまだ閉じた状態であると、動作の新たなシーケンスが開始される。電圧源７は、バッテリが短絡することを防止するため、２つのスイッチＳＷ２1、ＳＷ３1が同時にオンとならないように制御される。スイッチＳＷ３1が開き、スイッチＳＷ２1が閉じる間、インダクタＬ１1の電流は、ダイオードＤ１1の電流が継続して流れるように、強制的に零または正にする。キャパシタＣ１1およびインダクタＬ１1の固有の共鳴周波数は、装置を設計する際に考慮する必要がある。
【００９１】
インダクタＬ１1の電流が負であるならば、スイッチＳＷ２1は、例えば、スイッチＳＷ２1に逆並列に接続されるダイオードを使用することで、電流の流れに関して双方向とする必要がある。
【００９２】
第２変形例：デカップリングキャパシタを有する電圧源
スイッチＳＷ２iおよびＳＷ３i（図６）の端子に、デカップリングキャパシタＣ３iを使用する場合、スイッチＳＷ２iが閉じられると、電流の循環が変更される。また、キャパシタＣ３iは、インダクタＬ１iに流れる電流の一部を供給する。この電流は、充電中のステージＥｔiと、このステージＥｔiの下に配置されているステージとにより閉回路を形成する。供給される電流の値は、Ｎ個のステージに対する充電中のステージＥｔiの位置に依存する。ステージＥｔiがバッテリの端子Ｎに近いほど、充電中のステージＥｔiの上に位置するステージを流れる電流に対して、キャパシタＣ３iにより供給される電流の値は大きくなる。
【００９３】
設計
式
充電装置５（図５）の設計は、上述した動作を表す式を使用して決定される。式は、関連する電圧源７（図６）に対して有効である。
【００９４】
以下に説明する式は、一般化しうる。そのため、入力電圧および出力電圧を、それぞれＶｅおよびＶｓと表す。電圧Ｖｅは、蓄電池１の端子Ｎ、Ｐ間の電圧である。電圧Ｖｓは、蓄電池のステージＥｔiの端子Ｎi、Ｐi間の電圧である。
【００９５】
設計を簡単にするため、キャパシタＣ１iの端子電圧は、零でない場合、充電装置５の動作の期間Ｔにおいて一定と見なされる。
【００９６】
期間ｔ１の間、インダクタＬ１iの電流（ｉＬ１i）は、増加する。電流は、動作の各期間Ｔにおいて零と見なされる。スイッチＳＷ２i、ＳＷ１iのオン状態での電圧降下を無視し、オン状態のダイオードＤ１iによる電圧降下Ｖｄを考慮すると、電流ｉＬ１i（ｔ）は、次のようになる。
【００９７】
【数１】
2013519350.tif 000003
【００９８】
期間ｔ１が終了すると、スイッチＳＷ２iが開く。インダクタの電流は、以下のピーク値に達する。
【００９９】
【数２】
2013519350.tif 000004
【０１００】
期間ｔ１が終了し、インダクタＬ１iの電流が相殺されるまで、ダイオードＤ１iが導通する。インダクタＬ１iの電流は、以下の式に従って減少する。
【０１０１】
【数３】
2013519350.tif 000005
【０１０２】
不連続誘導モードで動作する充電装置５の誘導期間ｔ１を超えない値ｔ１(max)は、式３により定めることができる。インダクタの電流は、動作の各期間Ｔに対し、零または正でなければならない。キャパシタＣ１iおよびインダクタＬ１iの通常の振動期間は、式４を定める際に考慮される。期間ｔ１(max)は、２つの項ＡおよびＢに依存する。最悪の場合を考えると、項Ａは、最大の入力電圧Ｖｅおよび最小の出力電圧Ｖｓに対して評価される。項Ｂは、入力電圧および出力電圧に依存するとともに、平均出力電流Ｉｓi(moy)に依存する。項Ｂは、一定であり、従って、最大入力電圧、最小出力電圧および最大出力平均電流に対して評価されるか、または、反対に、最小入力電圧、最大出力電圧および最小出力平均電流に対して評価される。
【０１０３】
【数４】
2013519350.tif 000006
【０１０４】
充電装置の出力電流は、インダクタＬ１iの電流と等しい。充電装置５の平均出力電流は、式５から計算される。キャパシタＣ１iの平均電流が、定常状態で零であれば、平均出力電流Ｉｓi(moy)は、ダイオードＤ１iの平均電流と等しい。電流Ｉｓi(moy)は、入力電圧Ｖｅの自乗に比例し、出力電圧Ｖｓに反比例する。蓄電池のステージの電圧にかかわらず、所定期間ｔ１の間、所望の平均電流を供給するためには、最大出力電圧および最小入力電圧を考慮する必要がある。
【０１０５】
【数５】
2013519350.tif 000007
【０１０６】
充電されたステージＥｔiの電流ｉＥｔi（ｔ）は、動作する充電装置５の数と、ステージＥｔiに対するそれらの位置とに依存する。
【０１０７】
ステージＥｔiに並列な充電装置５だけが動作している場合、ステージＥｔiの電流は、ｔ１とＴとの間、インダクタＬ１iの電流と等しく、残りの期間は零である。この変形例は、図９に実線で示してある。
【０１０８】
ステージＥｔiの上に配置されている動作しているＬ個の充電装置５を考慮すると、対応する充電装置のダイオードＤ１iがブロックされているとき、追加電流は、ステージＥｔiを流れる。この状態では、充電装置が同一であることを考慮すると、電流ｉＥｔi（ｔ）は、キャパシタＣ１iの電流に動作している充電装置の数Ｌ＋１を掛けた電流と等しい。この変形例は、図９のＬ＝１の点線で示されている。
【０１０９】
ステージＥｔiの下に配置され、動作しているＭ個の充電装置を考慮すると、追加電流は、期間ｔ１の間、ステージＥｔiを流れる。この状態では、充電装置が同一であることを考慮すると、電流ｉＥｔi（ｔ）は、インダクタＬ１iの電流に動作している充電装置の数Ｍを掛けた逆方向の電流と等しい。この変形例は、図９のＭ＝１の破線で示されている。
【０１１０】
充電されたステージの電流の平均値ＩＥｔ(moy)は、式６から得られる。
【０１１１】
【数６】
2013519350.tif 000008
【０１１２】
例
例えば、各充電装置５は、蓄電池のステージＥｔiの充電状態を追跡することができ、１０個のステージの端子に接続されている。単一の電圧源７が、すべての充電装置５に供給するために考慮される。電圧源７は、直列に接続された１０個のステージの端子に接続されている。
【０１１３】
設計は、２つのステップに分けられる。まず、電圧源７のスイッチＳＷ２iの最大誘導期間ｔ１を、不連続誘導モードでの充電装置の動作のために計算する。次に、充電装置の出力に所望の平均電流を供給するためのインダクタＬ１iの最大値を求める。
【０１１４】
次の定義を適用する。
−  平均出力電流（最小値Ｉｓi(moy)）：１Ａ
−  特定動作周波数（Ｆ）：５０ｋＨｚ、すなわち、Ｔ＝１／Ｆ＝２０μｓ
−  １つの蓄電池の電圧（リン酸鉄に基づくＬｉイオン）：
・最小電圧：２．５Ｖ
・最大電圧：３．６Ｖ
−  ダイオードのオン状態における電圧降下（Ｖｄ）：０．３Ｖ〜０．７Ｖ
【０１１５】
キャパシタＣ１iは、十分な電流を流し、充電装置５のインダクタＬ１iの端子に準定電圧を印加するように設計されている。６Ａ程度のピーク電流、および２．０μｓの期間ｔ１に対する３Ｖ程度の電圧降下を考慮し、キャパシタの値は、２μＦ程度である。キャパシタの値は、典型的には、１μＦ〜１０μＦ程度である。
【０１１６】
期間ｔ１の最大値、およびインダクタＬ１iのインダクタンスは、以下のようにして計算される。期間ｔ１(max)は、充電装置５のダイオードＤ１iの最小電圧降下、最大入力電圧および最小出力電圧の項Ａを計算し、最小平均出力電流、最小入力電圧および最大出力電圧の項Ｂを計算し、阻止キャパシタの値を２μＦとし、これらを使用して計算される。最大インダクタンスＬ１iは、期間ｔ１(max)で項Ｂを計算するために使用された同じ条件を使用して計算される。期間ｔ１(max)は、ピーク電流を最小にするインダクタＬ１iのインダクタンスと、インダクタ、スイッチおよびダイオードのｒｍｓ（自乗平均）電流とを計算するために使用される。なお、堅牢性の理由から、より小さい値を用いることが可能である。充電装置の出力にフィルタキャパシタを使用することは、期間ｔ１(max)およびインダクタＬ１iのインダクタンスを決定する工程を変更するものではない。
【０１１７】
【数７】
2013519350.tif 000009
【０１１８】
【数８】
2013519350.tif 000010
【０１１９】
シミュレーション
例として、２つのシミュレーション結果を、図１０および図１１に示す。
【０１２０】
第１シミュレーション（図１０）：
第１シミュレーションでは、蓄電池Ａijのほとんどの部分が、２．５Ｖの閾値電圧に充電され、ステージ７の１つの蓄電池が、例えば、３．６Ｖに充電される。充電装置５は、最大の充電電圧、すなわち、３．６Ｖの蓄電池に並列に接続される。
【０１２１】
シミュレートされる電圧源７は、デカップリングキャパシタＣ３iのない図６に示される発生器である。
【０１２２】
第１の結果は、平均出力電流が少なくとも１Ａでなければならない動作の極端な場合を示す。
【０１２３】
図１０は、この第１シミュレーションの結果を示す。曲線Ｃ１は、インダクタＬ１7の電流、曲線Ｃ２は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ３は、ダイオードＤ１7の電流、および、曲線Ｃ４は、最大の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０１２４】
先立つ動作として、上述したように、インダクタＬ１7の電流は、期間ｔ１の間、増加する。この期間ｔ１の間、電流は、充電中の蓄電池に流れず、充電中の蓄電池の上に配置されている蓄電池に流れる。ダイオードＤ１7は、この状態の間、ブロックされる。
【０１２５】
期間ｔ１が終了すると、電流値は、この例では、１０．７Ａ程度のピークの値に達する。期間ｔ１から、インダクタの電流は減少し、蓄電池に供給される。ダイオードＤ１7が導通し、インダクタＬ１7の消磁が可能となる。インダクタＬ１7の電流は、装置の動作の各期間の前に相殺されるため、回路は不連続誘導モードで動作する。充電されている蓄電池に流れるインダクタＬ１7の電流は、ダイオードＤ１7がブロックされるとき、すなわち、電流ｉＤ１7が相殺されるとき、負になる。この電流ｉＬ１7は、キャパシタＣ１7およびインダクタＬ１7に対する固有の振動周波数に近い周波数で振動する。この電流ｉＬ１7は、インダクタＬ１7、充電中の蓄電池、充電中のステージの下に配置されている蓄電池、キャパシタＣ１7およびスイッチＳＷ３1を介して流れる。従って、定常状態のキャパシタＣ１7の平均電流は、動作期間中、零である。
【０１２６】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約１．９Ａである。１Ａの最小平均電流は、充電された蓄電池のどのような電圧にも従う。電流は、装置の設計パラメータとして仮定されたように、主として各期間Ｔの電流が零でないため、所望の値よりも大きい。従って、インダクタのピーク電流は、１Ａの平均電流を供給するのに必要な値よりも大きい。従って、高いインダクタンスのピーク電流の自乗に比例する平均電流の影響は大きい（式５）。
【０１２７】
第２シミュレーション（図１１）：
第２シミュレーションでは、ほとんどの蓄電池が、３．６Ｖの閾値電圧に充電され、１つの蓄電池、例えば、７番目の蓄電池は、２．５Ｖに充電される。充電装置５は、最も低い充電電圧、すなわち、２．５Ｖのこの蓄電池に並列に接続される。従って、充電装置は、７番目のステージＥｔ7の端子に接続される。
【０１２８】
第２の結果は、充電装置が不連続誘導モードで動作し、動作の各期間Ｔの前に、インダクタＬ１iの電流が、零または正でなければならない極端な場合を示す。
【０１２９】
図１１は、この第２シミュレーションの結果を示す。曲線Ｃ５は、インダクタＬ１7の電流、曲線Ｃ６は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ７は、ダイオードＤ１7の電流、曲線Ｃ８は、最小の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０１３０】
インダクタＬ１7の電流は、装置の動作の各期間の前に相殺されるため、回路は、不連続誘導モードで動作する。インダクタＬ１iの電流が、正または零である不連続誘導の動作は、充電された蓄電池のどのような電圧にも従う。
【０１３１】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約３．４Ａである。この値は、１Ａの最小値よりも大きい。実効電流(ｒｍｓ)は、充電中のステージの上下に配置されているステージを介して、約１．７Ａまで上昇する。平均電流は、約３３０ｍＡである。
【０１３２】
第２実施形態
次に、充電均等化システム２の第２実施形態について説明する。
【０１３３】
充電装置
図１２に示すように、第２実施形態の充電装置５は、図５に示す第１実施形態とは、第１端子が、第１キャパシタＣ１iが接続されている電圧源７の極ｖ１に接続され、第２端子が、ステージＥｔiの極Ｎiに接続されている第２キャパシタＣ２iを含む点で異なる。
【０１３４】
このキャパシタＣ２iは、電圧源７により供給されるいくつか、または全ての電流の復帰経路を提供する。
【０１３５】
電圧源
この第２実施形態は、例えば、正の電圧パルスのみを供給する電圧源７に等しく適用できる。
【０１３６】
この第２実施形態の充電装置５に対して、それぞれ、図１３および図１４に示す電圧源７の２つの変形例を提供することが可能である。
【０１３７】
第１変形例（図１３）：
この電源７は、２つのインダクタＬ３iおよびＬ４iが蓄電池１の端子ＮおよびＰに直列に実装されている点で、図６に示す第１実施形態の電圧源７とは異なる。
【０１３８】
従って、電源７のスイッチＳＷ３iまたはＳＷ２iが閉じるとき、充電装置５の第２キャパシタＣ２iに電流が強制的に流れる。いわゆるデカップリングキャパシタＣ３iは、２つのスイッチの端子に接続しなければならない。
【０１３９】
第２変形例（図１４）：
図１４に示す電源７は、その一部に、デカップリングキャパシタＣ３i、スイッチＳＷ２iおよびトランスＴ１iを含んでいる。この電源７は、第１変形例（図１３）の電圧源７と比較して、素子の数を最小にするという利点を有する。
【０１４０】
動作
図１３に示す電源７に関連する第２実施形態の動作につき、次に説明する。図１５Ａ、図１５Ｂは、ステージＥｔ1の充電の対応を示し、図１６は、より一般的なステージＥｔiの充電の対応を示す。
【０１４１】
ステージＥｔ1、Ｅｔi、インダクタＬ３1、Ｌ３iおよびＬ４1、Ｌ４iの電流は、インダクタの電流がキャパシタＣ３1、Ｃ３iの平均電流に対して定常状態の動作期間では、零である必要のあることが、図に鎖線の矢印で概略的に示されている。電流は、直流と見なされ、従って、動作期間Ｔの間、一定である。図１６では、この電流は、階Ｅｔiの電流ｉＥｔi（ｔ）の表示において無視されている。
【０１４２】
動作は、第１実施形態におけるのと実質的に同じである。第１実施形態に対して追記することは、期間ｔ１の間、図１５Ａの点線の矢印で示される電流が、ステージＮを除くステージＥｔ1、Ｅｔiの上下に配置されているすべてのステージに流れることである。電流は、充電装置５の全ての第２キャパシタＣ２j（ｊ＝１〜Ｎ）へ流れる。理想的な場合、電流は、全てのキャパシタに対して均等に分割される。また、期間ｔ１が終了し、動作期間Ｔ（図１５Ｂ）が終了するまで、電流は、ステージＥｔ1、充電中のステージＥｔ1の上下に配置されている充電装置５の第２キャパシタＣ２jの組、インダクタＬ１1、Ｌ１i、キャパシタＣ１1、Ｃ１iおよびスイッチＳＷ３1、ＳＷ３i（点線で示す）を介して流れる。
【０１４３】
第１実施形態と比較すると、この第２実施形態は、充電されていないステージの実効電流(ｒｍｓ)を減少させる利点を有する。
【０１４４】
期間ｔ１の間であり、また、ダイオードＤ１1、Ｄ１iがブロックされた瞬間から、期間Ｔの終了までのキャパシタＣ１1、Ｃ１iの電流は、充電装置５のキャパシタＣ２jの間で分割される。ステージが充電中のステージに近いほど、このステージを流れる実効電流(ｒｍｓ)は大きくなる。
【０１４５】
さらに、例えば、ステージＥｔ1、Ｅｔiの端子Ｎ1、Ｎiと、ダイオードＤ１1、Ｄ１iのアノードとの間に直列に接続される各充電装置にスイッチ（図示せず）を追加することにより、充電されていないステージの実効電流(ｒｍｓ)を最小にすることができる。このスイッチは、動作している１つ以上の他の充電装置５の電流の一部が、動作していない充電装置５のキャパシタＣ２jへ流れることを阻止する。この場合、充電されていないステージを流れる実効電流(ｒｍｓ)は、理論的には、バッテリにより供給される直流電流の値と等しい。
【０１４６】
設計
充電装置５（図１２）の設計は、上述した動作を規定する式に基づいて行われる。式は、関連する電圧源７（図１３）に有効である。簡単な設計では、キャパシタＣ１iおよびＣ２iの端子電圧は、電圧がある場合には、充電装置５の動作期間Ｔの間、一定と見なされる。
【０１４７】
インダクタＬ１iの電流（ｉＬ１i）の式１〜３は、第２実施形態および第１実施形態と同じであり、同様にして、誘導期間ｔ１を超えない値（ｔ１(max)）を規定する式４と、平均出力電流を規定する式５とが適用される。
【０１４８】
ｉＥｔi（ｔ）で示される充電されたステージＥｔiの電流は、動作している充電装置の数、ステージＥｔiに対する充電装置の位置、および、ステージの数に対するステージＥｔiの位置に依存する。ステージＥｔi（図１６）の下に配置されている動作中の充電装置５の数Ｍと、ステージＥｔiの上の動作中の充電装置５の数Ｌとを考慮すると、期間ｔ１の間のステージＥｔiの電流は、式７により近似することが可能である。ダイオードＤ１iがブロックされた瞬間から、期間Ｔの終了までのステージＥｔiの電流は、同じ式により近似させることが可能である。
【０１４９】
【数９】
2013519350.tif 000011
【０１５０】
従って、定常状態では、キャパシタＣ１iの平均電流が、動作期間中零であれば、期間ｔ１の間のダイオードＤ１iがブロックされた瞬間から、期間Ｔの終了までのステージＥｔiの平均電流は、零である。インダクタＬ３i、Ｌ４iの電流を考慮すると、充電されたステージの平均電流（ｌＥｔi(moy)）は、式６により定められる。
【０１５１】
この第２実施形態では、デカップリングキャパシタＣ３iが、電圧源７に実装して使用される。このキャパシタＣ３iは、端子の所定の電圧降下を有する充電装置５に必要な電流を供給するように定められる。キャパシタＣ３iの端子の電圧降下は、出力電流の関数として、式９により与えられる。Ｋは、動作している充電装置５の数である。
【０１５２】
【数１０】
2013519350.tif 000012
【０１５３】
シミュレーション
キャパシタＣ２iは、キャパシタＣ１iと同じ固定された２μＦの値を有する。シミュレートされる電圧源は、図１３に示されている。
【０１５４】
２つのインダクタＬ３i、Ｌ４iの値は、電力電子変換器の分野における典型的な値である１００μＨに固定されている。
【０１５５】
１０μＦのデカップリングキャパシタＣ３iを使用する。このキャパシタは、端子の所定の電圧降下を有する充電装置５に必要な電流を供給するように定められる。キャパシタの端子の電圧降下は、出力電流の関数として、式９により与えられる。
【０１５６】
第２実施形態の充電装置５の設計は、第１実施形態の充電装置の設計と同じである。従って、受動素子Ｌ１i、Ｃ１iの同じ値に対して、第１実施形態および第２実施形態の充電装置５の平均出力電流が同じであることを確認するため、１つのシミュレーション結果だけを示す。
【０１５７】
シミュレーション結果は、装置が不連続誘導モードで動作し、また、インダクタＬ１iの電流が各動作期間の前に、零または正でなければならない極端な動作状態を示す。
【０１５８】
図１７は、シミュレーション結果を示す。曲線Ｃ９はインダクタＬ１7の電流、曲線Ｃ１０は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ１１は、ダイオードＤ１7の電流、曲線Ｃ１２は、最小の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０１５９】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約３．３Ａである。これは、第１実施形態で得られた平均電流（約３．４Ａ）に非常に近い。従って、第１実施形態および第２実施形態の設計は、同様である。
【０１６０】
インダクタＬ４1、Ｌ３1の平均電流は、約３３０ｍＡである。充電中のステージＥｔiの上下に配置されているステージの平均電流は、３３０ｍＡである。これは、第１実施形態の充電されていないステージの平均電流と同じである。
【０１６１】
ステージ８の実効電流(ｒｍｓ)は、６１０ｍＡである。充電中のステージＥｔiの上に配置されているステージの実効電流(ｒｍｓ)は、ステージＥｔiからの距離が増加すると減少する。ステージ１０の実効電流(ｒｍｓ)は、インダクタＬ３1、Ｌ４1の直流電流、すなわち、３３０ｍＡである。ステージ６の実効電流(ｒｍｓ)は、９１５ｍＡ程度である。充電中のステージＥｔiの下に配置されているステージの実効電流(ｒｍｓ)は、ステージＥｔiからそのステージまでの距離が増加すると、減少する。ステージ１の実効電流(ｒｍｓ)は、３６０ｍＡ程度である。ステージの実効電流(ｒｍｓ)は、第１実施形態に対して、最悪の場合、少なくとも１．８の因子で減少する。
【０１６２】
第３実施形態
次に、充電均等化システム２の第３実施形態について説明する。
【０１６３】
充電装置
図１８は、充電装置５の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、次の点で第２実施形態と異なる。
−  第２キャパシタＣ２iの第２端子は、インダクタＬ１iの第２端子、およびステージの極Ｐiに接続されている。
−  ダイオードＤ１iのカソードは、インダクタＬ１iの第１端子に接続されている。
−  スイッチＳＷ１iは、キャパシタＣ１iの第２端子、およびインダクタＬ１iの第１端子に接続されている。
【０１６４】
変形例として、充電装置５に起因するリップル電流をフィルタリングするように設計されるキャパシタ（図示せず）を追加することが可能である。第１実施形態および第２実施形態のように、端子ＮiとスイッチＳＷ１iの第１端子との間に接続する代わりに、第３実施形態では、このキャパシタは、端子ＰiとダイオードＤ１iのアノードとの間に接続されている。
【０１６５】
また、第３実施形態では、スイッチを、電源７の出力ｖ２とキャパシタＣ１iの第１端子とに接続することが可能である。
【０１６６】
電圧源
第１実施形態および第２実施形態のように、第３実施形態は、正電圧パルスだけを供給する電圧源に適用することができる。
【０１６７】
この第３実施形態では、電圧源を、第２実施形態として説明した図１３および図１４に示す電圧源のいずれかとすることが可能である。
【０１６８】
動作（図１６、図１９Ａ、図１９Ｂ）
次に、図１３に示す電圧源に関連する第３実施形態の動作について説明する。ステージＥｔ1の充電に対応する図１９Ａ、図１９Ｂと、より一般的なステージＥｔiの充電に対応する図１６とを示す。
【０１６９】
１つの差異を除き、第２実施形態の動作と同様である。すなわち、第２実施形態の場合と同様に、期間ｔ１の間、インダクタＬ１iの電流は、ステージＮではないステージ１を除くステージＥｔiの上下に配置されているすべてのステージに流れる。
【０１７０】
インダクタＬ１i、２つのキャパシタＣ１i、Ｃ２i、ダイオードＤ１i、および並列に接続されているステージＥｔiの電流の変化は、第２実施形態と同じである（図１６）。
【０１７１】
ステージＥｔ1を充電する特別な場合について述べると、このステージＥｔ1の電流の変化は、電流がｔ１で相殺され、また、そのときにダイオードがブロックされるため、一般の場合とは異なる。
【０１７２】
設計
上述したように、充電装置５（図１８）のパラメータ化は、その動作を規定する式に基づくものであり、また、関連する電圧源７にとって有効である。
【０１７３】
式１〜５は、第１実施形態および第２実施形態のものと同じである。
【０１７４】
充電されたステージの電流ｉＥｔi（ｔ）は、動作している充電装置の数、ステージＥｔiに関する位置、および、ステージの数に関するステージＥｔiの位置に依存する。ステージＥｔiの下に配置される動作している充電装置の数Ｍと、ステージＥｔiの上に配置される動作している充電装置の数Ｌとを考慮すると、期間ｔ１の間のステージＥｔiの電流は、式１０により近似させることができる。ダイオードＤ１iがブロックされる瞬間から、期間Ｔが終了するまでのステージＥｔiの電流は、同じ式により近似させることが可能である。
【０１７５】
【数１１】
2013519350.tif 000013
【０１７６】
定常状態において、キャパシタＣ１iの平均電流が動作の期間中零であれば、期間ｔ１の間と、ダイオードＤ１iがブロックされてから期間Ｔが終了するまでとのステージＥｔiの平均電流は、従って零である。インダクタＬ３i、Ｌ４iの電流を考慮すると、充電されたステージの平均電流（ｌＥｔi(moy)）は、式６により与えられる。
【０１７７】
シミュレーション
シミュレーションの条件は、第２実施形態のものと同じである。
【０１７８】
第３実施形態の充電装置５の設計は、第１実施形態および第２実施形態の充電装置５の設計と同じである。従って、この節では、受動素子Ｌ１i、Ｃ１iの同じ値に対して、これらの３つの実施形態の充電装置の平均出力電流が同じであることを確認するため、１つのシミュレーション結果だけを示す。
【０１７９】
シミュレーションの結果は、装置が不連続誘導モードで動作し、また、インダクタＬ１iの電流が、各動作期間Ｔの前に零または正でなければならない極端な動作状態を示す。
【０１８０】
図２０は、シミュレーション結果を示す。曲線Ｃ１３は、インダクタＬ１7の電流、曲線Ｃ１４は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ１５は、ダイオードＤ１7の電流、曲線Ｃ１６は、最小の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０１８１】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約３．３Ａである。これは、第１実施形態および第２実施形態で得られた平均電流（約３．４Ａ〜３．３Ａ）に非常に近い。従って、最初の３つの実施形態の設計は、同様である。
【０１８２】
インダクタＬ３1、Ｌ４1の平均電流は、約３３０ｍＡである。充電中のステージＥｔiの上下に配置されたステージの平均電流は、３３０ｍＡである。これは、第１実施形態および第２実施形態の充電されていないステージの平均電流と同じである。
【０１８３】
ステージ８の実効電流(ｒｍｓ)は、６７０ｍＡである。充電中のステージＥｔｉの上に配置されているステージの実効電流(ｒｍｓ)は、ステージＥｔｉからのそのステージの距離が増大すると減少する。ステージ１０の実効電流(ｒｍｓ)は、３８０ｍＡである。ステージ６の実効電流(ｒｍｓ)は、８９０ｍＡ程度である。充電中のステージＥｔｉの下に配置されているステージの実効電流(ｒｍｓ)は、ステージＥｔｉからそのステージまでの距離が増加すると減少する。ステージ１の実効電流(ｒｍｓ)は、インダクタＬ３1、Ｌ４1の直流電流、すなわち、３３０ｍＡである。充電されていないステージの実効電流(ｒｍｓ)は、第１実施形態に対して、最悪の場合、少なくとも１．９の因子で減少する。充電されていないステージの実効電流(ｒｍｓ)は、第３実施形態および第２実施形態に対してほぼ同一である。
【０１８４】
第４実施形態
次に、充電均等化システム２の第４実施形態について説明する。
【０１８５】
充電装置
図２１は、充電装置５の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、充電装置５がさらに、第２インダクタＬ２iおよび第２ダイオードＤ２iを含み、また、次の点で第２実施形態とは異なる。
−  第２キャパシタＣ２iの第２端子は、第２インダクタＬ２iの第１端子に接続されている。
−  第２ダイオードＤ２iのアノードおよびカソードは、ステージの極Ｎiおよび第２インダクタＬ２iの第１端子にそれぞれ接続されている。
−  スイッチＳＷ１iは、２つのインダクタＬ１i、Ｌ２iの第２端子に接続されている。
【０１８６】
また、第４実施形態は、例えば、正負の電圧パルスを供給する電源とともに使用するのに適している点で異なっている。
【０１８７】
充電装置の第４実施形態に対するスイッチＳＷ１iの他の位置は、図２２Ａ、図２２Ｂに示されている。
【０１８８】
図２２Ａでは、スイッチＳＷ１iは、第１端子が電圧源７の正極ｖ２に接続され、第２端子が第１キャパシタＣ１iの第１端子に接続されている。
【０１８９】
図２２Ｂでは、スイッチＳＷ１iの第１端子は、第１キャパシタＣ１iの第２端子に接続され、スイッチＳＷ１iの第２端子は、第１インダクタＬ１iの第１端子に接続されている。
【０１９０】
さらに、これらの図から分かるように、追加のスイッチＳＷ１１iが、電圧源７の出力ｖ１およびキャパシタＣ２iの第１端子（図２２Ａ）、または、キャパシタＣ２iの第２端子および第２ダイオードＤ２iのカソード（図２２Ｂ）のいずれかにさらに接続される必要がある。
【０１９１】
電圧源
この種の充電装置５に対して、電源の第１実施例では、４つのスイッチＳＷ２i〜ＳＷ５iを有する完全なブリッジと、図２３′に示されている変形例を含むトランスＴ１i（図２３）とを使用する。この変形例によれば、電源７が蓄電池バッテリ１の端子に接続される場合、電源７は、１つの一次巻線および複数の二次巻線から構成されるトランスＴ１iを使用することが可能である。この例では、トランスＴ１iの一次巻線の端子に、４つのスイッチＳＷ２i〜ＳＷ５iを有する完全なブリッジが示されている。複数の二次巻線を使用することにより、充電装置５のキャパシタの耐電圧を減少させることができる。直列に接続された１０〜１２のステージに対して、１つの二次巻線を対応させることは、一案である。
【０１９２】
電圧源７の第２実施例では、２つのスイッチＳＷ２i、ＳＷ３iを有する半ブリッジと、一次巻線が２つのスイッチＳＷ２i、ＳＷ３iの中点と２つのキャパシタＣ４i、Ｃ５iとの間に接続されるトランスＴ１iとを使用する（図２４Ａ）。第２実施例は、第１実施例よりもスイッチの数が少ないという利点を有する。また、第２実施例は、トランスＴ１iの一次巻線を有する直列に接続されるキャパシタＣ４i、Ｃ５iにより、スイッチの制御シーケンスが不均衡になるため、トランスが飽和するリスクを確実に回避するという利点を有する。
【０１９３】
電圧源の第３実施例では、一次側にセンタータップを有するトランスＴ１iと、スイッチＳＷ２i、ＳＷ３iとを使用する（図２４Ｂ）。第３実施例は、２つのスイッチＳＷ２i、ＳＷ３iを制御するための基準が共通であるという利点を有する。
【０１９４】
いずれの電源７であっても、各充電装置５が不連続誘導モードで動作するため、スイッチＳＷ２i、ＳＷ３iの誘導期間が規定される。
【０１９５】
３つの実施例は、出力として正負の電圧パルスを生成する。
【０１９６】
動作（図２５Ａ、図２５Ｂ、図２６）
図２４Ａに示す電源７に関連する第４実施形態の動作につき、次に説明する。
【０１９７】
図２５Ａ、図２５Ｂでは、正の電圧パルスの動作のみを示す。
【０１９８】
定常状態において、キャパシタＣ３1、Ｃ４1、Ｃ５1の平均電流に対して、蓄電池バッテリ１の電流が、動作期間中零でなければならない場合、蓄電池バッテリ１の電流は、図に鎖線の矢印で概略的に示されている。この電流は、直流と見なされ、従って、動作期間中は一定である。
【０１９９】
次に、充電中のステージＥｔiを有する第２実施形態と比較した動作の差異について説明する。
【０２００】
期間ｔ１の間、インダクタＬ１1の電流は、充電中のステージＥｔiの電圧よりも低いトランスＴ１1の二次巻線の電圧とほぼ等しく、その端子に印加される電圧に比例して増加する。電流は、ステージＥｔiにだけ流れる。動作している充電装置５のキャパシタＣ１1、Ｃ２1の電流は、インダクタＬ１1の電流と等しい。この状態の間、充電装置５の第２ダイオードＤ２1は、導通している。ダイオードＤ１1は、少なくとも蓄電池バッテリ１の電圧と等しい電圧で、端子がブロックされる。第２インダクタＬ２1は、エネルギを蓄積する。第２インダクタＬ２1の端子電圧は、オン状態のダイオードＤ２1での電圧降下よりも低い充電中のステージＥｔiの負電圧に等しい。
【０２０１】
期間ｔ1が終了すると、スイッチＳＷ２1が開く。このとき、インダクタＬ１1の電流は、電圧源がエネルギを供給しているときのインダクタの端子に印加される電圧に期間ｔ１を乗算し、インダクタンスの値で割った値とほぼ等しいピーク値に達する。
【０２０２】
電圧源は、期間ｔ１が終了し、動作期間の半分Ｔ／２までは、ステージＥｔiの充電装置の端子ｖ２、ｖ１に電圧を印加しない。スイッチＳＷ３1、ＳＷ２1が開く（図２５Ｂ、図２６）。インダクタＬ１1の電流は、オン状態のダイオードＤ１1による電圧降下よりも低く、少なくとも蓄電池のステージＥｔiの電圧と等しい端子に印加される電圧に比例して減少する。ダイオードＤ１1は、充電中のステージＥｔiの電流が相殺されるまでオンである。ダイオードＤ１1は、インダクタＬ１1に電流を誘導し、Ｌ２1にも電流を誘導する。インダクタＬ２1の電流は、トランスの二次側のインピーダンスがインダクタＬ１1、Ｌ２1のインピーダンスよりも非常に大きいことを考慮すると、この状態の間、一定と見なされる。インダクタＬ２1の電流は、トランスの磁化電流と等しい。これは、図２６において、Ｉｍで示されている。ダイオードＤ１1がブロックされると、インダクタＬ２1の電流は、インダクタＬ１1の電流に等しく、方向が反対のステージにこれ以上流れない。この状態の間、ダイオードＤ２1は、少なくもステージＥｔiの電圧と等しい電圧で、その端子はブロックされる。
【０２０３】
半期間Ｔ／２が終わり、期間Ｔ／２＋ｔ１の終わりまで、電圧源の端子ｖ２、ｖ１間に負電圧が印加される。スイッチＳＷ３1が閉じ、スイッチＳＷ２1が開く。エネルギは、インダクタＬ２1に蓄積される。インダクタＬ２1の電流は、充電中のステージの電圧よりも少ないトランスＴ１1の二次電圧とほぼ等しく、その端子に印可される電圧に比例して増加する。電流は、充電中のステージＥｔiにだけ流れる。動作する充電装置のキャパシタＣ１1、Ｃ２1の電流は、インダクタＬ２1の電流と等しい。この状態の間、ダイオードＤ１1は導通する。ダイオードＤ２1は、少なくとも蓄電池バッテリ１の電圧に等しい端子電圧でブロックされる。インダクタＬ１1は、エネルギを蓄積する。インダクタＬ１1の端子電圧は、オン状態のダイオードＤ１1の電圧降下よりも低い充電中のステージＥｔiの電圧と少なくとも等しい。
【０２０４】
期間Ｔ／２＋ｔ１が終了すると、スイッチＳＷ３1が開く。このとき、インダクタの電流は、電圧源がエネルギを供給しているときのインダクタの端子に印加される電圧に期間ｔ１を乗算し、インダクタンスの値で割った値とほぼ等しいピーク値に達する。
【０２０５】
電源７は、期間Ｔ／２＋ｔ１が終了し、期間Ｔの終わりまでは、ステージＥｔ１の充電装置５の端子ｖ２、ｖ１に電圧を印加しない。スイッチＳＷ３1、ＳＷ２1は開く。インダクタＬ２1の電流は、オン状態のダイオードＤ２1による電圧降下よりも低く、少なくとも蓄電池のステージＥｔ1の電圧と等しく、その端子に印加される電圧に比例して減少する。ダイオードＤ２1は、充電中のステージＥｔ1の電流が相殺されるまでオンである。ダイオードＤ２1は、インダクタＬ１1に電流を誘導し、Ｌ２1にも電流を誘導する。インダクタＬ１1の電流は、トランスの磁化電流（Ｉｍ）と等しい。ダイオードＤ２1がブロックされると、インダクタＬ１1の電流は、インダクタＬ２1の電流に等しく方向が反対のステージに、これ以上流れない。この状態の間、ダイオードＤ１1は、少なくともステージＥｔiの電圧と等しい電圧で、その端子がブロックされる。
【０２０６】
第４実施形態は、キャパシタＣ１1、Ｃ２1に同時に流れる電流が同じであるため、充電されていないステージに最小の実効電流(ｒｍｓ)を印加するという利点を有する。従って、実効電流(ｒｍｓ)は、この電流が直流電流であることを考慮すると、蓄電池１により供給される電流と等しい。
【０２０７】
設計
これまでのように、充電装置５（図２１）の設計は、その動作を規定する式に基づき、また、関連する電源７に対して有効である。
【０２０８】
期間ｔ１の間、インダクタＬ１iの電流（ｉＬ１i）は、増加する。電流は、各動作期間では、零と見なされる。トランスの二次側電圧は、ＶｓＴ１iで表される。キャパシタＣ１i、Ｃ２iに同時に印加される端子電圧の和は、０と見なされる。オン状態のスイッチＳＷ２i、ＳＷ１iでの電圧降下を無視し、オン状態のダイオードの電圧降下Ｖｄを考慮すると、電流ｉＬ１i（ｔ）は、次のようになる。
【０２０９】
【数１２】
2013519350.tif 000014
【０２１０】
期間ｔ１が終了すると、スイッチＳＷ２iが開く。インダクタＬ１iの電流は、以下のピーク値に達する。
【０２１１】
【数１３】
2013519350.tif 000015
【０２１２】
期間ｔ１が終了し、インダクタＬ１iの電流が相殺されるまで、ダイオードＤ１iが導通する。インダクタＬ１iの電流は、次の式に従って減少する。
【０２１３】
【数１４】
2013519350.tif 000016
【０２１４】
インダクタＬ２iの電流は、期間零から動作の半期間Ｔ／２の間のインダクタＬ１iの電流と同じ式により、Ｔ／２とＴとの間で制御される。
【０２１５】
式１３から、不連続誘導モードで動作する装置のための誘導期間ｔ１を超えない値（ｔ１(max)）を定めることができる。インダクタＬ１i、Ｌ２iの電流は、装置の各半期間の前に相殺される。出力電流のリップルを制限するため、各動作期間の近傍でインダクタの電流を相殺することが可能である。図２６に示す状態では、期間ｔ１(max)は、Ｔ／２で相殺されるインダクタＬ１i、Ｌ２iの電流を考慮して決定される。最悪の場合を考慮して、期間ｔ１(max)は、最大の入力電圧ＶｓＴ１iおよび最小の出力電圧Ｖｓに対して求められる。さらに、ダイオードの電圧降下は、最悪の場合を考慮するために無視することが可能である。
【０２１６】
【数１５】
2013519350.tif 000017
【０２１７】
充電装置の出力電流ｉｓi（ｔ）は、インダクタＬ１i、Ｌ２iの電流の和に等しい。平均出力電流（Ｉｓi(moy)）は、ダイオードＤ１i、Ｄ２iがそれぞれ導通する期間のＩｍおよび電流ｉＬ１i、ｉＬ２iを無視した式１５から計算される。さらに、インダクタＬ１i、Ｌ２iは同じであるものと仮定する。
【０２１８】
【数１６】
2013519350.tif 000018
【０２１９】
ｉＥｔi（ｔ）で表される充電されたステージｉの電流は、この実施形態では、動作している充電装置の数にのみ依存する。動作している充電装置の数Ｋと、トランスＴ１i（ｍ＝ｖ２／ｖ１）の変換率ｍとを考慮して、充電されたステージの電流の平均値（ＩＥｔi(moy)）は、式１６から得られる。ダイオードＤ１i、Ｄ２iがそれぞれ導通しているときのインダクタＬ１i、Ｌ２iの電流は、考慮されない。
【０２２０】
【数１７】
2013519350.tif 000019
【０２２１】
例
図２１から、電源７に関連する充電装置５の第４実施形態において、トランスＴ１iの変換率ｍは、トランスＴ１iの二次側電圧をバッテリの電圧と等しい電圧に維持するため、２に固定されている。
【０２２２】
仮定は、周波数が２５ｋＨｚである点を除き、第１実施形態と同じである。
【０２２３】
期間ｔ１(max)は、ダイオードの最小電圧降下と、充電装置の最大入力電圧および最小出力電圧とを使用して計算される。インダクタＬ１i(max)、Ｌ２i(max)の最大値は、それらの一部に対して、ダイオードの最大電圧降下と、充電装置の最小入力電圧および最大出力電圧とを使用して計算される。期間ｔ１(max)は、インダクタ、スイッチおよびダイオードのピーク電流および実効電流(ｒｍｓ)を最小にするため、インダクタＬ１iの値の計算に使用される。堅牢にするため、より小さい値を用いることが可能である。
【０２２４】
【数１８】
2013519350.tif 000020
【０２２５】
【数１９】
2013519350.tif 000021
【０２２６】
シミュレーション
インダクタＬ１i、Ｌ２iの値は、８．５μＨに固定されている。阻止キャパシタＣ１i、Ｃ２iの値は、２μＦに固定されている。
【０２２７】
この第４実施形態では、２５ｋＨｚの典型的な動作周波数を仮定する。すなわち、Ｔ＝１／Ｆ＝４０μｓである。
【０２２８】
シミュレートされる電圧源７は、図２４Ａに示すものである。電圧源７は、スイッチＳＷ２iが閉じられ、スイッチＳＷ３iが開かれると、正のパルス電圧を供給する。電圧源７は、スイッチＳＷ３iが閉じられ、スイッチＳＷ２iが開かれている限り、負のパルス電圧を供給する。
【０２２９】
スイッチＳＷ２iおよびＳＷ３iが開かれた状態のとき、トランスＴ１iの一次側の端子電圧は、固定されない。スイッチＳＷ２iおよびＳＷ３iの導通期間は、１．６μｓに固定される。また、ダイオードは、トランスの一次側の消磁を可能とするため、各スイッチに並列に実装される。キャパシタＣ３i、Ｃ４iおよびＣ５iは、この例では１０μＦに固定される。第３実施形態に対して、これらのキャパシタは、端子に所定の電圧降下を有するトランスＴ１iの一次側に必要な電流を供給するように定められる。キャパシタの端子の電圧降下は、式９により、出力電流の関数として与えられる。
【０２３０】
バッテリおよび電圧源の入力に直列に接続されるインダクタＬ５は、バッテリからの電流のリップルをフィルタリングするために使用される。
【０２３１】
第１シミュレーション（図２７）：
第１の結果は、平均出力電流が少なくとも１Ａでなければならない極端な動作の場合を示す。
【０２３２】
図２７は、シミュレーション結果を示す。曲線Ｃ１７およびＣ１８は、それぞれインダクタＬ１7、Ｌ２7の電流、曲線Ｃ１９は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ２０は、ダイオードＤ１7の電流、曲線Ｃ２１は、充電装置の出力の電流、曲線Ｃ２２は、最大の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０２３３】
観察された動作は、第４実施形態に関する前述の節で説明した動作と同様である。
【０２３４】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約１．１Ａである。１Ａの最小平均電流は、充電された蓄電池のどのような電圧にも従う。
【０２３５】
回路は、要求されるように、装置の動作の各半期間の前に相殺されたインダクタＬ１i、Ｌ２iの電流を有する不連続誘導モードで動作する。
【０２３６】
第２シミュレーション（図２８）：
第２の結果は、装置が不連続誘導モードで動作しなければならない場合、すなわち、インダクタＬ１i、Ｌ２iを流れる電流が、装置の動作の半期間Ｔ／２の前に相殺されなければならない極端な動作の場合を示す。
【０２３７】
図２８は、シミュレーション結果を示す。曲線Ｃ２３およびＣ２４は、それぞれインダクタＬ１7、Ｌ２7の電流、曲線Ｃ２５は、キャパシタＣ１7の電流、曲線Ｃ２６は、ダイオードＤ１7の電流、曲線Ｃ２７は、充電装置の出力の電流、曲線Ｃ２８は、最小の充電電圧を有する蓄電池の電流を示す。
【０２３８】
回路は、不連続誘導モードで動作し、インダクタＬ１i、Ｌ２iを流れる電流は、装置の動作の各半期間の前に相殺される。不連続誘導モードでの動作は、充電された蓄電池のどのような電圧にも従う。
【０２３９】
平均出力電流Ｉｓ7(moy)は、約２．８Ａである。この値は、１Ａの最小値よりも大きい。バッテリの直流電流は、約２６０ｍＡである。充電されていないステージの実効電流(ｒｍｓ)は、バッテリにより供給される直流電流と等しい。
【０２４０】
以上のように、いずれの実施形態によっても、蓄電池１の充電を有効に均等化することができる。
【符号の説明】
【０２４１】
１  蓄電池
２  充電均等化システム
３  制御装置
５  充電装置
７  電源
９  基本モジュール
１０  電流センサ
１１  調整ループ
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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