(57)【要約】  本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、エネルギー蓄積装置の直列接続の１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクション間に結合された中間蓄積素子（ｂ）であって、セクションがそれぞれ、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有する中間蓄積素子と、中間蓄積素子を介して端子（Ａ）同士を結合したり、中間蓄積素子を介して端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするスイッチング手段とを含み、セクション同士が隣接していないことを特徴とするシステムに関する。さらに本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続およびそのような平衡化システムを含むアセンブリに関する。加えて、本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する比較法に関する。本発明はまた、電気二重層コンデンサ、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置の直列接続を平衡化する上記システムまたは方法の使用に関する。【選択図】図３
2013509142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、
ａ．エネルギー蓄積装置（ａ１、ａ２、ａ３）の直列接続の１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクション（ｄ）間に結合された中間蓄積素子（ｂ）であって、前記セクションがそれぞれ、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有する中間蓄積素子と、
ｂ．前記中間蓄積素子を介して端子（Ａ）同士を結合したり、前記中間蓄積素子を介して端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするスイッチング手段（ｃ）と
を含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、 前記セクションが１つまたは同数の名目上等しい寸法のエネルギー蓄積装置を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、複数の前記対および複数のそれぞれの中間蓄積素子を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、前記複数の各中間蓄積素子が１つまたは複数の直列ストリングを構成することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、２対以上が重畳エネルギー蓄積装置を含むことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、前記スイッチング手段が、すべての端子（Ａ）を同時に、また、すべての端子（Ｂ）を同時に、それら端子より１つ少ない数の中間蓄積素子と結合することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、前記中間蓄積素子がコンデンサであることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、前記スイッチング手段がｐチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｎチャネルＭＯＳＦＥＴの交互構造を含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続とシステムとを含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項１０】
エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、
ａ．エネルギー蓄積装置（ａ１、ａ２、ａ３）の直列接続を準備するステップと、
ｂ．１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクション（ｄ）を前記直列接続から選択するステップであって、前記セクションは互いに平衡化されるべきもので、各々、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有するステップと、
ｃ．中間蓄積素子（ｂ）を介して前記１対のセクションの前記端子（Ａ）を結合するステップと、
ｄ．前記端子（Ａ）を分断し、前記中間蓄積素子を介して前記１対のセクションの前記端子（Ｂ）を結合するステップと、
ｅ．ステップｃおよびｄを連続して繰り返すステップと
を含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、前記セクションが１つまたは同数の名目上等しい寸法のエネルギー蓄積装置を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、複数の前記対が選択され、各対の前記端子が、１つまたは複数の直列ストリングを構成する前記それぞれの中間蓄積素子を介して結合されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、複数の直列ストリングに対応する前記スイッチング手段が、１つまたは複数の独立制御信号のいずれかによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、２対以上が重畳エネルギー蓄積装置を含むように、前記選択するステップを行うことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、
各セクションが１つのエネルギー蓄積装置からなり、
前記それぞれの中間蓄積素子が３つの直列ストリングを構成し、
第１および第２の前記直列ストリングに対応する対が、重畳蓄積装置を含まず、
第３の前記直列ストリングに対応する少なくとも１対が、前記第１のストリングに対応する１対の蓄積装置に重畳する蓄積装置と、前記第２のストリングに対応する１対の蓄積装置に重畳する蓄積装置とを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、前記３つの直列ストリングの各々に対応する前記スイッチング手段が、それぞれの制御信号（Ｒ１．．２）、（Ｓ１．．２）および（Ｔ１．．２）によって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の方法の使用において、前記方法が電気二重層コンデンサ、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置の直列接続を平衡化するためのものであることを特徴とする使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー蓄積装置を平衡化する方法およびシステム、より具体的には、エネルギー蓄積装置の直列接続に関する。さらに本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続およびそのような平衡化システムを含むアセンブリに関する。加えて、本発明は、電気二重層コンデンサ、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置の直列接続を平衡化するシステムまたは方法の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー蓄積媒体、特に、直列接続された多数のエネルギー蓄積装置の使用を広める多大な努力がなされている。このような直列接続は、例えば、バス、廃棄物収集車、フォークリフトトラックおよび電気自動車向けのハイブリッド駆動トレインに使用されている。
【０００３】
通常、中高電圧用途向けエネルギー蓄積装置の直列接続は、多数のエネルギー蓄積装置を含む。例えば、１台のエネルギー蓄積装置の最大電圧は、例えば二重層コンデンサの場合、約２．５Ｖから３．０Ｖに制限されるため、例えば６０Ｖの電圧を供給するエネルギー蓄積装置スタックを形成するには２０台から２５台のエネルギー蓄積装置を直列に接続する必要がある。
【０００４】
エネルギー蓄積装置の直列接続の一般的な問題は、例えば、自己放電、電気容量、内部抵抗および温度の差によって、個々のエネルギー蓄積装置の特性が変わることにより、個々のエネルギー蓄積装置間で不均衡が生じ、その結果、いわゆる不平衡スタックとなり、電荷均等化を行わない限り、エネルギー蓄積装置は利用しにくい。
【０００５】
上記の問題を解決するために、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムが開発されている。
【０００６】
最も広く使用されているシステムは、抵抗器のような放熱素子を用いてエネルギー蓄積装置の電荷を短絡するものである。これは単純であるが、大変エネルギー効率の悪い手法であり、比較的高い熱放散を緩和するために、非常に遅い速さで平衡化し続ける必要があるという主な欠点がある。
【０００７】
さらによりエネルギー効率が良く、その結果、高速度で操作することができる手法は、エネルギー蓄積装置間の電荷を往還させるものである。これは、容量性素子または誘導性素子のような中間エネルギー蓄積素子を用いることにより行うことができる。
【０００８】
例えば、国際公開第９７／４４８７７号は、直列接続された電池の電池自動等化用スイッチトキャパシタ式システムを記載している。このシステムは、各対の電池に対して、１つのコンデンサと複数のスイッチング素子とを含む。コンデンサの各々は、電荷を移送し、対の電池それぞれの出力電圧を等化する目的で、予め決められた対の電池間で前後に切り替えられる。
【０００９】
上記のシステムの主な欠点は、エネルギー電荷が常に、隣接する装置を介して直列接続全体に分配されることである。言いかえれば、多数のエネルギー蓄積装置を平衡化するには、かなりの時間を要する可能性があり、エネルギー蓄積装置の数を増やすとこの時間は増加する。
【００１０】
上記の問題を解決する試みでは、米国特許第６４０４１６５号は、コンデンサが少なくとも２つのエネルギー蓄積装置に並列接続可能であり、かつ、エネルギー蓄積装置のそれぞれの電圧を監視するために電圧監視手段が使用され、互いに平衡化すべき２つの装置を選択するシステムを記載している。
【００１１】
この先行技術システムの明瞭な欠点は、個々のエネルギー蓄積装置を平衡化するために、個々のエネルギー蓄積装置の電圧測定が用いられることである。このようなシステムは技術的に複雑で、そのため製造コストおよび実施コストが高くなる。
【００１２】
このような先行技術システムの別の例が米国特許出願公開２００４／０２４６６３５号に記載されており、図１、図２ａおよび図２ｂに図解した。スイッチシリーズＳ１およびＳ２は交互に切り替えられ、それに続いてコンデンサ（３７）と（３８）がそれぞれ、（Ｂ１）および（Ｂ２）、ならびに、（Ｂ２）および（Ｂ３）に対して並列に配置される。
【００１３】
この方法の主な欠点は、直列接続された非隣接のエネルギー蓄積装置間の電荷を効率的に再分配できないことである。このような電荷の再分配はすべて、複数の連続する移送操作を必要とし、工程が遅くなり損失がでる。
【発明の概要】
【００１４】
上記を鑑み、本発明の目的は、直列接続を多数のエネルギー蓄積装置に拡張する際、または、エネルギーの供給と蓄積を交互に高速で連続的に繰り返して行うことを必要する重負荷の用途の場合であっても、高効率で時間を要さない平衡化を行う、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムおよび方法を提供することである。
【００１５】
さらに本発明の目的は、単純化された構造ではあるが、いかなる時でも作動させたり、停止させたりできる自動制御された平衡化を可能とする、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、多数のエネルギー蓄積装置へと容易に拡張できる、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する、低コストのシステムおよび方法を提供することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、異なる種類のエネルギー蓄積装置へと容易に拡張できる、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムおよび方法を提供することである。
【００１８】
本発明は、中間蓄積素子が１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対の非隣接セクション間に結合され、前記中間蓄積素子を介して１対の非隣接セクションのより正の端子（Ａ）同士を結合したり、前記中間蓄積素子を介してより負の端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするシステムおよび方法を提供することにより、上記目的を達成する。
【００１９】
本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、
ａ）エネルギー蓄積装置の直列接続の１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクション間に結合された中間蓄積素子であって、前記セクションがそれぞれ、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有する中間蓄積素子と、
ｂ）前記中間蓄積素子を介して端子（Ａ）同士を結合したり、前記中間蓄積素子を介して端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするスイッチング手段とを含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とするシステムに関する。
【００２０】
さらに本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続およびそのような平衡化システムを含むアセンブリに関する。
【００２１】
さらに本発明は、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において
ａ．エネルギー蓄積装置の直列接続を準備するステップと、
ｂ．１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクションを前記直列接続から選択するステップであって、前記セクションは互いに平衡化されるべきもので、各々、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有するステップと、
ｃ．中間蓄積素子を介して前記１対のセクションの端子（Ａ）を結合するステップと、
ｄ．端子（Ａ）を分断し、前記中間蓄積素子を介して前記１対のセクションの端子（Ｂ）を結合するステップと、
ｅ．ステップｃおよびｄを連続して繰り返すステップとを含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とする方法に関する。
【００２２】
本発明はまた、電気二重層コンデンサ、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置の直列接続を平衡化する、上記システムまたは方法の使用に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、先行技術のシステムの例を示す。
【図２ａ】図２ａは、先行技術の方法の例を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、先行技術の方法の例を示す。
【図３】図３は、本発明によるシステムの実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明によるシステムの別の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明によるシステムの好ましい実施形態を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明によるシステムの好ましい実施形態をより詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本手法は、商業上容易に入手可能な低コストの回路設計および平衡化システムの調節用構成部品を用いて、最良のサイジング可能性、干渉特性および費用効果を提供するため、本発明は中間エネルギー蓄積調節に基づく。
【００２５】
本発明の第１の実施形態として、図３に示すように、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムにおいて、
ａ）エネルギー蓄積装置（ａ１、ａ２、ａ３）の直列接続の１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の１対のセクション（ｄ）間に結合された中間蓄積素子（ｂ）であり、
ｂ）セクションがそれぞれ、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有する中間蓄積素子と、中間蓄積素子を介して端子（Ａ）同士を結合したり、中間蓄積素子を介して端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするスイッチング手段（ｃ）とを含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とするシステムを提供する。
【００２６】
本発明において、端子（Ａ）および端子（Ｂ）はそれぞれ、１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の各セクションの、一方の端部にあるより正の端子、および、他方の端部にあるより負の端子として理解される。
【００２７】
１対の非隣接セクション間に結合される中間蓄積素子と、前記中間蓄積素子を介して端子（Ａ）同士を結合したり、前記中間蓄積素子を介して端子（Ｂ）同士を結合したり連続切り替えするスイッチング手段とを用いることにより、１つのエネルギー蓄積装置あたり限られた数の構成部品しか必要とせず、一方、エネルギー蓄積装置群または個々のエネルギー蓄積装置の平衡化を直列接続の全体または一部分に対して行うことが可能である。スイッチング手段は交互に切り替わり、それに続いて中間蓄積素子が（ａ１）および（ａ２）の直列接続に、ならびに、（ａ２）および（ａ３）の直列接続に対して並列に配置される。したがって、定常状態において、Ｖａ１＋Ｖａ２＝Ｖａ２＋Ｖａ３であるためＶａ１＝Ｖａ３となる。電荷均等化の反復工程中、蓄積装置（ａ２）の電圧（Ｖａ２）は影響を受けないが、蓄積装置（ａ１）の電圧（Ｖａ１）は蓄積装置（ａ３）の電圧（Ｖａ３）と等しくなる。
【００２８】
別の利点は、直列接続を多数のエネルギー蓄積装置に拡張する際、または、エネルギーの供給と蓄積を高速で連続的に繰り返して行うことを必要とする重負荷の用途の場合であっても、本システムは高効率で機能し、平衡化を達成するまでに時間を要さないことである。
【００２９】
本発明による平衡化システムおよび方法は、非隣接エネルギー蓄積装置または非隣接エネルギー蓄積装置群の間で電気エネルギーを伝えることができるため、また、エネルギー電荷移動の速度はこれらのエネルギー蓄積装置またはエネルギー蓄積装置群の間の電位差に比例するため、このようなシステムを用いると、隣接したエネルギー蓄積装置またはエネルギー蓄積装置群の間でのみ電荷が移送可能なシステムで達成できるものより、エネルギー蓄積装置の直列接続において、一般により速く電荷を再分配できる。
【００３０】
さらに本発明によるシステムは単純化された構造であるが、いかなる時でも作動させたり、停止させたりできる自動制御された平衡化が可能であることが利点である。
【００３１】
このようなシステムの別の利点は、製造コストおよび複雑さが最小であるが、多数のエネルギー蓄積装置および異なる種類のエネルギー蓄積装置へと容易に拡張できることである。
【００３２】
本発明において、エネルギー蓄積装置は、電荷を蓄積するのに適したいかなる装置でもよく、例えば、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ、すなわち、いわゆるウルトラキャパシタまたはスーパーキャップ）、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置がある。
【００３３】
本発明による実施形態では、１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の前記非隣接セクションは、１つまたは同数の名目上等しい寸法のエネルギー蓄積装置を含んでいてもよい。
【００３４】
本発明において、名目上等しい寸法とは、エネルギー蓄積装置の特性間の許容可能な逸脱は許容されることを意味する。
【００３５】
本発明による別の実施形態では、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するシステムは、１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の複数対の非隣接セクションと、複数のそれぞれの中間蓄積素子とを含んで提供されてもよい。
【００３６】
本発明によるさらに別の実施形態では、図４に示すように、複数のそれぞれの中間蓄積素子は１つまたは複数の直列ストリング（ｅ）を構成してもよい。特に、バスシステムを用いて、そのようなストリングを組み立てることにより、ストリングの製造、結果的にはシステム全体の製造を著しく簡略化してもよい。
【００３７】
本発明による特定の実施形態では、１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の２対以上の非隣接セクションは、重畳するエネルギー蓄積装置を含んでいてもよい。
【００３８】
本発明の別の特定の実施形態では、スイッチング手段は、すべての端子（Ａ）を同時に、またすべての端子（Ｂ）を同時に、それら端子より１つ少ない数の中間蓄積素子と結合してもよい。
【００３９】
本発明において、中間蓄積素子は、端子（Ａ）への結合箇所と、端子（Ｂ）への結合箇所との間において、電荷を中間で蓄積するのに適したいかなる電気部品であってもよく、例えばコンデンサ、誘導子、変圧器がある。
【００４０】
抵抗器のような放熱素子での電荷短絡法を使用するのとは反対に、コンデンサのようなエネルギー蓄積素子で電荷往還法を使用すると、エネルギー蓄積装置の直列接続する全ての可能な操作モード中、すなわち、充電中だけでなく、放電中またはアイドルモード操作中にも平衡化を実行できるという利点を持つ。
【００４１】
本発明による好ましい実施形態では、中間蓄積素子はコンデンサでもよい。市販の技術的に成熟したコンデンサを用いることにより、効率的に電荷を輸送できるため、平衡化システムの効率および信頼性を高度に改善できる。
【００４２】
中間蓄積素子として使用されるコンデンサは、いかなる電気容量を有していてもよいが、好ましくは１ナノファラドおよび１ミリファラドの間、より好ましくは１０ナノファラドと１００マイクロファラドの間、そして最も好ましくは１０マイクロファラド程度である。
【００４３】
適用されるコンデンサは、通常、エネルギー蓄積装置の最大電圧程度の低電圧用に定められた低コストの構成部品でもよい。
【００４４】
スイッチング手段は、中間蓄積素子を端子（Ａ）および端子（Ｂ）へ連続して結合するのに適したいかなる電気部品を含んでいてもよい。
【００４５】
スイッチング手段は、端子（Ａ）を介して各エネルギー蓄積装置を中間蓄積装置に結合するための電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、および、端子（Ｂ）を介して各エネルギー蓄積装置を中間蓄積装置に結合するためのＦＥＴを含んでいてもよい。
【００４６】
代替の実施形態では、上記ＦＥＴの代わりに、ダイオードとＦＥＴとを組み合わせたものを用いてもよい。
【００４７】
本発明による特定の実施形態では、スイッチング手段は、ｐチャネル金属酸化膜シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）およびｎチャネルＭＯＳＦＥＴの交互構造を含んでいてもよい。
【００４８】
ｐチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｎチャネルＭＯＳＦＥＴのこのような交互構造において、中間蓄積素子の正極および負極は、２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴのドレイン電極に接続され、これらのソース電極は、１つまたは１群のエネルギー蓄積装置のそれぞれの非隣接セクションの端子（Ａ）に接続される。中間蓄積装置の正極および負極は、２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴのドレイン電極に接続され、これらのソース電極は、それぞれのセクションの端子（Ｂ）に接続される。端子（Ａ）の電位は、一般にそれぞれの端子（Ｂ）の電位より高い。ＭＯＳＦＥＴのゲート電極は、抵抗を用いてそれぞれのソース端子（Ａ）に接続され、制御信号源に容量結合される。ゲート端子はそれ自体、他のＭＯＳＦＥＴ用の制御信号源として機能してもよい。
【００４９】
ｐチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｎチャネルＭＯＳＦＥＴの代替の交互構造において、中間蓄積素子の正極および負極は、２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴのソース電極に接続され、これらのドレイン電極は、１つまたは１群のエネルギー蓄積装置のそれぞれの非隣接セクションの端子（Ａ）に接続される。そして、中間蓄積装置の正極および負極は、２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴのソース電極に接続され、これらのドレイン電極は、それぞれのセクションの端子（Ｂ）に接続される。端子（Ａ）の電位は、一般にそれぞれの端子（Ｂ）の電位より高い。ＭＯＳＦＥＴのゲート電極は、抵抗を用いてそれぞれのソース端子に接続され、制御信号源に容量結合される。ゲート端子はそれ自体、他のＭＯＳＦＥＴ用の制御信号源として機能してもよい。
【００５０】
ｐチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｎチャネルＭＯＳＦＥＴの他の代替の交互構造は、上記２つの実施形態のいずれかの組合せから得ることができ、結果的に外部ＦＥＴを簡単に省略することにより部品点数を減らすことができる。
【００５１】
スイッチング手段はまた、マルチプレクサシステムを含んでいてもよい。
【００５２】
本発明によるシステムは、スイッチング手段を制御するための、１つの制御信号または、複数のストリングの場合には複数の制御信号を生成するクロックを含んでいてもよい。平衡化操作は、制御信号の波形、位相、周波数、負荷サイクル、振幅およびまたはスルーレートを修正することにより、完全に調整でき、いかなる時でも作動させたり、停止させたりできる。
【００５３】
本発明による、中間エネルギー蓄積装置の複数のストリングおよび対応するスイッチング手段を有するシステムは、望ましくない効果を出さずに、効率的なエネルギー移送を注意深く制御し達成するために、１つまたは複数の独立制御信号を使用してもよい。
【００５４】
個々のエネルギー蓄積装置および／または、エネルギー蓄積装置群は、個々のエネルギー蓄積装置の電圧のより大きなダイナミックレンジにわたる平衡化を可能にする付加的または外部的なエネルギー源を導入することにより、所望の電荷またはエネルギーレベルをもたらすことができる。
【００５５】
さらに本発明は、上記のような実施形態によるエネルギー蓄積装置の直列接続および平衡化システムを含むアセンブリを提供する。
【００５６】
さらに、本発明による実施形態では、エネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する方法において、
ａ．エネルギー蓄積装置の直列接続を準備するステップと、
ｂ．１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置（ａ１、ａ２、ａ３）の１対のセクション（ｄ）を前記直列接続から選択するステップであって、前記セクションは互いに平衡化されるべきもので、各々、一方の端部により正の端子（Ａ）と、他方の端部により負の端子（Ｂ）とを有するステップと、
ｃ．中間蓄積素子（ｂ）を介して前記１対のセクションの端子（Ａ）を結合するステップと、
ｄ．端子（Ａ）を分断し、前記中間蓄積素子を介して前記１対のセクションの端子（Ｂ）を結合するステップと、
ｅ．ステップｃおよびｄを連続して繰り返すステップとを含み、
前記セクション同士が隣接していないことを特徴とする方法を提供する。
【００５７】
例えば、エネルギー蓄積装置（ａ３）を用いてエネルギー蓄積装置（ａ１）を平衡化するには、
−  まずエネルギー蓄積装置（ａ１）からなる第１のセクションと、エネルギー蓄積装置（ａ３）からなる第２のセクションとを選択し、両セクションをエネルギー蓄積装置（ａ２）で分離し、
−  エネルギー蓄積装置（ａ１）の端子（Ａ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ３）の端子（Ａ）に結合し、その結果、中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ１）およびエネルギー蓄積装置（ａ２）に対して並列に結合し、
−  端子（Ａ）を分断し、エネルギー蓄積装置（ａ１）の端子（Ｂ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ３）の端子（Ｂ）に結合し、その結果、それから中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ２）およびエネルギー蓄積装置（ａ３）に対して並列に結合する。
【００５８】
例えば、エネルギー蓄積装置（ａ４）を用いてエネルギー蓄積装置（ａ１）を平衡化するには、
−  まず、エネルギー蓄積装置（ａ１）からなる第１のセクションと、エネルギー蓄積装置（ａ４）からなる第２のセクションとを選択し、両セクションをエネルギー蓄積装置（ａ２）および（ａ３）で分離し、
−  エネルギー蓄積装置（ａ１）の端子（Ａ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ４）の端子（Ａ）に結合し、その結果、中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ１）、（ａ２）および（ａ３）に対して並列に結合し、
−  端子（Ａ）を分断し、エネルギー蓄積装置（ａ１）の端子（Ｂ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ４）の端子（Ｂ）に結合し、その結果、それから中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ２）、（ａ３）および（ａ４）に対して並列に結合する。
【００５９】
例えば、一群のエネルギー蓄積装置（ａ４）および（ａ５）を用いて一群のエネルギー蓄積装置（ａ１）および（ａ２）を平衡化するには、
−  まずエネルギー蓄積装置（ａ１）および（ａ２）からなる第１のセクションと、エネルギー蓄積装置（ａ４）および（ａ５）からなる第２のセクションとを選択し、両セクションをエネルギー蓄積装置（ａ３）で分離し、
−  エネルギー蓄積装置（ａ１）および（ａ２）からなるセクションの端子（Ａ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ４）および（ａ５）からなるセクションの端子（Ａ）に結合し、その結果、中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ１）、（ａ２）および（ａ３）に対して並列に結合し、
−  端子（Ａ）を分断し、エネルギー蓄積装置（ａ１）および（ａ２）からなるセクションの端子（Ｂ）を、中間蓄積素子を介してエネルギー蓄積装置（ａ４）および（ａ５）からなるセクションの端子（Ｂ）に結合し、その結果、それから中間蓄積素子をエネルギー蓄積装置（ａ３）、（ａ４）および（ａ５）に対して並列に結合する。
【００６０】
このような方法の第１の利点は、直列セクション全体の電荷移送が効率よく行われるため、特に直列接続を多数のエネルギー蓄積装置に拡張する際に、平衡化に要する時間が短くなることである。
【００６１】
さらに、この方法は単純化された平衡化システム構造を必要とするのみであるが、いかなる時でも作動させたり、停止させたりできる自動制御された平衡化を可能とする。
【００６２】
本発明による方法の別の利点は、直列接続の多数のエネルギー蓄積装置を同時に平衡化できることである。
【００６３】
本発明による方法では、１つまたは複数の隣接したエネルギー蓄積装置の非隣接の複数対のセクションを選択し、各対の端子を、１つまたは複数の直列ストリングを構成するそれぞれの前記中間蓄積素子を介して結合してもよい。
【００６４】
本発明による他の方法では、２対以上が重畳エネルギー蓄積装置を含むように、選択するステップを行ってもよい。
【００６５】
本発明によるエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化する好ましい方法において、１つのエネルギー蓄積装置からなるように、１つまたは複数の隣接するエネルギー蓄積装置の各非隣接セクションが選択され、それぞれの前記中間蓄積素子は３つの直列ストリングを構成し、第１および第２の前記直列ストリングに対応する前記セクションの対が、重畳蓄積装置を含まず、また、第３の前記直列ストリングに対応する少なくとも１対が、第１のストリングに対応する対の蓄積装置に重畳する蓄積装置と、第２のストリングに対応する１対の蓄積装置に重畳する蓄積装置とを含んでいてもよい方法を提供する。第１の直列ストリングの中間蓄積素子によって平衡化された１対のセクションに属する第１のエネルギー蓄積装置と、第２の直列ストリングの中間蓄積素子によって平衡化された１対のセクションに属する第２のエネルギー蓄積装置とを選択し、ついで第３の直列ストリングに属する中間蓄積素子を介してこれらのエネルギー蓄積装置の端子（Ａ）および端子（Ｂ）を連続して結合することにより、第１の直列ストリングを介して互いに平衡化されたエネルギー蓄積装置は、第３の直列ストリングを介して互いに平衡化されたエネルギー蓄積装置に平衡化される。
【００６６】
本発明による、上記の方法を行うのに適した平衡化システムを図５に概略的に示した。４つの電気エネルギー蓄積素子（ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）が３つの電荷再分配ステージを用いて均等化される。これらの３つのステージは、信号（Ｒ１．．２）、（Ｓ１．．２）および（Ｔ１．．２）によってそれぞれ制御され、互いの間に関係を有する必要がなく、独立して構成され、望ましくない効果を出さずに確実に効率的に電荷を移送し平衡化することができる。Ｒ、ＳおよびＴの信号に基づいたステージから、Ｖａ２＝Ｖａ４、Ｖａ１＝Ｖａ３およびＶａ１＝Ｖａ４がそれぞれ得られる。このようなシステムは、個々のエネルギー蓄積装置レベルでエネルギー蓄積装置の直列接続を平衡化するために設計され、各セクションは１つのエネルギー蓄積装置からなり、それぞれの前記中間蓄積素子は３つの直列ストリングを構成し、第１および第２の前記直列ストリングに対応する対は、重畳蓄積装置を含まず、第３の前記直列ストリングに対応する少なくとも１対は、第１のストリングに対応する１対の蓄積装置に重畳する蓄積装置と、第２のストリングに対応する１対の蓄積装置に重畳する蓄積装置とを含む。
【００６７】
本発明による、上記の方法を行うのに適した平衡化システムを図６に概略的に示した。
【００６８】
本発明による方法は、電気二重層コンデンサ、リチウムコンデンサ、電気化学電池装置および組電池、ならびに、リチウム重合体電池装置およびリチウムイオン電池装置のようなリチウム電池装置の直列接続を平衡化するために使用されてもよい。
【図１】
2013509142.tif 000003
【図２】
2013509142.tif 000004
【図３】
2013509142.tif 000005
【図４】
2013509142.tif 000006
【図５】
2013509142.tif 000007
【図６】
2013509142.tif 000008
【国際調査報告】
2013509142.tif 000009
2013509142.tif 000010