(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路の提供。【解決手段】複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路は複数のバランシングモジュールを包含する。各バランシングモジュールは第１、第２スイッチユニット及び第１、第２インダクタ装置を包含する。そのうち、該第１インダクタ装置は該第２インダクタ装置にカプリングされる。該複数のバランシングモジュールは第１、第２バランシングモジュールを包含し、それぞれ該複数のバッテリーユニットの第１、第２バッテリーユニットに接続される。該第１バランシングモジュールの該第１インダクタ装置は、該第１バランシングモジュールの該第１スイッチユニットの開閉状態により該第１バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを該第２バランシングモジュールに保存する。【選択図】図１
2015100217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路において、
複数のバランシングモジュールを包含し、複数のバランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットに接続され、そのうち、各バランシングモジュールは、
第１スイッチユニット、
第２スイッチユニット、
該第１スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続された第１インダクタ装置、
該第２スイッチユニットに接続され、該第１インダクタ装置がカップリングされる第２インダクタ装置、
以上を包含し、
該複数のバランシングモジュールは第１バランシングモジュールと第２バランシングモジュールを包含し、該第１バランシングモジュールと第２バランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットの第１バッテリーユニットと第２バッテリーユニットに接続され、該第１バランシングモジュールの該第１インダクタ装置は該第１バランシングモジュールの該第１スイッチユニットの開閉状態により、該第１バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを、該第２バランシングモジュールに保存し、該第２バランシングモジュールの該第２インダクタ装置は該第２バランシングモジュールの該第２スイッチユニットの開閉状態により、該誘導エネルギーを該第２バッテリーユニットに提供することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項２】
請求項１記載のバランシング回路において、該誘導エネルギーは各バランシングモジュールの該第２インダクタ装置の中に同時に保存されることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項３】
請求項１記載のバランシング回路において、該バランシングモジュールの該第２インダクタ装置は各バランシングモジュールが接続された該バッテリーユニットと各バランシングモジュールの該第２スイッチユニットの間に接続され、該複数のバランシングモジュールの第１インダクタ装置は相互にカップリングされ、及び、該複数のバランシングモジュールの第２インダクタ装置は相互にカップリングされることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項４】
請求項３記載のバランシング回路において、該第１スイッチユニット及び該第２スイッチユニット中の各スイッチユニットは、単方向式スイッチ装置とされ、及び該単方向式スイッチ装置は、
ダイオードと、
該ダイオードに直列に接続された二方向式スイッチ装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項５】
請求項３記載のバランシング回路において、該第２スイッチユニットは、該第１スイッチユニットの前に開くか、或いは、該第１スイッチユニットが閉じると同時に開くことを特徴とする、バランシング回路。
【請求項６】
請求項１記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは、高電圧側と低電圧側の間で、相互に直列に接続され、各バランシングモジュールはまた、
エネルギー保存装置であって、該誘導エネルギーを保存するのに用いられ、該エネルギー保存装置は、該高電圧側と該低電圧側の間に電気的に接続され、且つ該エネルギー保存装置の二端はそれぞれ該第２インダクタ装置と該第２スイッチユニットに接続される上記エネルギー保存装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項７】
請求項６記載のバランシング回路において、
エネルギー調整回路であって、該エネルギー保存装置に接続されて、選択的に該誘導エネルギーを調整し、並びに調整後の該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供する、上記エネルギー調整回路、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項８】
請求項７記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは高電圧側と低電圧側の間に相互に直列に接続され、該エネルギー調整回路は、第１端子、第２端子、第３端子、及び第４端子を具え、該第１端子及び該第２端子はそれぞれ該エネルギー保存装置の二端に接続され、該第３端子及び該第４端子はそれぞれ該高電圧側と該低電圧側に接続されることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項９】
請求項７記載のバランシング回路において、該エネルギー調整回路は、
ロジックユニットであって、該エネルギー保存装置が保存する該誘導エネルギーが所定エネルギー量に達したか否かを判断して、判断結果を発生する、上記ロジックユニットと、
調整ユニットであって、該ロジックユニットに接続され、該判断結果に基づき該誘導エネルギーを調整する、上記調整ユニットと、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項１０】
請求項１記載のバランシング回路において、さらに、
コントロールユニットであって、自走式発振器を具え、該自走式発振器は発振信号を発生し、及び該コントロールユニットは該発振信号に基づき駆動信号を発生して該第１スイッチユニットと該第２スイッチユニットの少なくとも一方の開閉状態をコントロールする、上記コントロールユニット、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種のバッテリーのバランシングに係り、特に一種の、複数のバッテリーユニットの中の、比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することで、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バランシング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般には、比較的高い出力電圧を提供するため、複数のバッテリーを直列に接続して電源供給装置となして、必要な出力電圧を提供としている。しかし、相互に直列に接続された複数のバッテリーを有する電源供給装置に充電を行うときは、該複数のバッテリーの間の電圧のアンバランスにより、総エネルギーの低下が形成されるか、或いは電源供給装置の損壊がもたらされ得る。たとえば、該電源供給装置中の一部分のバッテリーがすでに充電飽和となり、その他の電池は充電が完成するまでまだ時間がかかるとき、続いて電源供給装置に対して充電を行えば、該部分の電池が過充電（ｏｖｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ）の現象を形成し、それにより、該部分の電池の寿命が短縮されてしまう。
【０００３】
伝統的な電源供給装置は、パッシブ式バランシングメカニズム（ｐａｓｓｉｖｅ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を使用することで上述の状況の発生を防止している。しかし、パッシブ式バランシングメカニズムは、余剰のエネルギー（すなわち、過充電されたエネルギー）を消耗するものであるため、エネルギーの浪費と過量の熱を形成する。このため、一種のアクティブ式バランシング回路（ａｃｔｉｖｅ
ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）により上述の問題を解決する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これを鑑み、本発明の目的の一つは、一種の、複数のバッテリーユニット中の比較的高い電圧を有するバッテリーユニットのエネルギーを、該複数のバッテリーユニットに提供することで、該複数のバッテリーユニットをバランシングする、アクティブ式バランシング回路を提供し、上述の問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施例によると、それは一種の、複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路を提示している。該バランシング回路は、複数のバランシングモジュールを包含する。該複数のバランシングモジュールは、それぞれ該複数のバッテリーユニットに接続され、そのうち、各一つのバランシングモジュールは、第１スイッチユニット、第２スイッチユニット、第１インダクタ装置及び第２インダクタ装置を包含する。該第１インダクタ装置は該第１スイッチユニットと、該バランシングモジュールが接続される一つのバッテリーユニットの間に接続される。該第２インダクタ装置は、該第２スイッチユニットに接続される。そのうち、該第１インダクタ装置は、該第２インダクタ装置にカップリングされる。該複数のバランシングモジュールは、第１バランシングモジュールと第２バランシングモジュールを包含し、それぞれ該複数のバッテリーユニットの第１バッテリーユニットと第２バッテリーユニットに接続される。該第１バランシングモジュールの該第１インダクタ装置は、該第１バランシングモジュールの該第１スイッチユニットの開閉状態により、該第１バッテリーユニットの余剰のエネルギーを奪い去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを、該第２バランシングモジュールに保存する。該第２バランシングモジュールの該第２インダクタ装置は、該第２バランシングモジュールの該第２スイッチユニットの開閉状態により、該誘導エネルギーを該第２バッテリーユニットに提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有して回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、及び自走式発振器の採用により、コントロールメカニズムを簡易化し製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のバッテリーシステムの一つの実施例の表示図である。
【図２】図１に示されるバッテリーシステムの第１具体実施例の表示図である。
【図３】図２に示されるトランジスタの切り換えタイミングの実施例表示図である。
【図４】図２に示されるバランシング回路の局部回路の具体実施例の表示図である。
【図５】図１に示されるバッテリーシステムの第２具体実施例の表示図である。
【図６】図１に示されるバッテリーシステムの第３具体実施例の表示図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
明細書及び後続の特許請求の範囲中、ある語彙が特定の素子を示すのに使用される。所属領域中の通常の知識を有する者であれば理解できるように、メーカーは異なる名詞を用いて同一の装置を呼称し得る。本明細書及び後続の特許請求の範囲は、名称の差異により素子を区別する方式ではなく、素子の機能上の差異により区別することを原則としている。明細書及び後続の特許請求の範囲全般にわたり、使用される「包含」とは開放式の用語であり、「包含するが、それに限定されるわけではない」と解釈されるべきである。このほか「接続」との用語は、任意の直接或いは間接の電気接続手段を包含する。これにより、もし文中に第１装置が第２装置に接続されるとの記述があれば、該第１装置は直接的に第２装置に電気的に接続されるか、或いはその他の装置或いは連接手段を介して間接的に該第２装置に電気的に接続されることを示す。
【０００９】
図１を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムの一つの実施例の表示図である。バッテリーシステム１００は、複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn （ｎは正の整数）、及び複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn をバランシングするためのバランシング回路１０２を包含する。複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn は、端子ＢＡＴ＋と、端子ＢＡＴ−により、外接電子装置（図１には示されていない）が必要とする電源を提供するか、或いは、端子ＢＡＴ＋と端子ＢＡＴ−により、充電電源を受け取る。バッテリーシステム１００が、充電（ｃｈａｒｇｉｎｇ）、放電（ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ）或いはアイドル（ｉｄｌｅ）の状況にある時、バランシング回路１０２は、複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn 中の、比較的高い電圧（すなわち、比較的多くの電荷）を有するバッテリーユニットのエネルギーを取り出し、さらに、それを全ての複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn に提供し、これにより、バッテリーバランシングの目的を実現する。言い換えると、バランシング回路１０２はアクティブ式バランシング回路とされ、並びにエネルギーを直接必要なバッテリーユニットに提供することにより、スピーディーで高効率のバッテリーバランシングメカニズムを実現する。
【００１０】
具体的には、バランシング回路１０２は（以下に限定されるわけではないが）、複数のバランシングモジュール１１２1〜１１２nを包含し得て、それはそれぞれ複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn に接続される。複数のバランシングモジュール１１２1〜１１２nはそれぞれ複数の第１スイッチユニットＳＷ１1〜ＳＷ１n、複数の第２スイッチユニットＳＷ２1〜ＳＷ２n、複数の第１インダクタ装置ＬＰ1〜ＬＰn及び複数の第２インダクタ装置ＬＳ1〜ＬＳnを包含する。各バランシングモジュール中、第１インダクタ装置は第１スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続するバッテリーユニットの間に接続され、第２インダクタ装置は第２スイッチユニットに接続され、並びに該バランシングモジュールの第１インダクタ装置にカップリングされる。以下に、バッテリーユニットＶＢ1 が過高の電圧を有する（たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いはその他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる）場合を例とし、簡単にバランシング回路１０２の動作方式を説明する。
【００１１】
まず、第１インダクタ装置ＬＰ1は、第１スイッチユニットＳＷ１1の開閉状態により、バッテリーユニットＶＢ1の余剰のエネルギーＥＯを取り去り、並びに余剰のエネルギーＥＯに対応する誘導エネルギー（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｅｎｅｒｇｙ）ＥＩを、少なくとも一つのバランシングモジュールの中に保存する。例を挙げて説明すると（ただし本発明はこれに限定されるわけではないが）、余剰のエネルギーＥＯは各一つのバランシングモジュールにカップリングされ、これにより、誘導エネルギーＥＩが各一つのバランシングモジュールの中に保存される。このほか、余剰のエネルギーＥＯは第２インダクタ装置ＬＳ1にカップリングされて誘導エネルギーＥＩを発生してもよく、それにより誘導エネルギーＥＩが各一つのバランシングモジュールの中に保存される。続いて、仮にバッテリーユニットＶＢ2が低すぎるとすると、第２バランシングモジュール１１２2の第２インダクタ装置ＬＳ2が、第２スイッチユニットＳＷ２2の開閉状態により、誘導エネルギーＥＩをバッテリーユニットＶＢ2に提供する。簡単に述べると、本発明の提供するバッテリーバランシングメカニズムは、バランシングモジュールのスイッチユニット（たとえば、第１スイッチユニットＳＷ１1）により該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットのエネルギーを釈放し、及び、もう一つのバランシングモジュールのもう一つのスイッチユニット（たとえば第２スイッチユニットＳＷ２1）を利用し、その釈放したエネルギーを該もう一つのバランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットに提供する。注意すべきことは以下のとおりである。本発明が提供するバッテリーバランシングメカニズムは、また、単一バッテリーユニットの余剰のエネルギーを複数のバッテリーユニットに提供しても、複数のバッテリーユニットの余剰のエネルギーを単一のバッテリーユニットに提供しても、或いは、複数のバッテリーユニットの余剰のエネルギーを、複数のバッテリーユニットに提供してもよい。
【００１２】
このほか、図１に示される複数のバッテリーユニットＶＢ1 〜ＶＢn 中の、各一つのバッテリーユニットは、バッテリーセル（ｂａｔｔｅｒｙ  ｃｅｌｌ）（単一バッテリー）、バッテリーブロック（ｂａｔｔｅｒｙ  ｂｌｏｃｋ）（相互に並列に接続された複数のバッテリーを包含する）、バッテリーモジュール（ｂａｔｔｅｒｙ  ｍｏｄｕｌｅ）（相互に直列に接続された複数の電池ブロックを包含する）或いはバッテリーパック（ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋ）（直列接続と並列接続の複数の電池を包含する）とされ得る。図１のバランシングモジュール１１２1〜１１２nは同じ或いは類似の回路構造を有し、ゆえにバランシング回路１０２はモジュール化（ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）の方式を採用して実施できる。
【００１３】
図２を参照されたい。それは、図１に示されるバッテリーシステム１００の第１具体実施例の表示図である。この具体実施例中、バッテリーシステム１００は、複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂn及びバランシング回路２０２を包含する。複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂnは、複数のバッテリーセルとされ（しかし本発明はこれに限定されない）、並びに相互に端子ＢＡＴ＋（すなわち、高圧側（ｈｉｇｈ  ｓｉｄｅ））と端子ＢＡＴ−（すなわち、低圧側（ｌｏｗ  ｓｉｄｅ））の間で直列に接続される。これにより、端子ＢＡＴ＋と端子ＢＡＴ−を介して電源を提供するか、或いは充電電源を受け取る。バランシング回路２０２は、複数のバランシングモジュール２１２1〜２１２nを包含し、それはそれぞれ複数の第１インダクタ装置ＬＤ1〜ＬＤn、複数の第２インダクタ装置ＬＣ1〜ＬＣn、複数の第１スイッチユニット２２４1〜２２４n、及び複数の第２スイッチユニット２２８1〜２２８nを包含する。各バランシングモジュールの中、該バランシングモジュールの第１インダクタ装置は該バランシングモジュールの第１スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続され、及び、該バランシングモジュールの第２インダクタ装置は該バランシングモジュールの第２スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続される。
【００１４】
この具体実施例中、複数の第１スイッチユニット２２４1〜２２４nは、それぞれ図１に示される複数の第１スイッチユニットＳＷ１1〜ＳＷ１nを実施するのに用いられ、そのうち、複数の第１スイッチユニット２２４1〜２２４nは、複数の単方向式（ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）スイッチ装置とされ、それぞれ複数のダイオード（ｄｉｏｄｅ）ＤＤ1〜ＤＤn及びそれが直列に接続された複数の二方向式（ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）スイッチ装置（すなわち、複数のボデーダイオード（ｂｏｄｙ  ｄｉｏｄｅ）ＢＤ１1〜ＢＤ１nを有する複数のトランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＱＤ1〜ＱＤn）により実施される。たとえば（ただし、本発明はこれに限定されないが）、複数のトランジスタＱＤ1〜ＱＤnの少なくとも一つは、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により実現される。同様に、複数の第２スイッチユニット２２８1〜２２８nは、それぞれ図１に示される複数の第２スイッチユニットＳＷ２1〜ＳＷ２nを実施するのに用いられ、そのうち、複数の第２スイッチユニット２２８1〜２２８nもまた、複数の単方向式スイッチ装置とされ得て、それぞれ複数のダイオードＤＣ1〜ＤＣn及びそれが直列に接続された複数の二方向式スイッチ装置（すなわち、複数のボデーダイオード（ｂｏｄｙ  ｄｉｏｄｅ）ＢＤ２1〜ＢＤ２nを有する複数のトランジスタＱＣ1〜ＱＣn）により実施される。
【００１５】
図２から分かるように、各バランシングモジュールの中の第１インダクタ装置と第２インダクタ装置が相互にカップリングされるほか、異なるバランシングモジュールの間の第１インダクタ装置は相互にカップリングされ、及び異なるバランシングモジュールの間の第２インダクタ装置も相互にカップリングされる。言い換えると、各一つのインダクタ装置（すなわち、複数の第１インダクタ装置ＬＤ1〜ＬＤnと複数の第２インダクタ装置ＬＣ1〜ＬＣn）は相互にカップリングされ、これにより、複数のバランシングモジュール２１２1〜２１２nの中の一つのバランシングモジュールが、該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットより余剰のエネルギーを取り去るとき、その他のバランシングモジュールはいずれも該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを保存できる。
【００１６】
バッテリーユニットＢ1 の電圧が過高で（たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる）、バッテリーユニットＢ2の電圧が過低（たとえば、定格電圧の設定電圧範囲より低いか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧より非常に低くなる）である 状況を考慮する。第１スイッチユニット２２４1（或いはトランジスタＱＤ1）が切断（ｔｕｒｎ−ｏｆｆ）状態から導通（ｔｕｒｎ−ｏｎ）状態に切り換えられる時、バッテリーユニットＢ1 の余剰のエネルギーＥＯを取り去り、並びに第１インダクタ装置ＬＤ1とその他のインダクタ装置の間のカップリング関係により、余剰のエネルギーＥＯを誘導エネルギーＥＩに変換し、さらにその他のインダクタ装置の中（すなわち、インダクタ装置の磁心（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｒｅ））に保存できる。続いて、第２スイッチユニット２２８2（或いはトランジスタＱＣ2）を、切断状態から導通状態へと切り換え、一旦第１スイッチユニット２２４1が導通状態から再度切断状態に切り換えられると、すなわち、第２インダクタ装置ＬＣ2が保存する誘導エネルギーＥＩは、バッテリーユニットＢ2に提供され得る。
【００１７】
以上から分かるように、バッテリーユニットＢx（１≦ｘ≦ｎ）の電圧が過高であるとき、第１スイッチユニット２２４x（或いはトランジスタＱＤx）を導通させて、余剰のエネルギー（たとえば、余剰のエネルギーＥＯ）を釈放させ並びに対応する誘導エネルギー（たとえば、誘導エネルギーＥＩ）を保存できる。続いて、第２スイッチユニット２２８y（或いはトランジスタＱＣy）（１≦ｙ≦ｎ）を導通することで、誘導エネルギーがバッテリーユニットＢy（またすなわち、比較的低い電圧を有するバッテリーユニット）に提供される。言い換えると、トランジスタＱＤxを導通させることは、バッテリーユニットＢxを放電させることと見なし得て、トランジスタＱＣyを導通させることは、バッテリーユニットＢyに対する充電実行と見なし得る。
【００１８】
図２に示されるスイッチユニットの切り換えタイミングについては、図３を参照されたい。図３は、図２に示されるトランジスタの切り換えタイミングの一つの実施例の表示図である。そのうち、トランジスタＱＤxは複数のトランジスタＱＤ1〜ＱＤnのそのうちの一つ（第１スイッチユニット２２４xに対応する）を代表し、トランジスタＱＣyは複数のトランジスタＱＣ1〜ＱＣnのそのうちの一つ（第２スイッチユニット２２８yに対応する）を代表する。以上から分かるように、トランジスタＱＣyが導通状態にあり（たとえば、信号Ｓ（ＱＣy）がハイレベルにある）、トランジスタＱＤxが導通状態から再度切断状態へと切り換えられる（たとえば、信号Ｓ（ＱＤx）がハイレベルからローレベルに切り換えられる）とき、磁心に保存された誘導エネルギーは、トランジスタＱＣyに対応するバッテリーユニットに提供され得る。これにより、誘導エネルギーをトランジスタＱＣyに対応するバッテリーユニットに提供するため、トランジスタＱＣyはトランジスタＱＤxが切断されると同時に導通し（またすなわち、第２スイッチユニット２２８yは、第１スイッチユニット２２４xが閉じると同時に開く）（図３に示されるとおり）、ある設計変化中、トランジスタＱＣyはまた、トランジスタＱＤxが切断される前に導通してもよく、たとえば、トランジスタＱＣyはトランジスタＱＤxと同時に導通してもよい。
【００１９】
このほか、磁心が保存するエネルギーの飽和を防止するため、適宜にトランジスタＱＤxとトランジスタＱＣyの信号を駆動するためのデューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）を設計することで、磁心に保存された誘導エネルギーを完全に釈放させることができる。たとえば、トランジスタＱＣyのトランジスタＱＤxが切断された後の導通時間（たとえばＴＣ）は、トランジスタＱＤxの導通時間（たとえば、ＴＤ）より大きく設計され得る。ある具体実施例において、第１インダクタ装置と第２インダクタ装置の間の巻数比（ｔｕｒｎ  ｒａｔｉｏ）を設計可能で、並びに信号のデューティーサイクルの設計が組み合わされることで、磁心に保存された誘導エネルギーが完全に釈放される。
【００２０】
上述のスイッチ素子の開閉状態の切り換えは、コントロール回路によりコントロールされる。図２と共に図４も参照されたい。図４は図２に示されるバランシング回路２０２の局部回路の具体実施例の表示図である。この具体実施例中、バランシング回路２０２はコントロールユニット２４２を包含し、それは駆動信号ＳG を発生してバッテリーユニットＢX が対応するバランシングモジュール２１２xの操作をコントロールするのに用いられる。そのうち、第１インダクタ装置ＬＤx、第２インダクタ装置ＬＣx、複数のダイオードＤＤxとＤＣx、トランジスタＱＤx（ボデーダイオードＢＤ１xを有する）及びトランジスタＱＣy（ボデーダイオードＢＤ２xを有する）は、バランシングモジュール２１２xが包含 する回路装置とされる。コントロールユニット２４２は、ロジック回路（ｌｏｇｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ）２４４、自走式発振器（ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２４６及びゲート駆動回路（ｇａｔｅ  ｄｒｉｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）２４８を包含する。自走式発振器２４６は、自己励起し、ゆえにコントロールユニット２４２は、簡易化された回路設計と低い製造コストの長所を有する。さらに具体的に説明すると、ロジック回路２４４は、複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂn の電圧を検出して電圧情報を取得し、並びに該電圧情報に基づいてイネーブル信号ＳEN  を発生できる。ゲート駆動回路２４８はイネーブル信号ＳEN  と、自走式発振器２４６の発生した発振信号ＳO に基づき、駆動信号ＳG を発生してトランジスタ（たとえば、トランジスタＱＤx及び又はトランジスタＱＣx）の開閉状態をコントロールする。
【００２１】
たとえば、ロジック回路２４４が複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂn の間の電圧のアンバランスを検出して発生したイネーブル信号ＳENは、特定電圧レベル（たとえば、高電圧レベル）を有し得る。このほか、ゲート駆動回路２４８は発振信号ＳO に基づき駆動信号ＳG を発生し、いいかえると、駆動信号ＳG は、発振信号ＳO の周波数とデューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）の情報を有し、これにより、バッテリーユニットＢX が釈放する（又は受け取る）エネルギーの大きさは、発振信号ＳO の周波数とデューティーサイクルによりコントロールされ得る。
【００２２】
注意すべきことは以下のとおりである。以上は僅かに説明のために用いられ、本発明を制限するものではない。一つの具体実施例において、少なくとも一つのバッテリーユニットを同時に導通させてその余剰のエネルギーを釈放させ並びに各バランシングモジュールの中に保存でき、並びに対応する誘導エネルギーを同時に必要な少なくとも一つのバッテリーユニットに同時に提供する。このほか、図４に示されるコントロールユニット２４２の回路構造は、僅かに説明のために提示されたものにすぎず、たとえば、自走式発振器２４６はまた、直接イネーブル信号ＳENに基づき、発振信号ＳOを出力して駆動信号ＳGとなしてもよい。ある設計変化中、ゲート駆動回路２４８はまた、直接イネーブイネーブル信号Ｓenに基づき、駆動信号ＳGを発生してもよい。
【００２３】
図５を参照されたい。それは図１に示されるバッテリーシステム１００の第２具体実施例の表示図である。この具体実施例において、バッテリーシステム５００は、図２に示される複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂn及びバランシング回路５０２を包含する。バランシング回路５０２は複数のバランシングモジュール５１２1〜５１２nを包含し、それはそれぞれ図１に示される複数の第１インダクタ装置ＬＰ1〜ＬＰnと複数の第２インダクタ装置ＬＳ1〜ＬＳn、複数の第１スイッチユニット５２４1〜５２４n、複数の第２スイッチユニット５２８1〜５２８n、及び複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnを包含する。各バランシングモジュールの中、該第１インダクタ装置は該第１スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続され、該第２インダクタ装置は該第２スイッチユニットに接続され、及び、該バランシングモジュールのコンデンサの２端はそれぞれ該第２インダクタ装置と該第２スイッチユニットに接続される。
【００２４】
この具体実施例中、複数の第１スイッチユニット５２４1〜５２４nはそれぞれ図２に示される複数のトランジスタＱＤ1〜ＱＤnにより実施され、及び複数の第２スイッチユニット５２８1〜５２８nはそれぞれ図２に示される複数のトランジスタＱＣ1〜ＱＣnにより実施される。このほか、複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnは端子Ｎ＋と端子Ｎ−（すなわち、端子ＢＡＴ−）の間に相互に並列に接続され、これにより、複数のバランシングモジュール５１２1〜５１２nの中の一つのバランシングモジュールが、該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットより余剰のエネルギーを取り去るとき、その他のバランシングモジュールはいずれも該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを保存できる。
【００２５】
バッテリーユニットＢ1 の電圧が過高で（たとえば、定格電圧の設定電圧範囲を超過するか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧との間の差が過大となる）、バッテリーユニットＢ2の電圧が過低（たとえば、定格電圧の設定電圧範囲より低いか、或いは、その他のバッテリーユニットの電圧より非常に低くなる）である 状況を考慮する。トランジスタＱＤ1が切断状態から導通状態に切り換わるとき、バッテリーユニットＢ1 の余剰のエネルギーＥＯを取り去り、そのうち、余剰のエネルギーＥＯは、第１インダクタ装置ＬＰ1と第２インダクタ装置ＬＳ1の間のカップリング関係により、誘導エネルギーＥＩに変換され、それは磁心に保存され、並びにトランジスタＱＤ1が切断状態に切り換わるとき、これに相互に並列に接続された複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnの中に保存される。トランジスタＱＣ2が切断状態より導通状態に切り換わる時、コンデンサＣ2に保存された誘導エネルギーＥＩは、第１インダクタ装置ＬＰ2と第２インダクタ装置ＬＳ2の間のカップリング関係により、バッテリーユニットＢ2に提供される。
【００２６】
誘導エネルギーが各バランシングモジュールのコンデンサに保存されることにより、一旦、少なくとも一つのバランシングモジュールの第２スイッチユニットがオンされると、エネルギーは少なくとも一つのバランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットに提供される。このほか、すなわち、同時に第１スイッチユニット（たとえば、トランジスタＱＤxに導通する）と第２スイッチユニット（たとえば、トランジスタＱＣyに導通する）がオンされて、上述のバッテリーバランシング操作が実現され得る。簡単に述べると、バッテリーシステム５００の動作期間に、バランシング回路５０２は任意の時間点でバッテリーバランシング操作を実行でき、このほか、トランジスタＱＤx（１≦ｘ≦ｎ）の導通はバッテリーユニットＢxを放電させること、及び、トランジスタＱＣy（１≦ｙ≦ｎ）の導通は、バッテリーユニットＢyに対して充電することと見なされ、これにより、バランシング回路５０２が示す回路構造は、充電モード、放電モード、或いはアイドルモードにあるバッテリーシステムにおいて応用可能である。
【００２７】
同様に、トランジスタ駆動用の信号のデューティーサイクル及び又は第１インダクタ装置と第２インダクタ装置の間の巻数比を適宜設計することにより、コンデンサが保存するネネルギーの飽和を防止できる。このほか、バランシング回路５０２のスイッチユニットのコントロールメカニズムは、図４に示されるコントロールユニット２４２の構造を採用して、バッテリーユニットの釈放する（或いは受け取る）エネルギーの大きさをコントロールしてもよい。
【００２８】
バランシング回路５０２はまた、インピーダンス素子（この実施例中では、抵抗Ｒとされる）と、ダイオードＤを包含し得る。そのうち抵抗ＲとダイオードＤはそれぞれ端子ＢＡＴ＋と端子Ｎ＋の間に接続され、これにより、複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnはいずれも抵抗Ｒ（或いは該インピーダンス素子）により予充電され、バランシング回路５０２が動作時に不必要なサージ電流（ｓｕｒｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を発生するのを防止でき、すなわち、軟起動（ｓｏｆｔ  ｓｔａｒｔ）メカニズムを提供してサージ電流を消去又は減少することを考慮する必要がなく、これにより、回路設計を簡易化し製造コストを減らせる。このほか、複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnに対して予充電を行うことで、回路動作の速度をアップでき、ダイオードＤの設置もサージ電流を消去或いは減少し得る。
【００２９】
ダイオードＤが導通する時、端子ＢＡＴ＋と端子Ｎ＋は等電位と見なされ得る。ゆえに複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnは、端子Ｎ＋と端子ＢＡＴ＋の間で並列に接続され得る。これにより、各一つのコンデンサが保存するエネルギーは相互に流通可能であるのみならず、全てのバッテリーユニットに提供され得て、それによりバッテリーバランシング効率をアップし、並びに複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnが過高の電圧を有するのを防止できる。
【００３０】
注意すべきことは以下のとおりである。以上に記載されたことは説明のためにすぎず、本発明を制限するためのものではない。ある設計変化中、抵抗ＲとダイオードＤのうち、少なくとも一方を省略することが可能である。また別の設計変化においては、複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnはその他のタイプのエネルギー保存装置に置換可能である。
【００３１】
本発明が提供するバランシング回路は、高電圧（たとえば４００Ｖ以上）或いは低電圧（たとえば２０Ｖ）のバッテリーシステムに応用可能である。高電圧バッテリーシステムにおける応用中、バランシング回路の回路素子の耐電圧性は引き上げられ、それによりバッテリーシステムの正常動作が維持されるほか、エネルギー調整回路が増設されてもよく（回路素子の耐電圧性を比挙げる必要がない）、それによりバッテリーシステムの正常動作を維持することができる。図６を参照されたい。それは図１に示されるバッテリーシステム１００の第３具体実施例の表示図である。バッテリーシステム１００の包含するバランシング回路６０２の構造は、図５に示されるバッテリーシステム５０２の構造に基づいており、両者の間の主要な違いは、バランシング回路６０２は別にエネルギー調整回路６４２を包含することにある。エネルギー調整回路６４２は複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnに接続されて、選択的に複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnが保存する誘導エネルギーＥＩを調整し、並びに調整後の誘導エネルギーＥＩを複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂnに提供するのに用いられる。
【００３２】
この具体実施例中、誘導エネルギーＥＩが比較的低い時（たとえば、複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnの電圧が１８０Ｖを超過しない時）、エネルギー調整回路６４２は誘導エネルギーＥＩに対して調整を行わない。言い換えると、バランシング回路６０２のバッテリーバランシングメカニズムと図５に示されるバランシング回路５０２のバッテリーバランシングメカニズムはほぼ同じか類似する。バランシング回路６０２が高電圧バッテリーシステムに応用される時（またすなわち、複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂnが直列に接続されて形成する定格電圧（端子ＢＡＴ＋と端子ＢＡＴ−の間の電圧）が高電圧とされる）、誘導エネルギーＥＩに過高の現象があると（たとえば、１８０Ｖを超過する）、エネルギー調整回路６４２を利用して誘導エネルギーＥＩが昇圧変換され（すなわち、エネルギー調整回路６４２は昇圧変換回路（ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｃｉｒｃｕｉｔ）或いはフライバック式変換回路（ｆｌｙｂａｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｃｉｒｃｕｉｔ）とされ得て、並びに変換後のエネルギーを複数のバッテリーユニットＢ1 〜Ｂnに提供し、これによりバッテリーシステムの正常動作を維持する。
【００３３】
実施上、エネルギー調整回路６４２は、第１端子ＮＡ、第２端子ＮＢ、第３端子ＮＣ及び第４端子ＮＤを包含する。そのうち、第１端子ＮＡ及び第２端子ＮＢはそれぞれコンデンサＣnの二端に接続され、第３端子ＮＣ及び第４端子ＮＤはそれぞれ端子ＢＡＴ＋と端子ＢＡＴ−に接続され、これにより、エネルギー調整回路６４２は、第１端子ＮＡと第２端子ＮＢを介して誘導エネルギーＥＩを受け取り、及び、第３端子ＮＣと第４端子ＮＤを介して調整後の誘導エネルギーＥＩを出力できる。
【００３４】
このほか、エネルギー調整回路６４２は、ロジックユニット６４６及び調整ユニット６４８を包含し得る。ロジックユニット６４６は複数のコンデンサＣ1 〜Ｃnが保存する誘導エネルギーＥＩが所定のエネルギー値に達したか否かを判断して、判断結果を発生するのに用いられる。たとえば、ロジックユニット６４６にはヒステリシスを有する電圧しきい値（ｖｏｌｔａｇｅ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｗｉｔｈ  ａ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の判断ロジックが採用され、これにより、判断結果が、誘導エネルギーＥＩがヒステリシス幅（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ  ｂａｎｄ）外にあることを指し示すとき、調整ユニット６４８は誘導エネルギーＥＩに対して調整を行う。
【００３５】
バランシング回路６０２はまた、自走式発振器６５２を包含し、それは発振信号Ｓcを出力してエネルギー調整回路６４２のエネルギー調整動作をコントロールする。たとえば、エネルギー調整回路６４２が昇圧変換回路とされる状況で、エネルギー調整回路６４２は発振信号Ｓcの周波数とデューティーサイクルに基づき、誘導エネルギーＥＩの増加量を調整する。このほか、図４に示されるコントロールユニット２４２の設計概念を採用してエネルギー調整回路６４２に対応するコントロールユニット（図６には表示されず）を実施してもよい。
【００３６】
注意すべきことは以下のとおりである。バランシング回路６０２はまた複数のエネルギー調整回路を包含してもよく、さらにはモジュール化回路の設計の概念を実現してもよい。たとえば、図６に示される各一つのバランシングモジュールは、いずれもエネルギー調整回路（図６には表示されず）に接続可能で、すなわち、複数のバランシングモジュール５１２1〜５１２nの中の各一つのバランシングモジュールは、いずれもエネルギー調整回路６４２と同じか類似の回路装置に接続可能である。注意が必要であることは以下のとおりである。バランシング回路６０２が複数のエネルギー調整回路を包含する状況で、上述の昇圧変換動作を実行する時は、わずかに該複数のエネルギー調整回路のうちの一つを起動すればよい。
【００３７】
総合すると、本発明の提供するバッテリーバランシング回路は、スピーディーにバッテリーシステムをバランシングし、モジュール化回路の構造を有し、これにより回路設計を簡易化し設計の自由度を増し、並びに自走式発振器を採用することでコントロールメカニズムの簡易化と製造コストダウンが可能である。
【００３８】
以上に述べたことは本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明のカバーする範囲に属するとされるべきである。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００、５００、６００        バッテリーシステム
１０２、２０２、５０２、６０２        バランシング回路
１１２1、１１２2、１１２n、２１２1、
２１２2、２１２n、２１２x、
５１２1、５１２2、５１２n             バランシングモジュール
５２４2、５２４n、５２８1、５２８2、
５２８n、ＳＷ１1、ＳＷ１2、
ＳＷ１n、ＳＷ２1、ＳＷ２2、ＳＷ２n    スイッチユニット
２４２                                コントロールユニット
２４４                                ロジック回路
２４６、６５２                        自走式発振器
６４２                                エネルギー調整回路
６４６                                ロジックユニット
６４８                                調整ユニット
ＢＡＴ＋、ＢＡＴ−、Ｎ＋、Ｎ−、
ＮＡ、ＮＢ、ＮＣ、ＮＤ                端子
ＶＢ1 、ＶＢ2 、ＶＢn 、
Ｂ1、Ｂ2、Ｂn 、ＢX                   バッテリーユニット
ＱＤ1、ＱＤ2、ＱＤn、ＱＤx、
ＱＣ1、ＱＣ2、ＱＣn、ＱＣx            トランジスタ
ＬＰ1、ＬＰ2、ＬＰn、
ＬＤ1、ＬＤ2、ＬＤn、ＬＤx、
ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳn、
ＬＣ1、ＬＣ2、ＬＣn、ＬＣx            インダクタ装置
ＢＤ１1、ＢＤ１2、ＢＤ１n、
ＢＤ１x、ＢＤ２1、ＢＤ２2、
ＢＤ２n、ＢＤ２x                      ボデーダイオード
Ｄ、ＤＤ1、ＤＤ2、ＤＤn、
ＤＤx、ＤＣ1、ＤＣ2、ＤＣn、
ＤＣx                                 ダイオード
Ｃ1、Ｃ2、Ｃn                         コンデンサ
Ｒ                                    抵抗
【図１】
2015100217.tif 000003
【図２】
2015100217.tif 000004
【図３】
2015100217.tif 000005
【図４】
2015100217.tif 000006
【図５】
2015100217.tif 000007
【図６】
2015100217.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月5日(2015.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーユニットをバランシングするためのバランシング回路において、
複数のバランシングモジュールを包含し、複数のバランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットに接続され、そのうち、各バランシングモジュールは、
第１スイッチユニット、
第２スイッチユニット、
該第１スイッチユニットと該バランシングモジュールが接続されたバッテリーユニットの間に接続された第１インダクタ装置、
該第２スイッチユニットに接続され、該第１インダクタ装置がカップリングされる第２インダクタ装置、
以上を包含し、
該複数のバランシングモジュールは第１バランシングモジュールと第２バランシングモジュールを包含し、該第１バランシングモジュールと第２バランシングモジュールはそれぞれ該複数のバッテリーユニットの第１バッテリーユニットと第２バッテリーユニットに接続され、該第１バランシングモジュールの該第１インダクタ装置は該第１バランシングモジュールの該第１スイッチユニットの開閉状態により、該第１バッテリーユニットの余剰のエネルギーを取り去り、並びに該余剰のエネルギーに対応する誘導エネルギーを、該第２バランシングモジュールに保存し、該第２バランシングモジュールの該第２インダクタ装置は該第２バランシングモジュールの該第２スイッチユニットの開閉状態により、該誘導エネルギーを該第２バッテリーユニットに提供し、
該第１スイッチユニット及び該第２スイッチユニット中の各スイッチユニットは、単方向式スイッチ装置とされ、及び該単方向式スイッチ装置は、
ダイオードと、
該ダイオードに直列に接続された二方向式スイッチ装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項２】
請求項１記載のバランシング回路において、該誘導エネルギーは各バランシングモジュールの該第２インダクタ装置の中に同時に保存されることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項３】
請求項１記載のバランシング回路において、該バランシングモジュールの該第２インダクタ装置は各バランシングモジュールが接続された該バッテリーユニットと各バランシングモジュールの該第２スイッチユニットの間に接続され、該複数のバランシングモジュールの第１インダクタ装置は相互にカップリングされ、及び、該複数のバランシングモジュールの第２インダクタ装置は相互にカップリングされることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項４】
請求項３記載のバランシング回路において、該第２スイッチユニットは、該第１スイッチユニットの前に開くか、或いは、該第１スイッチユニットが閉じると同時に開くことを特徴とする、バランシング回路。
【請求項５】
請求項１記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは、高電圧側と低電圧側の間で、相互に直列に接続され、各バランシングモジュールはまた、
エネルギー保存装置であって、該誘導エネルギーを保存するのに用いられ、該エネルギー保存装置は、該高電圧側と該低電圧側の間に電気的に接続され、且つ該エネルギー保存装置の二端はそれぞれ該第２インダクタ装置と該第２スイッチユニットに接続される上記エネルギー保存装置、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項６】
請求項５記載のバランシング回路において、
エネルギー調整回路であって、該エネルギー保存装置に接続されて、選択的に該誘導エネルギーを調整し、並びに調整後の該誘導エネルギーを該複数のバッテリーユニットに提供する、上記エネルギー調整回路、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項７】
請求項６記載のバランシング回路において、該複数のバッテリーユニットは高電圧側と低電圧側の間に相互に直列に接続され、該エネルギー調整回路は、第１端子、第２端子、第３端子、及び第４端子を具え、該第１端子及び該第２端子はそれぞれ該エネルギー保存装置の二端に接続され、該第３端子及び該第４端子はそれぞれ該高電圧側と該低電圧側に接続されることを特徴とする、バランシング回路。
【請求項８】
請求項６記載のバランシング回路において、該エネルギー調整回路は、
ロジックユニットであって、該エネルギー保存装置が保存する該誘導エネルギーが所定エネルギー量に達したか否かを判断して、判断結果を発生する、上記ロジックユニットと、
調整ユニットであって、該ロジックユニットに接続され、該判断結果に基づき該誘導エネルギーを調整する、上記調整ユニットと、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。
【請求項９】
請求項１記載のバランシング回路において、さらに、
コントロールユニットであって、自走式発振器を具え、該自走式発振器は発振信号を発生し、及び該コントロールユニットは該発振信号に基づき駆動信号を発生して該第１スイッチユニットと該第２スイッチユニットの少なくとも一方の開閉状態をコントロールする、上記コントロールユニット、
を包含することを特徴とする、バランシング回路。