(57)【要約】【課題】  直列接続された複数の蓄電池ブロックを有するバッテリのための、高効率な充電均等化システムを提供する。【解決手段】  この充電均等化システムは、一方において、あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロック（１１１）に、他方において、自動車の電気的な補助装置に電力を供給するための低電圧供給システムに並列に接続されるように、それぞれ構成されている絶縁型の複数のコンバータ（１０７）と、これらの複数のコンバータのための制御ユニットであって、上述のあらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロックを、互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つのコンバータを制御し、また補助装置への電力供給のために、これらのコンバータを介する、パワーバッテリ（１０１）から低電圧供給システムへのエネルギーの移動を制御するように構成されている制御ユニットとを備えている。【選択図】図７ｂ
2014512788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続された、あらかじめ定められた数のモジュール（１１３）を有するパワーバッテリ（１０１）のための充電均等化システムであって、各モジュール（１１３）は、少なくとも２つの蓄電池ブロック（１１１）を有し、各蓄電池ブロック（１１１）は、少なくとも１つの蓄電池（１０９）を有している充電均等化システムにおいて、
−  一方において、あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロック（１１１）に、他方において、自動車の電気的な補助装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａｎ）に電力を供給するための低電圧供給システムに並列に接続されるように、それぞれ構成されている絶縁型の複数のコンバータ（１０７、１２１）であって、
・  一方において、１つのモジュール（１１３）の端子間に、他方において、前記低電圧供給システムに接続される第１の一方向コンバータ（１０７）、および
・  一方において、前記低電圧供給システムに、他方において、この１つのモジュール（１１３）の各蓄電池ブロック（１１１）の端子間に接続される第２の一方向コンバータ（１２１）が、
それぞれ複数存在している複数のコンバータ（１０７、１２１）と、
−  前記複数のコンバータ（１０７、１２１）を制御するための制御ユニット（１４）であって、
・  前記互いに直列に接続された、あらかじめ定められた数のモジュール（１１３）を、互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つの第１の一方向コンバータ（１０７）を制御し、この少なくとも１つの第１の一方向コンバータ（１０７）を介する、前記パワーバッテリ（１０１）から前記低電圧供給システムへのエネルギーの移動を制御し、また
・  各モジュール（１１３）内の、前記あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロック（１１１）を互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つの第２の一方向コンバータ（１２１）を制御するように構成されている制御ユニットとを備えていることを特徴とする充電均等化システム。
【請求項２】
前記制御ユニット（１４）は、
−  前記少なくとも１つの第１の一方向コンバータ（１０７）を介する、前記パワーバッテリ（１０１）から前記低電圧供給システムへの、第１の向き（Ｆ１）のエネルギーの移動を制御し、また
−  前記少なくとも１つの第２の一方向コンバータ（１２１）を介する、前記低電圧供給システムから前記パワーバッテリ（１０１）への、第２の向き（Ｆ２）のエネルギーの移動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１に記載の充電均等化システム。
【請求項３】
前記第１および第２の一方向コンバータ（１０７、１２１）を介して、任意の１つのモジュール（１１３）から、そのモジュール（１１３）中の少なくとも１つの蓄電池ブロック（１１１）にエネルギーを移動させるように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の充電均等化システム。
【請求項４】
前記制御ユニットは、
−  少なくとも１つの第１の一方向コンバータ（１０７）を、前記第１の向き（Ｆ１）に、１つのモジュール（１１３）からエネルギーが移動するように制御し、
−  １つのモジュール（１１３）中の充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロック（１１１）を特定し、かつ
−  前記充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロック（１１１）に並列に接続された第２の一方向コンバータ（１２１）を、前記少なくとも１つの第１の一方向コンバータ（１０７）に移動した、前記１つのモジュール（１１３）のエネルギーが、前記第２の向き（Ｆ２）に、該第２の一方向コンバータ（１２１）を介して、前記１つのモジュール（１１３）中の充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロック（１１１）に移動するように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３に記載の充電均等化システム。
【請求項５】
前記第１および第２の一方向コンバータ（１０７、１２１）を介して、前記あらかじめ定められた数のモジュールから選択された第１のモジュール（１１３）から第２のモジュール（１１３）にエネルギーを移動させるように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の充電均等化システム。
【請求項６】
前記制御ユニットは、
−  １つの第１の一方向コンバータ（１０７）を、前記第１の向き（Ｆ１）に、１つの第１のモジュール（１１３）から該１つの第１の一方向コンバータ（１０７）にエネルギーが移動するように制御し、
−  充電すべき少なくとも１つの第２のモジュール（１１３）を特定し、かつ
−  前記少なくとも１つの第２のモジュール（１１３）と組み合わされた少なくとも１つの第２の一方向コンバータを、前記１つの第１の一方向コンバータ（１０７）に移動した、前記１つの第１のモジュール（１１３）のエネルギーが、前記第２の向き（Ｆ２）に、該１つの第２の一方向コンバータを介して、前記少なくとも１つの第２のモジュール（１１３）に移動するように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５に記載の充電均等化システム。
【請求項７】
前記複数の第２の一方向コンバータ（１２１）の各々は、１つの蓄電池ブロック（１１１）を充電するために、該１つの蓄電池ブロック（１１１）と並列に組み合わされるように、それぞれ構成されている複数の充電装置（１２３）を有していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の充電均等化システム。
【請求項８】
短絡に対する保護のために、前記複数の第１の一方向コンバータ（１０７）のうちの１つ、および／または前記複数の第２の一方向コンバータ（１２１）のうちの１つと、前記パワーバッテリ（１、１０１）との間に配置されるように、それぞれが構成されている複数のヒューズ（１７、１１７）を含む保護手段（１５、１１５）を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の充電均等化システム。
【請求項９】
１つの充電装置（１２３）の、前記パワーバッテリ（１０１）に連結される出力に、それぞれ接続されている複数のヒューズ（１１７）を備えていることを特徴とする、請求項８に記載の充電均等化システム。
【請求項１０】
前記複数の第１の一方向コンバータ（１０７）のうちの１つの、前記低電圧供給システムに結合される側に直列に、それぞれ接続されている複数のダイオード（１１９’）を備えていることを特徴とする、請求項８または９に記載の充電均等化システム。
【請求項１１】
前記複数の第１の一方向コンバータ（１０７）のうちの１つの、前記低電圧供給システムに結合される側に直列に、それぞれ接続されている複数の双方向スイッチ（１９、１１９）を備えていることを特徴とする、請求項８または９に記載の充電均等化システム。
【請求項１２】
前記複数の双方向スイッチ（１９、１１９）の各々は、逆直列に構成された２つのトランジスタを有していることを特徴とする、請求項１１に記載の充電均等化システム。
【請求項１３】
−  前記複数の第１の一方向コンバータ（１０７）のうちの１つの出力に直列に、それぞれ接続されている複数の第１の一方向スイッチ（１２７）と、
−  前記複数の第２の一方向コンバータ（１２１）のうちの１つの入力に直列に、それぞれ接続されている複数の第２の一方向スイッチ（１２９）とを備えていることを特徴とする、請求項８または９に記載の充電均等化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリのための充電均等化システムに関する。
【０００２】
本発明は、電気式およびハイブリッド式の走行体、および組み込みシステムの分野において用いることができるバッテリに関する。より詳細には、本発明は、軽量であり、かつ多量の電気エネルギーを蓄積することができるために、この種の応用に適するリチウムイオン（Ｌｉイオン）タイプのバッテリに関する。本発明は、さらに、スーパーキャパシタにも適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
電気化学蓄電池は、数ボルト程度、より詳細には、リン酸鉄を主成分とするＬｉイオン蓄電池において、３．３Ｖ、コバルト酸化物を主成分とするＬｉイオン蓄電池において、４．２Ｖの公称電圧を有している。
【０００４】
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、いくつかの単位蓄電池が直列に接続される。
【０００５】
さらに、利用可能な容量を増やして、より高い電流および電力を供給するために、直列に接続された単位蓄電池の各々に、１つ以上の単位蓄電池を並列に接続することも可能である。このように、並列に組み合わされた複数の単位蓄電池は、蓄電池ブロックを形成する。各蓄電池ブロックは、少なくとも１つの単位蓄電池から成っている。所望の電圧レベルを得るためには、複数の蓄電池ブロックが直列に接続される。
【０００６】
単位蓄電池の組み合わせは、単位蓄電池が組み合わされたバッテリと呼ばれる。
【０００７】
単位蓄電池を、充電および放電すると、それぞれその単位蓄電池の端子間電圧は上昇および下降する。単位蓄電池が、電気化学的プロセスによって定められた電圧レベルに達すると、充電または放電していると考えられる。
【０００８】
いくつかの蓄電池ブロックを用いている回路においては、各蓄電池ブロックを流れる電流は、すべて同じである。
【０００９】
したがって、各蓄電池ブロックの充電レベルおよび放電レベルは、その蓄電池ブロックの単位蓄電池の固有の特性、すなわち、電解質や、電極と電解質との間のコンタクトの固有容量、および直列および並列の内部寄生抵抗に依存する。そのため、単位蓄電池間の、製造上および経年変化上の差異によって、蓄電池ブロック間に電圧差が発生する可能性がある。
【００１０】
Ｌｉイオン蓄電池においては、閾値電圧と呼ばれる電圧より過度に高い電圧、または過度に低い電圧になると、Ｌｉイオン蓄電池が、損傷したり、破損したりすることがある。
【００１１】
例えばコバルト酸化物を主成分とするＬｉイオン蓄電池の過充電により、熱暴走が生じて、出火する場合がある。リン酸鉄を主成分とするＬｉイオン蓄電池においては、過充電によって、電解質が分解されることがあり、それによって、Ｌｉイオン蓄電池の寿命が短縮され、またＬｉイオン蓄電池が損傷することがある。
【００１２】
電圧が例えば２Ｖ以下になるような過放電が行われると、負極が銅から成る場合には、いくつかの現象のなかで特に、負極の電流コレクタが酸化し、したがって、Ｌｉイオン蓄電池の性能は低下する。
【００１３】
したがって、各蓄電池ブロックの充電および放電の際には、安全性と信頼性の確保のために、各蓄電池ブロックの端子間電圧の監視が必要である。そのような監視が行われると、１つの蓄電池ブロックの電圧が閾値電圧に達したときに、バッテリの充電や放電を停止するために、各蓄電池ブロックの端子間電圧に関する情報を、制御回路に伝達することができる。
【００１４】
しかしながら、複数の蓄電池ブロックが直列に配置されているバッテリでは、最も強く充電された蓄電池ブロックが、その閾値電圧に達したときに充電が停止されると、他の蓄電池ブロックは十分に充電されていないことがある。逆に、最も強く放電した蓄電池ブロックが、その閾値電圧に達したときに放電が停止されると、他の蓄電池ブロックは十分に放電していない場合がある。したがって、全ての蓄電池ブロックの充電状態が最良になるわけではない。これは、走行距離や駆動時間に関して高い制約を有する電気式およびハイブリッド式の走行体、および組み込みシステムへの応用の際に、大きな問題となる。
【００１５】
この問題に対する解決方法として、直列に接続されている複数の蓄電池ブロックを、同一の充電状態、および／または放電状態にすることによって、バッテリの充電状態、したがって走行距離や駆動時間を最適にするために、いくつかの充電均等化システム、例えばいわゆるエネルギー散逸に基づく充電均等化システムや、いわゆるエネルギー移動に基づく充電均等化システムが提案されている。
【００１６】
エネルギー散逸に基づく充電均等化システムにおいては、閾値電圧に達した蓄電池ブロック（１つ以上の）の充電電流をそらして、そのエネルギーを抵抗に散逸させることによって、蓄電池ブロックの端子間電圧は均一にされる。変形例として、閾値電圧に達した蓄電池ブロック（１つ以上の）を放電させることによって、蓄電池ブロックの端子間電圧を均一にすることもある。
【００１７】
しかしながら、そのようなエネルギー散逸に基づく充電均等化システムには、バッテリの充電に必要なエネルギーよりも、多くのエネルギーを消費するという大きな欠点が存在する。実際、まだ充電がわずかに完了していない最後の単位蓄電池（１つ以上の）の充電を完了させるために、多数の単位蓄電池を放電させるか、または多数の単位蓄電池の充電電流をそらす必要がある。したがって、散逸エネルギーは、充電の完了に必要なエネルギーより、はるかに大きくなる場合がある。
【００１８】
さらに、過剰エネルギーは、熱として散逸する。それは、電気式およびハイブリッド式の走行体、および組み込みシステムへの適用において、できるだけコンパクトに集積化しなければならないという制約、および各単位蓄電池の寿命を短くしないために、温度上昇を極力避けなければならないという制約と両立しない。
【００１９】
一方、エネルギー移動に基づく充電均等化システムにおいては、単位蓄電池が組み合わされたバッテリ全体または補助エネルギー網と、蓄電池ブロックとの間で、エネルギーの交換が行なわれる。
【００２０】
バッテリ全体から蓄電池ブロックへ、または蓄電池ブロックからバッテリ全体への一方向へ、バッテリ全体から蓄電池ブロックへと、蓄電池ブロックからバッテリ全体へとの双方向にでも、蓄電池ブロックから近傍の蓄電池ブロックへの双方向にでも、エネルギー移動を起こすことが可能である。
【００２１】
充電均等化システムによる、蓄電池ブロックから近傍の蓄電池ブロックへの双方向のエネルギー移動に関しては、充電均等化に関わる範囲の単位蓄電池と実質的に同数の、多数の充電均等化装置の中を、エネルギーが移動する。その結果、これらの充電均等化装置に、２つの大きな欠点、すなわち、バッテリの充電均等化に長時間が必要であるという欠点、および利用された充電均等化装置における熱損失が累積することによって、エネルギー移動の効率が低下するという欠点が生じる。
【００２２】
一方向のエネルギー移動に関する公知の一方法によれば、バッテリの充電終了は、最後の蓄電池ブロックの閾値電圧への到達によって決定される。バッテリの充電を完了させるために、エネルギーが１つ以上の蓄電池ブロックから取り出されて、蓄電池ブロックの全体に戻される。このとき、完全には充電されていない蓄電池ブロック（１つ以上の）が存在する場合に、取り出されたエネルギーが、エネルギーを必要としているそれらの蓄電池ブロック（１つ以上の）に優先的に移されることはなく、また、エネルギーを取り出された蓄電池ブロック（１つ以上の）に移されることもない。したがって、この充電均等化においては、エネルギーを移された蓄電池ブロックが、過度に高電圧まで充電されないように、充電の終了時に、蓄電池ブロック全体からエネルギーを取り出す必要がある。したがって、この充電均等化の遂行には、多数のコンバータの作動が必要であるため、大きな損失が伴う。さらに、既に完全に充電された単位蓄電池に、無用な交流電流成分や直流電流成分が流れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、従来技術における上記の欠点をなくした、改良された充電均等化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この目的を達成するために、本発明は、それぞれに少なくとも１つの蓄電池を有し、互いに直列に接続されている、少なくとも２つの蓄電池ブロックを備えているパワーバッテリのための、次のものを具備している充電均等化システムを提供するものである。
−  一方において、あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロックに、他方において、自動車の電気的な補助装置に電力を供給するための低電圧供給システムに並列に、それぞれ接続されるように構成されている絶縁型の複数のコンバータと、
−  これらの複数のコンバータを制御するための制御ユニットであって、上述のあらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロックを、互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つのコンバータを制御し、またこれらのコンバータを介する、パワーバッテリから、補助装置に電力を供給するための低電圧供給システムへのエネルギーの移動を制御するように構成されている制御ユニット。
【００２５】
充電均等化システムは、さらに、次の特徴の１つ以上を、単独で、または組み合わせて備えている場合がある。
−  充電均等化システムは、各蓄電池ブロックに１つずつ組み合わされる、複数の絶縁型のコンバータを備えている。
−  各コンバータは、双方向コンバータである。
【００２６】
本発明の一態様によれば、パワーバッテリは、互いに直列に接続された、あらかじめ定められた数のモジュールを有しており、各モジュールは、少なくとも２つの蓄電池ブロックを有しており、各蓄電池ブロックは、少なくとも１つの蓄電池を有しており、充電均等化システムは、次のものを備えている。
−  一方において、あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロックに、他方において、自動車の電気的な補助装置に電力を供給するための低電圧供給システムに並列に接続されるように、それぞれ構成されている絶縁型の複数のコンバータであって、一方において、１つのモジュールの端子間に、他方において、低電圧供給システムに接続される第１の一方向コンバータ、および一方において、低電圧供給システムに、他方において、この１つのモジュールの各蓄電池ブロックの端子間に接続される第２の一方向コンバータが、それぞれ複数存在している複数のコンバータと、これらの複数のコンバータを制御するための制御ユニットであって、互いに直列に接続された、あらかじめ定められた数のモジュールを、互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つの第１の一方向コンバータを制御し、これらの第１の一方向コンバータを介して、パワーバッテリから低電圧供給システムへのエネルギーの移動を制御し、また各モジュール内の、あらかじめ定められた数の、互いに組み合わされた蓄電池ブロックを互いに同等の充電レベルまたは放電レベルに導くために、少なくとも１つの第２の一方向コンバータを制御するように構成されている制御ユニット。
【００２７】
充電均等化システムは、さらに、次の特徴の１つ以上を、単独で、または組み合わせて備えている場合がある。
−  制御ユニットは、少なくとも１つの第１の一方向コンバータを介して、パワーバッテリから低電圧供給システムへの、第１の向きのエネルギーの移動を制御し、また少なくとも１つの第２の一方向コンバータを介して、低電圧供給システムからパワーバッテリへの、第２の向きのエネルギーの移動を制御するように構成されている。
−  充電均等化システムは、第１および第２の一方向コンバータを介して、任意の１つのモジュールから、そのモジュール中の蓄電池ブロックにエネルギーを移動させるように構成されている。
−  制御ユニットは、少なくとも１つの第１の一方向コンバータを、第１の向きに、１つのモジュールからエネルギーが移動するように制御し、この１つのモジュール中の充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロックを特定し、かつこれらの充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロックに並列に接続された第２の一方向コンバータを、少なくとも１つの第１の一方向コンバータに移動した、このモジュールのエネルギーが、第２の向きに、この第２の一方向コンバータを介して、特定された充電すべき少なくとも１つの蓄電池ブロックに移動するように制御するように構成されている。
−  充電均等化システムは、第１および第２の一方向コンバータを介して、第１のモジュールから第２のモジュールにエネルギーを移動させるように構成されている。
−  制御ユニットは、１つの第１の一方向コンバータを、第１の向きに、１つの第１のモジュールからこの１つの第１の一方向コンバータにエネルギーが移動するように制御し、充電すべき少なくとも１つの第２のモジュールを特定し、かつ特定された第２のモジュールと組み合わされた少なくとも１つの第２の一方向コンバータを、１つの第１の一方向コンバータに移動した、第１のモジュールのエネルギーが、第２の向きに、特定された第２のモジュールと組み合わされた第２の一方向コンバータを介して、特定された第２のモジュールに移動するように制御するように構成されている。
−  第２の一方向コンバータの各々は、１つの蓄電池ブロックを充電するために、この１つの蓄電池ブロックと並列に接続されるように、それぞれ構成されている複数の充電装置を有している。
−  充電均等化システムは、短絡に対する保護のために、第１の一方向コンバータのうちの１つ、および／または第２の一方向コンバータのうちの１つと、パワーバッテリとの間に配置されるように、それぞれが構成されている複数のヒューズを含む保護手段を備えている。
−  充電均等化システムは、１つの充電装置の、パワーバッテリに連結される出力に、それぞれ接続されている複数のヒューズを備えている。
−  充電均等化システムは、第１の一方向コンバータのうちの１つの、低電圧供給システムに結合される側に直列に、それぞれ接続されている複数のダイオードを備えている。
−  充電均等化システムは、第１の一方向コンバータのうちの１つの、低電圧供給システムに結合される側に直列に、それぞれ接続されている複数の双方向スイッチを備えている。
−  複数の双方向スイッチの各々は、逆直列に構成された２つのトランジスタを有している。
−  充電均等化システムは、第１の一方向コンバータのうちの１つの出力に直列に、それぞれ接続されている複数の第１の一方向スイッチと、第２の一方向コンバータのうちの１つの入力に直列に、それぞれ接続されている複数の第２の一方向スイッチとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】パワーバッテリと電気的な補助装置との間のエネルギーの移動を用いる、パワーバッテリのための充電均等化システムの一実施形態の概要的な回路図である。
【図２】それぞれに複数の蓄電池ブロックから成る４つのモジュールを有するパワーバッテリの一例、および図１の充電均等化システムの回路図である。
【図３】パワーバッテリ、およびパワーバッテリのモジュールの端子間に双方向コンバータを接続されている、パワーバッテリのための充電均等化システムの部分的な回路図である。
【図４】短絡に対する保護のための保護装置を配置されている双方向コンバータの部分的かつ概要的な回路図である。
【図５ａ】図４の保護装置のスイッチの一変形例を示す図である。
【図５ｂ】図４の保護装置のスイッチの別の一変形例を示す図である。
【図６】モジュール間の充電均等化の遂行に用いるための、モジュールの充電レベルを順位付ける表の例示的な一例である。
【図７ａ】それぞれ複数の蓄電池ブロックから成る少なくとも１つのモジュールを有するパワーバッテリ、このパワーバッテリのための充電均等化システム、および補助バッテリの概要的な回路図である。
【図７ｂ】図７ａのパワーバッテリ、および２つの一方向コンバータを、パワーバッテリの１つのモジュールの端子間に接続されている充電均等化システムの例示的な一実施形態の回路図である。
【図８】図７ｂの充電装置の一実施例を詳細に示している、図７ｂと同様の回路図である。
【図９】第１および第２の一方向コンバータに、短絡に対する保護のための保護装置の一実施例が配置されている回路図である。
【図１０】短絡に対する保護のための保護装置の一変形例が用いられている、図９と同様の回路図である。
【図１１】短絡に対する保護のための保護装置の別の一変形例が用いられている、図９と同様の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
添付図面を参照して、例示的で非限定的ないくつかの例に関する以下の説明を読むことによって、本発明の他の特徴および利点が、より明瞭になると思う。
【００３０】
添付図面および以下の説明において、実質的に同一の要素には、同じ符号を使用する。
【００３１】
図１〜図６は、本発明による実施例１を、図７〜図１１は、実施例２を、概要的に示している。
【００３２】
実施例１における諸要素と実質的に同一である、実施例２における諸要素には、実施例１において付してある符号に、１００を加えた符号を付してある。
【実施例１】
【００３３】
図１を参照して、実施例１を説明する。図１には、次のものが示されている。
−  自動車のシャーシから絶縁されており、例えばハイブリッド自動車または電気自動車のモータに電力を供給するために、例えば４８〜７５０Ｖの範囲の高電圧を出力するパワーバッテリ１と、
−  例えば自動車内の補助装置Ａ１〜Ａｎに電力を供給するために、パワーバッテリ１が出力する電圧より低い電圧、例えば１２Ｖの電圧を出力する補助バッテリ３と、
−  パワーバッテリ１から補助バッテリ３への電力の供給を可能にするために、パワーバッテリ１と補助バッテリ３との間に並列に接続されている複数のコンバータ７を備えている、パワーバッテリ１のための充電均等化システム５。各コンバータ７は、補助装置Ａ１〜Ａｎの安全性を確実にするために、ガルバニック絶縁を施されている。
【００３４】
コンバータ７は、概略的に示されている。
【００３５】
パワーバッテリ１は、１つ以上の単位蓄電池９から成るバッテリである。このパワーバッテリ１は、直列に接続された、いくつかの単位蓄電池９を備えている場合がある。
【００３６】
さらに、パワーバッテリ１は、直列に組み合わされた複数の単位蓄電池９に並列に、１つ以上のさらなる単位蓄電池を配置することによって形成された複数の蓄電池ブロック１１を有している場合がある。したがって、各蓄電池ブロック１１は、１つの単位蓄電池９、または並列に接続されているいくつかの単位蓄電池９を有することができる。
【００３７】
パワーバッテリ１は、あらかじめ定められた数の蓄電池ブロック１１をそれぞれに有している、直列に接続された、いくつかのモジュール１３を備えている場合がある。
【００３８】
一例として、３２５Ｖの出力電圧および６０Ａｈの容量を有する、定格１９．６ｋＷｈのパワーバッテリを考える。このパワーバッテリ１は、例えば８つのモジュール１３を備えており、各モジュール１３は、１２個の蓄電池ブロック１１を有している。したがって、各モジュール１３は、４０．６Ｖの出力電圧を有している。
【００３９】
複数のモジュール１３が、そのように直列に組み合わされていると、不良なモジュール１３を容易に交換することができる。
【００４０】
さらに、図示しない一変形例によれば、各モジュール１３は、さらに、別のモジュール１３に並列に接続されている場合がある。
【００４１】
１つのコンバータ７を、１つの単位蓄電池９の端子間、１つの蓄電池ブロック１１の端子間、または複数の蓄電池ブロックから成る１つのモジュール１３の端子間に接続することができる。
【００４２】
従来技術において公知である、バッテリの端子間に接続される単一のＤＣ／ＤＣコンバータに替えて、複数のコンバータ７が用いられている。
【００４３】
これらのコンバータ７は、さらに、パワーバッテリのための充電均等化機能を備えている。
【００４４】
充電均等化システム５の部品としてのコンバータ７の定格は、パワーバッテリ１から補助バッテリ３へのエネルギー移動に適合するように定められる。
【００４５】
一例として、パワーバッテリ１が、上述のように、それぞれに１２個の蓄電池ブロック１１を有する８つのモジュール１３を備えているように定められている場合には、４０．６Ｖ／１２Ｖの電圧変換定格を有する８つのコンバータ７を、８つのモジュール１３の端子間の各々に１つずつ配置することができる。したがって、コンバータ７は、４０．６Ｖの出力電圧を有するモジュール１３から、１２Ｖを出力する低電圧供給システムにエネルギーを移動させるように定格を定められる。
【００４６】
さらに、これらのコンバータ７は、従来技術における単一のコンバータに比して、より低電力のコンバータである。例えば低電圧供給システムにおける総動作電力が１ｋＷである場合には、各コンバータ７の動作電力は１２５Ｗになる。
【００４７】
したがって、ただ１セットの電子回路である充電均等化システム５を介するだけで、パワーバッテリ１の各単位蓄電池９からのエネルギーを、補助バッテリ３に移動させることができる。補助バッテリ３に移動したこのエネルギーが、パワーバッテリ１の各単位蓄電池９の充電均等化を行うためにも、低電圧供給システムに電力を供給するためにも用いられる。
【００４８】
したがって、充電均等化システム５は、充電均等化機能に加えて、自動車に二次電圧１２ボルトを供給する機能を果たす。
【００４９】
さらに、多数のコンバータ７の存在によって、１２Ｖの補助バッテリを省略することができる。コンバータ７の数に冗長性が存在するために、コンバータ７の使用の柔軟性が保証される。
【００５０】
したがって、１つのコンバータ７が停止した場合でも、それ以外の機能しているコンバータ７が、低電圧供給システムへの電力供給を確実に行うことができる。
【００５１】
一変形実施例によれば、二次電流の必要量に応じて、ＯＮ／ＯＦＦモードで制御されるコンバータ７が用いられる場合がある。
【００５２】
したがって、最も高いエネルギーを有する、より正確には、他のモジュール１３の電圧より高い電圧を有するモジュール１３（１つ以上の）の端子間に配置されているコンバータ７（１つ以上の）を作動させることによって、充電均等化を行うことができる。この（これらの）コンバータ７を作動させて、この（これらの）最も充電されているモジュールから、１２Ｖの低電圧供給システムにエネルギーを移動させることによって、この（これらの）最も充電されているモジュールを、部分的に放電させることができる。
【００５３】
当然ながら、例えばフライバックコンバータなどの他のコンバータ７を用いることも考えられる。
【００５４】
さらに、例えば１つ以上のモジュール１３が交換されているために、全てのモジュール１３が、同一の経時状態にあるわけではない場合には、より古いモジュール１３を用いるよりも、新しいモジュール１３（１つ以上の）を用いることが好ましい。
【００５５】
モジュール１３間の充電均等化の原理を説明するために、それぞれに、端子間電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を有し、それぞれに、コンバータ７１、７２、７３、７４と組み合わされている４つのモジュール１３１、１３２、１３３、１３４を示している図２を参照する。
【００５６】
一例として、次の状態を考える。
−  第１のモジュール１３１の端子間電圧Ｖ１は、２．６Ｖであり、
−  第２のモジュール１３２の端子間電圧Ｖ２は、３．３Ｖであり、
−  第３のモジュール１３３の端子間電圧Ｖ３は、３．４Ｖであり、
−  第４のモジュール１３４の端子間電圧Ｖ４は、２．８Ｖである。
【００５７】
第２および第３のモジュール１３２および１３３は、それぞれ３．３Ｖおよび３．４Ｖの端子間電圧を有しており、したがって、最も強く充電されている。これらの最も強く充電されている第２および第３のモジュール１３２および１３３にそれぞれ組み合わされているコンバータ７２および７３が、第２および第３のモジュール１３２および１３３を部分的に放電させるために作動させられる。
【００５８】
したがって、モジュール１３からの充電均等化エネルギーが、コンバータ７を介して、矢印Ｆ１によって示されている第１の向きに、１２Ｖの低電圧供給システムに移動し、この充電均等化エネルギーによって、自動車の補助装置Ａ１〜Ａｎに電力が供給される。
【００５９】
さらに、この放電において、例えば自動車が停車しているために、１２Ｖの低電圧供給システムにおける電力消費が十分でない場合には、１２Ｖの低電圧供給システムにおける電力消費を増加させるために、暖房システムまたは空調システムなどの、さらなる電力消費システムを作動させてもよい。
【００６０】
この例においては、モジュール１３間の充電均等化についての説明がなされている。当然ながら、それぞれに１つの蓄電池ブロック１１の端子間に接続されている複数のコンバータ７が存在するから、蓄電池ブロック１１間でも、同様に、充電均等化を行うことができる。
【００６１】
充電均等化システム５は、さらに、各蓄電池ブロック１１または各モジュール１３の端子間電圧を測定して、その電圧情報を制御ユニット１４に伝達するための電圧測定装置１２を備えている場合がある（図３参照）。
【００６２】
制御ユニット１４は、この電圧情報を用いて、放電させる必要がある蓄電池ブロック１１またはモジュール１３を特定し、次いで、低電圧供給システムに充電均等化エネルギーを移動させることによって、蓄電池ブロック１１またはモジュール１３の充電均等化を行うために、特定された蓄電池ブロック１１、またはモジュール１３に並列に配置されているコンバータ７を作動させるように制御することができる。
【００６３】
この制御の遂行のために、制御ユニット１４は、次のことを行う少なくとも１つの処理手段を有している。
−  電圧情報の受け取り、
−  その電圧情報の分析、
−  放電させるべき１つ以上の蓄電池ブロック１１の特定、
−  特定された１つ以上の蓄電池ブロック１１に並列に配置されている１つ以上のコンバータ７の制御。
双方向充電均等化システム
【００６４】
さらに、充電均等化システム５は、双方向である場合がある。
【００６５】
この場合には、充電均等化エネルギーは、両方向に、言い換えると次のように伝達される（図３参照）。
−  補助装置Ａ１〜Ａｎに電力を供給するために、矢印Ｆ１によって示されている第１の向きに、パワーバッテリ１から低電圧供給システムに伝達され、また、
−  矢印Ｆ２によって示されている第２の向きに、低電圧供給システムからパワーバッテリ１に伝達される。
【００６６】
したがって、蓄電池ブロック１１の放電によっても、充電によっても、充電均等化を行うことができる。
【００６７】
図３に示すように、この双方向充電均等化のために、実施例１によれば、電流の流れる方向が双方向である単一のコンバータ７を設けるだけで、一方においては、充電均等化エネルギーを用いて、低電圧供給システムに電力を供給することにより、最も強く充電されているモジュール１３を放電させることができ、他方においては、低電圧供給システムから、そのモジュール１３の蓄電池ブロック１１を充電させることができる。
【００６８】
したがって、外部電源を要することなく、モジュール１３の蓄電池ブロック１１に対して、充電均等化を行うことができる。
【００６９】
さらに、この解決方法によれば、１２Ｖの低電圧供給システムにおける電力消費を伴わずに、充電均等化を行うことさえできる。それは、第１の向き（矢印Ｆ１で示されている）に放電させられた充電均等化エネルギーを、次に、第２の向き（矢印Ｆ２で示されている）に、蓄電池ブロック１１に送り返すことができるからである。
【００７０】
この場合には、補助バッテリ３が、エネルギーを蓄積するバッファーとしての機能を失うから、補助バッテリ３を省略することができる。
【００７１】
したがって、自身の内部で充電均等化が行われる自立的なモジュールが得られる。
【００７２】
この充電均等化によって、パワーバッテリ１の充電中および充電後におけるだけではなく、パワーバッテリ１の放電中および放電後においても、蓄電池ブロック１１間の充電レベルの差異をなくすることができる。
【００７３】
さらに、図４に示すように、短絡に対する保護のための保護装置１５が備えられている場合がある。
【００７４】
この保護のために、保護装置１５は、次のものを有している場合がある。
−  コンバータ７の入力、例えばコンバータ７の入力の正端子（＋）に、言い換えると、図示されている例においてはパワーバッテリ１側に配置されているヒューズ１７と、
−  コンバータ７の出力、例えばコンバータ７の出力の正端子（＋）に、言い換えると、図示されている例においては低電圧供給システム側に配置されているスイッチ１９。
【００７５】
短絡が生じた場合には、ヒューズ１７によって、コンバータ７を分離することができ、またスイッチ１９によって、コンバータ７を作動させ続けることができる。ヒューズおよびスイッチは、コンバータの正端子（＋）に配置される場合もあるし、負端子（−）に配置される場合もある。
【００７６】
図示の例によれば、スイッチ１９は、電圧および電流に対する双方向スイッチである。
【００７７】
このスイッチ１９は、一例として、逆直列に組み合わされた２つのＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタは、Ｎチャネル形、第２のＭＯＳトランジスタは、Ｐチャネル形である）を有している。
【００７８】
このようなスイッチ１９の２つの変形例が、図５ａおよび図５ｂに示されている。図５ａは、逆直列に組み合わされた２つのＮチャネル形ＭＯＳトランジスタを有する第１の変形例を示しており、図５ｂは、逆直列に組み合わされた２つのＰチャネル形ＭＯＳトランジスタを有する第２の変形例を示している。
【００７９】
再度図４を参照すると、スイッチ１９は、コンバータ７の出力に配置されている。スイッチ１９は、コンバータ７の正端子（＋）に配置される場合もあるし、負端子（−）に配置される場合もある。
【００８０】
スイッチ１９の一代替例によれば、コンバータ７の出力〔正端子（＋）と負端子（−）とのいずれか一方〕に、ダイオード１９’が設けられる場合がある。
【００８１】
保護装置１５の作用によって、１つ以上の双方向のコンバータ７の故障に対する耐性が高くなるから、補助バッテリ３を省略することができるほどに、双方向のコンバータ７の使用の柔軟性が増す。
【００８２】
実際、コンバータ７の数の冗長性、および保護装置１５による保護によって、不良のコンバータ７が存在する場合でさえ、充電均等化システム自体を通じての他のコンバータ７の短絡の発生が防止され、１２Ｖの低電圧供給システムに電力を供給し続けることができる。
双方向の充電均等化システムの動作
・パワーバッテリの充電相
【００８３】
ここで、パワーバッテリ１の充電の場合について、全ての蓄電池ブロック１１を公称電圧レベルに到達させるように電圧レベルを均等化するための、双方向の充電均等化システム５の動作の一例を説明する。
【００８４】
この充電均等化は、モジュール１３の蓄電池ブロック１１間であれ、モジュール１３間であれ、パワーバッテリ１の充電と同時に行うことができる。
【００８５】
モジュール１３の蓄電池ブロック１１間の充電均等化の場合には、充電均等化エネルギーが、モジュール１３から取り出され（電流が、矢印Ｆ１で示されている第１の向きに流れる）、次いで、充電レベルが最も低い蓄電池ブロック１１に再分配される（電流が、矢印Ｆ２で示されている第２の向きに流れる）。
【００８６】
充電すべき１つ以上の蓄電池ブロックを決定するために、閾値を定めることができる。いずれかの蓄電池ブロック１１の電圧レベルが、この閾値より低いときに、充電均等化エネルギーは、この蓄電池ブロック１１に再分配される。例えばそのモジュール１３中の全蓄電池ブロック１１の電圧レベルの平均値に等しい平均閾値を定めることができる。
【００８７】
これにより、あるモジュール１３中の１つの蓄電池ブロック１１の電圧が、そのモジュール１３中の全蓄電池ブロック１１の充電レベルの平均値より低い場合には、そのモジュール１３から取り出された充電均等化エネルギーが、この蓄電池ブロック１１に分配される。
【００８８】
この手法を実行するために、電圧測定装置１２は、各蓄電池ブロック１１の電圧を測定し、その電圧情報を制御ユニット１４に伝達することができる。
【００８９】
制御ユニット１４は、この電圧情報を用い、例えばモジュール１３内の平均充電レベルと、各蓄電池ブロック１１の電圧とを比較することによって、どの蓄電池ブロック１１を充電させるべきかを特定し、次いで、特定された蓄電池ブロック１１（１つ以上の）を充電するように、それらの蓄電池ブロック１１に並列に配置されているコンバータ７の作動を制御することができる。
【００９０】
さらに、モジュール１３間の充電均等化に関しては、各モジュール１３の電圧を測定し、その電圧情報を制御ユニット１４に伝達するように、電圧測定装置１２を構成することができる。制御ユニット１４は、この電圧情報に基づいて、充電均等化エネルギーを、どのモジュール１３から引き出すことができ、どのモジュール１３に再注入すべきかを特定することができる。
【００９１】
電圧測定装置１２は、一定の時間間隔で、これらの電圧測定を行なうことができる。
【００９２】
制御ユニット１４は、各モジュール１３の電圧レベルを分析し、この電圧レベルを例えば増加順または減少順に順位付けるための少なくとも１つの処理手段を有している場合がある。この順位付けの後、最も高い充電レベルにあるモジュール１３が、最も高い放電レベルにあるモジュール１３の充電のために用いられる。
【００９３】
充電均等化の一例において、充電均等化エネルギーを最も高い充電レベルのモジュール１３から取り出して、最も高い放電レベルのモジュール１３に移動させ、また充電均等化エネルギーを２番目に高い充電レベルのモジュール１３から取り出して、２番目に高い放電レベルのモジュール１３に移動させるなど、充電均等化エネルギーの順次の取り出しと移動とを行うことができる。
【００９４】
この原理を説明するために、それぞれの端子間電圧Ｖ１〜Ｖ４を有し、それぞれコンバータ７１〜７４と組み合わされている４つのモジュール１３１〜１３４を示している図２の例を取り上げる。
【００９５】
一例として、次の状態を想定する。
−  第１のモジュール１３１の端子間電圧Ｖ１は２．６Ｖであり、
−  第２のモジュール１３２の端子間電圧Ｖ２は３．３Ｖであり、
−  第３のモジュール１３３の端子間電圧Ｖ３は３．４Ｖであり、
−  第４のモジュール１３４の端子間電圧Ｖ４は２．８Ｖである。
【００９６】
この電圧情報を、電圧レベルが増加順、すなわちＶ１、Ｖ４、Ｖ２、Ｖ３の順になるように、すなわち図６の表に概略的に示されているように順位付けることができる。
【００９７】
したがって、制御ユニット１４は、矢印Ａで示されているように、最も高い充電レベルの第３のモジュール１３３から取り出された充電均等化エネルギーを用いて、最も低い充電レベルの第１のモジュール１３１を充電し、矢印Ｂで示されているように、２番目に高い充電レベルの第２のモジュール１３２から取り出された充電均等化エネルギーを用いて、２番目に低い充電レベルの第４のモジュール１３４を充電するように制御することができる。
【００９８】
２つのモジュール間の電圧差が、あらかじめ定められた値未満であるときには、それらのモジュールのうちの、より高い充電レベルのモジュール１３から、より低い充電レベルのモジュール１３への充電均等化エネルギーの移動が行われないように、制御ユニット１４を構成することができる。
・パワーバッテリの放電相
【００９９】
ここで、パワーバッテリ１の放電による、双方向の充電均等化システム５の動作の一例を説明する。
【０１００】
この充電均等化は、モジュール１３中の蓄電池ブロック１１間であれ、モジュール１３間であれ、やはり、パワーバッテリ１の放電と同時に行うことができる。
【０１０１】
例えばパワーバッテリが組み込まれている自動車が走行しているときに、その最も高い充電レベルのモジュール１３が、１２Ｖの低電圧供給システムに電力を供給するために優先的に用いられる。電圧レベルが、各モジュール１３に対して許容されている放電終了時最小電圧の近傍に達すると、放電は停止される。
【０１０２】
この放電中に、１２Ｖの低電圧供給システムにおける電力消費が不十分な場合には、１２Ｖの低電圧供給システムにおける電力消費を増加させるために、車内の暖房装置または空調装置などの、電力をさらに消費するシステムを作動させることができる。
【０１０３】
逆に、電力消費が多すぎる場合には、補助装置の作動を制限することができる。
【０１０４】
例えば自動車がアイドリング状態にあるときには、モジュールから取り出された充電均等化エネルギーの、最も低い充電レベルの蓄電池ブロックへの再注入によって、充電均等化が生じる。
【０１０５】
さらに、モジュール１３からエネルギーを取り出すという単純な行為によって、充電均等化を起こすこともできる。
【実施例２】
【０１０６】
２つの一方向のコンバータを有する充電均等化システム
【０１０７】
図７ａを参照する。双方向の充電均等化システム１０５が、各モジュール１１３に対して、それぞれ１つの第１の一方向のコンバータ１０７および第２の一方向のコンバータ１２１を備えているという点で、実施例１と異なる実施例２が示されている。
【０１０８】
図７ａにおいて、コンバータ１０７および１２１は、概略的に示されている。
【０１０９】
第１のコンバータ１０７は、モジュール１１３の端子間に接続されている。
【０１１０】
図７ｂに示すように、第２のコンバータ１２１は、それぞれに１つの蓄電池ブロック１１１と組み合わされた、あらかじめ定められた数の充電装置１２３を有している。したがって、それらの充電装置１２３の各々は、それぞれ１つの蓄電池ブロック１１１に並列に接続されている。
【０１１１】
図７ｂに示すように、充電装置１２３は、概略的に示されている。
【０１１２】
したがって、第１のコンバータ１０７を用いて、矢印Ｆ１によって示されている、パワーバッテリ１０１から低電圧供給システムに向かう第１の向きに、モジュール１１３間での充電均等化を行うことも、第２のコンバータ１２１の充電装置１２３を用いて、矢印Ｆ２によって示されている、低電圧供給システムからパワーバッテリ１０１に向かう第２の向きに、モジュール１１３中の蓄電池ブロック１１１間の充電均等化を行うことも可能である。
【０１１３】
したがって、コンバータ１０７と１２１とは、同程度の電力量を移動させるわけではない。一方向のコンバータ１０７、１２１の各々は、それぞれに特有の電力条件に対応するように、定格が定められている。
【０１１４】
実際、第１のコンバータ１０７は、補助バッテリに電力を供給して、モジュール１１３間の充電均等化を行う。この機能の遂行には、数百ワットの電力が必要である。
【０１１５】
第２のコンバータ１２１は、モジュール１１３中の蓄電池ブロック１１１間の充電均等化を行う。この機能の遂行には、２〜３十ワットの電力が必要である。
【０１１６】
したがって、これら２つの電力の比は、およそ１０である。
【０１１７】
さらに、これら２つの機能の同時遂行が可能でなければならない。
【０１１８】
１０倍以上異なる２つの電力を移動させることができ、かつ同時使用が可能である２つの一方向のコンバータ１０７および１２１を利用するほうが、単一の双方向のコンバータを用いるよりも好ましい。
【０１１９】
充電装置１２３の例示的な一実施例が、図８に概略的に示されている。
【０１２０】
この例示的な実施例によれば、充電装置１２３は、一方では、蓄電池ブロック１１１の負極（符号Ｎを付されている）および正極（符号Ｐを付されている）に接続されており、他方では、電圧発生器１２５の正端子（符号ｖ＋を付されている）および負端子（符号ｖ−を付されている）に接続されている。
【０１２１】
電圧発生器１２５は単一のユニットであり、全ての充電装置１２３に接続されている場合がある。
【０１２２】
さらに、１つの充電装置１２３につき、１つの電圧発生器１２５が備えられている場合もあるし、いくつかの充電装置１２３に対して、１つの電圧発生器１２５が備えられている場合もある。
【０１２３】
電圧発生器１２５は、正極性、負極性、または正負極性の電圧パルスを、例えば矩形波状または正弦波状などの変形可能な波形で、充電装置１２３に供給する。
【０１２４】
電圧発生器１２５は、制御装置（図示せず）によって制御される。
【０１２５】
モジュール１３の端子間、パワーバッテリ１０１の端子間、または補助バッテリ１０３の端子間に、電圧発生器１２５を接続することができる。
【０１２６】
この電圧発生器１２５は、例えば変圧器ＴおよびインバータＯを有している。
【０１２７】
インバータＯは、例えばＯＮ／ＯＦＦモードで制御される。
【０１２８】
図示の例によれば、変圧器Ｔは、１つの一次巻線、および１つの二次巻線を有している。
【０１２９】
一変形例として、変圧器Ｔは、１つの一次巻線、および例えばそれぞれに１つのモジュール１３に接続されている、いくつかの二次巻線を備えている場合がある。
【０１３０】
さらに、電圧発生器１２５は、１つの正端子ｖ＋および１つの負端子ｖ−を有している。
【０１３１】
一例として、充電装置１２３は、次のものを有している。
−  第１の端Ｌａおよび第２の端Ｌｂを有するインダクタＬと、
−  一端がインダクタＬの第１の端Ｌａに接続されており、他端が電圧発生器１２５の負端子ｖ−に接続されている第１のキャパシタＣ１と、
−  電圧発生器１２５の正端子ｖ＋に接続されている第２のキャパシタＣ２と、
−  アノードおよびカソードが、組み合わされている蓄電池ブロック１１の負極Ｎおよび第１のキャパシタＣ１の第２の端にそれぞれ接続されている第１のダイオードＤ１と、
−  アノードおよびカソードが、組み合わされている蓄電池ブロック１１の負極Ｎおよび第２のキャパシタＣ２の第２の端にそれぞれ接続されている第２のダイオードＤ２と、
−  カソードおよびアノードが、インダクタＬの第１の端Ｌａおよび第１のダイオードＤ１のカソードにそれぞれ接続されている第３のダイオードＤ３と、
−  カソードおよびアノードが、インダクタＬの第１の端Ｌａおよび第２のダイオードＤ２のカソードにそれぞれ接続されている第４のダイオードＤ４と、
−  カソードおよびアノードが、インダクタＬの第１の端Ｌａおよび組み合わされている蓄電池ブロック１１の負極Ｎにそれぞれ接続されている第５のダイオードＤ５と、
−  一方において、第２のダイオードＤ２のアノードに、他方において、組み合わされている蓄電池ブロックの負極Ｎに接続されている、例えばＭＯＳＦＥＴから成るスイッチＳＷ。
【０１３２】
電圧発生器１２５の制御装置は、スイッチＳＷの開閉も可能にする。
【０１３３】
当然ながら、充電装置１２３として、さらに、類似の他のものを想定することが可能である。
【０１３４】
さらに、実施例１の場合と同様に、この例においても、短絡からの保護のための保護装置１２１が設けられることがある。
【０１３５】
図９に示すように、この保護のために、保護装置１１５は、次のものを有している場合がある。
−  第１のコンバータ１０７の入力、例えば第１のコンバータ１０７の入力の正端子（＋）に配置されているヒューズ１１７と、
−  第１のコンバータ１０７の出力、例えば第１のコンバータ１０７の出力の正端子（＋）に配置されているスイッチ１１９。
【０１３６】
ヒューズ１１７およびスイッチ１１９は、前述のヒューズ１７およびスイッチ１９と同様の双方向スイッチであり、正端子（＋）と負端子（−）とのどちらにでも配置することができる。
【０１３７】
ヒューズ１１７は、さらに、モジュール１１３の蓄電池ブロック１１１間の充電均等化に用いられる、第２のコンバータ１２１の出力の導線上にも配置される場合がある。
【０１３８】
用語「入力」および「出力」は、本明細書においては、電流の流れる方向を基準として定義されている。したがって、この例においては、第２のコンバータ１２１の入力は、１２Ｖの低電圧供給システム側にあり、出力は、モジュール１３の蓄電池ブロック１１１側にある。
【０１３９】
スイッチ１１９の一代替例によれば、ダイオード１１９’は、第１のコンバータ１０７の出力の正端子（＋）に配置される（図１０）か、または負端子（−）に配置されている。
【０１４０】
図１１に示されている、さらに別の一変形例によれば、保護装置１１５は、スイッチ１１９に替えて、次のものを有している場合がある。
−  第１のコンバータ１０７の出力に配置されている第１の一方向スイッチ１２７と、
−  第２のコンバータ１２１の入力に配置されている第２の一方向スイッチ１２９。
【０１４１】
したがって、これらの２つの一方向スイッチ１２７，１２９は、ともに、１２Ｖの低電圧供給システム側にある。
【０１４２】
例えば第１の一方向スイッチ１２７は、第１のコンバータ１０７の出力の正端子（＋）に配置されている。
【０１４３】
例えば第２の一方向スイッチ１２９は、第２のコンバータ１２１の入力の負端子（−）に配置されている。
【０１４４】
これらの一方向スイッチ１２７、１２９は、Ｐチャネル形またはＮチャネル形のＭＯＳＦＥＴである場合がある。
【０１４５】
したがって、第１のコンバータ１０７と第２のコンバータ１２１とのうちのいずれかが損傷した場合でさえ、充電均等化システム１０５の正しい動作が保証される。
充電均等化システムの動作
【０１４６】
モジュール１１３間の充電均等化のための第１のコンバータ１０７の動作は、充電均等化エネルギーが、モジュール１１３から取り出され（電流が矢印Ｆ１によって示されている第１の向きに流れる）、例えばパワーバッテリ１０１の充電相において、蓄電池ブロック１１１または充電レベルのより低いモジュール１１３に再分配されるときに、または例えばパワーバッテリ１０１の放電相において、低電圧供給システムへの電力供給に用いられるときには、実施例１において説明したコンバータ７の動作と同様である。
【０１４７】
他方、第２のコンバータ１２１の動作は、モジュール１１３から取り出された充電均等化エネルギーが、蓄電池ブロック１１１間に分配される（電流が矢印Ｆ２によって示されている第２の向きに流れる）ときには、実施例１において説明したコンバータ７の動作とほぼ同様である。
【０１４８】
言い換えると、コンバータ１０７、１２１のための制御ユニットは、次のように構成されている。
−  第１のコンバータ１０７を介する、矢印Ｆ１によって示されている第１の向きの、パワーバッテリ１０１から低電圧供給システムへの充電均等化エネルギーの移動を制御し、また
−  第２のコンバータ１２１を介する、矢印Ｆ２によって示されている第２の向きの、低電圧供給システムからパワーバッテリ１０１への充電均等化エネルギーの移動を制御する。
【０１４９】
より正確には、実施例１の場合と同様に、１つのモジュール１１３中の蓄電池ブロック１１１間の充電均等化のために、充電均等化エネルギーが、そのモジュール１１３から取り出され（電流が矢印Ｆ１によって示されている第１の向きに流れる）、次いで、充電レベルの最も低い蓄電池ブロック１１１（１つ以上の）に再分配される（電流が矢印Ｆ２によって示されている第２の向きに流れる）。
【０１５０】
前述のように、制御ユニットは、電圧情報に基づいて、例えばモジュール１１３中の蓄電池ブロック１１１の平均充電レベルと、各蓄電池ブロック１１１の電圧とを比較することによって、いずれの蓄電池ブロック１１１の充電が必要であるかを特定し、次いで、充電が必要であると特定された蓄電池ブロック１１１（１つ以上の）を充電するように、それらの蓄電池ブロック１１１に並列に配置されている第２のコンバータ１２１の作動を制御することができる。
【０１５１】
さらに、モジュール１１３間の充電均等化に関しては、前述のように、制御ユニット１４は、電圧情報に基づいて、充電均等化エネルギーをどのモジュール１１３から取り出すことができ、どのモジュール１１３に再注入すべきかを特定することができる。
【０１５２】
したがって、制御ユニットは、この電圧情報を用いて、どのモジュール１１３の放電が必要であるかを特定し、次いで、矢印Ｆ１によって示されている第１の向きに、低電圧供給システムに充電均等化エネルギーを移動させることによって、モジュール１１３間の充電均等化を行うように、特定されたモジュール１１３に並列の第１のコンバータ１０７の作動を制御することができる。
【０１５３】
制御ユニットは、充電すべき少なくとも１つのモジュール１１３（第２のモジュールと呼ぶ）を特定し、放電したモジュール１１３から第１のコンバータに移動した充電均等化エネルギーを、第２のモジュール１１３と組み合わされている少なくとも１つの第２のコンバータ１２１を介して、第２のモジュール１１３に移動させるために、矢印Ｆ２によって示されている第２の向きに、充電均等化エネルギーを移動させるように、第２のモジュール１１３と組み合わされている第２のコンバータ１２１を制御するように構成されている場合がある。
【０１５４】
より正確には、充電装置１２３の動作について説明すると、制御装置１１４’が、蓄電池ブロック１１１への充電均等化エネルギーの移動を制御するときに、充電均等化エネルギーを受ける蓄電池ブロック１１１に並列の充電装置１２３のスイッチＳＷが、制御装置１１４’によって閉じられる。
【０１５５】
充電装置１２３に電力を供給する電圧発生器１２５も、制御装置１１４’によって作動させられる。
【０１５６】
充電装置１２３が作動する場合において、電圧発生器１２５が既に作動しているときには、蓄電池ブロック１１１に過度の電流が供給されないように、スイッチＳＷを閉じる速度を制御することができる。
【０１５７】
各スイッチは、オフ状態にあるときに完全であり、したがって、オフ状態にあるときに、いかなる電流も通さないと仮定する。
【０１５８】
与えられた導通時間の間、正電圧が、電圧発生器１２５の入力端子間に印加される。充電均等化エネルギーが、インダクタＬに蓄積される。インダクタＬを通る電流は、その端子間に印加される電圧（変圧器Ｔの二次側の電圧から、その電流によって充電中の蓄電池ブロック１１１の電圧を引いた値にほぼ等しい値を有する）に比例して、時間の経過とともに増加する。
【０１５９】
電流は、作動した充電装置１２３と並列の、充電される蓄電池ブロック１１１しか流れない。充電されるこの蓄電池ブロック１１１に直列の蓄電池ブロック１１１は、蓄電池ブロック１１１と並列な充電装置１２３のスイッチＳＷが開かれた状態に保たれている限り、充電されない。
【０１６０】
作動中の充電装置１２３のキャパシタＣ１およびＣ２を通る電流は、インダクタＬを通る電流に等しい。キャパシタＣ１およびＣ２の値は、インダクタＬの端子間電圧をほぼ一定にするために必要な電流を通すのに十分なほどに大きい。
【０１６１】
この導通時間の間、充電装置１２３の第２のダイオードＤ２は導通状態にあり、第１のダイオードＤ１は非導通状態にある。第４のダイオードＤ４も非導通状態にある。
【０１６２】
したがって、電圧発生器が充電均等化エネルギーを供給しているときに、インダクタＬの端子間に印加されている電圧に、導通時間の値を掛けて、さらにインダクタＬの値で割った値にほぼ等しいピーク値に、電流が達するまで、この電流によるエネルギーがインダクタＬに蓄えられる。この式において、充電装置１２３の各動作期間の直前にインダクタを流れている電流は０であるとしている。
【０１６３】
導通時間が過ぎると、電圧発生器１２５は、充電すべき蓄電池ブロック１１１の端子間で動作するように配置されている充電装置１２３の入力端子間にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにする。
【０１６４】
電圧発生器１２５が、変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにしているときの、インダクタＬの放電によって流れる電流の連続性は、第５のダイオードＤ５によって確保される。
【０１６５】
インダクタＬを通る電流は、インダクタＬの端子間に印加されている電圧に比例して、時間の経過とともに減少する。変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにしている期間は、蓄電池ブロック１１１の端子間電圧が最小になるときに、インダクタの電流が消滅することができるほどに十分に長くなるように設定される。このときの、蓄電池ブロック１１１の端子間電圧は、充電終了時の端子間電圧である。例えば電圧発生器１２５は、充電終了時における最小電圧に対応する最小時間より長い一定期間、変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにする。
【０１６６】
その後、電圧発生器１２５からの出力電圧の極性を反転させることができる。すなわち、電圧発生器１２５の正端子ｖ＋と負端子ｖ−との間に、負電圧が印加される。
【０１６７】
電流は、充電中の蓄電池ブロック１１１しか流れない。
【０１６８】
作動中の充電装置のキャパシタＣ１およびＣ２を通る電流は、インダクタＬを通る電流に等しい。
【０１６９】
この相の間、第１のダイオードＤ１は導通状態にあり、第２のダイオードＤ２は非導通状態にある。第３のダイオードＤ３も非導通状態にある。
【０１７０】
前述のように、充電均等化エネルギーがインダクタＬに蓄えられる。インダクタＬを通る電流は、そのピーク値に達するまで、インダクタＬの端子間に印加されている電圧に比例して、時間の経過とともに増加する。
【０１７１】
このピーク値は、電圧発生器１２５が充電均等化エネルギーを供給しているときに、インダクタＬの端子間に印加されている電圧に、導通時間の値を掛けて、さらにインダクタLの値で割った値と、ほぼ等しい。前述の場合と同様に、この式において、充電装置１２３の各動作期間の直前にインダクタを流れている電流は０であるとしている。
【０１７２】
導通時間が終わると、電圧発生器１２５は、蓄電池ブロック１１１の充電装置１２３の入力端子間にいかなる電圧も印加されないようにする。
【０１７３】
電圧発生器１２５が、変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにしているときの、インダクタＬの放電によって流れる電流の連続性は、第５のダイオードＤ５によって確保される。
【０１７４】
インダクタＬを通る電流は、インダクタＬの端子間に印加されている電圧に比例して、時間の経過とともに減少する。変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにしている期間は、蓄電池ブロック１１１の端子間電圧が最小になるときに、インダクタの電流が消滅することができるほどに十分に長くなるように設定される。このときの、蓄電池ブロック１１１の端子間電圧は、充電終了時の端子間電圧である。例えば電圧発生器１２５は、充電終了時における最小電圧に対応する最小時間より長い一定期間、変圧器Ｔの入力にゼロ電圧が印加されるか、またはいかなる電圧も印加されないようにする。
【０１７５】
したがって、双方向のコンバータ７のセット、または一方向のコンバータ１０７のセットによって、モジュール１３間または１１３間の効果的で高速の充電均等化が行われ、同時に、１２Ｖの低電圧供給システムに電力を供給する第２の機能が果たされることが理解しうると思う。
【０１７６】
複数のコンバータ７、１０７の冗長性によって、特に自動車の作動に不可欠のいくつかの機能の遂行のための電力を供給する低電圧供給システムへの電力の供給が保証され、さらに、補助バッテリ３、１０３を省略することができる。自動車の補助装置への電力供給に対して柔軟性および安全性の高いレベルが保証される。
【０１７７】
さらに、双方向のコンバータ７のセット、または一方向のコンバータ１２１のセットを用いて、蓄電池ブロック（１つ以上の）１１または１１１の充電均等化を行う第３の機能を果たすことができる。
【０１７８】
最後に、一方向のコンバータ１０７のセットと１２１のセットで、互いに非常に異なる量の電力の移動を行うことができ、かつそれらを同時に用いることができる。
【０１７９】
その意味で、第１および第２の一方向のコンバータ１０７および１２１を用いるほうが、双方向のコンバータ７を用いるよりも好ましい。
【符号の説明】
【０１８０】
１、１０１  パワーバッテリ
３、１０３  補助バッテリ
５、１０５  充電均等化システム
７，７１〜７４、１０７、１２１  コンバータ
９  単位蓄電池
１１、１１１  蓄電池ブロック
１２  電圧測定装置
１３、１３１〜１３４、１１３  モジュール
１４  制御ユニット
１５、１１５  保護装置
１７、１１７  ヒューズ
１９、１１９  スイッチ
１１４’  制御装置
１１９’  ダイオード
１２３  充電装置
１２５  電圧発生器
１２７、１２９  一方向スイッチ
Ａ、Ｂ、Ｆ１、Ｆ２  矢印
Ａ１〜Ａ３、Ａｎ  補助装置
Ｃ１、Ｃ２  キャパシタ
Ｄ１  第１のダイオード
Ｄ２  第２のダイオード
Ｄ３  第３のダイオード
Ｄ４  第４のダイオード
Ｄ５  第５のダイオード
Ｌ  インダクタ
Ｏ  インバータ
Ｔ  変圧器
Ｖ１〜Ｖ３、Ｖｎ  端子間電圧
Ｖ＋  正端子
Ｖ−  負端子
【図１】
2014512788.tif 000003
【図２】
2014512788.tif 000004
【図３】
2014512788.tif 000005
【図４】
2014512788.tif 000006
【図５ａ】
2014512788.tif 000007
【図５ｂ】
2014512788.tif 000008
【図６】
2014512788.tif 000009
【図７ａ】
2014512788.tif 000010
【図７ｂ】
2014512788.tif 000011
【図８】
2014512788.tif 000012
【図９】
2014512788.tif 000013
【図１０】
2014512788.tif 000014
【図１１】
2014512788.tif 000015
【国際調査報告】
2014512788.tif 000016
2014512788.tif 000017
2014512788.tif 000018
2014512788.tif 000019
2014512788.tif 000020
2014512788.tif 000021