(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の電気化学的蓄電セルを備えるバッテリ用の充電平衡装置であって、
少なくとも二つのコンバータを有する充電手段を備えており、
各コンバータは、前記電気化学的蓄電セルの中で選択されたＭ個のセルの群に関連していて、関連したセルの群の中の少なくとも一つのセルから成る複数の組み合わせを再充電するように構成されており、
前記複数の組み合わせは、複数のセルの一つの組み合わせを少なくとも含んでおり、
前記複数の組み合わせは、少なくとも、第１の数のセルを有する第１の組み合わせと、第１の数より多い第２の数のセルを有する第２の組み合わせと、第１の数及び第２の数と異なる第３の数のセルを有する第３の組み合わせとを有しており、前記複数の組み合わせは、Ｎ個の組み合わせ形式を規定し、Ｎは３以上であって、夫々の組み合わせ形式は組み合わせにおけるセルの数ｍに対応しており、
群内のセルの各組み合わせについて、群に関連しているコンバータは組み合わせの全てのセルを同時に再充電するために配置されており、
各コンバータはＰ通りの電力レベルで作動するように構成されており、数Ｐは１より大きくて数Ｎより小さく、コンバータが作動する電力レベルは、少なくとも、第１の電力レベルと、第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルとを有しており、コンバータは、充電されるべきセルの数が前記第１の数に等しい場合には前記第１の電力レベルで作動し、充電されるべきセルの数が前記第２の数に等しい場合には前記第２の電力レベルで作動し、充電されるべきセルの数が前記第３の数に等しい場合には前記第２の電力レベルで作動するように構成されており、
各コンバータは、
インバータに接続された単一の一次コイルと、
夫々が、コンバータに関連した群のセル夫々に対して設けられ、スイッチ及び整流器を介して対応するセルに接続され、前記一次コイルに結合しているＭ個の二次コイルと、
選択されたセルの数が減少した場合に再充電されるべき選択された各セルの充電電流を増加するために、前記インバータ及びＭ個のセル夫々のスイッチを制御してコンバータに関連したＭ個のセルより少ない数の再充電されるべきセルを選択するように構成された処理手段と
を有する
ことを特徴とする充電平衡装置。
【請求項２】
少なくとも一つの前記コンバータは、前記バッテリから給電される回路網であって、前記バッテリから給電される電圧より低い電圧の低電圧回路網からセルを再充電するためのエネルギーを受けるように構成されてあることを特徴とする請求項１に記載の充電平衡装置。
【請求項３】
少なくとも一つの前記コンバータは、前記セルで生成されるセルを再充電するためのエネルギーを直接受け取れるようにされるため、前記バッテリの前記セルの少なくともいくつかに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の充電平衡装置。
【請求項４】
自動車の推進システムに電気を供給することができるバッテリと、
請求項１から３までのいずれか一つに記載の充電平衡装置と
を備えることを特徴とする自動車用給電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の給電システムを備えることを特徴とする自動車。
【請求項６】
一組の電気化学的蓄電セルを備えるバッテリ用の充電平衡装置の制御方法であって、
前記充電平衡装置は、少なくとも二つのコンバータを有する充電手段を備えており、
各コンバータは、前記電気化学的蓄電セルの中で選択されたＭ個のセルの群に関連しており、
各コンバータは、
インバータに接続された単一の一次コイルと、
夫々が、コンバータに関連した群のセル夫々に対して設けられ、スイッチ及び整流器を介して対応するセルに接続され、前記一次コイルに結合しているＭ個の二次コイルと
を有しており、
各コンバータは、関連したセルの群の中の少なくとも一つのセルから成る複数の組み合わせを再充電するように構成されており、
前記複数の組み合わせは、少なくとも、第１の数のセルを有する第１の組み合わせと、第１の数より多い第２の数のセルを有する第２の組み合わせと、第１の数及び第２の数と異なる第３の数のセルを有する第３の組み合わせとを有しており、前記複数の組み合わせは、Ｎ個の組み合わせ形式を規定し、Ｎは３以上であって、夫々の組み合わせ形式は組み合わせにおけるセルの数ｍに対応しており、
前記制御方法は、前記インバータ及びＭ個のセル夫々のスイッチを制御してコンバータに関連したＭ個のセルより少ない数の再充電されるべきセルを選択するように構成された処理手段により、前記複数の組み合わせから同時に再充電される少なくとも一つのセルの組み合わせを選択することを備え、
前記制御方法は更に、数Ｐ通りの電力レベルから選ばれた電力レベルをコンバータに課すことを備え、数Ｐは１より大きくて数Ｎより小さく、コンバータが作動する電力レベルは、少なくとも、第１の電力レベルと、第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルとを有しており、コンバータは、充電されるべきセルの数が前記第１の数に等しい場合には前記第１の電力レベルで作動し、充電されるべきセルの数が前記第２の数に等しい場合には前記第２の電力レベルで作動し、充電されるべきセルの数が前記第３の数に等しい場合には前記第２の電力レベルで作動する
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ、具体的にはリチウムイオンバッテリの充電平衡に関する。
【０００２】
自動車産業、具体的には電気及び／又はハイブリッド車両に対して、本発明の適用が見出されるが、本発明はこれらの適用には限定されることはない。本発明は、例えば、組み込みシステム又は他のシステムに展開されてもよい。
【背景技術】
【０００３】
バッテリは、直列及び／又は並列に構成された、一組の、リチウムイオンセルといった電気化学的蓄電セル、又は電気化学的蓄電器を備える。
【０００４】
不可逆的な劣化を防ぐために、夫々のセルを限られた電圧範囲内に維持することが試みられている。例えば、リチウムイオンバッテリの事例では、セルの電圧が最大閾値を超えた場合に発火する危険性があり、電圧が最小閾値より低下した場合にセルが不可逆的に劣化する危険性がある。
【０００５】
実際に、多数のセルがパック内で組み合わされた場合、例えば電気自動車用のバッテリパックに９６個のセル対が組み合わされた場合、それらのセルは僅かに異なる特性を示すことがあり得、それら特性のうち、自己放電電流、充電時のファラデー効率、最大充電量、等はセルの充電状態に直接の影響を及ぼすことがあり得る。したがって、バッテリパックが充電される場合、セル間で充電レベルのバラつきが観測され得る。
【０００６】
セルが過充電された場合に放電できるようにするために、夫々のセル又はセルの層が夫々スイッチを介して抵抗に並列に接続されている構成が知られている。散逸的平衡とは、余剰エネルギーを熱として散逸させることをいう。
【０００７】
最も充電されたセルから他のセルへのエネルギー転送の管理も知られている。斯かる形式の非散逸的平衡システムは、熱放射がより小さく、そのことにより隣接セル及び電子回路へのいかなる潜在的な損傷をも防ぐ、という点で有利である。その上、斯かる非散逸的平衡化動作は、バッテリの放電時に実行された場合、個々のセルの充電量の最適な配分を可能にし、そのため夫々のセルの最低充電状態が略同時に達成される。これにより、バッテリの実用寿命が延び得る。
【０００８】
コンバータを備えるバッテリ充電平衡装置が知られており、夫々のコンバータは一度に一つのセルの再充電を可能にする。コンバータの数を増やさないために、具体的にはトランジスタに基づいて、充電又は放電されるセルを選択するようにシステムは構成され得る。ここで、コンバータの二次側は選択されたセルに接続される。しかし、斯かる選択システムが追加的な損失を生み出すことがある。
【０００９】
複数のセルの同時充電も知られている。バッテリ内の複数のセルを同時に再充電するためのコンバータを備えるバッテリ充電平衡システムが知られている。例えば、仏国特許出願公開第２９５６２６０号明細書は、斯かる形式のシステムを記載している。仏国特許出願公開第２９５６２６０号明細書において、コンバータは電圧発生器として機能し、そのレベルは一定であるので、各セルに予め決定された平衡化電流を給電する。斯かるシステムの主な欠点は、コンバータが、再充電されるセルの数にかかわらず、一定の充電電流でセルを再充電するために、コンバータの供給容量レベルの数が、同時に再充電できるセルの数に一致してしまう結果を生じることである。すなわち、第１レベルは、１個のセルのみを再充電することに対応し、第２レベルは一度に２個のセルを再充電することに対応し、第３レベルは、一度に３個のセルを再充電することに対応し、以下同様である。これは、大多数の場合においては、コンバータは最適な供給容量から大きくかけ離れて作動するために、膨大なエネルギー損失を生み出す結果となることを意味する。更なる欠点は、一定の電流で作動するため、特に低いレベルまで放電された少数のバッテリをより急速に再充電することができず、平衡システムの性能を潜在的に制限してしまうことである。
【００１０】
したがって、より効率的な平衡システムに対する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９５６２６０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一組の電気化学的蓄電セルを備えるバッテリ用の充電平衡装置であって、少なくとも一つのセルから成る複数の組み合わせを再充電することができる充電手段を備える装置が提案されている。少なくとも一つの（有利には夫々の）組み合わせに対して、充電手段は、前記組み合わせ内のすべてのセルを同時に再充電するように構成されている。前記複数の組み合わせは、数N個の組み合わせ形式を規定し、夫々の組み合わせ形式は前記組み合わせに含まれるセルの個数mに対応し、Nは厳密に１より大きい。充電手段は、数P通りの電力レベルで作動することが可能とされてあり、数Pは組み合わせ形式の数Nより厳密に小さい。
【００１３】
したがって、セルの組み合わせ（又は集合）形式より少ない数の電力レベルがあり、それによって充電手段が、予め決定された電流が夫々のセルに給電される先行技術よりも、最適な動作点のより近くで作動することができる。
【００１４】
実際に、先行技術においては、夫々のセルが予め決定された電流を受けるので、充電手段により給電される電力は特異的に、同時に供給されるセルの個数に結びついている。使用可能な電力レベルの数を制限することにより、充電手段、例えばコンバータを、最適な供給容量のより近くで作動させることができ、そのためエネルギー損失を制限し、充電平衡装置の性能を向上させることができる。
【００１５】
有利かつ非限定的には、充電手段は複数の充電モジュールを含み、少なくとも一つの（有利には夫々の）充電モジュールは、バッテリの構成要素であるセルすべてから選択されたM個のセルからなる群に対応する。したがって、夫々の充電モジュール、例えばコンバータは、対応する群のM個のセルからのm個のセルの組み合わせを再充電することができるようになり得る。
【００１６】
有利には、数Pは、M/2、有利にはM/3の整数部分と等しいか又はそれより小さい。
【００１７】
同時に再充電されることができるセルの個数は制限されてあっても、されなくてもよい。例えば、３セル充電モジュールを使用することにより、同時に再充電されるセルの個数が制限されてもよい。この場合、３個の取り得る組み合わせ形式があるので、Nは３に等しい。すなわち、群内のM個のセルからの１個のセルの組み合わせ、群内のM個のセルからの２個のセルの組み合わせ、及び群内のM個のセルからの３個のセルの組み合わせがある。
【００１８】
代替的に、充電モジュールは、１個からM個のセルを同時に再充電するように構成されていてもよい。この場合、M個の組み合わせ形式があり得るので、NはMに等しい。第１の組み合わせ形式は群内のM個のセルから単一のセルを選択することに対応し、第２の組み合わせ形式はM個のセルから２個のセルを選択することに対応し、以下同様である。第Mの組み合わせ形式は群内のM個のセルすべてに対応する。
【００１９】
有利かつ非限定的には、充電手段は、前記充電手段に対応するセル群内のそれぞれのセルが前記群内のその他のセルとは独立して充電され得るように構成されてもよい。換言すると、セルは個々に選択され得る。
【００２０】
一実施形態においては、電力レベルの数Pは１に等しい。したがって、同時に再充電されるセルの個数にかかわらず、充電手段は単一の電力レベルで作動する。セル群内の１個のセルがより低い充電レベルを示す場合、コンバータが比較的大容量の再充電電流で再充電を行うため、斯かるセルが比較的急速に再充電され、当該セルが制限的になる期間が比較的短い、という点でも、この実施の形態は有利である。
【００２１】
他の実施形態においては、複数の電力レベル、例えば２つ、３つ、又は４つの電力レベルが提供される。これにより、充電電流が制限され得る。具体的には、選択された充電されるセルの個数が比較的少ない場合である。したがって、この実施形態においては、充電電流が制限されるため、配線及び回路構成が比較的簡単になり得る。
【００２２】
例えば、次の３つの電力レベルが与えられ得る：
単一のセルの充電に対応する１６ワットの電力レベル。セル電圧が４Ｖに近い場合、１６ワットの電力レベルは約４Ａの充電電流に対応する。
２個のセルの同時充電に対応する３２ワットの電力レベル。この場合でも、充電電流は４Ａのオーダーである。
３個以上のセルの同時充電に対応する４８ワットの電力レベル。
【００２３】
コンバータがちょうど３個のセルの充電を担っている場合、夫々のセルは略４Ａの電流を受ける。コンバータが４個のセルの充電を担っている場合、夫々のセルに割り当てられる電流は約３Ａである。６個のセルの同時充電に対しては、１個のセルに対応する電流は約２Ａである。したがって、セルの個数が増えるほど、一個のセルに対応する電流は減少する。しかしながら、この減少は相対的なものに留まる。
【００２４】
有利には、充電手段は、受け取ったエネルギーを変換することができるコンバータを備えるが、本発明は充電手段の形態によっては限定されない。例えば、充電手段は、追加バッテリを組み込むように構成されていてもよく、該追加バッテリは平衡機能専用であり、平衡化されるバッテリのセルに追加バッテリを接続する手段と共に供される。
【００２５】
同様に、本発明は、コンバータに受け取られるエネルギーの供給源によっては限定されない。
【００２６】
有利かつ非限定的には、充電手段、例えばコンバータは、平衡化されるバッテリにより給電される電圧より低い定格電圧の回路網に接続されていてもよい。
【００２７】
有利かつ非限定的には、このより低い定格電圧の回路網は、平衡化されるバッテリにより給電されてもよい。
【００２８】
自動車の場合、１４Ｖの回路網自身が高電圧回路網により給電され、該高電圧回路網は平衡化されるバッテリにより給電される。したがって、間接的に、エネルギーはバッテリ内のすべてのセルから取得される。エネルギーが比較的低い電圧でコンバータに受け取られるため、コンバータ及び回路構成における設計上の制約を限定することができるという点で、１４Ｖの回路網を選択することも有利である。
【００２９】
更なる実施形態においては、コンバータの入力と、平衡化されるバッテリ内の少なくとも幾つかのセルとの間に、これらセル、すなわちセル群、又はバッテリ内のすべてのセルのいずれかの内部で生成されるエネルギーを直接受け取れるようにするために、接続が形成されていてもよい。前者の場合、過度に大きな電流及び過度に高い電圧がコンバータに入力されることが回避される。後者の場合、平衡化に伴う放電はすべてのセルにわたって分散されるため、その量は限られている。
【００３０】
セルの総数は多く、例えば１００のオーダーである。セル群は、セルの総数より少ない個数のセルを含み、例えば、１０のオーダーの個数のセルである。
【００３１】
有利かつ非限定的には、充電手段は、コンバータをセル群内のセルへ可逆的に接続する複数のスイッチを有してもよい。
【００３２】
有利かつ非限定的には、充電手段は、スイッチを制御する信号を生成することができる処理手段を有していてもよい。斯かる処理手段は、セルの当該時点での充電レベルの関数として、再充電されるセルを検出し、再充電されるセルを選択するために充電手段を制御するように構成されていてもよい。
【００３３】
有利かつ非限定的には、前記処理手段は、供給されるセルの数の関数として、コンバータの供給容量レベルを決定するように構成されていてもよい。
【００３４】
実施の一形態においては、充電手段は、インバータに接続された一次コイル、及び前記充電手段に対応するセル群の各セル毎の、整流器と共になった二次コイルを有する。
【００３５】
有利かつ非限定的には、処理手段は、充電電流を制御することにより、インバータ及び／又は整流器を制御して、コンバータをP通りの電力レベルから選択された受電電力レベルに設定してもよい。ここで、数Pは組み合わせ形式の数Nより厳密に小さい。
【００３６】
本発明は、コンバータの形態によっては限定されない。コンバータは、例えば、チョッパ回路の形態、チャージポンプコンバータ、又は他の形式のコンバータとして供されてもよい。
【００３７】
バッテリ及び上述の充電平衡装置を備える、具体的には自動車向けの給電システムも提案されている。
【００３８】
電気及び／又はハイブリッド車両に対して適用するため、平衡化されるバッテリは車両駆動システムに給電可能であってもよい。
【００３９】
上述の給電システムを備える自動車、例えば電気又はハイブリッド車両、も提案されている。
【００４０】
一組の電気化学的蓄電セルを備えるバッテリ用の充電平衡装置の制御方法であって、充電平衡装置は、複数の前記セルを同時に再充電することができる充電手段を備え、前記制御方法は、複数の組み合わせから同時に再充電される少なくとも一つのセルの組み合わせを選択することを備え、前記複数の組み合わせは、数N個の組み合わせ形式を規定し、Nは厳密に1より大きく、夫々の組み合わせ形式は前記組み合わせに含まれるセルの数mに対応しており、前記制御方法は更に、数P通りの電力レベルから選ばれた電力レベルをコンバータに課すことを備え、前記数Pは組み合わせ形式の前記数Nより厳密に小さいことを特徴とする制御方法も提案されている。
【００４１】
この制御方法は、例えば、上述の充電平衡装置、又は該充電平衡装置から切り離されたか或いは該充電平衡装置に統合されたかのいずれかの制御装置に配備されてもよい。
【００４２】
制御装置は、デジタル若しくはアナログの信号処理装置、例えばプロセッサを有するか、又はそれに統合されていてもよい。
【００４３】
具体的には、制御装置は以下の機器を制御してもよい。
充電手段から供給される電荷を受電する要素、例えば一次コイル、及び／又は
充電装置から供給される電荷を伝送する要素、例えば整流器及び／又は二次コイル。
【００４４】
斯かる制御は、充電されるために選択された各セルの充電電流を増加させる手段として実行され、選択されるセルの数が減らされる。したがって、この制御方法は、再充電されるセルの組み合わせ内のセルの個数の関数として、少なくとも一つのセルの充電電流を決定する段階を有していてもよい。そのことにより、充電手段の電力レベルがP通りのレベルから選択されたレベルに一致する。ここで、Pは組み合わせ形式の数Nより厳密に小さい。
【００４５】
電力レベルの数が１より大きい場合、この制御方法は、再充電されるセルの個数の関数として電力レベルを決定する段階を有していてもよい。
【００４６】
一組の電気化学的蓄電セルを備えるバッテリ用の充電平衡装置の制御装置も提案されている。充電平衡装置は、少なくとも一つのセルから成る複数の組み合わせを再充電することができる充電手段を備え、複数の組み合わせ中の夫々の組み合わせに対して、充電手段は、前記組み合わせ内のすべてのセルを同時に再充電するように構成されており、前記複数の組み合わせは、数N個の組み合わせ形式を規定し、夫々の組み合わせ形式は前記組み合わせに含まれるセルの個数mに対応する。制御装置は、P通りの電力レベルから選択された電力レベルを充電手段に課すように構成され、前記数Pは組み合わせ形式の数Nより厳密に小さい
【００４７】
有利には、制御装置は、バッテリセルの充電レベルの値の関数として、再充電されるセルの組み合わせを選択するようにも構成されていてもよい。
【００４８】
本発明は、非限定的な実施の形態を図示する図面を参照することにより、明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用給電システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバッテリ用充電平衡装置の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
同一の参照番号が、異なる図面の同一又は類似の要素に対して使用される。
【００５１】
図１を参照すると、高電圧回路網1が、R個の一組の電気セルC1,C2,...,CRを備える高電圧バッテリ2により給電される。このリチウムイオンバッテリ2は、具体的には、電気モータ3に給電し、自動車を確実に推進させる。バッテリ2は、例えば70ボルトから400ボルトの範囲の電圧を給電してもよい。
【００５２】
車両は、補助装置5,6へ給電するための、10ボルトから16ボルトの範囲の電圧、例えば14ボルトの電圧の低電圧回路網4も備えている。これら補助装置5,6は、例えば車両のパワーアシストステアリング用アクチュエータ、又は他の補助装置を含んでいてもよい。
【００５３】
低電圧回路網4は、DC/DCコンバータ7を介して高電圧回路網1に接続されている。低電圧回路網4上の低電圧バッテリ8、例えば鉛蓄電池を充電するために、コンバータ7を用いて高電圧バッテリ2からエネルギーが取得される。
【００５４】
高電圧バッテリ2内で直列に配列されたすべてのセルC1,C2,...,CRは、低電圧バッテリ8の再充電中に、充電量が等しく変化する。
【００５５】
このシステムは、S個のコンバータR1,...,Rsも備える。夫々のコンバータR1,...,Rsは、当該コンバータと関連付けられたM個のセルからなる群のセルを再充電することができる。M個、例えば12個のセルからなる群は、バッテリ2内のR個のセルから選択される。
【００５６】
例えば、バッテリ2は96個のセルC1,C2,...,CRを備える。これら96個のセルは、夫々12個のセルから成る8群に分けられる。この例では、コンバータの個数Sはすなわち8に等しく、セルの個数Rは96に等しい。群あたりのセルの個数Mは12である。
【００５７】
この実施形態においては、S個のコンバータR1,...,Rsは、夫々に対応する一次コイルを介して14Ｖの回路網4に接続されており、二次コイルを介してコンバータが接続されたM個のセル夫々のうちの１個以上のセルへのエネルギーの伝送を行うことができる。
【００５８】
したがって、前記S個のコンバータは低電圧回路網4からエネルギーを取得し、該低電圧回路網自体は高電圧バッテリ2から給電される。換言すると、前記コンバータR1,...,RSは、間接的に高電圧バッテリ2内のR個のセルC1,C2,...,CRの組み合わせから取得されたエネルギーを使用する。
【００５９】
したがって、取得されたエネルギーは前記R個のセルすべての間で分散的に取得されるため、群間の充電量の不均衡を防止することができる。
【００６０】
その上、コンバータR1,...,RSの一次側の電圧は、僅か14ボルトであり、前記コンバータR1,...,RSは、比較的簡単な設計を有し、低定格電圧に適し得る。
【００６１】
図２は、コンバータRsの例のより詳細な描写を示している。この例では、コンバータRSは明瞭化のために４個のセルCS1,CS2,CS3,CS4にのみ接続されているが、セルの個数は4と異なっていてもよく、具体的には12に等しくてもよいことは当然である。
【００６２】
コンバータRSは、インバータ11を介して14Ｖの回路網4に接続された一次コイル10を有する。
【００６３】
コンバータRSは、コンバータRSが接続され得るセルCS1,CS2,CS3,CS4と同数の二次コイルES1,...,ES4も有する。したがって、M個のセルからなる群に対応するコンバータRSはM個の二次コイルを有する。
【００６４】
当該セルに対応する二次コイルに加えて、コンバータRSは、自身に接続されたM個のセル毎に、スイッチIS1,...,IS4を有する。
【００６５】
図２において、スイッチIS1,...,IS4はコンバータRSに対応するハウジングの外部に表されているが、有利には、これらのスイッチは前記ハウジングの内部に配置されてもよいことは当然である。
【００６６】
夫々のスイッチIS1,...,IS4は、対応するセルと対応する二次コイルとの接続を形成することを可能にするように構成されている。夫々のスイッチIS1,...,IS4は、処理手段12、例えば電子制御ユニットすなわちECUにより電気的に制御される。
【００６７】
処理手段12は、プロセッサ、例えばマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又は他のプロセッサを有していても、又はそれに統合されていてもよい。
【００６８】
コンバータRSは、自身が接続されたM個のセルからなる群内のセル毎に、整流器JS1,...,JS4も有する。
【００６９】
インバータ11及び整流器JS1,...,JS4が処理手段12により制御されるため、処理手段12はコンバータに受けられた電流Itot、及びセルCS1,CS2,CS3,CS4を充電する電流を制御する。
【００７０】
一実施形態においては、平衡コンバータR1,...,RS夫々は片方向である。換言すると、前記コンバータR1,...,RS夫々は、低電圧回路網から自身が接続されたセルにエネルギーを伝送することができるが、逆方向へのエネルギーの伝送は全くできない。
【００７１】
この実施形態においては、コンバータR1,...,RS夫々は一定の容量で機能する。これは、少なくとも一つのセルが再充電のために選択された場合、そのセルと関連付けられたスイッチが結果的に閉じられ、一次側から取得される電力は予め決定された値P0に設定されることを意味する。したがって、コンバータの二次コイルに接続された夫々のセルに流れる電流は、再充電されるセルの個数の関数となる。
【００７２】
より具体的には、ηがエネルギー伝送システムの全体の効率性（コンバータ、コマンド機能、及び配線に関連した損失を含む）であり、以下の式が成立する：
【００７３】
【数１】
0006346887.tif 000002
【００７４】
ここで、
V14Vは低電圧回路網の電圧であって、典型的には14ボルトであり、
Itotはコンバータの一次側の低電圧回路網から取得された全電流であり、
Viは、iで表されるセルの電圧であって、iは1からMまでの範囲であり、
Iiはセルiに、そのセルの再充電中に流れる平衡化電流であり、
δiはブール信号であって、セルiが充電中である場合、つまりそのセルに関連付けられたスイッチが閉じられている場合には1の値であり、その逆の場合には0の値である。
【００７５】
したがって、当該コンバータに関連付けられたM個のセル中の単一のセルが再充電されている場合、そのセルに流れる電流は、M個のセルすべてが再充電されている場合より、およそM倍大きい。ここで、およそということは、具体的には、M個のセルからなる群内のすべてのセルが必ずしも厳密に同じ電圧でないことに基づくものである。
【００７６】
したがって、セルの再充電率が高くなるほど、再充電されるセルの個数は減少する。
【００７７】
バッテリ4内のすべてのセルの放電中に、最大個数の（有利にはすべての）セルが同時に最低充電レベルを達成することができ、バッテリ4内に蓄えられたエネルギーの最適な利用が確実にできるという点で、非散逸的平衡システムは更により有益である。
【００７８】
セル間に容量のばらつきがある場合には、バッテリ4内の全セルの中で最も容量が低いセルが、最も早く下側閾値に達するセルであり、そのためバッテリ4のそれ以上の利用を阻害する。コンバータR1,...,RSは最低の充電レベルにある前記セルの再充電の開始及び急速充電を可能にする。それゆえ、この制限要因となるセルが下側閾値に達することを遅らせるという点で、これらコンバータはバッテリをより効率的に使用することを可能にする。
【００７９】
単一のセルが最低充電レベルにある場合、単一の電力レベルP0での供給が行われるとき、最低充電レベルにある前記セルに流れる平衡化電流は比較的大きく、それによりこの制限要因となるセルを次に充電レベルが低いセルと同じ充電レベルになるように急速に回復させることができる。更にその後、M個のセルからなる群内のすべてが平衡化されるまで、これら２個のセルの同時充電が指令される等の処理が行われる。
【００８０】
換言すると、単一の電力レベルでの供給が行われる場合、平衡状態への収束は先行技術より早く達成される。このとき、平衡化コンバータは電圧発生器として機能し、そのレベルは予め決定された平衡化電流を供給するように調整される。上述の装置は、コンバータが電流発生器として機能し、夫々のセルに、平衡化される過程にあるセルの数が減るほど大きくなる電流を供給する。
【００８１】
このように一定電力で作動することに関連する更なる利点は、夫々のコンバータの設計が単一の動作点に最適化されることができ、そのためエネルギーの伝達効率の改善が達成されることである。それゆえ、複数のセルの同時再充電と、所与の動作点付近での動作とを両立させることができる。
【００８２】
対応する夫々のセル群の一つ以上のセルを再充電するために使用されるコンバータは、電気自動車の補助装置用回路網により給電される。したがって、低電圧回路網4への給電は図１のコンバータ7により行われ、その給電は高電圧バッテリ2のすべてのセルC1,C2,...,CRからの電力の取得により行われるため、一つ以上のセルの再充電にともなって、全セルから僅かに放電される。これにより、最低の充電状態のセルが再充電されるにしたがって、再充電されておらず、それゆえに他のセルより高い充電状態にあるセルが僅かに放電されることから、バッテリ2の平衡化率が更に増す。このようにして、一つのセル群から他のセル群に転送するための第２段階のコンバータに頼ることなく、セルの集合を平衡化することができる。
【００８３】
他の実施形態においては、提案されているシステムは一定でない電力で作動する。換言すると、夫々のコンバータは複数の電力レベル、例えば３つか４つの電力レベルで作動する。
【００８４】
例えば、M個のセルからなる群の単一のセルが充電されている場合、コンバータRSの一次側で取得される電力は値P1に固定されている。この値P1は、前述の実施形態における単一電力レベルに対応する値P0より小さい。
【００８５】
２個のセルが充電されている場合、コンバータユニットの一次側で取得される電力は、P1とP0との間にあり、これら２つの電力値とは厳密に異なる値P2に固定される。少なくとも３個のセルが充電されている場合、コンバータの一次側で取得される電力は、値P0と等しい値P3に固定されてもよい。
【００８６】
３通りの電力レベルが与えられることにより、充電平衡装置の標準的な構成要素の選択が可能になる。具体的には、コンバータの二次側の構成要素、特定的には、整流器用のトランジスタ、及び／又はダイオード、配線、並びに電力回路の様々な構成要素、コンバータ用コイル等である。
【００８７】
例えば、M=12であるセル群に対して、P0に等しい電力P3は36ワットに選ばれてもよく、電力P1は12ワットに選ばれてもよく、電力P2は24ワットに選ばれてもよい。したがって、１個、２個、又は３個のセルが充電されている場合、およそ4ボルトのセル電圧に対して、平衡化電流は約3アンペアになり、セルの個数が３より大きくなると減少し、１２個のセルが充電されている場合にはおよそ0.75アンペアまで低下する。当然ながら、大きさを示すこれらのオーダーは、単なる例示のためのものにすぎない。
【００８８】
他の実施形態においては、コンバータの一次側における給電は、自動車の低電圧回路網によってではなく、高電圧バッテリから直接すべてのセルに対して行われてもよい。したがって、コンバータは一次側と二次側の両方でこのバッテリに接続されている。この変形例により、低電圧回路網が利用できない適用例においてさえも、具体的には産業向け、又は例えば携帯コンピュータ用バッテリ、ソーラパネル等の組み込みシステム、においても平衡化を実行することができる。それゆえ、この変形例は当該システムの独立した動作を可能にする。
【００８９】
例えば、コンバータは、一次側でM個のセルからなる群の端子、又はバッテリ2の端子に接続されており、二次側で平衡化されるM個のセルの夫々の端子に接続されていてもよい。
【００９０】
コンバータが、一次側でM個のセルからなる群の端子に、二次側でM個のセルに個別に接続されている場合、平衡化はM個のセルからなる前記群の内部で完結する。コンバータにより管理される電圧は、同じ大きさのオーダーに留まる。
【００９１】
コンバータが、一次側でバッテリ2の端子に、二次側で12個のセルからなる群のみに接続されている場合、一次側の電圧はより大きくなり得るが、しかしながら、この構成は、M個のセルからなる群複数の間で、夫々の平均充電レベルの相互平衡化を可能にする。
【図１】
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【図２】
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