(57)【要約】【課題】従来の蓄電素子と変圧器巻線を並列接続する電圧均一化回路では、直列接続数が多い場合には、変圧器の端子数が多く、配線基板の大型化と装置の高価格化が課題であった。【解決手段】変圧器の二次巻線として中間タップ付巻線を用い、蓄電素子の直列数が偶数個の場合は複数個の中間タップ付巻線のみで、奇数個の場合は中間タップ付巻線と中間タップのない巻線の組み合わせで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路と、前記変圧器の二次巻線から前記各々の蓄電素子にエネルギーを供給するダイオードと、を備え、前記各々の蓄電素子の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置において、
前記変圧器の二次巻線は、前記蓄電素子２個の直列接続回路に対して1個の中間タップ付巻線であり、前記中間タップ付巻線の一方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の一方の端子との間及び前記中間タップ付巻線の他方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の他方の端子との間には各々ダイオードを接続し、前記中間タップ付巻線の中間タップと前記蓄電素子２個の直列接続回路の直列接続点とを直接接続したことを特徴とする蓄電素子の電圧均一化装置。
【請求項２】
前記変圧器の二次巻線側回路に、前記中間タップ付巻線と、前記中間タップ付巻線の一方の端子に接続されたダイオードと、前記中間タップ付巻線の他方の端子に接続されたダイオードと、を複数組備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の電圧均一化装置。
【請求項３】
直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路と、前記変圧器の二次巻線から前記各々の蓄電素子にエネルギーを供給するダイオードと、を備え、前記各々の蓄電素子の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置において、
前記変圧器の二次巻線は、前記蓄電素子２個の直列接続回路に対して1個の中間タップ付巻線と、前記蓄電素子の１個に対して中間端子のない1個の巻線とを備え、前記中間タップ付巻線の一方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の一方の端子との間、及び前記中間タップ付巻線の他方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の他方の端子との間にダイオードを接続し、前記中間タップ付巻線の中間タップと前記蓄電素子２個の直列接続回路の直列接続点とを接続し、前記中間タップのない巻線と前記蓄電素子の１個とをダイオードを介して並列接続したことを特徴とする蓄電素子の電圧均一化装置。
【請求項４】
前記変圧器の二次巻線側回路に、前記中間タップ付巻線と、前記中間タップ付巻線の一方の端子に接続されたダイオードと、前記中間タップ付巻線の他方の端子に接続されたダイオードとの複数組と、前記中間タップのない巻線とこの巻線に接続されたダイオードとの一組と、を兼備えたことを特徴とする請求項３に記載の蓄電素子の電圧均一化装置。
【請求項５】
前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路の代わりに、別電源の正極と負極の間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子の電圧均一化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列接続された複数個の蓄電素子の各々に変圧器を用いて補助的にエネルギーを供給することにより、その複数個の蓄電素子各々の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、従来の技術を用いた蓄電素子の電圧均一化装置の回路図を示す。
蓄電素子として、鉛蓄電池を3個直列接続した場合の構成で、詳細は特許文献1に記載されている。
【０００３】
蓄電池Ｂ１〜Ｂ３が直列接続され、この直列回路と並列に充放電回路３が接続された蓄電池回路に、電圧均一化回路１０が接続された構成である。電圧均一化回路１０は、蓄電池Ｂ１〜Ｂ３の直列回路の全電圧を電源として、これと並列に変圧器２の一次巻線w1とスイッチ素子１の直列回路が接続され、変圧器２の二次巻線w21〜w23は各々ダイオードＤ１〜Ｄ３を介して、蓄電池Ｂ１〜Ｂ３に並列接続されている。
【０００４】
電圧制御回路４は、各蓄電池の電圧を検出し、それらの値が所定値となるように、スイッチング制御回路５で、スイッチ素子１をスイッチング制御するものである。蓄電池Ｂ１〜Ｂ３の電力は充放電回路３で充放電されるが、各蓄電池の電圧にアンバランスが生じるとスイッチ素子１をオンオフさせ、アンバランス分の電力を補助的に供給して、各蓄電池の電圧を平衡させる。従って、電圧均一化回路１０はアンバランス分の電力を補助的に供給するだけであるため、小さな電力を取り扱うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８６０７２号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、従来の電圧均一化回路１０は、蓄電池の数と同じ数の変圧器二次巻線w21〜w23とダイオードＤ１〜Ｄ３を用いて、変圧器２の一次巻線w1をスイッチ素子１で制御する構成である。蓄電素子としては、蓄電池、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）、ハイブリッドキャパシタなどが用いられるが、無停電電源装置、系統補償装置などの電力用機器に用いる場合には、電力機器の電流を小さくするため、その電圧は数百ボルトが必要となる。
しかし、実際の装置への適用においては、蓄電素子の1個当りの電圧は数ボルトと小さいため、直列数は数十個から数百個となる。従って、上述のような回路構成では、電圧均一回路に用いる変圧器二次巻線の端子数が多くなり、装置が大型で、高価となる課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路と、前記変圧器の二次巻線から前記各々の蓄電素子にエネルギーを供給するダイオードと、を備え、前記各々の蓄電素子の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置において、前記変圧器の二次巻線は、前記蓄電素子２個の直列接続回路に対して1個の中間タップ付巻線であり、前記中間タップ付巻線の一方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の一方の端子との間及び前記中間タップ付巻線の他方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の他方の端子との間には各々ダイオードを接続し、前記中間タップ付巻線の中間タップと前記蓄電素子２個の直列接続回路の直列接続点とを直接接続する。
【０００８】
第２の発明においては、前記変圧器の二次巻線側回路に、前記中間タップ付巻線と、前記中間タップ付巻線の一方の端子に接続されたダイオードと、前記中間タップ付巻線の他方の端子に接続されたダイオードと、を複数組備える。
【０００９】
第３の発明においては、直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路と、前記変圧器の二次巻線から前記各々の蓄電素子にエネルギーを供給するダイオードと、を備え、前記各々の蓄電素子の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置において、前記変圧器の二次巻線は、前記蓄電素子２個の直列接続回路に対して1個の中間タップ付巻線と、前記蓄電素子の１個に対して中間端子のない1個の巻線とを備え、前記中間タップ付巻線の一方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の一方の端子との間、及び前記中間タップ付巻線の他方の端子と前記蓄電素子２個の直列接続回路の他方の端子との間にダイオードを接続し、前記中間タップ付巻線の中間タップと前記蓄電素子２個の直列接続回路の直列接続点とを接続し、前記中間タップのない巻線と前記蓄電素子の１個とをダイオードを介して並列接続する。
【００１０】
第４の発明においては、前記変圧器の二次巻線側回路に、前記中間タップ付巻線と、前記中間タップ付巻線の一方の端子に接続されたダイオードと、前記中間タップ付巻線の他方の端子に接続されたダイオードとの複数組と、前記中間タップのない巻線とこの巻線に接続されたダイオードとの一組と、を兼備える。
【００１１】
第５の発明においては、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路の代わりに、別電源の正極と負極の間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路を用いる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、変圧器の二次巻線として中間タップ付巻線を用い、蓄電素子の直列数が偶数個の場合は複数個の中間タップ付巻線のみで、奇数個の場合は中間タップ付巻線と中間タップのない巻線の組み合わせで構成しているため、使用する変圧器二次巻線の端子数を減らすことができる。この結果、変圧器を小型化できるとともに、配線数が減少し、配線基板の配線面積を小さくでき、装置の小型化と低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す回路図である。
【図４】従来の実施例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の要点は、直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子全体の正極と負極との間に接続された変圧器一次巻線とスイッチ素子との直列接続回路と、前記変圧器の二次巻線から前記各々の蓄電素子にエネルギーを供給するダイオードと、を備え、前記各々の蓄電素子の端子間電圧を互いにほぼ等しい電圧に均一化する電圧均一化装置において、前記変圧器の二次巻線は、蓄電素子が偶数個の場合は前記蓄電素子２個の直列接続回路に対して1個の中間タップ付巻線を設けた複数個の巻線で、奇数個の場合は中間タップ付巻線と中間タップなしの巻線を組み合わせて、それぞれ適用している点である。
【実施例１】
【００１５】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。蓄電池を４個（偶数個）直列接続した時の電圧均一化装置の構成例である。直列接続された蓄電池Ｂ１〜Ｂ４が充放電回路３と並列接続され、各蓄電池には電圧均一化回路１０ａが接続されている。
【００１６】
また、電圧均一化回路１０ａでは、蓄電池Ｂ１〜Ｂ４の直列回路の電圧を電源として、これと並列に変圧器２ａの一次巻線w1とスイッチ素子１の直列回路が接続され、変圧器２の二次巻線w21〜w24は各々ダイオードＤ１〜Ｄ４を介して、蓄電池Ｂ１〜Ｂ４に接続されている。
【００１７】
二次巻線w21とw22は中間タップ付の巻線で、中間タップ（w21とw22の接続点）は蓄電池Ｂ１とＢ２の直列接続点に、巻線w21の一端はダイオードＤ１を介して蓄電池Ｂ１の正極に、巻線w22の一端はダイオードＤ２を介して蓄電池Ｂ２の負極に、各々接続されている。また、二次巻線w23とw24は中間タップ付の巻線で、中間タップ（w23とw24の接続点）は蓄電池Ｂ３とＢ４の直列接続点に、巻線w23の一端はダイオードＤ３を介して蓄電池Ｂ３の正極に、巻線w24の一端はダイオードＤ４を介して蓄電池Ｂ４の負極に、各々接続されている。
【００１８】
電圧制御回路４は、各蓄電池の電圧を検出し、それらの電圧が所定値となるように、スイッチング制御回路５で、スイッチ素子１をスイッチング制御するものである。蓄電池Ｂ１〜Ｂ４の電力は充放電回路３で充放電されるが、各蓄電池の電圧にアンバランスが生じるとスイッチング制御回路５でスイッチ素子１をオンオフさせ、アンバランス分の電力を補助的に供給して、各蓄電池の電圧を平衡させる。
【００１９】
即ち、スイッチ素子１をオンさせると、変圧器２ａにはエネルギーが蓄積され、オフされると、このエネルギーがダイオードＤ１〜Ｄ４を介して蓄電池Ｂ１〜Ｂ４に放出される、いわゆるフライバック形の動作である。フライバック形の場合、電圧の低い蓄電池を優先して充電するため、各巻線数を同じにすれば、各蓄電池の電圧を同じ値にすることができる。電圧均一化回路１０ａはアンバランス分の電力を補助的に供給するだけであるため、小さな電力を取り扱うことになる。
【００２０】
以上の説明から判るように、このような構成にすれば、変圧器２ａの二次巻線の端子数は、従来技術の例では８個必要であるのに対して、本実施例では６個に減少する。
【実施例２】
【００２１】
図２に、本発明の第２の実施例を示す。蓄電池を３個（奇数個）直列接続した時の電圧均一化装置の構成例である。直列接続された蓄電池Ｂ１〜Ｂ３が充放電回路３と並列接続され、各蓄電池には電圧均一化回路１０ｂが接続されている。
【００２２】
また、電圧均一化回路１０ｂでは、蓄電池Ｂ１〜Ｂ３の直列回路の電圧を電源として、これと並列に変圧器２ｂの一次巻線w1とスイッチ素子１の直列回路が接続され、変圧器２の二次巻線w21〜w23は各々ダイオードＤ１〜Ｄ３を介して、蓄電池Ｂ１〜Ｂ３に接続されている。
【００２３】
二次巻線w21とw22は中間タップ付の巻線で、中間タップ（w21とw22の接続点）は蓄電池Ｂ１とＢ２の直列接続点に、巻線w21の一端はダイオードＤ１を介して蓄電池Ｂ１の正極に、巻線w22の一端はダイオードＤ２を介して蓄電池Ｂ２の負極に、各々接続されている。また、二次巻線w23は中間タップなしの巻線で、ダイオードＤ３を介して蓄電池Ｂ３と並列接続されている。
【００２４】
電圧制御回路４は、各蓄電池の電圧を検出し、それらの電圧が所定値となるように、スイッチング制御回路５で、スイッチ素子１をスイッチング制御するものである。蓄電池Ｂ１〜Ｂ３の電力は充放電回路３で充放電されるが、各蓄電池の電圧にアンバランスが生じるとスイッチング制御回路５でスイッチ素子１をオンオフさせ、アンバランス分の電力を補助的に供給して、各蓄電池の電圧を平衡させる。
以上の説明から判るように、変圧器の二次巻線の端子数は、従来技術では６個必要であるが、本発明では５個に減少する。
【実施例３】
【００２５】
図３に、本発明の第３の実施例を示す。第1の実施例（図1）との違いは、実施例1が変圧器を駆動する変圧器１次巻線w1とスイッチ素子１の直列回路の電源が、蓄電池Ｂ１〜Ｂ４の全電圧であるのに対し、実施例３では、別電源１１となっている点である。
【００２６】
第１の実施例では、二次電池の直列数が多い場合には電源電圧が高くなるためスイッチ素子１の耐圧として高電圧に耐える素子が必要となり、高価となるが、実施例３のように、別電源とすることにより、価格を考慮した最適化が可能となる。また、別電源１１としては、補償用の電力が小さければ、制御回路の電源と共通化することも可能である。
本実施例では第１の実施例に対する適用例を示したが、第２の実施例に対しても同様に適用できることは言うまでもない。
また、スイッチング回路としてはフライバック形の回路に限られずフォワード形の回路でも適用可能である。
また、蓄電素子の直列数が多い場合には、使用する変圧器の個数を複数個とできることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、二次電池やキャパシタを直列する蓄電装置だけでなく、電力変換装置の直流電源として、キャパシタを直列接続して使用する場合のキャパシタの電圧バランス回路としても適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・スイッチ素子          ２、２ａ、２ｂ・・・変圧器
３・・・充放電回路        ４・・・電圧制御回路        ５・・・スイッチンク゛制御回路
Ｂ１〜Ｂ４・・・蓄電池          Ｄ１〜Ｄ４・・・ダイオード
１０、１０ａ、１０ｂ・・・電圧均一化回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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