(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタセルの複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴに対して前記ＦＥＴの寄生ダイオードの極性と対向する極性となるように、前記ダイオードを直列接続してスイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路を前記キャパシタセルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記キャパシタセルが複数個直列に接続されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項２】
キャパシタセルの複数個に対応して、ＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴは、２つのＦＥＴの組として直列接続されており、各々のＦＥＴの寄生ダイオードの極性の向きが、それぞれ対向するようにして、スイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路をキャパシタとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記キャパシタセルが複数個直列に接続されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセルエネルギ量調節装置と、複数個のキャパシタセルとで構成される単位エネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の単位エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続された単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセルエネルギ量調節装置と、複数個の単位エネルギ貯蔵装置とで構成されるエネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の前記エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項５】
２次電池セルの複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴの寄生ダイオードの極性と対向する極性に前記ＦＥＴと、前記ダイオードとを直列接続してスイッチング回路を構成し、前記スイッチング回路を前記２次電池セルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記２次電池セルが複数個直列に接続されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項６】
２次電池セルの複数個に対応して、ＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴは、２つのＦＥＴの組として直列接続されており、各々のＦＥＴの寄生ダイオードの極性の向きが、それぞれ対向するようにして、スイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路を２次電池セルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記２次電池セルが複数個直列に接続されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のセルエネルギ量調節装置と、複数個の２次電池セルとで構成される単位エネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の単位エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続された単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項８】
請求項７に記載のセルエネルギ量調節装置と、複数個の単位エネルギ貯蔵装置とで構成されるエネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の前記エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のセルエネルギ量調節装置を備えたことを特徴とするエネルギ貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続された電気エネルギ貯蔵セルによって構成されるエネルギ貯蔵装置に貯蔵されたエネルギ量に対して、それぞれのセルおよび複数のセルを一つの貯蔵単位としたエネルギ貯蔵装置の貯蔵エネルギ量の比率を目標の値に設定するエネルギ配分回路を備えたセルエネルギ量調節装置およびエネルギ貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャパシタなどの電気エネルギ貯蔵セルを直列に接続して、単体のセルより端子電圧が高くエネルギ貯蔵量が大きい電気エネルギ貯蔵システムを構成する際に、それぞれのセルにツェナーダイオードのような定電圧素子を並列に接続したりすることにより、各セルの電圧を均一にして、エネルギ貯蔵量を高める装置が従来から用いられている。しかし、これらの従来の方法では、エネルギ効率や平準化自由度が低い。そこで、複数の電気エネルギ貯蔵セルを接続して構成するエネルギ貯蔵装置を運用するために、新規なセル電圧平準化装置として各セルのエネルギ量を管理し、エネルギの再配分を行う機構を備えたセルエネルギ量調節装置が非常に有望である。
【０００３】
前記セルエネルギ量調節装置の代表例１を図５に示す。図５において、まずは各キャパシタセル１の電圧を測定するために、それぞれのキャパシタセルに接続されているスイッチング素子であるＦＥＴ２を順次ＯＮにして、二次側コイル７に励起される電圧を制御装置１３の電圧入力回路９で測定し、トランスの巻数比から各キャパシタセルの電圧を算出し、電圧メモリ１１に記録する。その結果、例えば、二つ目のキャパシタセルの電圧が他のキャパシタセルの電圧よりも高い場合、すなわち二つ目のキャパシタセルのエネルギ量が他のキャパシタセルのエネルギ量よりも過剰である場合、二つ目のキャパシタセルに接続されているＦＥＴ２のＯＮ・ＯＦＦを中央制御ユニット１０がスイッチ駆動回路１２を用いて制御することにより、二次側コイル７、整流器８を通って直列に接続されているキャパシタ全体にエネルギを移送する。この二次側コイル７に接続されている整流器８は、一般のダイオードでも構わないし、同期整流回路を用いて同期整流を行っても構わない。
【０００４】
これらの動作を繰り返すことによって、各キャパシタセル１の電圧を均一にして全体のエネルギ貯蔵量を増大させる。
【０００５】
図６は、セルエネルギ量調節装置の代表例２を示す図である。本装置においては、実用的にはセルを複数個直列に接続したエネルギ貯蔵装置をさらに複数個直列に接続して構成し、全体のエネルギ量を高めて運用される。その動作は、先の図５と同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記セルエネルギ量調節装置でエネルギの移送をキャパシタセル全体に行うのは、できる限り整流器の損失を小さくするためである。この際に、ＯＮにしたスイッチング回路が接続されているキャパシタセルとは別のキャパシタセルに接続されているコイルにも電圧が励起されるため、スイッチング回路にＦＥＴを用いている場合、各キャパシタセル間に寄生ダイオードの順電圧以上の電圧差があると、各キャパシタセルの間でエネルギの授受が行われる。
【０００７】
この際に、寄生ダイオードによる損失があるため、各キャパシタセルのエネルギ量の調節は、それぞれのキャパシタセル間の電圧差がダイオードの順電圧よりも大きくならないタイミングで行わなくてはならなかった。また、スイッチング回路としては、ＯＮ時の損失を考えるとＭＯＳ−ＦＥＴであるほうが好ましく、相反する課題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、各キャパシタセルの間でエネルギの授受が行われないようにして、エネルギ損失のないセルエネルギ量調節装置およびエネルギ貯蔵装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キャパシタセルもしくは二次電池セルを複数個直列に接続して任意のセルから該セルに充電されているエネルギを移送する機構を備えたセルエネルギ量調節装置のスイッチング回路にＦＥＴを用いて構成した場合に、ＦＥＴの寄生ダイオードの影響で各セル間でエネルギの授受が行われることを防ぐ手段を提供する。
【００１０】
本発明によれば、複数のキャパシタセルもしくは二次電池セルで構成したセルエネルギ量調節装置において、スイッチング回路をＦＥＴと該ＦＥＴの寄生ダイオードに対向する向きにダイオードを直列接続して構成したことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、複数のキャパシタセルもしくは二次電池で構成したエネルギ量調節装置において、スイッチング回路を寄生ダイオードが対向するように２個のＦＥＴを直列接続して構成したことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、前記のセルエネルギ量調節装置のキャパシタセルもしくは二次電池セルの代わりに、複数のキャパシタセルもしくは二次電池セルで構成したエネルギ貯蔵装置、さらにエネルギ量を調節する機構を備えたエネルギ貯蔵装置を用いてひとつの大きなセルエネルギ量調節装置を構成した場合に、前述のＦＥＴと該ＦＥＴの寄生ダイオードに対向する向きにダイオードを直列接続して構成したスイッチング回路もしくは寄生ダイオードが対向するように２個のＦＥＴを直列接続して構成したスイッチング回路のいずれか、もしくは両方を用いたことを特徴とするセルエネルギ量調節装置が得られる。
【００１３】
即ち、本発明は、キャパシタセルの複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴに対して前記ＦＥＴの寄生ダイオードの極性と対向する極性となるように、前記ダイオードを直列接続してスイッチング回路を構成し、前記スイッチング回路を前記キャパシタセルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記キャパシタセルが複数個直列に接続されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１４】
また、本発明は、キャパシタセルの複数個に対応して、ＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴは、２つのＦＥＴの組として直列接続されており、各々のＦＥＴの寄生ダイオードの極性の向きがそれぞれ対向するようにして、スイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路をキャパシタとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記キャパシタセルが複数個直列に接続されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１５】
また、本発明は、前記セルエネルギ量調節装置と、複数個のキャパシタセルとで構成される単位エネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の単位エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続された単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１６】
また、本発明は、前記セルエネルギ量調節装置と、複数個の単位エネルギ貯蔵装置とで構成されるエネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の前記エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１７】
また、本発明は、２次電池セルの複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴに対して前記ＦＥＴの寄生ダイオードの極性と対向する極性となるように、前記ダイオードを直列接続してスイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路を前記２次電池セルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記２次電池セルが複数個直列に接続されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１８】
また、本発明は、２次電池セルの複数個に対応して、ＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とを組み合わせて構成したセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴは、２つのＦＥＴの組として直列接続されており、各々のＦＥＴの寄生ダイオードの極性の向きがそれぞれ対向するようにして、スイッチング回路が構成され、前記スイッチング回路を２次電池セルとトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記２次電池セルが複数個直列に接続されたセルエネルギ量調節装置である。
【００１９】
また、本発明は、前記セルエネルギ量調節装置と、複数個の２次電池セルとで構成される単位エネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の単位エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続された単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたセルエネルギ量調節装置である。
【００２０】
また、本発明は、前記セルエネルギ量調節装置と、複数個の単位エネルギ貯蔵装置とで構成されるエネルギ貯蔵装置の複数個に対応して、それぞれＦＥＴと、ダイオードと、トランスと制御装置とが組み合わされて構成されたセルエネルギ量調節装置において、前記ＦＥＴによるスイッチング回路を個々の前記エネルギ貯蔵装置と複数のコイルを備えたトランスの一次側のコイルに直列に接続し、前記トランスのコイルに接続されたエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接続して構成されたセルエネルギ量調節装置である。
【００２１】
また、本発明は、前記のいずれかのセルエネルギ量調節装置を備えたエネルギ貯蔵装置である。
【００２２】
【実施例】
本発明の実施例によるセルエネルギ量調節装置およびエネルギ貯蔵装置について、以下に説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１によるセルエネルギ量調節装置の説明図である。図１は、４個のキャパシタセルを直列に接続して構成したセルエネルギ量調節装置を示している。各キャパシタセル１は、ＦＥＴ２とダイオード３をトランスの一次側コイル６に直列に接続されている。ここで、前記ＦＥＴ２に対して、前記ＦＥＴ２の寄生ダイオードの極性と対向する極性となるように、前記ダイオード３が直列接続されている。各キャパシタセル間の電圧差がＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧よりも小さい場合は、先に説明した図５と同じ動作でエネルギ量の調節が行える。
【００２４】
しかしながら、各キャパシタセル間の電圧差がＦＥＴ２の寄生ダイオードの順方向電圧よりも大きい場合は、図５のセルエネルギ量調節装置では電圧の低いキャパシタセルに接続されているＦＥＴ２にも電流が流れ、損失が大きくなる。そこで、図１のように、ＦＥＴ２にダイオード３を直列接続することにより、各キャパシタセル間でのエネルギ移送を防ぐことができる。
【００２５】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２によるセルエネルギ量調節装置の説明図である。図２は、４個のキャパシタセルを直列に接続して構成したセルエネルギ量調節装置を示している。各キャパシタセル１は、寄生ダイオードが対向する向きに直列に接続した２個ＦＥＴ２をトランスの一次側コイル６に直列に接続されている。先の図１の回路であると、今度はエネルギが過剰なキャパシタセルのスイッチング回路をＯＮにしたときに、ダイオード３でわずかではあるが損失が生じる。そこで、２個のＦＥＴ２を同期させて動作させることにより、回路構成は複雑になるが損失を抑えることができる。また、本回路では、２個のＦＥＴを同一信号で駆動できるように、ダイオード３を複数個用いてクランプさせて構成した。
【００２６】
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３によるセルエネルギ量調節装置の説明図である。図３は、３個のキャパシタセルを直列に接続して構成した単位エネルギ貯蔵装置を、３個直列に接続して構成したセルエネルギ量調節装置を示している。
【００２７】
最終段の二次側コイルに電圧入力回路を接続する必要はなく、制御回路を簡略化できる。動作は図２と同様であり、個々のキャパシタセルを平準化してさらに個々のエネルギ貯蔵装置を平準化することができる。
【００２８】
図４は、本発明の実施例４によるセルエネルギ量調節装置の説明図ある。図４は、４個のエネルギ貯蔵装置を直列に接続して全体のエネルギ量をさらに高くしたセルエネルギ量調節装置を示している。この個々のエネルギ貯蔵装置は、複数のキャパシタセルや複数の二次電池セルを直列に接続してセルエネルギ量調節装置を構成していても構わないし、さらに、そのようにして複数個接続したエネルギ貯蔵装置を、一つのユニットとして、複数個直列に接続したした構造になっていても構わない。
【００２９】
上記の説明において、キャパシタセルの代わりに二次電池セルもしくは複数のキャパシタセルか二次電池セルで構成したエネルギ貯蔵装置を一つのセルとして用いても構わない。
【００３０】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、複数個の電気エネルギ貯蔵セルで構成したエネルギ貯蔵装置のセルエネルギ量調節装置を、効率よく、かつ、損失を伴わずにエネルギ量を調節する手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるセルエネルギ量調節装置の説明図。
【図２】本発明の実施例２によるセルエネルギ量調節装置の説明図。
【図３】本発明の実施例３によるセルエネルギ量調節装置の説明図。
【図４】本発明の実施例４によるセルエネルギ量調節装置の説明図。
【図５】従来のセルエネルギ量調節装置の代表例１を示す図。
【図６】従来のセルエネルギ量調節装置を代表例２を示す図。
【符号の説明】
１    キャパシタセル
２，２１    ＦＥＴ
２ａ，２１ａ    （ＦＥＴの）寄生ダイオード
３    ダイオード
４    抵抗器
５    キャパシタ
６    トランスの一次側コイル
７    トランスの二次側コイル
８    整流器
９    電圧入力回路
１０    中央制御ユニット
１１    電圧メモリ
１２    スイッチ駆動回路
１３    制御装置
１４    単位エネルギ貯蔵装置
１５    エネルギ貯蔵装置
【図１】
0003759402.tif 000002
【図２】
0003759402.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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