(57)【要約】  本発明は、誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路を開示する。直列電池パックは、左、右の両部分に分けられ、左部分の電池セルが左電池パックであり、右部分の電池セルが右電池パックである。直列電池パックの首尾両端は、ＶｃｃとＧＮＤの間にあり、左、右両部分の電池は、均衡回路を介在して接続される。均衡回路は、さらに制御回路に接続される。当該回路は、均衡回路のＴＲＩＡＣのオンオフおよびエネルギー蓄積インダクタのエネルギー蓄積作用を制御することによって、電池パックの充放電過程の動的均衡を実現し、直列電池パックの非均衡現象を改善して電池パックの使用可能な容量を高め、直列電池パックの補修・交換周期を減少し、電池パックの使用寿命を延長させる。よって、当該回路は、ハイブリッド自動車、純電気自動車および蓄電発電所におけるエネルギー蓄積装置の電池管理システムに適用する。【選択図】図１
2020503834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路であって、
直列電池パックと、均衡回路と、制御回路とを含み、
前記直列電池パックは、左、右に分けられた両部分を含み、
左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックであり、
前記左電池パックは、前記右電池パックに直列に接続され、
前記左電池パックと前記右電池パックは、前記均衡回路を介在して接続され、
前記均衡回路は、さらに前記制御回路に接続され、
前記制御回路は、前記均衡回路のＴＲＩＡＣのオンオフおよびエネルギー蓄積インダクタのエネルギー蓄積作用を制御することによって、前記直列電池パックの充放電過程の動的均衡を実現することを特徴とする誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項２】
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックと前記右電池パックの電池セルの数は、ともにｎであり、
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックの電池セルの数がｎであれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であるが、前記左電池パックの電池セルの数がｎ＋１であれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎであることを特徴とする請求項１に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項３】
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎである場合、
前記左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名され、Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名され、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂｌ１の正極がＶＣＣに接続され、Ｂｒ１の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数はｎであり、上からそれぞれＬ１、Ｌ２…Ｌｎと命名され、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、
ｎ個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、順に直列に接続され、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ２端は、電池セルＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎのプラス端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池セルＢｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ２端は、電池セルＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎのマイナス端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池セルＢｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項４】
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、
前記左電池パックの電池セルの数は、ｎであり、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名され、Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名され、Ｂｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂｌ１の正極がＶＣＣに接続され、Ｂｒ０の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎと命名され、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、
ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、順に直列に接続され、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、それぞれインダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｌ０、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ２端は、電池Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎのプラス端に接続され、Ｓｌ０のＴ２端は、電池Ｂｌ１のプラス端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池Ｂｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ２端は、電池Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎのマイナス端に接続され、Ｓｒ０のＴ２端は、電池Ｂｒ１のマイナス端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池Ｂｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項５】
前記制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含み、
前記マイクロコントローラのプログラミングによって、前記直列電池パックの各電池セルの容量を分析し、前記均衡回路の制御ポリシーを決定し、
前記駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項６】
前記制御回路における制御信号の周波数の大きさは、制御される回路のエネルギー蓄積インダクタＬのインダクタンス値、ＴＲＩＡＣのスイッチング損失、電池セル電圧および電池セル容量に依存することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【請求項７】
前記直列電池パックの電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、スーパーキャパシタなどの二次電池であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック均衡の技術分野に関し、具体的には誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列電池パックは、複数の充放電サイクルを経た後に、各電池セルの残存容量の分布について、一般的に、一部の電池セルの残存容量が高めである場合、一部の電池セルの残存容量が低めである場合、一部の電池セルの残存容量が高めであり一部の電池セルの残存容量が低めである場合との３つの場合がある。
【０００３】
上記の３つの場合に対応して、国内外の学者は、彼ら自身の解決策を提案した。例えば、一部の電池セルの残存容量が高めである場合、対応するスイッチング装置を制御することによって、残存容量が高めである電池モジュールのエネルギーを抵抗で消費する並列抵抗分流方法を提案した研究者がいる。当該方法の場合、エネルギーを無駄に消費し、均衡プロセス中に大量の熱が発生し、電池の熱管理にかかる負荷が大きくなる。双方向ＤＣ−ＤＣ均衡方法や同軸トランス均衡方法などの均衡回路を提案する研究者もいるが、これらの回路にいずれもトランスが使用されているため、均衡回路のコストが高くなる。
【０００４】
現在、リチウムイオン電池パックの均衡制御方法は、均衡プロセスにおける回路のエネルギー消費に応じて、エネルギー散逸型とエネルギー非散逸型の２種類に分類することができ、均衡機能で分類すると、充電均衡、放電均衡および動的均衡に分けられる。充電均衡とは、充電プロセスにおける均衡化を指し、一般に、電池パックのセル電圧が設定値に達すると均衡化が開始し、充電電流を減らすことで過充電を防止する。放電均衡とは、放電プロセスにおける均衡化を指し、残存エネルギーの低い電池セルにエネルギーを補充することによって過放電を防止する。動的均衡方式は、充電均衡と放電均衡の利点を組み合わせており、充放電プロセス全体における電池パックの均衡化を指す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決するために、誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路を提供する。直列電池パックの電池管理システムに均衡回路を取り入れることによって、電池パックのセルが充電や放電プロセス中に過充電や過放電にならないように保証し、直列電池パックの非均衡現象を改善して電池パックの使用可能な容量を高め、直列電池パックの補修・交換周期を減少し、電池パックの使用寿命を延長させ、ハイブリッド自動車、電気自動車および蓄電発電所の運用コストを削減する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の充電プロセスにおいて、電池パックの左部分のいずれか１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーが高すぎる（図１と図３（ａ）において、電池Ｂｌ１と電池Ｂｌ２は、連続の電池セルであり、電池Ｂｌ１と電池Ｂｌ２と電池Ｂｌ３は、連続の電池セルである。すなわち、電池パックの左部分において、任意の連続する１つまたは複数の電池セルは、本発明で「連続の電池」と称され、均衡プロセスで適切に１つの全体として見なされる。電池パックの右部分の連続の電池の定義も同様である。）と、１つまたは複数の連続の高すぎるエネルギーのセルを１つの全体と見なし、当該全体のエネルギーを、当該全体に対応する右部分の電池からなる全体と均衡化する（図１と図３（ａ）において、左部分の電池Ｂｌ１は、右部分の電池Ｂｒ１に対応し、左部分の電池Ｂｌ１とＢｌ２からなる全体は、右部分の電池Ｂｒ１とＢｒ２からなる全体に対応する。すなわち、左部分の任意の連続する１つまたは複数の電池セルからなる全体は、右部分のうち、当該全体と同一または複数の連続のインダクタに並列に接続する電池からなる全体に対応する。連続のインダクタの定義は、連続の電池の定義とは同じである。右部分の電池に対応する左部分の電池の定義は同様である。）。右部分の均衡化原理は、左部分とは同様である。
【０００７】
放電プロセスにおいて、電池パックの左部分の１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーが低すぎると、１つまたは複数の低すぎるエネルギーのセルを１つの全体と見なす。当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池エネルギーが低すぎない場合、当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池と、これらの電池に接続される任意の電池の組み合わせのエネルギーを、当該低すぎるエネルギーの全体と均衡化する。当該低すぎるエネルギーの全体に対応する右部分の電池のエネルギーも低すぎる場合、均衡化を実現するには２つのステップを経らなければならない。まず、左部分の高いエネルギーの１つまたは複数の連続の電池セルのエネルギーを右部分の電池と均衡化して右部分の電池の電圧を高める。それから、上記の放電均衡の方法で均衡化する。右部分の均衡化原理は、左部分とは同様である。
【０００８】
当該直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路は、直列電池パックと、均衡回路と、制御回路から構成される。ここで、直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。電池セルの総数が２ｎ（ｎは正整数）である場合、左右部分の電池セルの数は、ともにｎである。電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であるが、左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎであってもよい。本発明は、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であることを例として説明する（左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎである場合も原理は同様である。）。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名される。電池セルの総数が２ｎである場合、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名される。電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名される。Ｂｌ１の正極は、ＶＣＣに接続される。電池セルの総数が２ｎである場合、Ｂｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、Ｂｒ０の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。電池数が２ｎである場合、均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎであり、上からそれぞれＬ１、Ｌ２…Ｌｎと命名される。電池数が２ｎ＋１である場合、均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎ＋１であり、上からそれぞれＬ０、Ｌ１…Ｌｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。ＴＲＩＡＣの制御端は、制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。電池数が２ｎである場合、ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名される。電池数が２ｎ＋１である場合、ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１…Ｓｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名される。電池セルＢｌ１の正極は、ＶＣＣに接続され、電池セルＢｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図１の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池の容量均衡化の目的を達成する。
【０００９】
均衡回路の作動原理は、以下である。
電池の数が２ｎである場合、図１に示すように、充電プロセスにおいて、左電池パックの連続の複数の電池がすべて最も高い端電圧であれば、これらの電池からなる全体に対し同時に放電均衡を行う。これらの電池をＢｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）とする（これらの電池の数は、最多で左電池パックの全電池に等しい。すなわち、ｗの最大値がｎ−１であり、ｗが０以上である。）。Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｌｉとＳｌ（ｉ＋ｗ＋１）を導通させると、電流は、Ｓｌｉ、エネルギー蓄積インダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗ、Ｓｌ（ｉ＋ｗ＋１）およびＢｌ（ｉ＋ｗ）、Ｂｌ（ｉ＋ｗ−１）…Ｂｌｉを流れる。Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）は、放電してインダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗからなる全体にエネルギーを蓄積する。電池Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）に対応する電池は、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）である。ＳｌｉとＳｌ（ｉ＋ｗ＋１）を一定期間オンにしてからオフにし、ＳｒｉとＳｒ（ｉ＋ｗ＋１）を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗ、Ｓｒ（ｉ＋ｗ＋１）、電池Ｂｒ（ｉ＋ｗ）、Ｂｒ（ｉ＋ｗ−１）…ＢｒｉおよびＳｒｉを流れる。インダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗは、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）にエネルギーを放出して、エネルギーがＢｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）からＢｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）に移行される。充電プロセスにおいて、右電池パックの連続の複数の電池がすべて最も高い端電圧であるとき、均衡原理は、左電池パックと同一である。
【００１０】
電池の数が２ｎである場合、図１に示すように、放電プロセスにおいて、左電池パックの連続の複数の電池がすべて最も低い端電圧であれば、これらの電池からなる全体に対し同時に放電均衡を行う。これらの電池をＢｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）とする（これらの電池の数は、最多で左電池パックの全電池に等しい。すなわち、ｗの最大値がｎ−１であり、ｗが０以上である。）。電池Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）に対応する電池は、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）とする。Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）からなる全体のエネルギーが低すぎない場合、一定ルールの判断によって、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）に連続する１つの電池全体は、Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）にエネルギーを提供可能である。当該全体の電池をＢｒ（ｉ−ｐ）、Ｂｒ（ｉ−ｐ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）（ｐ＋ｑ＋ｗの和の最大値がｎ−１であり、ｐが０以上であり、ｑが０以上である。）とすると、Ｓｒ（ｉ−ｐ）とＳｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）をオンにし、同時にＳｉ−ｐ、Ｓｉ−ｐ＋１…Ｓｉ＋ｑ＋ｗ＋１のうちＳｉ、Ｓｉ＋１…Ｓｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣをオンにする。この場合、電流は、Ｓｒ（ｉ−ｐ）、電池Ｂｒ（ｉ−ｐ）、Ｂｒ（ｉ−ｐ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）、Ｓｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）、インダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗおよびＳｉ−ｐ、Ｓｉ−ｐ＋１…Ｓｉ＋ｑ＋ｗ＋１のうちＳｉ、Ｓｉ＋１…Ｓｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣを流れる。Ｂｒ（ｉ−ｐ）、Ｂｒ（ｉ−ｐ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）は、放電してインダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗからなる全体にエネルギーを蓄積する。Ｓｒ（ｉ−ｐ）、Ｓｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ＋１）およびＳｉ−ｐ、Ｓｉ−ｐ＋１…Ｓｉ＋ｑ＋ｗ＋１のうちＳｉ、Ｓｉ＋１…Ｓｉ＋ｗを除いた、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣを一定期間オンにしてからオフにし、ＳｌｉとＳｌ（ｉ＋ｗ＋１）を同時にオンにすると、電流は、エネルギー蓄積インダクタＬｉ＋ｗ、Ｌｉ＋ｗ−１…Ｌｉ、Ｓｌｉ、Ｂｌｉ、Ｂｌ（ｉ＋１）…Ｂｌ（ｉ＋ｗ）およびＳｌ（ｉ＋ｗ＋１）を流れる。インダクタＬｉ、Ｌｉ＋１…Ｌｉ＋ｗは、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）にエネルギーを放出して、エネルギーがＢｒ（ｉ−ｐ）、Ｂｒ（ｉ−ｐ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｑ＋ｗ）からＢｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）に移行される。Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）からなる全体のエネルギーが低すぎると、まず左電池パックの電池から右電池パック全体に充電し、Ｂｒｉ、Ｂｒ（ｉ＋１）…Ｂｒ（ｉ＋ｗ）のエネルギーを高め、それから上記方式で放電均衡を行う。放電プロセスにおいて、右電池パックの連続の複数の電池がすべて最も低い端電圧であるとき、均衡原理は、左電池パックと同一である。
【００１１】
電池の数が２ｎ＋１である場合、図２に示すように、充電または放電プロセスにおいて、電池Ｂｒ０を除き、ほかの電池の均衡方法は、電池数が２ｎである場合と同じである。充電プロセスにおいて、電池Ｂｒ０が最も高い端電圧であれば、Ｂｒ０に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｒ０とＳｒ１を導通させると、電流は、Ｓｒ１、エネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｓｒ０およびＢｒ０を流れて放電し、インダクタＬ０にエネルギーを蓄積する。Ｓｒ０とＳｒ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓｌ０とＳｌ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ０、Ｓｌ０、電池Ｂｌ１、Ｓｌ２およびインダクタＬ１流れる。インダクタＬ０は、Ｂｌ１にエネルギーを放出して、エネルギーがＢｒ０からＢｌ１に移行される。放電プロセスにおいて、電池Ｂｒ０が最も低い端電圧であれば、Ｂｒ０に対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｌ０とＳｌｎを導通させ、ＴＲＩＡＣＳ１、Ｓ２…Ｓｎを同時に導通させると、電流は、Ｓｌ０、エネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎ、ＳｌｎおよびＢｌｎ、Ｂｌ（ｎ−１）……Ｂｌ１を流れ、インダクタＬ０にエネルギーを蓄積する。Ｓｌ０とＳｌ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓｒ０とＳｒ１を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ０、Ｓｒ１、電池Ｂｒ０およびＳ０を流れる。インダクタＬ０は、Ｂｒ０にエネルギーを放出して、エネルギーがＢｌ１、Ｂｌ２…ＢｌｎからＢｒ０移行される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、直列電池パックの電池管理システムに上記の無損失動的電池均衡技術を取り入れることによって、各セルが充電や放電プロセス中に過充電や過放電にならないように保証し、直列電池パックの非均衡現象を改善して電池パックの使用可能な容量を高め、電池パックの使用寿命を延長させ、ハイブリッド自動車、電気自動車および蓄電発電所の運用コストを削減する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電池数が２ｎである場合の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の回路原理図である。
【図２】電池数が２ｎ＋１である場合の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路の回路原理図である。
【図３】（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。
【図４】（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。
【図５】（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。
【図６】（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。
【図７】４本の電池を例とする均衡回路充電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。
【図８】４本の電池を例とする均衡回路放電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施例の目的、技術手段及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施例の図面を参照しながら、本発明の実施例の技術手段を明確且つ完全的に記載する。明らかに、記載されている実施例は、本発明の実施例の一部であり、全てではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造性のある作業を付さなくても為しえる全ての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属するものである。
【００１５】
（実施例）
図１は、電池数が２ｎである場合の均衡回路原理図である。直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。左右部分の電池セルの数は、ともにｎである。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名される。右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名される。Ｂｌ１の正極は、ＶＣＣに接続される。Ｂｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、ｎは、１以上の正整数である。電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎであり、上からそれぞれＬ１、Ｌ２…Ｌｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。すべてのＴＲＩＡＣの制御端が制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名される。電池セルＢｌ１の正極は、ＶＣＣに接続され、電池セルＢｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図示の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池の容量均衡化の目的を達成する。
【００１６】
図２は、電池数が２ｎ＋１の場合の均衡回路原理図である。直列電池パックは、左、右の両部分に分けられる。左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックである。左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であるが、左電池パックのセル数がｎ＋１、右電池パックのセル数がｎであってもよい。本発明は、左電池パックのセル数がｎ、右電池パックのセル数がｎ＋１であることを例として説明する。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名される。右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名される。Ｂｌ１の正極は、ＶＣＣに接続される。Ｂｒ０の負極は、ＧＮＤに接続される。電池の数は限定されないが、ｎは、１以上の正整数である。電池数が多くなるに伴い、均衡制御がそれに応じて複雑になり、ＴＲＩＡＣのスイッチング周波数が要件を満たせない可能性があり、エネルギー蓄積インダクタに対する要件も対応して高まり、実際の状況に応じて選択すべきである。均衡回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数がｎ＋１であり、上からそれぞれＬ０、Ｌ１…Ｌｎと命名される。インダクタと同数のＴＲＩＡＣは、インダクタの両端に並列に接続され、残りのＴＲＩＡＣの一端は、エネルギー蓄積インダクタＬの一端に接続され、他端が電池の一端に接続される。ＴＲＩＡＣの制御端は、制御回路に接続されることで、ＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御される。ＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１…Ｓｎと命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名される。電池セルＢｌ１の正極は、ＶＣＣに接続され、電池セルＢｒ１の負極は、ＧＮＤに接続される。図示の制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含む。マイクロコントローラのプログラミングによって、現在の電池の容量を分析し、回路均衡化のために採用すべき制御ポリシーを算出する。制御回路の駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることによって、電池容量の均衡化の目的を達成する。
【００１７】
図３（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ１、Ｌ２と命名される。左電池パックのセルＢｌ１がすべてのセルのうち最も高い端電圧であれば、Ｂｌに対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｌ１とＳ２を導通させると、電流は、Ｓｌ１、エネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｓｌ２およびＢｌ１を流れる。Ｂｌ１は、放電してインダクタＬ１にエネルギーを蓄積する。
【００１８】
図３（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ１、Ｌ２と命名される。図３（ａ）と１つのＰＷＭ周期内に、Ｌ１に蓄積されたエネルギーをＢｒ１に放出する。Ｓｌ１とＳｌ２を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓｒ１とＳｒ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ１、Ｓｒ２、電池Ｂｒ１およびＳｒ１を流れる。インダクタＬ１は、Ｂｒ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢｌ１からＢｒ１に移行される。
【００１９】
図４（ａ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ１、Ｌ２と命名される。左電池パックのセルＢｌ１がすべてのセルのうち最も低い端電圧であれば、Ｂｌ１に対応する電池Ｂｒ１のエネルギーが低すぎにならず、かつＢｒ１とＢｒ２からなる全体からＢｒ１にエネルギーを提供するとする。Ｂｌに対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｒ１とＳｒ３を導通させ、同時にＳ２をオンにする。すると、電流は、Ｓｒ３、Ｓ２、エネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｓｒ１およびＢｒ１、Ｂｒ２を流れる。Ｂｒ１、Ｂｒ２は、放電してインダクタＬ１にエネルギーを蓄積する。
【００２０】
図４（ｂ）は、電池数が２ｎである場合、４本の電池を例とする充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動プロセス原理図である。電池セルの総数が４であり、左右部分の電池セル数がともに２である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ１、Ｌ２と命名される。図４（ａ）と１つのＰＷＭ周期内に、Ｓｒ１、Ｓｒ３、Ｓ２を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓｌ１とＳｌ２を同時にオンにする。この場合、電流は、インダクタＬ１、Ｓｌ１、電池ＢｌおよびＳｌ２を流れる。インダクタＬ１は、Ｂｌ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢｒ１とＢｒ２からＢｌ１に移行される。
【００２１】
図５（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓ１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２と命名される。充電プロセスにおいて、電池Ｂｒ０が最も高い端電圧であれば、Ｂｒ０に対する過充電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｒ０とＳｒ１を導通させると、電流は、Ｓｒ１、エネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｓｒ０およびＢｒ０を流れて放電し、インダクタＬ０にエネルギーを蓄積する。
【００２２】
図５（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の充電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓ１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２と命名される。図５（ａ）と同じＰＷＭ周期内に、Ｓｒ０とＳｒ１を一定期間オンにしてからオフにし、Ｓｌ０とＳｌ２を同時にオンにすると、電流は、インダクタＬ０、Ｓｌ０、電池Ｂｌ１、Ｓ１２およびインダクタＬ１を流れる。インダクタＬ０からＢｌ１にエネルギーを放出し、エネルギーがＢｒ０からＢｌ１に移行される。
【００２３】
図６（ａ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ充電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓ１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２と命名される。放電プロセスにおいて、電池Ｂｒ０が最も低い端電圧であれば、Ｂｒ０に対する過放電を避けるために、１つのＰＷＭ周期内に、ＴＲＩＡＣＳｌ０とＳｌ３を導通させ、同時にＳ１、Ｓ２をオンにすると、電流は、Ｓｌ０、エネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓｌ３および電池Ｂｌ２、Ｂｌ１を流れ、インダクタＬ０にエネルギーを蓄積する。
【００２４】
図６（ｂ）は、電池数が２ｎ＋１である場合、５本の電池を例とする電池Ｂｒ０の放電プロセスにおけるインダクタ放電の作動原理図である。電池セルの総数が５であり、左部分の電池セル数がともに２であり、右部分の電池セル数がともに３である。左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２と命名され、右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２と命名され、インダクタは、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２と命名される。ＴＲＩＡＣの数は、１１であり、インダクタに並列に接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２と命名され、左電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓ１２と命名され、右電池パックに接続されるＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２と命名される。図６（ａ）と同じＰＷＭ周期内に、Ｓｌ０、Ｓｌ３、Ｓ１、Ｓ２を一定期間オンにしてからオフにし、同時にＳｒ０、Ｓｒ１をオンにする。この場合、電流は、エネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｓｒ１、電池Ｂｒ０およびＳｒ０を流れて放電する。インダクタＬ０は、Ｂｒ０にエネルギーを放出し、エネルギーがＢ１１、Ｂ１２からＢｒ０に移行される。
【００２５】
図７は、４本の電池を例とする均衡回路充電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。一定の制御精度を設定した条件で、各電池セルは、均衡回路によって電圧均衡が実現されている。
【００２６】
図８は、４本の電池を例とする均衡回路放電模擬試験における各電池セルの電圧波形図である。一定の制御精度を設定した条件で、各電池セルは、均衡回路によって電圧均衡が実現されている。
【００２７】
以上の実施例は、本発明の好適な実施形態である。しかし、本発明の実施形態は、上記実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨と原理を逸脱しない範囲で為した変更、修飾、代替、組み合わせ、簡単化などは、いずれも同等の置換手段であり、すべて本発明の保護範囲に含まれる。
【００２８】
（付記）
（付記１）
誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路であって、
直列電池パックと、均衡回路と、制御回路とを含み、
前記直列電池パックは、左、右に分けられた両部分を含み、
左部分の電池セルは、左電池パックであり、右部分の電池セルは、右電池パックであり、
前記左電池パックは、前記右電池パックに直列に接続され、
前記左電池パックと前記右電池パックは、前記均衡回路を介在して接続され、
前記均衡回路は、さらに前記制御回路に接続され、
前記制御回路は、前記均衡回路のＴＲＩＡＣのオンオフおよびエネルギー蓄積インダクタのエネルギー蓄積作用を制御することによって、前記直列電池パックの充放電過程の動的均衡を実現することを特徴とする誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００２９】
（付記２）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックと前記右電池パックの電池セルの数は、ともにｎであり、
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１（ｎは正整数）である場合、前記左電池パックの電池セルの数がｎであれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であるが、前記左電池パックの電池セルの数がｎ＋１であれば、前記右電池パックの電池セルの数は、ｎであることを特徴とする付記１に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００３０】
（付記３）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎである場合、
前記左電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名され、Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルは、上からそれぞれＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名され、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂｌ１の正極がＶＣＣに接続され、Ｂｒ１の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数はｎであり、上からそれぞれＬ１、Ｌ２…Ｌｎと命名され、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋２であり、
ｎ個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、順に直列に接続され、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ２端は、電池セルＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎのプラス端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池セルＢｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ２端は、電池セルＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎのマイナス端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池セルＢｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする付記２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００３１】
（付記４）
前記直列電池パックの電池セルの総数が２ｎ＋１である場合、
前記左電池パックの電池セルの数は、ｎであり、上からそれぞれＢｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎと命名され、Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎは、順に直列に接続され、
前記右電池パックの電池セルの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＢｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎと命名され、Ｂｒ０、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎは、順に直列に接続され、
ここで、Ｂｌ１の正極がＶＣＣに接続され、Ｂｒ０の負極がＧＮＤに接続され、
前記均衡の改良回路のエネルギー蓄積インダクタＬの数は、ｎ＋１であり、上からそれぞれＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎと命名され、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎは、順に直列に接続され、
前記均衡回路のＴＲＩＡＣの数は、３ｎ＋５であり、
ｎ＋１個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎと命名され、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、順に直列に接続され、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２…Ｓｎは、それぞれインダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの両端に並列に接続され、
さらに、ｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｌ０、Ｓｌ１、Ｓｌ２…Ｓｌ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｌ０、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｌ１、Ｓｌ２…ＳｌｎのＴ２端は、電池Ｂｌ１、Ｂｌ２、Ｂｌ３、…Ｂｌｎのプラス端に接続され、Ｓｌ０のＴ２端は、電池Ｂｌ１のプラス端に接続され、Ｓｌ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池Ｂｌｎのマイナス端に接続され、
残りのｎ＋２個のＴＲＩＡＣは、上からそれぞれＳｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２…Ｓｒ（ｎ＋１）と命名され、Ｓｒ０、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ１端は、それぞれエネルギー蓄積インダクタＬ０、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの上端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ１端は、エネルギー蓄積インダクタＬｎの下端に接続され、Ｓｒ１、Ｓｒ２…ＳｒｎのＴ２端は、電池Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３、…Ｂｒｎのマイナス端に接続され、Ｓｒ０のＴ２端は、電池Ｂｒ１のマイナス端に接続され、Ｓｒ（ｎ＋１）のＴ２端は、電池Ｂｒｎのプラス端に接続され、
全てのＴＲＩＡＣのゲートは、全てのＴＲＩＡＣのオンオフが制御回路によって制御されるように、前記制御回路に接続されていることを特徴とする付記２に記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００３２】
（付記５）
前記制御回路は、マイクロコントローラとすべてのＴＲＩＡＣの駆動回路とを含み、
前記マイクロコントローラのプログラミングによって、前記直列電池パックの各電池セルの容量を分析し、前記均衡回路の制御ポリシーを決定し、
前記駆動回路は、ＴＲＩＡＣのゲートに適切な駆動電圧またはシャットダウン電圧を供給し、ＴＲＩＡＣを実際の必要に応じてオン／オフさせることを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００３３】
（付記６）
前記制御回路における制御信号の周波数の大きさは、制御される回路のエネルギー蓄積インダクタＬのインダクタンス値、ＴＲＩＡＣのスイッチング損失、電池セル電圧および電池セル容量に依存することを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【００３４】
（付記７）
前記直列電池パックの電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、スーパーキャパシタなどの二次電池であることを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路。
【図１】
2020503834.tif 000003
【図２】
2020503834.tif 000004
【図３】
2020503834.tif 000005
【図４】
2020503834.tif 000006
【図５】
2020503834.tif 000007
【図６】
2020503834.tif 000008
【図７】
2020503834.tif 000009
【図８】
2020503834.tif 000010
【国際調査報告】
2020503834.tif 000011
2020503834.tif 000012
2020503834.tif 000013
2020503834.tif 000014