電力変換回路
【課題】２次電池を充電する際の消費電力を削減すること。
【解決手段】電力変換回路１は、トランスＴ１、Ｔ２のそれぞれが有する２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５と、負荷Ｌｏａｄと、を断続するバッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える。トランスＴ１は、２次巻線Ｗ１５に加えて、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれと接続可能に設けられた１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３を備え、トランスＴ２は、２次巻線Ｗ２５に加えて、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれと接続可能に設けられた１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３を備える。
【解決手段】電力変換回路１は、トランスＴ１、Ｔ２のそれぞれが有する２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５と、負荷Ｌｏａｄと、を断続するバッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える。トランスＴ１は、２次巻線Ｗ１５に加えて、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれと接続可能に設けられた１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３を備え、トランスＴ２は、２次巻線Ｗ２５に加えて、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれと接続可能に設けられた１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源として、２次電池が用いられる場合がある。２次電池は、充電装置により充電される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されている充電装置は、電圧源を備えており、電圧源から２次電池に電気エネルギーを供給することで、この２次電池を充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８８４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、消費電力の削減が求められている。
【０００５】
上述の課題に鑑み、本発明は、２次電池を充電する際の消費電力を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、トランス（例えば、図５のトランスＴ１に相当）が有する２次巻線（例えば、図５の２次巻線Ｗ１５に相当）と、充放電機能を有する負荷（例えば、図５の負荷Ｌｏａｄに相当）と、を断続するスイッチ手段（例えば、図５のバッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶに相当）を備え、前記トランスは、前記２次巻線と、２次電池（例えば、図５の２次電池ＢＴ１１に相当）に接続される１次巻線（例えば、図５の１次巻線Ｗ１１に相当）と、を備えることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【０００７】
この発明によれば、電力変換回路に、トランスが有する２次巻線と充放電機能を有する負荷とを断続するスイッチ手段を設けた。そして、トランスには、２次巻線と、２次電池に接続される１次巻線と、が設けられるものとした。
【０００８】
このため、スイッチ手段により、負荷の両端電圧が２次巻線の両端電圧より高い状態において、２次巻線と負荷とを接続したり切断したりすることができる。これによれば、負荷の両端電圧が２次巻線に印加されて、１次巻線に起電力が発生するので、１次巻線に接続された２次電池を充電することができる。すなわち、スイッチ手段により、負荷の電気エネルギーを２次電池に回生させて、２次電池を充電することができる。したがって、２次電池を充電する際の消費電力を削減することができる。
【０００９】
（２） 本発明は、（１）の電力変換回路について、前記２次電池は、複数設けられており（例えば、図５の２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３に相当）、前記トランスは、前記１次巻線を、前記複数の２次電池と対に複数備える（例えば、図５の１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３に相当）ことを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１０】
この発明によれば、２次電池が複数設けられており、トランスには、上述の１次巻線が、複数の２次電池と対に複数設けられているものとした。
【００１１】
このため、負荷の両端電圧を２次巻線に印加させると、複数の１次巻線に起電力が発生し、発生した起電力が複数の２次電池に印加されることとなる。したがって、負荷の電気エネルギーを複数の２次電池に回生させることができる。
【００１２】
（３） 本発明は、（２）の電力変換回路について、前記複数の２次電池は、直列接続されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１３】
この発明によれば、複数の２次電池は、直列接続されているものとした。このため、直列接続されている複数の２次電池に、負荷の電気エネルギーを回生させることができる。
【００１４】
（４） 本発明は、（２）または（３）の電力変換回路について、前記複数の２次電池は、複数組設けられており（例えば、図５では、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と、の２組に相当）、前記トランスは、前記複数の２次電池の組数と同数設けられており（例えば、図５のトランスＴ１、Ｔ２に相当）、前記複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線（例えば、図５のトランスＴ１が有する２次巻線Ｗ１５と、トランスＴ２が有する２次巻線Ｗ２５と、に相当）は、並列接続されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１５】
この発明によれば、複数の２次電池は、複数組設けられており、トランスは、複数の２次電池の組数と同数設けられるものとした。また、複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線は、並列接続されることとした。
【００１６】
このため、スイッチ手段により、負荷の両端電圧が複数の２次巻線のそれぞれの両端電圧より高い状態において、複数の２次巻線のそれぞれと負荷とを接続することができる。これによれば、負荷の両端電圧が複数の２次巻線のそれぞれに印加されるため、複数の２次巻線と同数組の複数の２次電池の全てに、負荷の電気エネルギーを回生させることができる。
【００１７】
（５） 本発明は、（１）〜（４）のいずれかの電力変換回路について、前記１次巻線および前記２次巻線は、鉄心に巻回されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１８】
この発明によれば、１次巻線および２次巻線は、鉄心に巻回されることとした。このため、１次巻線および２次巻線が鉄心に巻回されていない場合、すなわち１次巻線および２次巻線が空心である場合と比べて、これら１次巻線および２次巻線で発生する磁束を安定させることができるので、負荷の電気エネルギーをより高精度に回生させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２次電池を充電する際の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置に設けられたセルバランス回路を説明するための図である。
【図２】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図３】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図４】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置の回路図である。
【図６】前記セルバランス装置が備えるセルバランス回路の回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電力変換回路１を、図５に示す。電力変換回路１は、セルバランス装置ＡＡに設けられており、このセルバランス装置ＡＡには、セルバランス回路１０、２０も設けられている。まず図１〜４を用いて、セルバランス回路１０、２０の基本的な概念について説明し、次に図５、６を用いて、電力変換回路１およびセルバランス回路１０、２０を備えるセルバランス装置ＡＡについて説明する。
【００２３】
［セルバランス回路１００の構成］
図１は、セルバランス回路１００の回路図である。セルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧を均一化する。２次電池ＢＴ１、ＢＴ２は、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されるとともに、図示しない負荷に接続されており、この負荷の要求に応じて負荷に電力を供給することで放電される。
【００２４】
セルバランス回路１００は、トランスＴと、２次電池ＢＴ１と対に設けられた充放電部１１と、２次電池ＢＴ２と対に設けられた充放電部１２と、を備える。充放電部１１は、スイッチＳＷ１を備え、充放電部１２は、スイッチＳＷ２を備える。これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやＢＪＴで構成される。トランスＴは、２次電池ＢＴ１と対に設けられた巻線Ｗ１と、２次電池ＢＴ２と対に設けられた巻線Ｗ２と、を備える。巻線Ｗ１と巻線Ｗ２とは、同一の鉄心に巻回されており、巻線Ｗ１の巻数と、巻線Ｗ２の巻数とは、等しい。
【００２５】
巻線Ｗ１の一端には、２次電池ＢＴ１の一端が接続され、巻線Ｗ１の他端には、スイッチＳＷ１を介して２次電池ＢＴ１の他端が接続される。巻線Ｗ２の一端には、２次電池ＢＴ２の一端が接続され、巻線Ｗ２の他端には、スイッチＳＷ２を介して２次電池ＢＴ２の他端が接続される。
【００２６】
［セルバランス回路１００の動作］
以上の構成を備えるセルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１の充電電圧と２次電池ＢＴ２の充電電圧とが異なれば、これら２次電池ＢＴ１、ＢＴ２に電流を流して、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧を均一化する。具体的なセルバランス回路１００の動作について、以下に詳述する。
【００２７】
セルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、図示しない制御部により、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを同期制御する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態になると、巻線Ｗ１には２次電池ＢＴ１の充電電圧が印加され、巻線Ｗ２には２次電池ＢＴ２の充電電圧が印加されることとなる。
【００２８】
巻線Ｗ１に２次電池ＢＴ１の充電電圧が印加されると、巻線Ｗ１で磁束が発生し、この磁束が巻線Ｗ２を貫くこととなる。この磁束をΦＢ、巻線Ｗ１、Ｗ２の巻数をＮとすると、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれには、以下の式（１）に示す起電力εが発生することとなる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、巻線Ｗ１で発生する磁束は、巻線Ｗ１に印加される電圧に応じて変化する。このため、巻線Ｗ２に発生する起電力は、２次電池ＢＴ１の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００３１】
巻線Ｗ２においても、上述の巻線Ｗ１と同様に、２次電池ＢＴ２の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が巻線Ｗ１を貫くため、巻線Ｗ１には、上述の式（１）で示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、巻線Ｗ１に発生する起電力は、２次電池ＢＴ２の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００３２】
ここで、２次電池ＢＴ１の充電電圧をＶＢＴ１、２次電池ＢＴ２の充電電圧をＶＢＴ２、巻線Ｗ１の抵抗成分をＲＷ１、巻線Ｗ２の抵抗成分をＲＷ２とする。すると、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧の関係に応じて巻線Ｗ１を流れる電流ＩＷ１は、以下の式（２）のように表され、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧の関係に応じて巻線Ｗ２を流れる電流ＩＷ２は、以下の式（３）のように表されることとなる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
【数３】
【００３５】
２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しい場合には、上述の式（２）のように、巻線Ｗ１に電流が流れないとともに、上述の式（３）のように、巻線Ｗ２に電流が流れないため、２次電池ＢＴ１および２次電池ＢＴ２には、電流が流れない。
【００３６】
一方、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１が２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２より低い場合には、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が巻線Ｗ１から２次電池ＢＴ１に流れて、２次電池ＢＴ１が充電される。また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が２次電池ＢＴ２から巻線Ｗ２に流れて、２次電池ＢＴ２が放電される。
【００３７】
また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１が２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２より高い場合には、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が２次電池ＢＴ１から巻線Ｗ１に流れて、２次電池ＢＴ１が放電される。また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が巻線Ｗ２から２次電池ＢＴ２に流れて、２次電池ＢＴ２が充電される。
【００３８】
以上より、図１に示したセルバランス回路１００によれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と、２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２と、を等しくすることができる。この図１に示したセルバランス回路１００は、図２のように表すこともできる。
【００３９】
［セルバランス回路１００Ａの構成］
図３は、セルバランス回路１００Ａの回路図である。セルバランス回路１００Ａは、図２に示したセルバランス回路１００とは、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２が直列接続されている点が異なる。セルバランス回路１００Ａにおいて、セルバランス回路１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
［セルバランス回路１００Ａの動作］
図３に示したセルバランス回路１００Ａについても、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御することで、セルバランス回路１００と同様の効果を奏することができる。ところが、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２は直流電力を出力するため、図１、２に示したセルバランス回路１００や、図３に示したセルバランス回路１００Ａでは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態のままにしておくと、トランスＴが飽和してしまう。このトランスＴの飽和を防止できるのが、図４に示すセルバランス回路１００Ｂである。
【００４１】
［セルバランス回路１００Ｂの構成］
セルバランス回路１００Ｂは、図３に示したセルバランス回路１００Ａとは、制御部５０を備える点と、スイッチＳＷ１の代わりにバッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１を備える点と、スイッチＳＷ２の代わりにバッファＢＵＦ２およびインバータＩＮＶ２を備える点と、が異なる。セルバランス回路１００Ｂにおいて、図３に示したセルバランス回路１００Ａと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
バッファＢＵＦ１の入力端子と、インバータＩＮＶ１の入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ１の出力端子には、巻線Ｗ１の一端が接続され、インバータＩＮＶ１の出力端子には、巻線Ｗ１の他端が接続される。バッファＢＵＦ１の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１の一端が接続され、バッファＢＵＦ１の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１の他端が接続される。
【００４３】
バッファＢＵＦ２およびインバータＩＮＶ２についても、上述のバッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１と同様に、２次電池ＢＴ２および巻線Ｗ２に接続される。なお、バッファＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ２の入力端子とには、制御部５０が、キャパシタＣＤ１を介して接続される。
【００４４】
［セルバランス回路１００Ｂの動作］
制御部５０は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、デューティ比が５０％の制御信号を出力する。この制御信号は、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の入力端子と、に入力されるため、これらバッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２とインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２とは、同期制御されることとなる。
【００４５】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２において、出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２において、出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの一端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの他端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの他端と、が接続され、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれに２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００４６】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２において、出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２において、出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの一端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの他端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの一端と、が接続され、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれに２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００４７】
以上より、上述のセルバランス回路１００、１００Ａと同様に、２次電池ＢＴ１の充電電圧と２次電池ＢＴ２の充電電圧との関係に応じた電流が、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２に流れることとなる。
【００４８】
なお、制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合とＬレベルの場合とでは、巻線Ｗ１の他端を基準とした一端の電圧の極性が反転するとともに、巻線Ｗ２の他端を基準とした一端の電圧の極性も反転する。このため、トランスＴの飽和が防止されることとなる。
【００４９】
［セルバランス装置ＡＡの構成］
図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換回路１と、セルバランス回路１０、２０と、を備えるセルバランス装置ＡＡの回路図である。セルバランス装置ＡＡは、直列接続された２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と、直列接続された２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と、のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【００５０】
２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３は、負荷Ｌｏａｄの要求に応じて負荷Ｌｏａｄに電力を供給することで放電される。また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３は、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されたり、負荷Ｌｏａｄからの電気エネルギーの回生により充電されたりする。なお、負荷Ｌｏａｄとしては、充放電機能を有する負荷、例えばモータや２次電池や商用電源を適用できる。
【００５１】
セルバランス装置ＡＡは、電力変換回路１と、セルバランス回路１０、２０と、制御部５０と、を備える。
【００５２】
＜電力変換回路１の構成＞
電力変換回路１は、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える。バッファＢＵＦの入力端子と、インバータＩＮＶの入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦの出力端子には、後述の２次巻線Ｗ１５の一端と、後述の２次巻線Ｗ２５の一端と、が接続され、インバータＩＮＶの出力端子には、後述の２次巻線Ｗ１５の他端と、後述の２次巻線Ｗ２５の他端と、が接続される。すなわち、２次巻線Ｗ１５と２次巻線Ｗ２５とは、並列接続される。バッファＢＵＦの高電位側制御端子と、インバータＩＮＶの高電位側制御端子とには、負荷Ｌｏａｄの一端が接続され、バッファＢＵＦの低電位側制御端子と、インバータＩＮＶの低電位側制御端子とには、負荷Ｌｏａｄの他端が接続される。
【００５３】
＜セルバランス回路１０の構成＞
セルバランス回路１０は、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と対に設けられ、充放電部１１〜１３と、トランスＴ１と、を備える。トランスＴ１は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３と、上述の２次巻線Ｗ１５と、を備える。１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの巻数は等しい。このセルバランス回路１０について、図６を用いて詳述する。
【００５４】
充放電部１１は、２次電池ＢＴ１１および１次巻線Ｗ１１と対に設けられ、バッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１を備える。バッファＢＵＦ１の入力端子と、インバータＩＮＶ１の入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ１の出力端子には、１次巻線Ｗ１１の一端が接続され、インバータＩＮＶ１の出力端子には、１次巻線Ｗ１１の他端が接続される。バッファＢＵＦ１の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１１の一端が接続され、バッファＢＵＦ１の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１１の他端が接続される。
【００５５】
充放電部１２は、２次電池ＢＴ１２および１次巻線Ｗ１２と対に設けられ、バッファＢＵＦ２、インバータＩＮＶ２、およびキャパシタＣＤ１を備える。バッファＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ２の入力端子とには、キャパシタＣＤ１を介して制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ２の出力端子には、１次巻線Ｗ１２の一端が接続され、インバータＩＮＶ２の出力端子には、１次巻線Ｗ１２の他端が接続される。バッファＢＵＦ２の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ２の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１２の一端が接続され、バッファＢＵＦ２の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ２の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１２の他端が接続される。
【００５６】
充放電部１３は、２次電池ＢＴ１３および１次巻線Ｗ１３と対に設けられ、バッファＢＵＦ３、インバータＩＮＶ３、およびキャパシタＣＤ２を備える。バッファＢＵＦ３の入力端子と、インバータＩＮＶ３の入力端子とには、キャパシタＣＤ２およびキャパシタＣＤ１を介して制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ３の出力端子には、１次巻線Ｗ１３の一端が接続され、インバータＩＮＶ３の出力端子には、１次巻線Ｗ１３の他端が接続される。バッファＢＵＦ３の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ３の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１３の一端が接続され、バッファＢＵＦ３の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ３の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１３の他端が接続される。
【００５７】
＜セルバランス回路２０の構成＞
セルバランス回路２０は、セルバランス回路１０と同様に、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と対に設けられ、充放電部２１〜２３と、トランスＴ２と、を備える。充放電部２１〜２３のそれぞれは、充放電部１１〜１３のそれぞれと同様の構成を備える。トランスＴ２は、トランスＴ１と同様に、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３と、上述の２次巻線Ｗ２５と、を備える。１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの巻数は等しい。また、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの巻数は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの巻数とも等しく、２次巻線Ｗ２５の巻数は、２次巻線Ｗ１５の巻数と等しい。
【００５８】
［セルバランス装置ＡＡの動作］
以上の構成を備えるセルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充放電時において、後述の充電モード、放電モード、および回生モードのうちのいずれかで動作する。また、セルバランス回路１０、２０により、上述のセルバランス回路１００、１００Ａ、１００Ｂと同様に、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のうち少なくとも１つの充電電圧が他の充電電圧と異なれば、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に電流を流して、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【００５９】
＜２次電池の充電電圧の均一化＞
【００６０】
制御部５０は、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充放電時において、デューティ比が５０％の制御信号を出力する。この制御信号は、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータの入力端子に入力される。
【００６１】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファにおいて、出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたインバータにおいて、出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、が接続される。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００６２】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファにおいて、出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたインバータにおいて、出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、が接続される。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００６３】
１次巻線Ｗ１１に２次電池ＢＴ１１の充電電圧が印加されると、１次巻線Ｗ１１で磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１２および１次巻線Ｗ１３を貫くため、これら１次巻線Ｗ１２および１次巻線Ｗ１３には、上述の式（１）で示したものと同様の起電力が発生することとなる。
【００６４】
ここで、１次巻線Ｗ１１で発生する磁束は、１次巻線Ｗ１１に印加される電圧に応じて変化する。このため、１次巻線Ｗ１２、Ｗ１３のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１１の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６５】
１次巻線Ｗ１２においても、上述の１次巻線Ｗ１１と同様に、２次電池ＢＴ１２の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１を貫くため、１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１のそれぞれには、上述の式（１）に示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１２の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６６】
１次巻線Ｗ１３においても、上述の１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２と同様に、２次電池ＢＴ１３の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２を貫くため、１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２のそれぞれには、上述の式（１）に示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１３の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６７】
ここで、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しい場合には、上述の式（２）のように、１次巻線Ｗ１１を電流が流れないとともに、上述の式（３）のように、１次巻線Ｗ１２を電流が流れないため、２次電池ＢＴ１１、ＢＴ１２には、電流が流れない。
【００６８】
一方、２次電池ＢＴ１１の充電電圧が２次電池ＢＴ１２の充電電圧より低い場合には、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が１次巻線Ｗ１１から２次電池ＢＴ１１に流れて、２次電池ＢＴ１１が充電される。また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が２次電池ＢＴ１２から１次巻線Ｗ１２に流れて、２次電池ＢＴ１２が放電される。
【００６９】
また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧が２次電池ＢＴ１２の充電電圧より高い場合には、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が２次電池ＢＴ１１から１次巻線Ｗ１１に流れて、２次電池ＢＴ１１が放電される。また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が１次巻線Ｗ１２から２次電池ＢＴ１２に流れて、２次電池ＢＴ１２が充電される。
【００７０】
上述の２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧との関係と同様に、２次電池ＢＴ１２の充電電圧と２次電池ＢＴ１３の充電電圧と、および、２次電池ＢＴ１３の充電電圧と２次電池ＢＴ１１の充電電圧と、においても、それぞれの充電電圧の関係に応じた電流が各２次電池を流れて、各２次電池が充電または放電される。そして、その結果、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれの充電電圧が等しくなる。
【００７１】
２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれについても、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれと同様に、充電電圧が等しくなる。
【００７２】
ここで、２次巻線Ｗ１５の両端電圧は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの両端電圧に応じて変化し、２次巻線Ｗ２５の両端電圧は、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの両端電圧に応じて変化する。そして、２次巻線Ｗ１５と２次巻線Ｗ２５とは、上述のように並列接続されるため、２次巻線Ｗ１５の両端電圧と、２次巻線Ｗ２５の両端電圧とは、等しくなる。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３の両端電圧と、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３の両端電圧と、も等しくなる。よって、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれの充電電圧と、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧と、も等しくなる。
【００７３】
＜充電モード＞
上述の充電モードでは、セルバランス装置ＡＡは、図示しない充電回路により、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれを充電する。
【００７４】
＜放電モードおよび回生モード＞
制御部５０から出力されるデューティ比が５０％の制御信号は、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータの入力端子だけでなく、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶの入力端子にも入力される。このため、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶは、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータと同期して動作する。
【００７５】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、バッファＢＵＦの出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶの出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、負荷Ｌｏａｄの一端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端と、が導通するとともに、負荷Ｌｏａｄの他端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの他端と、が導通することとなる。
【００７６】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、バッファＢＵＦの出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶの出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、負荷Ｌｏａｄの一端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの他端と、が導通するとともに、負荷Ｌｏａｄの他端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端と、が導通することとなる。
【００７７】
ここで、負荷Ｌｏａｄの他端を基準とした一端の電圧、すなわち負荷Ｌｏａｄの両端電圧をＶｉｏとし、２次巻線Ｗ２５の他端を基準とした一端の電圧、すなわち２次巻線Ｗ２５の両端電圧をＶＷ２５とする。すると、以下の式（４）を満たす場合には、放電モードとなる。
【００７８】
【数４】
【００７９】
上述の式（４）を満たす場合には、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを介して、２次巻線Ｗ２５の両端電圧ＶＷ２５が負荷Ｌｏａｄに供給される。ここで、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに印加され、その結果、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれに起電力が発生する。このため、上述の式（４）を満たす場合、すなわち放電モードでは、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える電力変換回路１により、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれから負荷Ｌｏａｄに電力が供給され、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３が放電されることとなる。
【００８０】
一方、以下の式（５）を満たす場合には、回生モードとなる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
上述の式（５）を満たす場合には、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを介して、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５に供給される。ここで、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれに電圧が印加されると、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに起電力が発生し、これら起電力が２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに供給される。このため、上述の式（５）を満たす場合、すなわち回生モードでは、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える電力変換回路１により、負荷Ｌｏａｄから２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に電気エネルギーが回生され、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３が充電されることとなる。
【００８３】
以上の電力変換回路１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８４】
負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ２５の両端電圧ＶＷ２５より高い状態において、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれと負荷Ｌｏａｄとを接続することができる。これによれば、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に回生させて、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３を充電することができる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電を上述の充電モードで行う時間を短縮することができるので、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３を充電する際の消費電力を削減することができる。
【００８５】
また、以上の電力変換回路１を備えるセルバランス装置ＡＡによれば、以下の効果を奏することができる。
【００８６】
上述の特許文献１に示されている回路は、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧の均一化を、ダイオードを用いて行う。ここで、ダイオードの順方向電圧は、温度に応じて変化するため、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧を正確に均一化することができないおそれがあった。これに対して、セルバランス装置ＡＡは、上述の特許文献１に示されている回路が必要としていたダイオードを、充電電圧を均一化するために用いることはない。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を正確に均一化することができる。
【００８７】
また、仮に、上述のダイオードの順方向電圧の温度に応じた変化を無視できたとしても、上述の特許文献１に示されている回路は、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧の均一化を、２次電池の充電時にのみ行うため、２次電池の放電時には充電電圧が不均一となってしまい、セルバランスを安定させることができなかった。これに対して、セルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を等しくすることができる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時だけでなく放電時においても、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を正確に均一化させることができ、セルバランスを安定させることができる。
【００８８】
また、セルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を検出することなく、動作する。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を監視する必要がないため、充電電圧を監視する素子や回路が不要であり、セルバランス装置ＡＡを低コスト化および小型化することができる。
【００８９】
また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時および放電時において、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電電圧に差が生じるのを抑制できるので、一時的に劣化領域に達してしまうのを防止して、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の劣化を抑制できる。
【００９０】
また、制御部５０から出力される制御信号のデューティ比が５０％であるため、第１期間と第２期間とを等しい時間で交互に設けることができる。ここで、第１期間とは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、が接続される期間のことである。また、第２期間とは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、が接続される期間のことである。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧をより正確に均一化させることができる。
【００９１】
また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を均一化させる手法として、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに対して、抵抗を１つずつ並列接続することが考えられる。ところが、この手法によれば、抵抗での放電により電力損失が大きくなってしまうとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに流すことのできる電流が抵抗により制限されてしまう。これに対して、セルバランス装置ＡＡには、トランスＴ１、Ｔ２は設けられているが、抵抗は設けられていない。このため、電力損失を低減できる。また、トランスＴ１、Ｔ２に設けられた１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３および２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５の抵抗値は、抵抗の抵抗値と比べて大幅に小さいため、トランスＴ１、Ｔ２により制限される電流は、抵抗により制限される電流と比べて大幅に小さくなる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに対して上述のように抵抗を１つずつ並列接続した場合と比べて、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に流すことのできる電流を大きくすることができる。
【００９２】
また、制御部５０から出力される制御信号のデューティ比が５０％である。このため、制御信号の電圧レベルに応じて反転する、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３および２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端の電圧の極性は、周期的に反転することとなる。したがって、トランスＴ１、Ｔ２が飽和してしまうのを防止することができる。
【００９３】
また、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とは、同一の鉄心に巻回されている。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とが鉄心に巻回されていない場合、すなわち１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とが空心である場合と比べて、これら１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とで発生する磁束を安定させることができる。また、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とも、同一の鉄心に巻回されているため、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とが鉄心に巻回されていない場合と比べて、これら１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とで発生する磁束を安定させることができる。したがって、セルバランスをより高精度に安定させることができるとともに、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３により高精度に回生させることができる。
【００９４】
（第２実施形態）
［セルバランス装置ＢＢの構成］
図７は、本発明の第２実施形態に係る電力変換回路１Ａと、セルバランス回路３０と、を備えるセルバランス装置ＢＢの回路図である。セルバランス装置ＢＢは、直列接続された２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧を均一化する。なお、セルバランス装置ＢＢにおいて、図５に示したセルバランス装置ＡＡと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３は、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、負荷Ｌｏａｄの要求に応じて負荷Ｌｏａｄに電力を供給することで放電される。また、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３は、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されたり、負荷Ｌｏａｄからの電気エネルギーの回生により充電されたりする。
【００９６】
セルバランス装置ＢＢは、電力変換回路１Ａと、セルバランス回路３０と、制御部５０Ａと、を備える。
【００９７】
＜電力変換回路１Ａの構成＞
電力変換回路１Ａは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ４およびキャパシタＣＤ３を備える。スイッチ素子Ｑ４のドレインには、後述の２次巻線Ｗ３５の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ４のソースには、負荷Ｌｏａｄの他端と、キャパシタＣＤ３の他方の電極と、が接続される。後述の２次巻線Ｗ３５の一端には、負荷Ｌｏａｄの一端と、キャパシタＣＤ３の一方の電極と、が接続される。
【００９８】
＜セルバランス回路３０の構成＞
セルバランス回路３０は、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３と対に設けられ、充放電部３１〜３３と、トランスＴ３と、を備える。トランスＴ３は、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３と、上述の２次巻線Ｗ３５と、を備える。１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれと２次巻線Ｗ３５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれの巻数は等しい。
【００９９】
充放電部３１は、２次電池ＢＴ３１および１次巻線Ｗ３１と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１を備える。スイッチ素子Ｑ１のドレインには、１次巻線Ｗ３１の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ１のソースには、２次電池ＢＴ３１の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ１のゲートには、制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３１の一端には、１次巻線Ｗ３１の一端が接続される。
【０１００】
充放電部３２は、２次電池ＢＴ３２および１次巻線Ｗ３２と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２およびキャパシタＣＤ１を備える。スイッチ素子Ｑ２のドレインには、１次巻線Ｗ３２の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、２次電池ＢＴ３２の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ２のゲートには、キャパシタＣＤ１を介して制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３２の一端には、１次巻線Ｗ３２の一端が接続される。
【０１０１】
充放電部３３は、２次電池ＢＴ３３および１次巻線Ｗ３３と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ３およびキャパシタＣＤ２を備える。スイッチ素子Ｑ３のドレインには、１次巻線Ｗ３３の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ３のソースには、２次電池ＢＴ３３の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ３のゲートには、キャパシタＣＤ２およびキャパシタＣＤ１を介して制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３３の一端には、１次巻線Ｗ３３の一端が接続される。
【０１０２】
［セルバランス装置ＢＢの動作］
以上の構成を備えるセルバランス装置ＢＢは、図５に示したセルバランス装置ＡＡと同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充放電時において、上述の充電モード、放電モード、および回生モードのうちいずれかで動作する。また、セルバランス回路３０により、図５に示したセルバランス回路１０、２０と同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のうち少なくとも１つの充電電圧が他の充電電圧と異なれば、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に電流を流して、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【０１０３】
＜２次電池の充電電圧の均一化＞
制御部５０Ａは、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充放電時において、デューティ比が５０％の第１制御信号を出力するとともに、第１制御信号の極性を反転させた第２制御信号を出力する。第１制御信号は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれのゲートに入力され、第２制御信号は、スイッチ素子Ｑ４のゲートに入力される。これによれば、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３と、スイッチ素子Ｑ４と、が同期制御され、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオンするタイミングで、スイッチ素子Ｑ４がターンオフするとともに、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオフするタイミングで、スイッチ素子Ｑ４がターンオンする。
【０１０４】
第１制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がオン状態であり、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれに、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。これによれば、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧が等しくなる。また、２次巻線Ｗ３５の両端電圧は、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれの両端電圧に応じて変化する。
【０１０５】
＜充電モード＞
上述の充電モードでは、セルバランス装置ＢＢは、セルバランス装置ＡＡと同様に、図示しない充電回路により、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれを充電する。
【０１０６】
＜放電モード＞
第１制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化した場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオフし、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれにフライバック電圧が生じる。ここで、第１制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化したタイミングで、第２制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化し、スイッチ素子Ｑ４がターンオンする。
【０１０７】
ここで、２次巻線Ｗ３５の他端を基準とした一端の電圧、すなわち２次巻線Ｗ３５の両端電圧をＶＷ３５とする。すると、２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５と、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏと、が以下の式（６）を満たす場合には、放電モードとなる。
【０１０８】
【数６】
【０１０９】
上述の式（６）を満たす場合、すなわち放電モードでは、オン状態のスイッチ素子Ｑ４を介して、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれから負荷Ｌｏａｄに電力が供給され、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３が放電されることとなる。
【０１１０】
＜回生モード＞
第１制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化した場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオンする。ここで、第１制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化したタイミングで、第２制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化し、スイッチ素子Ｑ４がターンオフし、２次巻線Ｗ３５にフライバック電圧が生じる。
【０１１１】
ここで、２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５と、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏと、が以下の式（７）を満たす場合には、回生モードとなる。
【０１１２】
【数７】
【０１１３】
上述の式（７）を満たす場合、すなわち回生モードでは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３の各ボディーダイオードを介して、負荷Ｌｏａｄから２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に電気エネルギーが回生され、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３が充電されることとなる。
【０１１４】
以上の電力変換回路１Ａによれば、以下の効果を奏することができる。
【０１１５】
負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５より高い状態において、２次巻線Ｗ３５と負荷Ｌｏａｄとを接続した状態から切断した状態にすることができる。これによれば、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーにより２次巻線Ｗ３５にフライバック電圧を生じさせ、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に回生させて、これら２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３を充電することができる。このため、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充電を上述の充電モードで行う時間を短縮することができるので、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３を充電する際の消費電力を削減することができる。
【０１１６】
また、以上の電力変換回路１Ａを備えるセルバランス装置ＢＢによれば、図５に示したセルバランス装置ＡＡが奏することのできる効果と同様の効果を奏することができる。
【０１１７】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１１８】
例えば、上述の実施形態では、３つの２次電池が直列接続されている場合ついて説明したが、これに限らない。例えば、４つの２次電池が直列接続されている場合や、５つの２次電池が直列接続されている場合に対しても、本発明の電力変換回路を適用することができる。
【０１１９】
また、上述の実施形態では、３つの２次電池を直列接続したものが２組ある場合について説明したが、これに限らない。例えば、１組ある場合や、３組ある場合に対しても、本発明の電力変換回路を適用することができる。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とや、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とや、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれと２次巻線Ｗ３５とについて、同一の鉄心に巻回されているものとしたが、これに限らず、例えば鉄心がないものとしてもよいし、互いに異なる鉄心に巻回されるものとしてもよい。
【０１２１】
また、上述の実施形態において、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３とセルバランス回路１０とを一体に設けたり、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３とセルバランス回路２０とを一体に設けたり、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３とセルバランス回路３０とを一体に設けたりしてもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１Ａ；電力変換回路
１０、２０、３０、１００、１００Ａ、１００Ｂ；セルバランス回路
１１〜１３、２１〜２３、３１〜３３；充放電部
５０、５０Ａ；制御部
ＡＡ、ＢＢ；セルバランス装置
ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３；２次電池
ＢＵＦ、ＢＵＦ１〜ＢＵＦ３；バッファ
ＩＮＶ、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３；インバータ
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３；トランス
Ｌｏａｄ；負荷
Ｑ１〜Ｑ４；スイッチ素子
ＳＷ１、ＳＷ２；スイッチ
Ｗ１、Ｗ２；巻線
Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３；１次巻線
Ｗ１５、Ｗ２５；２次巻線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源として、２次電池が用いられる場合がある。２次電池は、充電装置により充電される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されている充電装置は、電圧源を備えており、電圧源から２次電池に電気エネルギーを供給することで、この２次電池を充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８８４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、消費電力の削減が求められている。
【０００５】
上述の課題に鑑み、本発明は、２次電池を充電する際の消費電力を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、トランス（例えば、図５のトランスＴ１に相当）が有する２次巻線（例えば、図５の２次巻線Ｗ１５に相当）と、充放電機能を有する負荷（例えば、図５の負荷Ｌｏａｄに相当）と、を断続するスイッチ手段（例えば、図５のバッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶに相当）を備え、前記トランスは、前記２次巻線と、２次電池（例えば、図５の２次電池ＢＴ１１に相当）に接続される１次巻線（例えば、図５の１次巻線Ｗ１１に相当）と、を備えることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【０００７】
この発明によれば、電力変換回路に、トランスが有する２次巻線と充放電機能を有する負荷とを断続するスイッチ手段を設けた。そして、トランスには、２次巻線と、２次電池に接続される１次巻線と、が設けられるものとした。
【０００８】
このため、スイッチ手段により、負荷の両端電圧が２次巻線の両端電圧より高い状態において、２次巻線と負荷とを接続したり切断したりすることができる。これによれば、負荷の両端電圧が２次巻線に印加されて、１次巻線に起電力が発生するので、１次巻線に接続された２次電池を充電することができる。すなわち、スイッチ手段により、負荷の電気エネルギーを２次電池に回生させて、２次電池を充電することができる。したがって、２次電池を充電する際の消費電力を削減することができる。
【０００９】
（２） 本発明は、（１）の電力変換回路について、前記２次電池は、複数設けられており（例えば、図５の２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３に相当）、前記トランスは、前記１次巻線を、前記複数の２次電池と対に複数備える（例えば、図５の１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３に相当）ことを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１０】
この発明によれば、２次電池が複数設けられており、トランスには、上述の１次巻線が、複数の２次電池と対に複数設けられているものとした。
【００１１】
このため、負荷の両端電圧を２次巻線に印加させると、複数の１次巻線に起電力が発生し、発生した起電力が複数の２次電池に印加されることとなる。したがって、負荷の電気エネルギーを複数の２次電池に回生させることができる。
【００１２】
（３） 本発明は、（２）の電力変換回路について、前記複数の２次電池は、直列接続されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１３】
この発明によれば、複数の２次電池は、直列接続されているものとした。このため、直列接続されている複数の２次電池に、負荷の電気エネルギーを回生させることができる。
【００１４】
（４） 本発明は、（２）または（３）の電力変換回路について、前記複数の２次電池は、複数組設けられており（例えば、図５では、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と、の２組に相当）、前記トランスは、前記複数の２次電池の組数と同数設けられており（例えば、図５のトランスＴ１、Ｔ２に相当）、前記複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線（例えば、図５のトランスＴ１が有する２次巻線Ｗ１５と、トランスＴ２が有する２次巻線Ｗ２５と、に相当）は、並列接続されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１５】
この発明によれば、複数の２次電池は、複数組設けられており、トランスは、複数の２次電池の組数と同数設けられるものとした。また、複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線は、並列接続されることとした。
【００１６】
このため、スイッチ手段により、負荷の両端電圧が複数の２次巻線のそれぞれの両端電圧より高い状態において、複数の２次巻線のそれぞれと負荷とを接続することができる。これによれば、負荷の両端電圧が複数の２次巻線のそれぞれに印加されるため、複数の２次巻線と同数組の複数の２次電池の全てに、負荷の電気エネルギーを回生させることができる。
【００１７】
（５） 本発明は、（１）〜（４）のいずれかの電力変換回路について、前記１次巻線および前記２次巻線は、鉄心に巻回されることを特徴とする電力変換回路を提案している。
【００１８】
この発明によれば、１次巻線および２次巻線は、鉄心に巻回されることとした。このため、１次巻線および２次巻線が鉄心に巻回されていない場合、すなわち１次巻線および２次巻線が空心である場合と比べて、これら１次巻線および２次巻線で発生する磁束を安定させることができるので、負荷の電気エネルギーをより高精度に回生させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２次電池を充電する際の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置に設けられたセルバランス回路を説明するための図である。
【図２】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図３】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図４】前記セルバランス回路を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置の回路図である。
【図６】前記セルバランス装置が備えるセルバランス回路の回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電力変換回路を備えるセルバランス装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電力変換回路１を、図５に示す。電力変換回路１は、セルバランス装置ＡＡに設けられており、このセルバランス装置ＡＡには、セルバランス回路１０、２０も設けられている。まず図１〜４を用いて、セルバランス回路１０、２０の基本的な概念について説明し、次に図５、６を用いて、電力変換回路１およびセルバランス回路１０、２０を備えるセルバランス装置ＡＡについて説明する。
【００２３】
［セルバランス回路１００の構成］
図１は、セルバランス回路１００の回路図である。セルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧を均一化する。２次電池ＢＴ１、ＢＴ２は、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されるとともに、図示しない負荷に接続されており、この負荷の要求に応じて負荷に電力を供給することで放電される。
【００２４】
セルバランス回路１００は、トランスＴと、２次電池ＢＴ１と対に設けられた充放電部１１と、２次電池ＢＴ２と対に設けられた充放電部１２と、を備える。充放電部１１は、スイッチＳＷ１を備え、充放電部１２は、スイッチＳＷ２を備える。これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやＢＪＴで構成される。トランスＴは、２次電池ＢＴ１と対に設けられた巻線Ｗ１と、２次電池ＢＴ２と対に設けられた巻線Ｗ２と、を備える。巻線Ｗ１と巻線Ｗ２とは、同一の鉄心に巻回されており、巻線Ｗ１の巻数と、巻線Ｗ２の巻数とは、等しい。
【００２５】
巻線Ｗ１の一端には、２次電池ＢＴ１の一端が接続され、巻線Ｗ１の他端には、スイッチＳＷ１を介して２次電池ＢＴ１の他端が接続される。巻線Ｗ２の一端には、２次電池ＢＴ２の一端が接続され、巻線Ｗ２の他端には、スイッチＳＷ２を介して２次電池ＢＴ２の他端が接続される。
【００２６】
［セルバランス回路１００の動作］
以上の構成を備えるセルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１の充電電圧と２次電池ＢＴ２の充電電圧とが異なれば、これら２次電池ＢＴ１、ＢＴ２に電流を流して、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧を均一化する。具体的なセルバランス回路１００の動作について、以下に詳述する。
【００２７】
セルバランス回路１００は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、図示しない制御部により、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを同期制御する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態になると、巻線Ｗ１には２次電池ＢＴ１の充電電圧が印加され、巻線Ｗ２には２次電池ＢＴ２の充電電圧が印加されることとなる。
【００２８】
巻線Ｗ１に２次電池ＢＴ１の充電電圧が印加されると、巻線Ｗ１で磁束が発生し、この磁束が巻線Ｗ２を貫くこととなる。この磁束をΦＢ、巻線Ｗ１、Ｗ２の巻数をＮとすると、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれには、以下の式（１）に示す起電力εが発生することとなる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、巻線Ｗ１で発生する磁束は、巻線Ｗ１に印加される電圧に応じて変化する。このため、巻線Ｗ２に発生する起電力は、２次電池ＢＴ１の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００３１】
巻線Ｗ２においても、上述の巻線Ｗ１と同様に、２次電池ＢＴ２の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が巻線Ｗ１を貫くため、巻線Ｗ１には、上述の式（１）で示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、巻線Ｗ１に発生する起電力は、２次電池ＢＴ２の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００３２】
ここで、２次電池ＢＴ１の充電電圧をＶＢＴ１、２次電池ＢＴ２の充電電圧をＶＢＴ２、巻線Ｗ１の抵抗成分をＲＷ１、巻線Ｗ２の抵抗成分をＲＷ２とする。すると、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧の関係に応じて巻線Ｗ１を流れる電流ＩＷ１は、以下の式（２）のように表され、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧の関係に応じて巻線Ｗ２を流れる電流ＩＷ２は、以下の式（３）のように表されることとなる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
【数３】
【００３５】
２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しい場合には、上述の式（２）のように、巻線Ｗ１に電流が流れないとともに、上述の式（３）のように、巻線Ｗ２に電流が流れないため、２次電池ＢＴ１および２次電池ＢＴ２には、電流が流れない。
【００３６】
一方、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１が２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２より低い場合には、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が巻線Ｗ１から２次電池ＢＴ１に流れて、２次電池ＢＴ１が充電される。また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が２次電池ＢＴ２から巻線Ｗ２に流れて、２次電池ＢＴ２が放電される。
【００３７】
また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１が２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２より高い場合には、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が２次電池ＢＴ１から巻線Ｗ１に流れて、２次電池ＢＴ１が放電される。また、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が巻線Ｗ２から２次電池ＢＴ２に流れて、２次電池ＢＴ２が充電される。
【００３８】
以上より、図１に示したセルバランス回路１００によれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１の充電電圧ＶＢＴ１と、２次電池ＢＴ２の充電電圧ＶＢＴ２と、を等しくすることができる。この図１に示したセルバランス回路１００は、図２のように表すこともできる。
【００３９】
［セルバランス回路１００Ａの構成］
図３は、セルバランス回路１００Ａの回路図である。セルバランス回路１００Ａは、図２に示したセルバランス回路１００とは、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２が直列接続されている点が異なる。セルバランス回路１００Ａにおいて、セルバランス回路１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
［セルバランス回路１００Ａの動作］
図３に示したセルバランス回路１００Ａについても、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御することで、セルバランス回路１００と同様の効果を奏することができる。ところが、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２は直流電力を出力するため、図１、２に示したセルバランス回路１００や、図３に示したセルバランス回路１００Ａでは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態のままにしておくと、トランスＴが飽和してしまう。このトランスＴの飽和を防止できるのが、図４に示すセルバランス回路１００Ｂである。
【００４１】
［セルバランス回路１００Ｂの構成］
セルバランス回路１００Ｂは、図３に示したセルバランス回路１００Ａとは、制御部５０を備える点と、スイッチＳＷ１の代わりにバッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１を備える点と、スイッチＳＷ２の代わりにバッファＢＵＦ２およびインバータＩＮＶ２を備える点と、が異なる。セルバランス回路１００Ｂにおいて、図３に示したセルバランス回路１００Ａと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
バッファＢＵＦ１の入力端子と、インバータＩＮＶ１の入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ１の出力端子には、巻線Ｗ１の一端が接続され、インバータＩＮＶ１の出力端子には、巻線Ｗ１の他端が接続される。バッファＢＵＦ１の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１の一端が接続され、バッファＢＵＦ１の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１の他端が接続される。
【００４３】
バッファＢＵＦ２およびインバータＩＮＶ２についても、上述のバッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１と同様に、２次電池ＢＴ２および巻線Ｗ２に接続される。なお、バッファＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ２の入力端子とには、制御部５０が、キャパシタＣＤ１を介して接続される。
【００４４】
［セルバランス回路１００Ｂの動作］
制御部５０は、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２の充電時および放電時において、デューティ比が５０％の制御信号を出力する。この制御信号は、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の入力端子と、に入力されるため、これらバッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２とインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２とは、同期制御されることとなる。
【００４５】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２において、出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２において、出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの一端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの他端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの他端と、が接続され、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれに２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００４６】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、バッファＢＵＦ１、ＢＵＦ２において、出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２において、出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの一端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの他端と、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれの一端と、が接続され、巻線Ｗ１、Ｗ２のそれぞれに２次電池ＢＴ１、ＢＴ２のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００４７】
以上より、上述のセルバランス回路１００、１００Ａと同様に、２次電池ＢＴ１の充電電圧と２次電池ＢＴ２の充電電圧との関係に応じた電流が、２次電池ＢＴ１、ＢＴ２に流れることとなる。
【００４８】
なお、制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合とＬレベルの場合とでは、巻線Ｗ１の他端を基準とした一端の電圧の極性が反転するとともに、巻線Ｗ２の他端を基準とした一端の電圧の極性も反転する。このため、トランスＴの飽和が防止されることとなる。
【００４９】
［セルバランス装置ＡＡの構成］
図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換回路１と、セルバランス回路１０、２０と、を備えるセルバランス装置ＡＡの回路図である。セルバランス装置ＡＡは、直列接続された２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と、直列接続された２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と、のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【００５０】
２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３は、負荷Ｌｏａｄの要求に応じて負荷Ｌｏａｄに電力を供給することで放電される。また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３は、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されたり、負荷Ｌｏａｄからの電気エネルギーの回生により充電されたりする。なお、負荷Ｌｏａｄとしては、充放電機能を有する負荷、例えばモータや２次電池や商用電源を適用できる。
【００５１】
セルバランス装置ＡＡは、電力変換回路１と、セルバランス回路１０、２０と、制御部５０と、を備える。
【００５２】
＜電力変換回路１の構成＞
電力変換回路１は、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える。バッファＢＵＦの入力端子と、インバータＩＮＶの入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦの出力端子には、後述の２次巻線Ｗ１５の一端と、後述の２次巻線Ｗ２５の一端と、が接続され、インバータＩＮＶの出力端子には、後述の２次巻線Ｗ１５の他端と、後述の２次巻線Ｗ２５の他端と、が接続される。すなわち、２次巻線Ｗ１５と２次巻線Ｗ２５とは、並列接続される。バッファＢＵＦの高電位側制御端子と、インバータＩＮＶの高電位側制御端子とには、負荷Ｌｏａｄの一端が接続され、バッファＢＵＦの低電位側制御端子と、インバータＩＮＶの低電位側制御端子とには、負荷Ｌｏａｄの他端が接続される。
【００５３】
＜セルバランス回路１０の構成＞
セルバランス回路１０は、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３と対に設けられ、充放電部１１〜１３と、トランスＴ１と、を備える。トランスＴ１は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３と、上述の２次巻線Ｗ１５と、を備える。１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの巻数は等しい。このセルバランス回路１０について、図６を用いて詳述する。
【００５４】
充放電部１１は、２次電池ＢＴ１１および１次巻線Ｗ１１と対に設けられ、バッファＢＵＦ１およびインバータＩＮＶ１を備える。バッファＢＵＦ１の入力端子と、インバータＩＮＶ１の入力端子とには、制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ１の出力端子には、１次巻線Ｗ１１の一端が接続され、インバータＩＮＶ１の出力端子には、１次巻線Ｗ１１の他端が接続される。バッファＢＵＦ１の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１１の一端が接続され、バッファＢＵＦ１の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ１の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１１の他端が接続される。
【００５５】
充放電部１２は、２次電池ＢＴ１２および１次巻線Ｗ１２と対に設けられ、バッファＢＵＦ２、インバータＩＮＶ２、およびキャパシタＣＤ１を備える。バッファＢＵＦ２の入力端子と、インバータＩＮＶ２の入力端子とには、キャパシタＣＤ１を介して制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ２の出力端子には、１次巻線Ｗ１２の一端が接続され、インバータＩＮＶ２の出力端子には、１次巻線Ｗ１２の他端が接続される。バッファＢＵＦ２の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ２の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１２の一端が接続され、バッファＢＵＦ２の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ２の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１２の他端が接続される。
【００５６】
充放電部１３は、２次電池ＢＴ１３および１次巻線Ｗ１３と対に設けられ、バッファＢＵＦ３、インバータＩＮＶ３、およびキャパシタＣＤ２を備える。バッファＢＵＦ３の入力端子と、インバータＩＮＶ３の入力端子とには、キャパシタＣＤ２およびキャパシタＣＤ１を介して制御部５０が接続される。バッファＢＵＦ３の出力端子には、１次巻線Ｗ１３の一端が接続され、インバータＩＮＶ３の出力端子には、１次巻線Ｗ１３の他端が接続される。バッファＢＵＦ３の高電位側制御端子と、インバータＩＮＶ３の高電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１３の一端が接続され、バッファＢＵＦ３の低電位側制御端子と、インバータＩＮＶ３の低電位側制御端子とには、２次電池ＢＴ１３の他端が接続される。
【００５７】
＜セルバランス回路２０の構成＞
セルバランス回路２０は、セルバランス回路１０と同様に、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３と対に設けられ、充放電部２１〜２３と、トランスＴ２と、を備える。充放電部２１〜２３のそれぞれは、充放電部１１〜１３のそれぞれと同様の構成を備える。トランスＴ２は、トランスＴ１と同様に、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３と、上述の２次巻線Ｗ２５と、を備える。１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの巻数は等しい。また、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの巻数は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの巻数とも等しく、２次巻線Ｗ２５の巻数は、２次巻線Ｗ１５の巻数と等しい。
【００５８】
［セルバランス装置ＡＡの動作］
以上の構成を備えるセルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充放電時において、後述の充電モード、放電モード、および回生モードのうちのいずれかで動作する。また、セルバランス回路１０、２０により、上述のセルバランス回路１００、１００Ａ、１００Ｂと同様に、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のうち少なくとも１つの充電電圧が他の充電電圧と異なれば、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に電流を流して、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【００５９】
＜２次電池の充電電圧の均一化＞
【００６０】
制御部５０は、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充放電時において、デューティ比が５０％の制御信号を出力する。この制御信号は、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータの入力端子に入力される。
【００６１】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファにおいて、出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたインバータにおいて、出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、が接続される。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００６２】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファにおいて、出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたインバータにおいて、出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、が接続される。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。
【００６３】
１次巻線Ｗ１１に２次電池ＢＴ１１の充電電圧が印加されると、１次巻線Ｗ１１で磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１２および１次巻線Ｗ１３を貫くため、これら１次巻線Ｗ１２および１次巻線Ｗ１３には、上述の式（１）で示したものと同様の起電力が発生することとなる。
【００６４】
ここで、１次巻線Ｗ１１で発生する磁束は、１次巻線Ｗ１１に印加される電圧に応じて変化する。このため、１次巻線Ｗ１２、Ｗ１３のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１１の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６５】
１次巻線Ｗ１２においても、上述の１次巻線Ｗ１１と同様に、２次電池ＢＴ１２の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１を貫くため、１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１のそれぞれには、上述の式（１）に示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、１次巻線Ｗ１３、Ｗ１１のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１２の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６６】
１次巻線Ｗ１３においても、上述の１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２と同様に、２次電池ＢＴ１３の充電電圧が印加されると磁束が発生し、この磁束が１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２を貫くため、１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２のそれぞれには、上述の式（１）に示したものと同様の起電力が発生することとなる。そして、１次巻線Ｗ１１、Ｗ１２のそれぞれに発生する起電力は、２次電池ＢＴ１３の充電電圧に応じて変化することとなる。
【００６７】
ここで、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しい場合には、上述の式（２）のように、１次巻線Ｗ１１を電流が流れないとともに、上述の式（３）のように、１次巻線Ｗ１２を電流が流れないため、２次電池ＢＴ１１、ＢＴ１２には、電流が流れない。
【００６８】
一方、２次電池ＢＴ１１の充電電圧が２次電池ＢＴ１２の充電電圧より低い場合には、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が１次巻線Ｗ１１から２次電池ＢＴ１１に流れて、２次電池ＢＴ１１が充電される。また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が２次電池ＢＴ１２から１次巻線Ｗ１２に流れて、２次電池ＢＴ１２が放電される。
【００６９】
また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧が２次電池ＢＴ１２の充電電圧より高い場合には、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（２）で定まる電流が２次電池ＢＴ１１から１次巻線Ｗ１１に流れて、２次電池ＢＴ１１が放電される。また、２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧とが等しくなるまで、上述の式（３）で定まる電流が１次巻線Ｗ１２から２次電池ＢＴ１２に流れて、２次電池ＢＴ１２が充電される。
【００７０】
上述の２次電池ＢＴ１１の充電電圧と２次電池ＢＴ１２の充電電圧との関係と同様に、２次電池ＢＴ１２の充電電圧と２次電池ＢＴ１３の充電電圧と、および、２次電池ＢＴ１３の充電電圧と２次電池ＢＴ１１の充電電圧と、においても、それぞれの充電電圧の関係に応じた電流が各２次電池を流れて、各２次電池が充電または放電される。そして、その結果、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれの充電電圧が等しくなる。
【００７１】
２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれについても、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれと同様に、充電電圧が等しくなる。
【００７２】
ここで、２次巻線Ｗ１５の両端電圧は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれの両端電圧に応じて変化し、２次巻線Ｗ２５の両端電圧は、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの両端電圧に応じて変化する。そして、２次巻線Ｗ１５と２次巻線Ｗ２５とは、上述のように並列接続されるため、２次巻線Ｗ１５の両端電圧と、２次巻線Ｗ２５の両端電圧とは、等しくなる。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３の両端電圧と、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３の両端電圧と、も等しくなる。よって、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３のそれぞれの充電電圧と、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧と、も等しくなる。
【００７３】
＜充電モード＞
上述の充電モードでは、セルバランス装置ＡＡは、図示しない充電回路により、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれを充電する。
【００７４】
＜放電モードおよび回生モード＞
制御部５０から出力されるデューティ比が５０％の制御信号は、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータの入力端子だけでなく、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶの入力端子にも入力される。このため、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶは、充放電部１１〜１３、２１〜２３のそれぞれに設けられたバッファおよびインバータと同期して動作する。
【００７５】
制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、バッファＢＵＦの出力端子と高電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶの出力端子と低電位側制御端子とが導通する。これによれば、負荷Ｌｏａｄの一端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端と、が導通するとともに、負荷Ｌｏａｄの他端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの他端と、が導通することとなる。
【００７６】
一方、制御信号の電圧レベルがＬレベルの場合には、バッファＢＵＦの出力端子と低電位側制御端子とが導通するとともに、インバータＩＮＶの出力端子と高電位側制御端子とが導通する。これによれば、負荷Ｌｏａｄの一端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの他端と、が導通するとともに、負荷Ｌｏａｄの他端と、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端と、が導通することとなる。
【００７７】
ここで、負荷Ｌｏａｄの他端を基準とした一端の電圧、すなわち負荷Ｌｏａｄの両端電圧をＶｉｏとし、２次巻線Ｗ２５の他端を基準とした一端の電圧、すなわち２次巻線Ｗ２５の両端電圧をＶＷ２５とする。すると、以下の式（４）を満たす場合には、放電モードとなる。
【００７８】
【数４】
【００７９】
上述の式（４）を満たす場合には、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを介して、２次巻線Ｗ２５の両端電圧ＶＷ２５が負荷Ｌｏａｄに供給される。ここで、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧は、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに印加され、その結果、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれに起電力が発生する。このため、上述の式（４）を満たす場合、すなわち放電モードでは、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える電力変換回路１により、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれから負荷Ｌｏａｄに電力が供給され、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３が放電されることとなる。
【００８０】
一方、以下の式（５）を満たす場合には、回生モードとなる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
上述の式（５）を満たす場合には、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを介して、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５に供給される。ここで、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれに電圧が印加されると、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれに起電力が発生し、これら起電力が２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに供給される。このため、上述の式（５）を満たす場合、すなわち回生モードでは、バッファＢＵＦおよびインバータＩＮＶを備える電力変換回路１により、負荷Ｌｏａｄから２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に電気エネルギーが回生され、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３が充電されることとなる。
【００８３】
以上の電力変換回路１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８４】
負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ２５の両端電圧ＶＷ２５より高い状態において、２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれと負荷Ｌｏａｄとを接続することができる。これによれば、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に回生させて、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３を充電することができる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電を上述の充電モードで行う時間を短縮することができるので、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３を充電する際の消費電力を削減することができる。
【００８５】
また、以上の電力変換回路１を備えるセルバランス装置ＡＡによれば、以下の効果を奏することができる。
【００８６】
上述の特許文献１に示されている回路は、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧の均一化を、ダイオードを用いて行う。ここで、ダイオードの順方向電圧は、温度に応じて変化するため、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧を正確に均一化することができないおそれがあった。これに対して、セルバランス装置ＡＡは、上述の特許文献１に示されている回路が必要としていたダイオードを、充電電圧を均一化するために用いることはない。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を正確に均一化することができる。
【００８７】
また、仮に、上述のダイオードの順方向電圧の温度に応じた変化を無視できたとしても、上述の特許文献１に示されている回路は、複数の２次電池のそれぞれの充電電圧の均一化を、２次電池の充電時にのみ行うため、２次電池の放電時には充電電圧が不均一となってしまい、セルバランスを安定させることができなかった。これに対して、セルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時および放電時において、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を等しくすることができる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時だけでなく放電時においても、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を正確に均一化させることができ、セルバランスを安定させることができる。
【００８８】
また、セルバランス装置ＡＡは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を検出することなく、動作する。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を監視する必要がないため、充電電圧を監視する素子や回路が不要であり、セルバランス装置ＡＡを低コスト化および小型化することができる。
【００８９】
また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電時および放電時において、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の充電電圧に差が生じるのを抑制できるので、一時的に劣化領域に達してしまうのを防止して、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３の劣化を抑制できる。
【００９０】
また、制御部５０から出力される制御信号のデューティ比が５０％であるため、第１期間と第２期間とを等しい時間で交互に設けることができる。ここで、第１期間とは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、が接続される期間のことである。また、第２期間とは、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの一端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの他端と、が接続されるとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの他端と、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれの一端と、が接続される期間のことである。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧をより正確に均一化させることができる。
【００９１】
また、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれの充電電圧を均一化させる手法として、これら２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに対して、抵抗を１つずつ並列接続することが考えられる。ところが、この手法によれば、抵抗での放電により電力損失が大きくなってしまうとともに、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに流すことのできる電流が抵抗により制限されてしまう。これに対して、セルバランス装置ＡＡには、トランスＴ１、Ｔ２は設けられているが、抵抗は設けられていない。このため、電力損失を低減できる。また、トランスＴ１、Ｔ２に設けられた１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３および２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５の抵抗値は、抵抗の抵抗値と比べて大幅に小さいため、トランスＴ１、Ｔ２により制限される電流は、抵抗により制限される電流と比べて大幅に小さくなる。このため、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３のそれぞれに対して上述のように抵抗を１つずつ並列接続した場合と比べて、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３に流すことのできる電流を大きくすることができる。
【００９２】
また、制御部５０から出力される制御信号のデューティ比が５０％である。このため、制御信号の電圧レベルに応じて反転する、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３および２次巻線Ｗ１５、Ｗ２５のそれぞれの一端の電圧の極性は、周期的に反転することとなる。したがって、トランスＴ１、Ｔ２が飽和してしまうのを防止することができる。
【００９３】
また、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とは、同一の鉄心に巻回されている。このため、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とが鉄心に巻回されていない場合、すなわち１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とが空心である場合と比べて、これら１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とで発生する磁束を安定させることができる。また、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とも、同一の鉄心に巻回されているため、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とが鉄心に巻回されていない場合と比べて、これら１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とで発生する磁束を安定させることができる。したがって、セルバランスをより高精度に安定させることができるとともに、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３により高精度に回生させることができる。
【００９４】
（第２実施形態）
［セルバランス装置ＢＢの構成］
図７は、本発明の第２実施形態に係る電力変換回路１Ａと、セルバランス回路３０と、を備えるセルバランス装置ＢＢの回路図である。セルバランス装置ＢＢは、直列接続された２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧を均一化する。なお、セルバランス装置ＢＢにおいて、図５に示したセルバランス装置ＡＡと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３は、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、負荷Ｌｏａｄの要求に応じて負荷Ｌｏａｄに電力を供給することで放電される。また、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３は、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、図示しない充電回路に接続されており、この充電回路により充電されたり、負荷Ｌｏａｄからの電気エネルギーの回生により充電されたりする。
【００９６】
セルバランス装置ＢＢは、電力変換回路１Ａと、セルバランス回路３０と、制御部５０Ａと、を備える。
【００９７】
＜電力変換回路１Ａの構成＞
電力変換回路１Ａは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ４およびキャパシタＣＤ３を備える。スイッチ素子Ｑ４のドレインには、後述の２次巻線Ｗ３５の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ４のソースには、負荷Ｌｏａｄの他端と、キャパシタＣＤ３の他方の電極と、が接続される。後述の２次巻線Ｗ３５の一端には、負荷Ｌｏａｄの一端と、キャパシタＣＤ３の一方の電極と、が接続される。
【００９８】
＜セルバランス回路３０の構成＞
セルバランス回路３０は、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３と対に設けられ、充放電部３１〜３３と、トランスＴ３と、を備える。トランスＴ３は、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３と、上述の２次巻線Ｗ３５と、を備える。１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれと２次巻線Ｗ３５とは、同一の鉄心に巻回されており、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれの巻数は等しい。
【００９９】
充放電部３１は、２次電池ＢＴ３１および１次巻線Ｗ３１と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１を備える。スイッチ素子Ｑ１のドレインには、１次巻線Ｗ３１の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ１のソースには、２次電池ＢＴ３１の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ１のゲートには、制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３１の一端には、１次巻線Ｗ３１の一端が接続される。
【０１００】
充放電部３２は、２次電池ＢＴ３２および１次巻線Ｗ３２と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２およびキャパシタＣＤ１を備える。スイッチ素子Ｑ２のドレインには、１次巻線Ｗ３２の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、２次電池ＢＴ３２の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ２のゲートには、キャパシタＣＤ１を介して制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３２の一端には、１次巻線Ｗ３２の一端が接続される。
【０１０１】
充放電部３３は、２次電池ＢＴ３３および１次巻線Ｗ３３と対に設けられ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ３およびキャパシタＣＤ２を備える。スイッチ素子Ｑ３のドレインには、１次巻線Ｗ３３の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ３のソースには、２次電池ＢＴ３３の他端が接続され、スイッチ素子Ｑ３のゲートには、キャパシタＣＤ２およびキャパシタＣＤ１を介して制御部５０Ａが接続される。２次電池ＢＴ３３の一端には、１次巻線Ｗ３３の一端が接続される。
【０１０２】
［セルバランス装置ＢＢの動作］
以上の構成を備えるセルバランス装置ＢＢは、図５に示したセルバランス装置ＡＡと同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充放電時において、上述の充電モード、放電モード、および回生モードのうちいずれかで動作する。また、セルバランス回路３０により、図５に示したセルバランス回路１０、２０と同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のうち少なくとも１つの充電電圧が他の充電電圧と異なれば、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に電流を流して、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧を均一化する。
【０１０３】
＜２次電池の充電電圧の均一化＞
制御部５０Ａは、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充放電時において、デューティ比が５０％の第１制御信号を出力するとともに、第１制御信号の極性を反転させた第２制御信号を出力する。第１制御信号は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれのゲートに入力され、第２制御信号は、スイッチ素子Ｑ４のゲートに入力される。これによれば、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３と、スイッチ素子Ｑ４と、が同期制御され、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオンするタイミングで、スイッチ素子Ｑ４がターンオフするとともに、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオフするタイミングで、スイッチ素子Ｑ４がターンオンする。
【０１０４】
第１制御信号の電圧レベルがＨレベルの場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がオン状態であり、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれに、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧が印加されることとなる。これによれば、図５に示した２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３と同様に、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれの充電電圧が等しくなる。また、２次巻線Ｗ３５の両端電圧は、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれの両端電圧に応じて変化する。
【０１０５】
＜充電モード＞
上述の充電モードでは、セルバランス装置ＢＢは、セルバランス装置ＡＡと同様に、図示しない充電回路により、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれを充電する。
【０１０６】
＜放電モード＞
第１制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化した場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオフし、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれにフライバック電圧が生じる。ここで、第１制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化したタイミングで、第２制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化し、スイッチ素子Ｑ４がターンオンする。
【０１０７】
ここで、２次巻線Ｗ３５の他端を基準とした一端の電圧、すなわち２次巻線Ｗ３５の両端電圧をＶＷ３５とする。すると、２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５と、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏと、が以下の式（６）を満たす場合には、放電モードとなる。
【０１０８】
【数６】
【０１０９】
上述の式（６）を満たす場合、すなわち放電モードでは、オン状態のスイッチ素子Ｑ４を介して、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３のそれぞれから負荷Ｌｏａｄに電力が供給され、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３が放電されることとなる。
【０１１０】
＜回生モード＞
第１制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化した場合には、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３がターンオンする。ここで、第１制御信号の電圧レベルがＬレベルからＨレベルに変化したタイミングで、第２制御信号の電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化し、スイッチ素子Ｑ４がターンオフし、２次巻線Ｗ３５にフライバック電圧が生じる。
【０１１１】
ここで、２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５と、負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏと、が以下の式（７）を満たす場合には、回生モードとなる。
【０１１２】
【数７】
【０１１３】
上述の式（７）を満たす場合、すなわち回生モードでは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ３の各ボディーダイオードを介して、負荷Ｌｏａｄから２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に電気エネルギーが回生され、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３が充電されることとなる。
【０１１４】
以上の電力変換回路１Ａによれば、以下の効果を奏することができる。
【０１１５】
負荷Ｌｏａｄの両端電圧Ｖｉｏが２次巻線Ｗ３５の両端電圧ＶＷ３５より高い状態において、２次巻線Ｗ３５と負荷Ｌｏａｄとを接続した状態から切断した状態にすることができる。これによれば、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーにより２次巻線Ｗ３５にフライバック電圧を生じさせ、負荷Ｌｏａｄの電気エネルギーを２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３に回生させて、これら２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３を充電することができる。このため、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３の充電を上述の充電モードで行う時間を短縮することができるので、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３を充電する際の消費電力を削減することができる。
【０１１６】
また、以上の電力変換回路１Ａを備えるセルバランス装置ＢＢによれば、図５に示したセルバランス装置ＡＡが奏することのできる効果と同様の効果を奏することができる。
【０１１７】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１１８】
例えば、上述の実施形態では、３つの２次電池が直列接続されている場合ついて説明したが、これに限らない。例えば、４つの２次電池が直列接続されている場合や、５つの２次電池が直列接続されている場合に対しても、本発明の電力変換回路を適用することができる。
【０１１９】
また、上述の実施形態では、３つの２次電池を直列接続したものが２組ある場合について説明したが、これに限らない。例えば、１組ある場合や、３組ある場合に対しても、本発明の電力変換回路を適用することができる。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３のそれぞれと２次巻線Ｗ１５とや、１次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３のそれぞれと２次巻線Ｗ２５とや、１次巻線Ｗ３１〜Ｗ３３のそれぞれと２次巻線Ｗ３５とについて、同一の鉄心に巻回されているものとしたが、これに限らず、例えば鉄心がないものとしてもよいし、互いに異なる鉄心に巻回されるものとしてもよい。
【０１２１】
また、上述の実施形態において、２次電池ＢＴ１１〜ＢＴ１３とセルバランス回路１０とを一体に設けたり、２次電池ＢＴ２１〜ＢＴ２３とセルバランス回路２０とを一体に設けたり、２次電池ＢＴ３１〜ＢＴ３３とセルバランス回路３０とを一体に設けたりしてもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１Ａ；電力変換回路
１０、２０、３０、１００、１００Ａ、１００Ｂ；セルバランス回路
１１〜１３、２１〜２３、３１〜３３；充放電部
５０、５０Ａ；制御部
ＡＡ、ＢＢ；セルバランス装置
ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ１１〜ＢＴ１３、ＢＴ２１〜ＢＴ２３；２次電池
ＢＵＦ、ＢＵＦ１〜ＢＵＦ３；バッファ
ＩＮＶ、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３；インバータ
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３；トランス
Ｌｏａｄ；負荷
Ｑ１〜Ｑ４；スイッチ素子
ＳＷ１、ＳＷ２；スイッチ
Ｗ１、Ｗ２；巻線
Ｗ１１〜Ｗ１３、Ｗ２１〜Ｗ２３；１次巻線
Ｗ１５、Ｗ２５；２次巻線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスが有する２次巻線と、充放電機能を有する負荷と、を断続するスイッチ手段を備え、
前記トランスは、前記２次巻線と、２次電池に接続される１次巻線と、を備えることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
前記２次電池は、複数設けられており、
前記トランスは、前記１次巻線を、前記複数の２次電池と対に複数備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換回路。
【請求項３】
前記複数の２次電池は、直列接続されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換回路。
【請求項４】
前記複数の２次電池は、複数組設けられており、
前記トランスは、前記複数の２次電池の組数と同数設けられており、
前記複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線は、並列接続されることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換回路。
【請求項５】
前記１次巻線および前記２次巻線は、鉄心に巻回されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換回路。
【請求項１】
トランスが有する２次巻線と、充放電機能を有する負荷と、を断続するスイッチ手段を備え、
前記トランスは、前記２次巻線と、２次電池に接続される１次巻線と、を備えることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
前記２次電池は、複数設けられており、
前記トランスは、前記１次巻線を、前記複数の２次電池と対に複数備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換回路。
【請求項３】
前記複数の２次電池は、直列接続されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換回路。
【請求項４】
前記複数の２次電池は、複数組設けられており、
前記トランスは、前記複数の２次電池の組数と同数設けられており、
前記複数のトランスのそれぞれが有する２次巻線は、並列接続されることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換回路。
【請求項５】
前記１次巻線および前記２次巻線は、鉄心に巻回されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５３９９９（Ｐ２０１２−２５３９９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１１５１（Ｐ２０１１−２２１１５１）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]