能量移动电路以及蓄电系统的制作方法

1.本发明涉及对被串联连接的多个电池单体、模块间的能量进行移动的能量移动电路以及蓄电系统。


背景技术：

2.近年来，锂离子电池、镍氢电池等的二次电池被用于各种用途。例如，被用于以向ev(electricvehicle)、hev(hybrid electricvehicle)、phv(plug
‑
in hybrid vehicle)的行驶用电机提供电力为目的的车载(包含电动汽车)用途、以峰值偏移、备用为目的的蓄电用途、以系统的频率稳定化为目的的fr(frequency regulation)用途等。
3.一般地，在锂离子电池等的二次电池中，从电力效率的维持以及安全性担保的观点出发，执行在串联连接的多个电池单体之间将容量均等化的均等化处理。均等化处理中存在无源方式和有源方式。无源方式是如下方式：在串联连接的多个电池单体分别连接放电电阻，将其他电池单体放电以使得其他电池单体的电压与电压最低的电池单体的电压一致，来使多个电池单体间的容量一致。有源方式是通过在串联连接的多个电池单体之间进行能量移动、来使多个电池单体间的容量一致的方式。有源方式的电力损耗少，能够抑制发热量，但现在电路结构简单且低成本的无源方式为主流。
4.近年来，特别是在车载用途中，电池组的能量容量和输出增加。即，电池组内的各电池单体的容量和电池单体的串联数增加。伴随于此，在多个电池单体间不均衡的能量增大。因此，通过均等化处理来消除多个电池单体间的不均衡所需的时间也增大。
5.对此，特别是在车载用途中，要求均等化处理所需的时间的缩短。为了在短时间消除较大的能量不均衡，需要流过大电流来均等化。在无源方式中，通过电阻来消耗电压高的电池单体的容量从而使能量不均衡消除，因此若流过电阻的电流变大则发热量也变大。如上所述，若电池单体的串联数增加，则难以在基板上确保针对电阻发热的散热面积。
6.因此，不是将能量转换为热量来使其消耗，而是使能量向容量少的电池单体移动的有源方式的必要性提高。作为有源方式的均等化电路的结构，存在两个电池单体的中点与并联连接于两个电池单体的两个开关的中点之间连接电感器的结构(例如，参照专利文献1)。
7.在先技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开平7
‑
322516号公报


技术实现要素：

10.‑
发明要解决的课题
‑
11.上述电路结构是用于在相邻的两个电池单体间进行能量移动的电路，但在设为使3个以上的电池单体串联连接并能够在任意的两个电池单体间进行能量移动的结构的情况下，电路结构复杂化。需要设置能够任意选择多个电池单体之一的电池单体选择电路，或者
将上述电路结构串联地排列多个并以桶传递方式使能量移动。在前者的情况下，用于构成电池单体选择电路的布线、开关的数量增加。在后者的情况下，根据电池单体的串联数，电感器的数量增加。
12.本发明鉴于这种状况而作出，其目的在于，提供一种以较少的元件数实现使用了电感器的能量移动电路的技术。
13.‑
解决课题的手段
‑
14.为了解决上述课题，本发明的某个方式的能量移动电路具备：电感器；电池单体选择电路，被设置于串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体与所述电感器之间，能够使所述n个电池单体的任一电池单体的两端与所述电感器的两端导通；钳位开关，用于在所述电池单体选择电路未选择任何电池单体的状态下，形成包含所述电感器的闭环；和控制部，对所述电池单体选择电路和所述钳位开关进行控制。所述控制部控制所述电池单体选择电路来使所述n个电池单体之中的作为放电对象的电池单体的两端与所述电感器的两端导通规定时间，控制所述电池单体选择电路来将所述n个电池单体与所述电感器进行电切断并且使所述钳位开关接通，使所述钳位开关断开，并且控制所述电池单体选择电路来使所述n个电池单体之中的作为充电对象的电池单体的两端与所述电感器的两端导通规定时间。
15.本发明的某个方式的能量移动电路具备：电感器；电池单体选择电路，被设置于串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体与所述电感器之间，能够使所述n个电池单体的任一电池单体的两端与所述电感器的两端导通；全桥连接的4个钳位开关，用于在所述电池单体选择电路未选择任何电池单体的状态下，形成包含所述电感器的闭环；和控制部，对所述电池单体选择电路与所述4个钳位开关进行控制。所述电池单体选择电路包含：第1布线，与所述电感器的一端连接；第2布线，与所述电感器的另一端连接；多个第1布线侧开关，分别连接于所述串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中的奇数节点与所述第1布线之间；和至少一个第2布线侧开关，分别连接于所述串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中的偶数节点与所述第2布线之间。所述4个钳位开关之中，第1钳位开关以及第2钳位开关串联连接的第1臂、和第3钳位开关以及第4钳位开关串联连接的第2臂被并联连接于所述第1布线与所述第2布线之间，所述电感器被连接于所述第1钳位开关与所述第2钳位开关之间的节点、和所述第3钳位开关与所述第4钳位开关之间的节点之间。
16.‑
发明效果
‑
17.根据本发明，能够以较少的元件数实现使用电感器来进行多个电池单体之间、或者多个模块之间的能量移动的能量移动电路。
附图说明
18.图1是表示本发明的实施例所涉及的蓄电系统的结构的图。
19.图2的(a)
‑
(h)是用于对本发明的实施例所涉及的蓄电系统的均等化处理的动作顺序例进行说明的图。
20.图3的(a)
‑
(c)是用于对本发明的实施例所涉及的蓄电系统的均等化处理的具体例进行说明的图。
21.图4的(a)
‑
(c)是用于对比较例所涉及的均等化电路进行说明的图。
22.图5的(a)、(b)是用于对将图4的(a)所示的均等化电路扩展为使用串联连接的3个
以上的电池单体的情况下的电路结构例进行说明的图。
23.图6的(a)、(b)是用于对图5的(b)所示的均等化电路中，从第1电池单体向第3电池单体能量移动的情况下的动作顺序进行说明的图。
24.图7是通过图表来表示本发明的实施例所涉及的均等化电路和比较例所涉及的均等化电路中使用的开关的数量的图。
25.图8是表示本发明的变形例所涉及的蓄电系统的结构的图。
26.图9是表示本发明的另一实施例所涉及的蓄电系统的结构的图。
27.图10的(a)
‑
(h)是用于对本发明的实施例所涉及的蓄电系统的均等化处理的基本动作顺序例进行说明的电路图。
28.图11的(a)
‑
(b)是表示将第1开关包含两个n沟道mosfet的情况下的电路结构例的图。
29.图12的(a)
‑
(b)是对比较例所涉及的蓄电系统的结构与图9所示的实施例所涉及的蓄电系统的结构进行比较的图。
30.图13的(a)
‑
(c)是用于对比较例所涉及的蓄电系统的从第1电池单体向第3电池单体的能量移动的顺序进行说明的电路图。
31.图14的(a)
‑
(d)是用于对图9所示的实施例所涉及的蓄电系统的从第1电池单体向第2电池单体/第3电池单体的能量移动的顺序进行说明的电路图。
32.图15是通过图表来表示图9所示的实施例所涉及的均等化电路和比较例所涉及的均等化电路中使用的开关元件的数量的图。
33.图16是表示图12的(b)所示的蓄电系统的变形例的结构的图。
34.图17是表示本发明的另一变形例所涉及的蓄电系统的结构的图。
具体实施方式
35.图1是表示本发明的实施例所涉及的蓄电系统1的结构的图。蓄电系统1具备均等化电路10以及蓄电部20。蓄电部20包含被串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体。在图1中，描绘了4个电池单体c1
‑
c4被串联连接的例子。另外，被串联连接的电池单体数根据蓄电系统1所要求的电压规格而变化。
36.对于各电池单体，能够使用锂离子电池单体、镍氢电池单体、铅电池单体、双电层电容器电池单体、锂离子电容器电池单体等的可充放电的蓄电元件。以下，在本说明书中，假定使用锂离子电池单体(标称电压：3.6
‑
3.7v)的例子。
37.均等化电路10包含电压检测部14、电池单体选择电路11、能量保持电路12以及控制部13。电压检测部14对被串联连接的n(图1中为4)个电池单体的各电压进行检测。具体地说，电压检测部14通过(n+1)根电压线而与被串联连接的n个电池单体的各节点连接，并对相邻的2根电压线间的电压分别进行检测，从而检测各电池单体的电压。电压检测部14例如能够包含通用的模拟前端ic或者asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)。电压检测部14将检测出的各电池单体的电压转换为数字值并输出给控制部13。
38.电池单体选择电路11被设置于串联连接的n个电池单体与能量保持电路12中包含的电感器l1之间，是能够使从n个电池单体内选择的电池单体的两端与电感器l1的两端导通的电路。电池单体选择电路11具有：与电感器l1的第1端连接的第1布线wi、与电感器l1的
第2端连接的第2布线w2、(n+1)个第1布线侧开关、以及(n+1)个第2布线侧开关。(n+1)个第1布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点与第1布线w1之间。(n+1)个第2布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点与第2布线w2之间。
39.在图1所示的例子中，n＝4，节点数＝5，电池单体选择电路11具有5个第1布线侧开关以及5个第2布线侧开关。在图1中，第1开关s1、第3开关s3、第5开关s5、第7开关s7以及第9开关s9是第1布线侧开关，第2开关s2、第4开关s4、第6开关s6、第8开关s8以及第10开关s10是第2布线侧开关。
40.能量保持电路12包含电感器l1以及钳位开关sc。钳位开关sc是用于使电感器l1的两端在能量保持电路12内导通的开关。能量保持电路12在电池单体选择电路11未选择任何电池单体的状态下，能够形成包含电感器l1的闭环。即，若钳位开关sc被控制为接通状态，则可形成包含电感器l1和钳位开关sc的闭环。
41.对第1开关s1
‑
第10开关s10以及钳位开关sc，能够使用半导体开关(例如，mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductorfield
‑
effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(insulated gate bipolartransistor，绝缘栅双极晶体管))。以下，假定对第1开关s1
‑
第10开关s10以及钳位开关sc使用mosfet的例子。
42.控制部13基于由电压检测部14检测的n个电池单体的电压，执行串联连接的n个电池单体间的均等化处理。此外，控制部13根据由电压检测部14检测的电压值来判断电池单体的电压异常，在均等化处理的执行中判断出电池单体的电压异常的情况下，停止均等化处理的执行，保护电池单体免受过电压或者规定值以下的低电压。控制部13例如能够包含微型计算机。另外，控制部13和电压检测部14也可以统一构成为一个芯片。
43.在本实施例中，控制部13通过有源电池单体平衡方式来执行串联连接的n个电池单体间的均等化处理。在本实施例所涉及的有源电池单体平衡方式中，在串联连接的n个电池单体间，从某个电池单体(放电对象的电池单体)向另一个电池单体(充电对象的电池单体)进行能量移动，从而将某个电池单体与另一个电池单体的容量均等化。即，均等化电路10作为在任意的2个电池单体间进行能量移动的能量移动电路而发挥功能，通过反复该能量移动，将串联连接的n个电池单体间的容量均等化。
44.首先，控制部13控制电池单体选择电路11来使n个电池单体内的作为放电对象的电池单体的两端与电感器l1的两端导通规定时间。该状态下，从放电对象的电池单体向电感器l1流过电流，在电感器l1中蓄积能量。
45.接下来，控制部13控制电池单体选择电路11来将n个电池单体与电感器l1电切断并且使钳位开关sc接通。在该状态下，在上述闭环中流过循环电流，在能量保持电路12内，电感器电流被有源钳位。
46.接下来，控制部13使钳位开关sc断开，并且控制电池单体选择电路11来使n个电池单体内的作为充电对象的电池单体的两端与电感器l1的两端导通规定时间。在该状态下，在能量保持电路12内被有源钳位的电感器电流流过充电对象的电池单体。通过以上，从某个电池单体向另一个电池单体的能量移动结束。
47.图2的(a)
‑
(h)是用于对本发明的实施例所涉及的蓄电系统1的均等化处理的动作顺序例进行说明的图。在本动作顺序例中，为了简化说明，将电池单体的串联数设为2。在图2的(a)所示的第1状态下，控制部13将第1开关s1以及第4开关s4控制为接通状态，将第2开
关s2、第3开关s3、第5开关s5、第6开关s6以及钳位开关sc控制为断开状态。在该状态下，从第1电池单体c1向电感器l1流过电流，从第1电池单体c1放电的能量被蓄积于电感器l1。
48.在图2的(b)所示的第2状态下，控制部13将钳位开关sc控制为接通状态，将第1开关s1、第2开关s2、第3开关s3、第4开关s4、第5开关s5以及第6开关s6控制为断开状态。在该状态下，蓄积于电感器l1的能量作为电感器电流而流过闭环内，被有源钳位。
49.在图2的(c)所示的第3状态下，控制部13将第4开关s4以及第5开关s5控制为接通状态，将第1开关s1、第2开关s2、第3开关s3、第6开关s6以及钳位开关sc控制为断开状态。在该状态下，在闭环内被有源钳位的电感器电流流向第2电池单体c2，第2电池单体c2被充电。
50.在图2的(d)所示的第4状态下，控制部13将第1开关s1、第2开关s2、第3开关s3、第4开关s4、第5开关s5、第6开关s6以及钳位开关sc控制为断开状态。该状态是从第1电池单体c1向第2电池单体c2的能量移动结束的状态。
51.在图2的(e)所示的第5状态下，控制部13将第3开关s3以及第6开关s6控制为接通状态，将第1开关s1、第2开关s2、第4开关s4、第5开关s5以及钳位开关sc控制为断开状态。在该状态下，从第2电池单体c2向电感器l1流过电流，从第1电池单体c1放电的能量被蓄积于电感器l1。
52.在图2的(f)所示的第6状态下，控制部13将钳位开关sc控制为接通状态，将第1开关s1、第2开关s2、第3开关s3、第4开关s4、第5开关s5以及第6开关s6控制为断开状态。在该状态下，电感器l1中蓄积的能量作为电感器电流而在闭环内流过，被有源钳位。
53.在图2的(g)所示的第7状态下，控制部13将第2开关s2以及第3开关s3控制为接通状态，将第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5、第6开关s6以及钳位开关sc控制为断开状态。在该状态下，在闭环内被有源钳位的电感器电流流向第1电池单体c1，第1电池单体c1被充电。
54.在图2的(h)所示的第8状态下，控制部13将第1开关s1、第2开关s2、第3开关s3、第4开关s4、第5开关s5、第6开关s6以及钳位开关sc控制为断开状态。该状态是从第2电池单体c2向第1电池单体c1的能量移动结束的状态。
55.在第2状态或者第6状态下，在闭环内电感器电流被有源钳位，从而可确保电感器电流的连续性，因此能够实现电池单体选择电路11的安全并且可靠的开关切换。
56.图3的(a)
‑
(c)是用于对本发明的实施例所涉及的蓄电系统1的均等化处理的具体例进行说明的图。在本具体例中，假定4个电池单体c1
‑
c4被串联连接的例子。图3的(a)是示意性地表示均等化处理的开始前的第1电池单体c1
‑
第4电池单体c4的电压的状态的图。控制部13对由电压检测部14检测的第1电池单体c1
‑
第4电池单体c4的电压的平均值进行计算，将计算出的平均值设定为均等化目标电压(以下，简称为目标电压)。
57.控制部13使能量从高于目标电压的电池单体向低于目标电压的电池单体移动。例如，使能量从高于目标电压的电池单体内电压最高的电池单体(图3的(a)中为第1电池单体c1)向低于目标电压的电池单体内电压最低的电池单体(图3的(a)中为第4电池单体c4)移动。
58.控制部13在移动源的电池单体(放电对象的电池单体)的电压为目标电压以上的范围、并且移动目的地的电池单体(充电对象的电池单体)的电压为目标电压以下的范围，确定能量移动量。控制部13根据确定的能量移动量和基于设计的放电电流以及充电电流，确定移动源的电池单体的放电时间和移动目的地的电池单体的充电时间。由于能量保持电
路12中被有源钳位的期间消耗的能量是能够忽视的程度，因此移动源的电池单体的放电时间和移动目的地的电池单体的充电时间几乎相同。
59.图3的(b)表示从作为移动源的电池单体的第1电池单体c1向作为移动目的地的电池单体的第4电池单体c4的能量移动结束的状态。控制部13再次执行上述的处理。具体地说，使能量从高于目标电压的电池单体内电压最高的电池单体(图3的(b)中为第3电池单体c3)向低于目标电压的电池单体内电压最低的电池单体(图3的(b)中为第2电池单体c2)移动。
60.图3的(c)表示从作为移动源的电池单体的第3电池单体c3向作为移动目的地的电池单体的第2电池单体c2的能量移动结束的状态。通过以上，串联连接的第1电池单体c1
‑
第4电池单体c4的均等化处理结束。
61.在图3的(a)
‑
(c)所示的具体例中，首先，计算串联连接的多个电池单体的电压的平均值，设定目标值。这方面也能够是未设定目标值的算法。控制部13在各时刻，使能量从串联连接的多个电池单体的电压内电压最高的电池单体向电压最低的电池单体移动，从而将这两个电池单体的电压均等化。控制部13反复执行该处理，直到串联连接的多个电池单体的电压全部被均等化。
62.此外，在上述具体例中，说明了使用电压作为均等化目标值的例子，但也可以取代电压，使用实际容量、可放电容量或者可充电容量。
63.图4的(a)
‑
(c)是用于对比较例所涉及的均等化电路进行说明的图。如图4的(a)所示，比较例所涉及的均等化电路具备串联连接的2个电池单体c1、c2、电感器l1、以及2个开关s51、s52。电感器l1的第1端连接于2个电池单体c1、c2的中点，电感器l1的第2端连接于2个开关s51、s52的中点(2个开关s51、s52的第1端彼此连接的节点)。
64.以下，说明从第1电池单体c1向第2电池单体c2能量移动的情况下的动作顺序。首先，如图4的(b)所示，将开关s51控制为接通状态，将开关s52控制为断开状态。由此，从第1电池单体c1向电感器l1流过电流，从第1电池单体c1放电的能量被蓄积于电感器l1。接下来，如图4的(c)所示，将开关s51控制为断开状态，将开关s52控制为接通状态。由此，从电感器l1向第2电池单体c2流过电流，第2电池单体c2被充电。这样，能够通过电感器l1和2个开关s51、s52来实现串联连接的2个电池单体c1、c2间的能量移动。
65.图5的(a)、(b)是用于对将图4的(a)所示的均等化电路扩展为使用串联连接的3个以上的电池单体的情况的电路结构例进行说明的图。在图5的(a)、(b)中，表示使用4个电池单体c1
‑
c4的情况的电路结构例。在使用串联连接的3个以上的电池单体的情况下，需要用于将多个电池单体的各节点分别与开关s51的第2端、电感器l1的第1端以及开关s52的第2端连接的3根布线w1
‑
w3。3根布线w1
‑
w3之中，与开关s51的第2端连接的第1布线w1的电位最高，与电感器l1的第1端连接的第2布线w2的电位次高，与开关s52的第2端连接的第3布线w3的电位最低。
66.如图5的(a)所示，在多个电池单体的各节点与3根布线w1
‑
w3之间连接3个开关。在从某个电池单体放电的情况下，将连接于该电池单体的上侧的节点与第1布线w1之间的开关、连接于该电池单体的下侧的节点与第2布线w2之间的开关接通。由此，形成从该电池单体向电感器l1的放电路径。
67.在向某个电池单体充电的情况下，将连接于该电池单体的上侧的节点与第2布线
w2之间的开关、连接于该电池单体的下侧的节点与第3布线w3之间的开关接通。由此，形成从电感器l1向该电池单体的充电路径。
68.在图5的(a)所示的电路结构中，在第1电池单体c1的上侧的节点未连接其他电池单体，因此不需要用于该其他电池单体的充放电的路径。因此，能够省略连接于该节点与第2布线w2之间的开关s54、以及连接于该节点与第3布线w3之间的开关s53。
69.此外，由于在第4电池单体c4的下侧的节点未连接其他电池单体，因此不需要用于该其他电池单体的充放电的路径。因此，能够省略连接于该节点与第1布线w1之间的开关s67、以及连接于该节点与第2布线w2之间的开关s66。
70.进一步地，通过将向第1电池单体c1充电的情况下的放电路径与充电路径设为反向，能够省略开关s56，通过将从第4电池单体c4放电的情况下的放电路径与充电路径设为反向，能够省略开关s64。根据以上能够省略合计6个开关。图5的(b)表示从图5的(a)的电路结构去除了6个开关s53、s54、s56、s64、s66、s67的电路结构。
71.图6的(a)、(b)是用于对图5的(b)所示的均等化电路中从第1电池单体c1向第3电池单体c3能量移动的情况下的动作顺序进行说明的图。在图6的(a)所示的第1状态下，开关s55、s57、s51被控制为接通状态，其他开关s58、s59、s60、s61、s62、s63、s65、s52被控制为断开状态。在该状态下，从第1电池单体c1向电感器l1流过电流，从第1电池单体c1放电的能量被蓄积于电感器l1。
72.在图6的(b)所示的第2状态下，开关s60、s62、s52被控制为接通状态，其他开关s55、s57、s58、s59、s61、s63、s65、s51被控制为断开状态。在该状态下，从电感器l1向第3电池单体c3流过电流，第3电池单体c3被充电。
73.以下，对上述的本发明的实施例所涉及的均等化电路与比较例所涉及的均等化电路进行比较。在本发明的实施例中，如图2的(a)
‑
(h)所示，在从移动源的电池单体放电的放电期间与向移动目的地的电池单体充电的充电期间之间，设置将电感器电流有源钳位的有源钳位期间。在该有源钳位期间，电池单体选择电路11中包含的全部开关被控制为断开状态，电感器l1与串联连接的多个电池单体c1
‑
c4被分离。
74.另一方面，在比较例中，如图6的(a)、(b)所示，在放电期间与充电期间之间未设置有源钳位期间。因此在从放电期间切换为充电期间时，电感器l1中蓄积的能量(li2/2(l是l1的电感，i是l1的电流))可能失去去处，产生反电动势，引起开关的耐压击穿。若在开关产生耐压击穿，则电池单体短路，电池单体受到损害。
75.对此，在本实施例中，通过设置电池单体选择电路11中包含的全部开关被控制为断开状态的有源钳位期间，能够防止在从放电期间切换为充电期间时、开关产生耐压击穿，能够防止电池单体的短路。
76.另外，在比较例中，如图4的(a)
‑
(c)所示，在2个电池单体c1、c2串联连接的结构中，通过利用作为开关而使用的mosfet的源极
‑
漏极间形成的反向导通二极管(寄生二极管)，能够防止开关的耐压击穿。例如，若从图4的(b)的状态，开关s51被断开，则开关s52的反向导通二极管导通，在反向导通二极管中少量流过电流的状态下，开关s52被接通。由此，能够防止开关s51、s52的耐压击穿。
77.另外，在比较例中，在3个以上的电池单体串联连接的结构中，难以仅使充电对象的电池单体的充电路径中包含的开关的反向导通二极管导通，因此难以采用利用反向导通
二极管来防止耐压击穿的手法。
78.图7是通过图表来表示本发明的实施例所涉及的均等化电路与比较例所涉及的均等化电路中使用的开关的数量的图。横轴表示电池单体的串联数，纵轴表示开关的数量。在比较例中，在电池单体的串联数是2的情况下，如图4的(a)
‑
(c)所示，开关的数量是2。在电池单体的串联数是3以上的情况下，如图5的(b)所示，开关的数量被定义为3(n+1)
‑
6+2。
‑
6是根据电路的特殊性而能够削减的开关s53、s54、s56、s64、s66、s67的数量，+2是连接于电感器l1的第2端的开关s51、s52的数量。在实施例中，如图1所示，开关的数量被定义为2(n+1)+1。+1是钳位开关sc的数量。
79.若对比较例与实施例进行比较，则电池单体的串联数为3以下的情况下，比较例的开关的数量较少，在串联数为4的情况下，两者的开关的数量相等，在串联数为5以上的情况下，实施例的开关的数量较少。例如，在电池单体的串联数是16的情况下，在比较例中，开关需要45个，但在实施例中，34个就足够。这样，在实施例中，串联数越增加，开关的削减效果越大。
80.如以上说明那样，根据本实施例，能够通过较少的元件数来实现使用了电感器的有源方式的均等化电路。近年来，特别是在车载用途中，处于电池单体的串联数增加的倾向。因此，处于基于采用本实施例所涉及的均等化电路的开关的削减效果变大的倾向。此外，由于在本实施例与比较例之间不需要改变电感器l1的常量，因此通过采用本实施例，也不需要将电感器l1的尺寸、开关的尺寸大型化。
81.此外，在本实施例中，在从某个电池单体放电的放电期间与向另一个电池单体充电的充电期间之间，设置将电感器电流有源钳位的有源钳位期间。在该有源钳位期间，通过使放电路径的开关与充电路径的开关同时断开，能够安全并且平稳地进行电池单体选择电路11内的开关的切换。
82.这方面，在将比较例对应于串联数增加而设置选择开关的情况下，若使放电路径的开关与充电路径的开关同时断开，则可能产生较大的反电动势，可能导致开关的耐压击穿。为了控制为不使放电路径的开关与充电路径的开关同时断开，需要以严格的定时进行开关控制，开关控制电路的成本上升。
83.此外，在本实施例中，由于在有源钳位期间的前后，可确保电感器电流的连续性，因此即使设置有源钳位期间，也能够几乎不使效率降低地进行能量移动。
84.以上，基于实施例说明了本发明。实施例是示例，本领域技术人员容易理解，对其各结构要素、各处理过程的组合能够进行各种变形例，此外，这种变形例也属于本发明的范围。
85.图8是表示本发明的变形例所涉及的蓄电系统1的结构的图。在图8所示的蓄电系统1中，对与图1所示的蓄电系统1共用或者相当的结构要素赋予相同的图号。在变形例中，将能量保持电路12内的钳位开关设为全桥结构。在变形例所涉及的能量保持电路12中，在第1布线w1与第2布线w2之间，串联连接第1钳位开关sc1和第2钳位开关sc2。进一步地，在第1布线w1与第2布线w2之间，与第1钳位开关sc1和第2钳位开关sc2并联地，串联连接第3钳位开关sc3和第4钳位开关sc4。电感器l1的第1端连接于第1钳位开关sc1与第2钳位开关sc2的中点，电感器l1的第2端连接于第3钳位开关sc3与第4钳位开关sc4的中点。
86.在变形例所涉及的结构中，能够任意选择放电电流或者充电电流的朝向。另外，在
图1所示的结构中，若由双向开关构成第1开关s1
‑
第10开关s10，则也能够任意选择放电电流或者充电电流的朝向。
87.在上述的实施例中，说明了通过有源方式来将串联连接的多个电池单体间均等化的例子。这方面，使用实施例所涉及的均等化电路，也能够将串联连接的多个模块间均等化。将本说明书内的“电池单体”适当替代为“模块”即可。此外，也可以是多重地执行串联连接的多个模块间的均等化处理和各模块内的串联连接的多个电池单体间的均等化处理的结构。
88.图9是表示本发明的另一实施例所涉及的蓄电系统1的结构的图。在图9所示的蓄电系统1中，对与图1、图8所示的蓄电系统1共用或者相当的结构要素赋予相同的图号。
89.电池单体选择电路11具有：与电感器l1的第1端连接的第1布线w1、与电感器l1的第2端连接的第2布线w2、多个第1布线侧开关、以及至少一个第2布线侧开关。
90.多个第1布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中、奇数节点与第1布线w1之间。至少一个第2布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中、偶数节点与第2布线w2之间。
91.在图9所示的例子中，n＝4，节点数＝5，电池单体选择电路11具有3个第1布线侧开关以及2个第2布线侧开关。在图9中，第1开关s1、第5开关s5以及第9开关s9是第1布线侧开关，第4开关s4以及第8开关s8是第2布线侧开关。
92.能量保持电路12包含电感器l1、第1钳位开关sc1、第2钳位开关sc2、第3钳位开关sc3以及第4钳位开关sc4。第1钳位开关sc1、第2钳位开关sc2、第3钳位开关sc3以及第4钳位开关sc4构成全桥电路。具体地说，第1钳位开关sc1以及第2钳位开关sc2串联连接的第1臂与第3钳位开关sc3以及第4钳位开关sc4串联连接的第2臂被并联连接于第1布线w1与第2布线w2之间。电感器l1连接于第1钳位开关sc1与第2钳位开关sc2之间的节点和第3钳位开关sc3与第4钳位开关sc4之间的节点之间。
93.第1钳位开关sc1
‑
第4钳位开关sc4能够使电感器l1的两端在能量保持电路12内导通。具体地说，在电池单体选择电路11不选择任何电池单体的状态下，通过将第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为接通状态并且将第2钳位开关sc2以及第4钳位开关sc4控制为断开状态，或者将第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为断开状态并且将第2钳位开关sc2以及第4钳位开关sc4控制为接通状态，在能量保持电路12内，能够形成包含电感器l1的闭环。
94.此外，第1钳位开关sc1
‑
第4钳位开关sc4能够切换流过电感器l1的电流的朝向。具体地说，在电池单体选择电路11选择任一电池单体的状态下，通过将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为接通状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态，或者将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为断开状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为接通状态，能够切换流过电感器l1的电流的朝向。
95.控制部13基于由电压检测部14检测的n个电池单体的电压，执行被串联连接的n个电池单体间的均等化处理。此外，控制部13根据由电压检测部14检测的电压值来判断电池单体的电压异常，在均等化处理的执行中判断出电池单体的电压异常的情况下，停止均等化处理的执行，保护电池单体免受过电压或者规定值以下的低电压。控制部13例如能够包含微型计算机。另外，控制部13和电压检测部14也可以统一构成为一个芯片。
96.在本实施例中，控制部13通过有源电池单体平衡方式来执行串联连接的n个电池单体间的均等化处理。在本实施例所涉及的有源电池单体平衡方式中，在串联连接的n个电池单体间，从某个电池单体(放电对象的电池单体)向另一个电池单体(充电对象的电池单体)进行能量移动，从而将某个电池单体与另一个电池单体的容量均等化。通过反复该能量移动，将串联连接的n个电池单体间的容量均等化。
97.首先，控制部13将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为接通状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态，或者将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为断开状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为接通状态，并且控制电池单体选择电路11并使n个电池单体内的作为放电对象的电池单体的两端和电感器l1的两端导通规定时间。在该状态下，从放电对象的电池单体向电感器l1流过电流，电感器l1中蓄积能量。
98.接下来，控制部13控制电池单体选择电路11并将n个电池单体与电感器l1电切断，并且将第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为接通状态并且将第2钳位开关sc2以及第4钳位开关sc4控制为断开状态，或者将第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为断开状态并且将第2钳位开关sc2以及第4钳位开关sc4控制为接通状态。在该状态下，上述闭环中流过循环电流，在能量保持电路12内，电感器电流被有源钳位。
99.接下来，控制部13将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为接通状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态，或者将第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为断开状态并且将第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为接通状态，并且控制电池单体选择电路11来使n个电池单体内的作为充电对象的电池单体的两端和电感器l1的两端导通规定时间。在该状态下，在能量保持电路12内被有源钳位的电感器电流流向充电对象的电池单体。通过以上，从某个电池单体向另一个电池单体的能量移动结束。
100.图10的(a)
‑
(h)是用于对图9所示的实施例所涉及的蓄电系统1的均等化处理的基本动作顺序例进行说明的电路图。在该基本动作顺序例中，为了将说明简略化，将电池单体的串联数设为2。在图10的(a)所示的第1状态下，控制部13将第1开关s1、第1钳位开关sc1、第4钳位开关sc4以及第4开关s4控制为接通状态，将第5开关s5、第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态。在该状态下，从第1电池单体c1向电感器l1流过电流，从第1电池单体c1放电的能量被蓄积于电感器l1。
101.在图10的(b)所示的第2状态下，控制部13将第2钳位开关sc2以及第4钳位开关sc4控制为接通状态，将第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5、第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为断开状态。在该状态下，电感器l1中蓄积的能量作为电感器电流而流过闭环内，被有源钳位。
102.在图10的(c)所示的第3状态下，控制部13将第4钳位开关sc4、第4开关s4、第5开关s5以及第1钳位开关sc1控制为接通状态，将第1开关s1、第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态。在该状态下，在闭环内被有源钳位的电感器电流流向第2电池单体c2，第2电池单体c2被充电。
103.在图10的(d)所示的第4状态下，控制部13将第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5以及第1钳位开关sc1
‑
第4钳位开关sc4控制为断开状态。该状态是从第1电池单体c1向第2电池单体c2的能量移动结束的状态。
104.在图10的(e)所示的第5状态下，控制部13将第4开关s4、第2钳位开关sc2、第3钳位开关sc3以及第5开关s5控制为接通状态，将第1开关s1、第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为断开状态。在该状态下，从第2电池单体c2向电感器l1流过电流，从第2电池单体c2放电的能量被蓄积于电感器l1。
105.在图10的(f)所示的第6状态下，控制部13将第1钳位开关sc1以及第3钳位开关sc3控制为接通状态，将第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5、第2钳位开关sc2以及第3钳位开关sc3控制为断开状态。在该状态下，电感器l1中蓄积的能量作为电感器电流而流过闭环内，被有源钳位。
106.在图10的(g)所示的第7状态下，控制部13将第3钳位开关sc3、第1开关s1、第4开关s4以及第2钳位开关sc2控制为接通状态，将第5开关s5、第1钳位开关sc1以及第4钳位开关sc4控制为断开状态。在该状态下，在闭环内被有源钳位的电感器电流流向第1电池单体c1，第1电池单体c1被充电。
107.在图10的(h)所示的第8状态下，控制部13将第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5以及第1钳位开关sc1
‑
第4钳位开关sc4控制为断开状态。该状态是从第2电池单体c2向第1电池单体c1的能量移动结束的状态。
108.在第2状态或者第6状态下，在闭环内电感器电流被有源钳位，从而可确保电感器电流的连续性，因此能够进行电池单体选择电路11的安全并且可靠的开关切换。
109.控制部13在移动源的电池单体(放电对象的电池单体)的电压为目标电压以上的范围、并且移动目的地的电池单体(充电对象的电池单体)的电压为目标电压以下的范围，确定能量移动量。控制部13根据所确定的能量移动量和基于设计的放电电流以及充电电流，确定移动源的电池单体的放电时间和移动目的地的电池单体的充电时间。由于能量保持电路12中被有源钳位的期间消耗的能量是能够忽视的程度，因此移动源的电池单体的放电时间与移动目的地的电池单体的充电时间几乎相同。
110.电池单体选择电路11中包含的多个开关以及能量保持电路12中包含的4个钳位开关使用开关速度较快、比较低成本的mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor)是有利的。在n沟道mosfet中，从源极向漏极方向形成寄生二极管(体二极管)。因此，在可能从源极端子和漏极端子这两方流入电流的用途中，一般将2个mosfet反向串联连接并用作为双向开关。
111.图11的(a)
‑
(b)是表示由2个n沟道mosfet构成第1开关s1的情况下的电路结构例的图。图11的(a)表示将2个n沟道mosfet的源极端子彼此连接来构成双向开关的例子。该情况下，串联的2个体二极管d1a、d1b的阳极彼此面对，因此可阻止在双向开关的两端间经由体二极管而流过电流。
112.图11的(b)表示将2个n沟道mosfet的漏极端子彼此连接并构成双向开关的例子。该情况下，串联的2个体二极管d1a、d1b的阴极彼此面对，因此可阻止双向开关的两端间经由体二极管而流过电流。
113.若对图11的(a)的结构例与图11的(b)的结构例进行比较，图11的(a)的结构例存在能够将2个n沟道mosfet的栅极驱动器的电源电路(dc/dc转换器)共用化的优点。在图11的(a)的结构例中，2个n沟道mosfet的源极电位共用，因此能够将2个栅极驱动器的电源电压共用化。因此，也能够将向2个栅极驱动器提供电源电压的电源电路(dc/dc转换器)共用
化。由此，能够削减成本以及电路面积。另一方面，在图11的(b)的结构例中，不能将2个n沟道mosfet的源极电位共用化，因此需要单独设置向2个栅极驱动器提供电源电压的电源电路cdc/dc转换器)。
114.图12的(a)
‑
(b)是对比较例所涉及的蓄电系统1的结构与图9所示的实施例所涉及的蓄电系统1的结构进行比较的图。图12的(a)表示比较例所涉及的蓄电系统1的结构。在比较例中，电池单体选择电路11具有(n+1)个第1布线侧开关以及(n+1)个第2布线侧开关。(n+1)个第1布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点与第1布线w1之间。(n+1)个第2布线侧开关分别连接于串联连接的n个电池单体的各节点与第2布线w2之间。
115.在图12的(a)所示的例子中，n＝4，节点数＝5，电池单体选择电路11具有5个第1布线侧开关以及5个第2布线侧开关。在图12的(a)中，第1开关s1、第3开关s3、第5开关s5、第7开关s7以及第9开关s9是第1布线侧开关，第2开关s2、第4开关s4、第6开关s6、第8开关s8以及第10开关s10是第2布线侧开关。
116.能量保持电路12包含电感器l1以及钳位开关sc。钳位开关sc是用于使电感器l1的两端在能量保持电路12内导通的开关。能量保持电路12能够在电池单体选择电路11未选择任何电池单体的状态下，形成包含电感器l1的闭环。即，若钳位开关sc被控制为接通状态，则形成包含电感器l1和钳位开关sc的闭环。
117.在图12的(a)所示的例子中，对第1开关s1
‑
第10开关s10以及钳位开关sc使用图11的(a)的结构例所示的双向开关。因此，电池单体选择电路11中使用20个开关元件，能量保持电路12中使用2个开关元件，合计使用22个开关元件。
118.图12的(b)表示实施例所涉及的蓄电系统1的结构。在图12的(b)所示的例子中，对第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5、第8开关s8、第9开关s9、第1钳位开关sc1、第2钳位开关sc2、第3钳位开关sc3以及第4钳位开关sc4，使用图11的(a)的结构例所示的双向开关。因此，电池单体选择电路11中使用10个开关元件，能量保持电路12中使用8个开关元件，合计使用18个开关元件。
119.图13的(a)
‑
(c)是用于对比较例所涉及的蓄电系统1的从第1电池单体c1向第3电池单体c3的能量移动的顺序进行说明的电路图。
120.在图13的(a)所示的第1状态下，控制部13将第1.1开关元件s1a、第1.2开关元件s1b、第4.2开关元件s4b以及第4.1开关元件s4a控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第1状态是通过从第1电池单体c1放电的能量从而电感器l1被励磁的状态。
121.在图13的(b)所示的第2状态下，控制部13将第1钳位开关元件sca以及第2钳位开关元件scb控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第2状态是经由第2钳位开关元件scb以及第1钳位开关元件sca来向电感器l1流过循环电流，电感器l1的电流被有源钳位的状态。
122.在图13的(c)所示的第3状态下，控制部13将第6.2开关元件s6b、第6.1开关元件s6a、第7.1开关元件s7a以及第7.2开关元件s7b控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第3状态是从电感器l1向第3电池单体c3流过电流并且电感器l1减磁的状态。
123.图14的(a)
‑
(d)是用于对实施例所涉及的蓄电系统1的从第1电池单体c1向第2电池单体c2/第3电池单体c3的能量移动的顺序进行说明的电路图。
124.在图14的(a)所示的第1状态下，控制部13将第1.1开关元件s1a、第1.2开关元件
s1b、第1.1钳位开关元件sc1a、第1.2钳位开关元件sc1b、第4.1钳位开关元件sc4a、第4.2钳位开关元件sc4b、第4.2开关元件s4b以及第4.1开关元件s4a控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第1状态是通过从第1电池单体c1放电的能量从而电感器l1被励磁的状态。
125.在图14的(b)所示的第2状态下，控制部13将第4.1钳位开关元件sc4a、第4.2钳位开关元件sc4b、第2.2钳位开关元件sc2b以及第2.1钳位开关元件sc2a控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第2状态是经由第4.1钳位开关元件sc4a、第4.2钳位开关元件sc4b、第2.2钳位开关元件sc2b以及第2.1钳位开关元件sc2a来向电感器l1流过循环电流从而电感器l1的电流被有源钳位的状态。
126.在图14的(c)所示的第3状态下，控制部13将第4.1钳位开关元件sc4a、第4.2钳位开关元件sc4b、第4.2开关元件s4b、第4.1开关元件s4a、第5.1开关元件s5a、第5.2开关元件s5b、第1.1钳位开关元件sc1a以及第1.2钳位开关元件sc1b控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第3状态是从电感器l1向第2电池单体c2流过电流从而电感器l1减磁的状态。
127.在图14的(d)所示的第4状态下，控制部13将第3.1钳位开关元件sc3a、第3.2钳位开关元件sc3b、第5.2开关元件s5b、第5.1开关元件s5a、第9.1开关元件s9a、第9.2开关元件s9b、第2.1钳位开关元件sc2a以及第2.2钳位开关元件sc2b控制为接通状态，将其他开关元件控制为断开状态。第4状态是从电感器l1向第3电池单体c3流过电流从而电感器l1减磁的状态。
128.控制部13在将从第1电池单体c1放电的能量向第2电池单体c2充电的情况下，从第2状态移至第3状态。在将从第1电池单体c1放电的能量向第3电池单体c3充电的情况下，从第2状态移至第4状态。
129.然而，开关元件的开关定时由于温度变化、阈值电平的变化，而产生偏差。因此，难以在设计者意图的理想定时对电池单体选择电路11中包含的多个开关元件以及能量保持电路12中包含的多个开关元件进行接通/断开控制。由于这些开关元件的开关定时的偏移，在从电感器l1的励磁状态移至有源钳位状态时，可能在放电电池单体产生外部短路。此外，可能在放电路径中的开关元件发生耐压击穿。同样地，由于开关定时的偏移，在从有源钳位状态移至减磁状态时，可能在充电电池单体产生外部短路。此外，可能在充电路径中的开关元件产生耐压击穿。
130.例如，在上述图10的(a)
‑
(h)所示的基本动作顺序中，在从图10的(a)所示的电感器l1的励磁状态移至图10的(b)所示的有源钳位状态时，可能在第1电池单体c1产生外部短路，可能在第1开关s1、第4开关s4或者第1钳位开关sc1产生耐压击穿。此外，在从图10的(b)所示的有源钳位状态移至图10的(c)所示的减磁状态时，可能在第2电池单体c2产生外部短路，可能在第4开关s4、第5开关s5或者第1钳位开关sc1产生耐压击穿。
131.因此，在本实施例中，在从电感器l1的励磁状态移至有源钳位状态的期间插入空载时间(dead time)。同样地，在从有源钳位状态移至减磁状态的期间插入空载时间。
132.控制部13在从图14的(a)所示的电感器l1的励磁状态移至图14的(b)所示的有源钳位状态时，最初将第2.2钳位开关元件sc2b接通。接下来，将第1.1开关元件s1a、第4.2开关元件s4b以及第1.1钳位开关元件sc1a断开。最后，将第1.2开关元件s1b、第4.1开关元件
s4a、第1.2钳位开关元件sc1b断开，将第2.1钳位开关元件sc2a接通。
133.在从图14的(a)所示的电感器l1的励磁状态移至图14的(b)所示的有源钳位状态的期间，将第2.2钳位开关元件sc2b接通，建立形成有在电感器l1的两端间存在第2.1钳位开关元件sc2a的体二极管dc1a的路径的状态。即使第2.2钳位开关元件sc2b接通，由于存在第2.1钳位开关元件sc2a的体二极管dc1a，因此第1电池单体c1不会外部短路。在该状态下，在第1.1开关元件s1a、第4.2开关元件s4b以及第1.1钳位开关元件sc1a之中的一个断开的时刻，电感器l1的两端导通。因此，即使在第1.1开关元件s1a、第4.2开关元件s4b以及第1.1钳位开关元件sc1a的断开的定时产生偏移，在第1.1开关元件s1a、第4.2开关元件s4b或者第1.1钳位开关元件sc1a也不会产生耐压击穿。
134.另外，在空载时间中，由于电流流过第2.1钳位开关元件sc2a的体二极管dc2a，因此产生与体二极管dc2a的正向压降vf和电流量相应的损耗。因此，空载时间是不产生上述的外部短路、耐压击穿的时间，尽量设定为较短的时间为宜。
135.控制部13在从图14的(b)所示的有源钳位状态移至图14的(c)所示的减磁状态时，最初将第2.1钳位开关元件sc2a断开。接下来，将第4.2开关元件s4b、第5.1开关元件s5a以及第1.1钳位开关元件sc1a接通。接下来，将第2.2钳位开关元件sc2b断开。最后，将第4.1开关元件s4a、第5.2开关元件s5b以及第1.2钳位开关元件sc1b接通。
136.在从图14的(b)所示的有源钳位状态移至图14的(c)所示的减磁状态的期间，将第4.2开关元件s4b、第5.1开关元件s5a以及第1.1钳位开关元件sc1a接通，建立形成有在电感器l1与第2电池单体c2之间存在第4.2开关元件s4b、第4.1开关元件s4a的体二极管d4a、第5.1开关元件s5a、第5.2开关元件s5b的体二极管d5b、第1.1钳位开关元件sc1a以及第1.2钳位开关元件sc1b的体二极管dc1b的路径的状态。
137.在该状态下，在第2.1钳位开关元件sc2a和第2.2钳位开关元件sc2b这两方为断开状态、成为能够从电感器l1向第2电池单体c2充电的状态时，即使第4.1开关元件s4a、第5.2开关元件s5b以及第1.2钳位开关元件sc1b之一接通，也不会在未接通的2个开关元件的两端间产生高电压。因此，即使第4.1开关元件s4a、第5.2开关元件s5b以及第1.2钳位开关元件sc1b的接通的定时产生偏移，第4.1开关元件s4a、第5.2开关元件s5b或者第1.2钳位开关元件sc1b也不会耐压击穿。此外，也可避免第2.1钳位开关元件sc2a、第2.2钳位开关元件sc2b、第4.1开关元件s4a、第4.2开关元件s4b、第5.1开关元件s5a、第5.2开关元件s5b、第1.1钳位开关元件sc1a以及第1.2钳位开关元件sc1b同时接通，因此第2电池单体c2也不会外部短路。
138.图15是通过图表来表示本实施例所涉及的均等化电路和比较例所涉及的均等化电路中使用的开关元件的数量的图。横轴表示电池单体的串联数n，纵轴表示开关元件的数量。在比较例中所需的开关元件的数量为4(n+1)+2，在本实施例中所需的开关元件的数量为2(n+1)+8。若对比较例与本实施例进行比较可知，本实施例的串联数越增加，开关元件的削减效果越大。
139.如以上说明那样，根据本实施例，通过对能量保持电路12设置全桥型的8个钳位开关，能够通过控制来切换从电感器l1释放的电流的朝向。因此，能够将电池单体选择电路11中包含的开关元件的数量设为一半。在比较例中，不能切换从电感器l1释放的电流的朝向，因此需要对各电池单体的各节点设置放电用和充电用的2个电流路径。这方面，在本实施例
中能够将放电用和充电用的路径汇总为一个，因此能够将电流路径设为一半，也能够将插入到电流路径的开关元件的数量设为一半。进一步地，也能够将驱动开关元件的栅极的驱动电路设为一半。因此，能够削减成本，能够缩小电路面积。
140.图16是表示图12的(b)所示的蓄电系统的变形例的结构的图。在图16所示的变形例中，第1钳位开关sc1
‑
第4钳位开关sc4分别包含一个开关元件，分别反并联地形成体二极管dc1
‑
dc4。串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中，奇数节点能够经由第11开关s11而与第1布线w1连接，能够经由第12开关s12而与第2布线w2连接。串联连接的n个电池单体的各节点(n+1)之中，偶数节点能够经由第13开关s13而与第1布线w1连接，能够经由第14开关s14而与第2布线w2连接。
141.控制部13对第11开关s11、第12开关s12、第13开关s13以及第14开关s14进行控制，以使得将放电对象或者充电对象的电池单体的两端节点之中高压的节点与第1布线w1连接，将低压的节点与第2布线w2连接。对第1开关s1、第4开关s4、第5开关s5、第8开关s8、第9开关s9、第11开关s11、第12开关s12、第13开关s13以及第14开关s14，使用图11的(a)的结构例所示的双向开关。因此，电池单体选择电路11中使用10个开关元件，极性切换电路中使用8个，能量保持电路12中使用4个开关元件，合计使用22个开关元件。若以一般式进行记载，则为2(n+1)+12。
142.在上述的实施例中，说明了使用mosfet来作为开关元件的例子。这方面，也可以使用igbt(insulatedgate bipolar transistor)等的未形成寄生二极管的半导体开关元件。该情况下，取代寄生二极管而将外接二极管相对于半导体开关元件并联连接。越使用正向压降vf低的二极管，越能够减小空载时间中的损耗，效率提高。
143.此外，在上述的实施例中，说明了通过有源方式来将串联连接的多个电池单体间均等化的例子。这方面，也能够使用实施例所涉及的均等化电路，将串联连接的多个模块间均等化。将本说明书内的“电池单体”适当替换为“模块”即可。
144.图17是表示本发明的其他实施例所涉及的蓄电系统的结构的图。图17表示具备将串联连接的多个模块间均等化处理的均等化电路的蓄电系统的一实施例。在图17中，多个模块与图9所示的蓄电系统1同样地，分别具备电池单体用均等化电路以及多个电池单体被串联连接的蓄电部。第1模块m1具备电池单体用均等化电路10a以及蓄电部20a，第2模块m2具备电池单体用均等化电路10b以及蓄电部20b，第3模块m3具备电池单体用均等化电路10c以及蓄电部20c，第4模块m4具备电池单体用均等化电路10d以及蓄电部20d。
145.模块用均等化电路10m包含电压检测部14m、模块选择电路i1m、能量保持电路12m以及控制部13m。
146.在本实施例中，控制部13m通过有源模块平衡方式来执行被串联连接的m个模块间的均等化处理。在本实施例所涉及的有源模块平衡方式中，在串联连接的m个模块间，通过从某个模块(放电对象的模块)向另一个模块(充电对象的模块)进行能量移动，来将某个模块与另一个模块的容量均等化。即，模块用均等化电路10m作为在任意的2个模块间进行能量移动的能量移动电路而发挥功能，通过反复该能量移动，来将串联连接的m个模块间的容量均等化。
147.与以上的多个模块间的均等化处理独立地，进行各模块内的串联连接的多个电池单体间的均等化处理。各模块内的串联连接的多个电池单体间的均等化处理也可以是与多
个模块间的均等化处理重叠地执行的结构。该情况下，模块用均等化电路10m与电池单体用均等化电路10a～10d通过通信而相互协作进行动作。优选模块间的均等化处理比电池单体间的均等化处理更优先执行，通过在模块间的均等化处理结束后，使电池单体间的均等化处理结束，能够消除由于执行模块间的均等化处理而导致产生的各电池单体的电压差。
148.本实施例的模块用均等化电路10m将模块选择电路11m以及能量保持电路12m由与图9所示的电池单体用的均等化电路1同样的电路构成，但模块选择电路11m以及能量保持电路12m也可以是与图1或者图8所示的电池单体用的均等化电路1同样的电路结构。
149.此外，在上述的各实施例中，说明了有源电池单体平衡方式的均等化电路，但也能够适用于不以多个电池单体/模块间的均等化为目的的能量移动。例如，在2个模块间的温度较大不同的情况下，为了抑制保存劣化，也可以使温度高的模块的能量的至少一部分向温度低的模块移动。
150.以上，基于各实施例说明了本发明。各实施例是示例，本领域技术人员容易理解，能够对这些各结构要素、各处理过程的组合进行各种变形例，此外，这种变形例也属于本发明的范围。
151.另外，实施的方式也可以通过以下的项目来确定。
152.[项目1]
[0153]
一种能量移动电路(10)，其特征在于，具备：
[0154]
电感器(l1)；
[0155]
电池单体选择电路(11)，被设置于串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体(c1
‑
c4)与所述电感器(l1)之间，能够使所述n个电池单体(c1
‑
c4)的任一电池单体的两端与所述电感器(l1)的两端导通；
[0156]
钳位开关(sc)，用于在所述电池单体选择电路(11)未选择任何电池单体的状态下，形成包含所述电感器(l1)的闭环；和
[0157]
控制部(13)，对所述电池单体选择电路(11)和所述钳位开关(sc)进行控制，
[0158]
所述控制部(13)控制所述电池单体选择电路(11)来使所述n个电池单体(c1
‑
c4)之中的作为放电对象的电池单体的两端与所述电感器(l1)的两端导通规定时间，
[0159]
所述控制部(13)控制所述电池单体选择电路(11)来将所述n个电池单体(c1
‑
c4)与所述电感器(l1)电切断，并且使所述钳位开关(sc)接通，
[0160]
所述控制部(13)使所述钳位开关(sc)断开，并且控制所述电池单体选择电路(11)来使所述n个电池单体(c1
‑
c4)之中的作为充电对象的电池单体的两端与所述电感器(l1)的两端导通规定时间。
[0161]
由此，能够以较少的元件数来实现使用电感器(l1)来将多个电池单体(c1
‑
c4)间的容量均等化的能量移动电路(10)。
[0162]
[项目2]
[0163]
根据项目1所述的能量移动电路(10)，其特征在于，所述电池单体选择电路(11)包含：
[0164]
第1布线(w1)，与所述电感器(l1)的一端连接；
[0165]
第2布线(w2)，与所述电感器(l1)的另一端连接；
[0166]
(n+1)个第1布线侧开关(s1、s3、s5、s7、s9)，分别连接于所述串联连接的n个电池
单体(c1
‑
c4)的各节点与所述第1布线(w1)之间；和
[0167]
(n+1)个第2布线侧开关(s2、s4、s6、s8、s10)，分别连接于所述串联连接的n个电池单体(g1
‑
c4)的各节点与所述第2布线(w2)之间。
[0168]
由此，能够以较少的开关数实现进行使用了电感器(l1)的有源方式的均等化的能量移动电路(10)。
[0169]
[项目3]
[0170]
根据项目1或者2所述的能量移动电路(10)，其特征在于，n是5以上的整数。
[0171]
电池单体的串联数(n)越多，元件的削减效果越大。
[0172]
[项目4]
[0173]
一种能量移动电路(10)，其特征在于，具备：
[0174]
电感器(l1)；
[0175]
电池单体选择电路(11)，被设置于串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体(c1
‑
c4)与所述电感器(l1)之间，能够使所述n个电池单体(c1
‑
c4)的任一电池单体的两端与所述电感器(l1)的两端导通；
[0176]
全桥连接的4个钳位开关(sc1
‑
sc4)，用于在所述电池单体选择电路(11)未选择任何电池单体(c1
‑
c4)的状态下，形成包含所述电感器(l1)的闭环；和
[0177]
控制部(13)，对所述电池单体选择电路(11)和所述4个钳位开关(sc1
‑
sc4)进行控制，
[0178]
所述电池单体选择电路(11)包含：
[0179]
第1布线(w1)，与所述电感器(l1)的一端连接；
[0180]
第2布线(w2)，与所述电感器(l1)的另一端连接；
[0181]
多个第1布线侧开关(s1、s5、s9)，分别连接于所述串联连接的n个电池单体(c1
‑
c4)的各节点(n+1)之中的奇数节点与所述第1布线(w1)之间；和
[0182]
至少一个第2布线侧开关(s4、s8)，分别连接于所述串联连接的n个电池单体(c1
‑
c4)的各节点(n+1)之中的偶数节点与所述第2布线(w2)之间，
[0183]
所述4个钳位开关(sc1
‑
sc4)之中，第1钳位开关(sc1)以及第2钳位开关(sc2)串联连接的第1臂、和第3钳位开关(sc3)以及第4钳位开关(sc4)串联连接的第2臂被并联连接于所述第1布线(w1)与所述第2布线(w2)之间，
[0184]
所述电感器(l1)连接于所述第1钳位开关(sc1)与所述第2钳位开关(sc2)之间的节点、和所述第3钳位开关(sc3)与所述第4钳位开关(sc4)之间的节点之间。
[0185]
由此，能够以较少的元件数实现使用了电感器(l1)的多个电池单体(c1
‑
c4)间的能量移动电路(10)。
[0186]
[项目5]
[0187]
根据项目4所述的能量移动电路(10)，其特征在于，所述控制部(13)按照以下第1状态、第2状态、第3状态的顺序进行控制：
[0188]
第1状态，将所述n个电池单体(c1
‑
c4)之中的作为放电对象的放电电池单体(c1)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s1)和所述第2布线侧开关(s4)控制为接通状态，并且将所述第1钳位开关(sc1)以及所述第4钳位开关(sc4)、或者所述第2钳位开关(sc2)以及所述第3钳位开关(sc3)控制为接通状态；
[0189]
第2状态，将所述放电电池单体(c1)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s1)和所述第2布线侧开关(s4)控制为断开状态，并且将所述第2钳位开关(sc2)以及所述第4钳位开关(sc4)、或者所述第1钳位开关(sc1)以及所述第3钳位开关(sc3)控制为接通状态；和
[0190]
第3状态，将所述n个电池单体(c1
‑
c4)之中的作为充电对象的充电电池单体(c2)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s5)和所述第2布线侧开关(s4)控制为接通状态，并且将所述第1钳位开关(sc1)以及所述第4钳位开关(sc4)、或者所述第2钳位开关(sc2)以及所述第3钳位开关(sc3)控制为接通状态以使得电流流向所述充电电池单体(c2)。
[0191]
由此，能够在任意的2个电池单体间进行能量移动。
[0192]
[项目6]
[0193]
根据项目4或者5所述的能量移动电路(10)，其特征在于，
[0194]
所述多个第1布线侧开关(s1、s5、s9)分别是具有体二极管(d1a、d1b/d5a、d5b/d9a、d9b)的2个开关元件(s1a、s1b/s5a、s5b/s9a、s9b)被反向串联连接而形成的，
[0195]
所述至少一个第2布线侧开关(s4、s8)分别是具有体二极管(d4a、d4b/d8a、d8b)的2个开关元件(s4a、s4b/s8a、s8b)被反向串联连接而形成的。
[0196]
由此，能够安全地切换第1布线侧开关(s1、s5、s9)和第2布线侧开关(s4、s8)。
[0197]
[项目7]
[0198]
根据项目4至6的任一项所述的能量移动电路(10)，其特征在于，
[0199]
所述4个钳位开关(sc1
‑
sc4)分别是具有体二极管(dc1a、dc1b/dc2a、dc2b/dc3a、dc3b/dc4a、dc4b)的2个开关元件(sc1a、sc1b/sc2a、sc2b/sc3a、sc3b/sc4a、sc4b)被反向串联连接而形成的。
[0200]
由此，能安全地切换钳位开关(sc1
‑
sc4)。
[0201]
[项目8]
[0202]
根据项目4至7的任一项所述的能量移动电路(10)，其特征在于，所述能量移动电路(10)还具备对所述n个电池单体(c1
‑
c4)的各个电压进行检测的电压检测部(14)，
[0203]
所述控制部(13)基于由所述电压检测部(14)检测的所述n个电池单体(c1
‑
c4)的电压，执行所述n个电池单体(c1
‑
c4)间的均等化处理。
[0204]
由此，能够实现利用了能量移动的均等化电路。
[0205]
[项目9]
[0206]
根据项目8所述的能量移动电路(10)，其特征在于，所述控制部(13)基于由所述电压检测部(14)检测的所述n个电池单体(c1
‑
c4)的电压，确定所述n个电池单体(c1
‑
c4)的目标电压/目标容量，将比所述目标电压/目标容量高的电池单体确定为放电对象的电池单体，将比所述目标电压/目标容量低的电池单体确定为充电对象的电池单体。
[0207]
由此，能够实现基于电池单体(c1
‑
c4)间的能量移动的有源电池单体平衡。
[0208]
[项目10]
[0209]
一种蓄电系统(1)，其特征在于，具备：
[0210]
串联连接的n(n为2以上的整数)个电池单体(c1
‑
c4)；和
[0211]
项目4至9的任一项所述的能量移动化电路(10)。
[0212]
由此，能够构建以较少的元件数实现使用了电感器(l1)的多个电池单体(c1
‑
c4)间的能量移动电路(10)的蓄电系统(1)。
[0213]
[项目11]
[0214]
一种能量移动电路(10)，其特征在于，具备：
[0215]
电感器(l1)；
[0216]
模块选择电路(11)，被设置于串联连接的n(n为2以上的整数)个模块(c1
‑
c4)与所述电感器(l1)之间，能够使所述n个模块(c1
‑
c4)的任一模块的两端与所述电感器(l1)的两端导通；
[0217]
钳位开关(sc)，用于在所述模块选择电路(11)未选择任何模块的状态下，形成包含所述电感器(l1)的闭环；和
[0218]
控制部(13)，对所述模块选择电路(11)和所述钳位开关(sc)进行控制，
[0219]
所述控制部(13)控制所述模块选择电路(11)来使所述n个模块(c1
‑
c4)之中的作为放电对象的模块的两端与所述电感器(l1)的两端导通规定时间，
[0220]
所述控制部(13)控制所述模块选择电路(11)来将所述n个模块(c1
‑
c4)与所述电感器(l1)电切断，并且使所述钳位开关(sc)接通，
[0221]
所述控制部(13)使所述钳位开关(sc)断开，并且控制所述模块选择电路(11)来使所述n个模块(c1
‑
c4)之中的作为充电对象的模块的两端与所述电感器(l1)的两端导通规定时间。
[0222]
由此，能够以较少的元件数实现使用电感器(l1)来将多个模块(c1
‑
c4)间的容量均等化的能量移动电路(10)。
[0223]
[项目12]
[0224]
一种能量移动电路(10m)，其特征在于，具备：
[0225]
电感器(l1m)；
[0226]
模块选择电路(11m)，被设置于串联连接的m(m为2以上的整数)个模块(m1
‑
m4)与所述电感器(l1m)之间，能够使所述m个模块(m1
‑
m4)的任一模块的两端与所述电感器(l1m)的两端导通；
[0227]
全桥连接的4个钳位开关(sc1m
‑
sc4m)，在所述模块选择电路(11m)未选择任何模块(m1
‑
m4)的状态下，用于形成包含所述电感器(l1m)的闭环；和
[0228]
控制部(13)，对所述模块选择电路(11m)和所述4个钳位开关(sc1m
‑
sc4m)进行控制，
[0229]
所述模块选择电路(11m)包含：
[0230]
第1布线(w1m)，与所述电感器(l1m)的一端连接；
[0231]
第2布线(w2m)，与所述电感器(l1m)的另一端连接；
[0232]
多个第1布线侧开关(s1m、s5m、s9m)，分别连接于所述串联连接的m个模块(m1
‑
m4)的各节点(m+1)之中的奇数节点与所述第1布线(w1m)之间；和
[0233]
至少一个第2布线侧开关(s4m、s8m)，分别连接于所述串联连接的m个模块(m1
‑
m4)的各节点(m+1)之中的偶数节点与所述第2布线(w2m)之间，
[0234]
所述4个钳位开关(sc1m
‑
sc4m)之中，第1钳位开关(sc1m)以及第2钳位开关(sc2m)串联连接的第1臂、和第3钳位开关(sc3m)以及第4钳位开关(sc4m)串联连接的第2臂被并联
连接于所述第1布线(w1m)与所述第2布线(w2m)之间，
[0235]
所述电感器(l1m)被连接于所述第1钳位开关(sc1m)与所述第2钳位开关(sc2m)之间的节点、和所述第3钳位开关(sc3m)与所述第4钳位开关(sc4m)之间的节点之间。
[0236]
由此，能够以较少的元件数实现使用了电感器(l1m)的多个模块(m1
‑
m4)间的能量移动电路(10m)。
[0237]
[项目13]
[0238]
根据项目12所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0239]
所述控制部(13m)按照以下的第1状态、第2状态、第3状态的顺序进行控制；
[0240]
第1状态，将所述m个模块(m1
‑
m4)之中的作为放电对象的放电模块(m1)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s1m)和所述第2布线侧开关(s4m)控制为接通状态，并且将所述第1钳位开关(sc1m)以及所述第4钳位开关(sc4m)、或者所述第2钳位开关(sc2m)以及所述第3钳位开关(sc3m)控制为接通状态；
[0241]
第2状态，将所述放电模块(m1)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s1m)与所述第2布线侧开关(s4m)控制为断开状态，并且将所述第2钳位开关(sc2m)以及所述第4钳位开关(sc4m)、或者所述第1钳位开关(sc1m)以及所述第3钳位开关(sc3m)控制为接通状态；和
[0242]
第3状态，将所述m个模块(m1
‑
m4)之中的作为充电对象的充电模块(m2)的两侧的节点所连接的所述第1布线侧开关(s5m)和所述第2布线侧开关(s4m)控制为接通状态，并且将所述第1钳位开关(sc1m)以及所述第4钳位开关(sc4m)、或者所述第2钳位开关(sc2m)以及所述第3钳位开关(sc3m)控制为接通状态以使得电流流向所述充电模块(m2)。
[0243]
由此，能够在任意的2个模块间进行能量移动。
[0244]
[项目14]
[0245]
根据项目12或者13所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0246]
所述多个第1布线侧开关(s1m、s5m、s9m)分别是具有体二极管(d1a、d1b/d5a、d5b/d9a、d9b)的2个开关元件(s1a、s1b/s5a、s5b/s9a、s9b)被反向串联连接而形成的，
[0247]
所述至少一个第2布线侧开关(s4m、s8m)分别是具有体二极管(d4a、d4b/d8a、d8b)的2个开关元件(s4a、s4b/s8a、s8b)被反向串联连接而形成的。
[0248]
由此，能够安全地切换第1布线侧开关(s1m、s5m、s9m)和第2布线侧开关(s4m、s8m)。
[0249]
[项目15]
[0250]
根据项目12至14的任一项所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0251]
所述4个钳位开关(sc1m
‑
sc4m)分别是具有体二极管(dc1a、dc1b/dc2a、dc2b/dc3a、dc3b/dc4a、dc4b)的2个开关元件(sc1a、sc1b/sc2a、sc2b/sc3a、sc3b/sc4a、sc4b)被反向串联连接而形成的。
[0252]
由此，能够安全切换钳位开关(sc1m
‑
sc4m)。
[0253]
[项目16]
[0254]
根据项目11至15的任一项所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0255]
所述能量移动电路(10m)还具备对所述m个模块(m1
‑
m4)的各个电压进行检测的电压检测部(14m)，
[0256]
所述控制部(13m)基于由所述电压检测部(14m)检测的所述m个模块(m1
‑
m4)的电压，执行所述m个模块(m1
‑
m4)间的均等化处理。
[0257]
由此，能够实现利用了能量移动的均等化电路。
[0258]
[项目17]
[0259]
根据项目16所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0260]
所述控制部(13m)基于由所述电压检测部(14m)检测的所述m个模块(m1
‑
m4)的电压，确定所述m个模块(m1
‑
m4)的目标电压/目标容量，将比所述目标电压/目标容量高的模块确定为放电对象的模块，将比所述目标电压/目标容量低的模块确定为充电对象的模块。
[0261]
由此，能够实现基于模块(m1
‑
m4)间的能量移动的有源模块平衡。
[0262]
[项目18]
[0263]
根据项目16所述的能量移动电路(10m)，其特征在于，
[0264]
所述m个模块(m1
‑
m4)分别包含：
[0265]
多个电池单体(c1
‑
c4)，被串联连接；
[0266]
电池单体电压检测部(14)，对所述多个电池单体(c1
‑
c4)的各个电池单体电压进行检测；和
[0267]
电池单体用均等化电路(10a
‑
10d)，基于由所述电池单体电压检测部(14)检测的电池单体电压，将同一模块(m1
‑
m4)内的多个电池单体电压均等化，
[0268]
所述电池单体用均等化电路(10a
‑
10d)通过通信而与所述控制部(13m)相互协作进行动作，在所述m个模块(m1
‑
m4)间的均等化处理被执行后，执行所述多个电池单体(c1
‑
c4)间的均等化处理。
[0269]
由此，能够同时采用基于模块(m1
‑
m4)间的能量移动的有源模块平衡和基于电池单体(c1
‑
c4)间的能量移动的有源电池单体平衡，高效地实现全部电池单体的均等化。
[0270]
[项目19]
[0271]
一种蓄电系统(1m)，其特征在于，具备：
[0272]
串联连接的m(m为2以上的整数)个模块(m1
‑
m4)；和
[0273]
项目11至18的任一项所述的能量移动化电路(10m)。
[0274]
由此，能够构建以较少的元件数实现使用了电感器(l1m)的多个模块(m1
‑
m4)间的能量移动电路(10m)的蓄电系统(1m)。
[0275]
‑
符号说明
‑
[0276]
1蓄电系统，10均等化电路，11电池单体选择电路，12能量保持电路，13控制部，14电压检测部，20蓄电部，c1第1电池单体，c2第2电池单体，c3第3电池单体，c4第4电池单体，l1电感器，w1第1布线，w2第2布线，s1第1开关，s1a第1.1开关元件，d10a、d10b体二极管，s1b第1.2开关元件，s2第2开关，s2a第2.1开关元件，s2b第2.2开关元件，s3第3开关，s3a第3.1开关元件，s3b第3.2开关元件，s4第4开关，s4a第4.1开关元件，s4b第4.2开关元件，s5第5开关，s5a第5.1开关元件，s5b第5.2开关元件，d5b体二极管，s6第6开关，s6a第6.1开关元件，s6b第6.2开关元件，s7第7开关，s7a第7.1开关元件，s7b第7.2开关元件，s8第8开关，s8a第8.1开关元件，s8b第8.2开关元件，s9第9开关，s9a第9.1开关元件，s9b第9.2开关元件，s10第10开关，s10a第10.1开关元件，s10b第10.2开关元件，sc钳位开关，sca第1钳位开关元件，scb第2钳位开关元件，sc1第1钳位开关，sc2第2钳位开关，sc3第3钳位开关，sc4第4钳位开
关，d1a、d1b、d2a、d2b、d3a、d3b、d4a、d4b、d5a、d6a、d6b、d7a、d7b、d8a、d8b、d9a、d9b、dca、dcb、dc1、dc2、dc3、dc4体二极管。