JP3280642B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

蓄電モジュール

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JP3280642B2 JP25405999A JP25405999A JP3280642B2 JP 3280642 B2 JP3280642 B2 JP 3280642B2 JP 25405999 A JP25405999 A JP 25405999A JP 25405999 A JP25405999 A JP 25405999A JP 3280642 B2 JP3280642 B2 JP 3280642B2
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits

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  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connections Arranged To Contact A Plurality Of Conductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の蓄電手段を
複数内蔵し、その蓄電手段相互間においてエネルギーを
移送可能に構成された蓄電モジュールに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】蓄電手段に蓄電されている電気的エネル
ギーを移送可能な装置として、例えば、特開平７−３２
２５１６号公報に記載された移送装置３１が従来から知
られている。この移送装置３１は、図８に示すように、
複数のコンデンサＣ１〜Ｃ４のうちの任意の１つの蓄電
エネルギーを他のコンデンサに移送することによってコ
ンデンサＣ１〜Ｃ４の蓄電エネルギーを平均化可能に構
成されている。具体的には、移送装置３１は、コンデン
サＣ１に並列接続されたチョークコイルＬ１およびスイ
ッチＳＷ１の直列回路と、チョークコイルＬ１を介して
コンデンサＣ２に接続されたスイッチＳＷ２１と、コン
デンサＣ２に並列接続されたチョークコイルＬ２および
スイッチＳＷ２２の直列回路と、コンデンサＣ３に並列
接続されたチョークコイルＬ３およびスイッチＳＷ３１
の直列回路と、チョークコイルＬ２を介してコンデンサ
Ｃ３に接続されたスイッチＳＷ３２と、チョークコイル
Ｌ３を介してコンデンサＣ４に接続されたスイッチＳＷ
４とを備えている。
【０００３】この移送装置３１では、例えば、コンデン
サＣ４の蓄電エネルギーをコンデンサＣ１に移送する際
には、まず、スイッチＳＷ４をオン状態に制御する。こ
の際には、同図に示すように電流Ｉ31が流れることによ
ってチョークコイルＬ３が励磁される。次いで、スイッ
チＳＷ４およびスイッチＳＷ３１を同時にオフ状態およ
びオン状態にそれぞれ制御することにより、チョークコ
イルＬ３の励磁エネルギーに基づく電流Ｉ32が流れてコ
ンデンサＣ３が充電される。次に、スイッチＳＷ３１を
オフ状態に制御した後、スイッチＳＷ３２をオン状態に
制御する。これにより、電流Ｉ33が流れることによって
チョークコイルＬ２が励磁される。続いて、スイッチＳ
Ｗ３２およびスイッチＳＷ２２を同時にオフ状態および
オン状態にそれぞれ制御することにより、チョークコイ
ルＬ２の励磁エネルギーに基づく電流Ｉ34が流れてコン
デンサＣ２が充電される。次いで、スイッチＳＷ２２を
オフ状態に制御した後、スイッチＳＷ２１をオン状態に
制御する。これにより、電流Ｉ35が流れることによって
チョークコイルＬ１が励磁される。最後に、スイッチＳ
Ｗ２１およびスイッチＳＷ１を同時にオフ状態およびオ
ン状態にそれぞれ制御することにより、チョークコイル
Ｌ１の励磁エネルギーに基づく電流Ｉ36が流れてコンデ
ンサＣ１が充電される。この結果、コンデンサＣ４の蓄
電エネルギーがコンデンサＣ１に移送される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
移送装置３１には、以下の問題点がある。すなわち、移
送装置３１では、コンデンサＣ１〜Ｃ４の蓄電エネルギ
ーを平均化するためには、チョークコイルＬ１〜Ｌ３や
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をいちいち接続しなければなら
ず、非常に煩雑であるという問題点がある。
【０００５】また、例えば、コンデンサＣ４からコンデ
ンサＣ３にエネルギーを移送する際に、スイッチＳＷ４
およびスイッチＳＷ３１を同時にオフ状態およびオン状
態に制御する必要がある。この場合、スイッチＳＷ４の
オフ状態に先立ってスイッチＳＷ３１がオン状態に制御
されると、コンデンサＣ３，Ｃ４がスイッチＳＷ４，Ｓ
Ｗ３１を介して短絡することによって、両コンデンサＣ
３，Ｃ４の蓄電エネルギーが損失する。一方、スイッチ
ＳＷ３１のオン状態に先立ってスイッチＳＷ４がオフ状
態に制御されると、スイッチＳＷ４の両端に極めて高電
圧が発生することによって、スイッチＳＷ４が破損す
る。このように、従来の移送装置３１には、スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ４のオン／オフ制御のタイミングが少しでも
ずれると、回路の短絡や回路部品の破損を招くと共にエ
ネルギーを移送することができないという問題点もあ
る。
【０００６】さらに、コンデンサＣ４からコンデンサＣ
１にエネルギーを移送する際に、スイッチＳＷ４〜ＳＷ
１を正確なタイミングで何度もオン／オフ制御しなけれ
ばならない。このため、移送装置３１には、スイッチの
制御が煩雑であるという問題点もある。
【０００７】加えて、移送装置３１では、４つのコンデ
ンサＣ１〜Ｃ４相互間においてエネルギーを移送するた
めに６つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を使用する必要があ
る。この場合、多数のコンデンサ相互間でのエネルギー
移送を考えると、スイッチの数は、そのコンデンサの数
の約２倍となる。このため、従来の移送装置３１には、
スイッチ数が多く、高価で大型化するという問題点もあ
る。
【０００８】本発明は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたものであり、煩雑な接続作業を行うことなく複数の
蓄電手段相互間で蓄電エネルギーの移送が可能な蓄電モ
ジュールを提供することを主目的とし、高い信頼性を有
し確実かつ容易に蓄電エネルギーを移送することがで
き、加えて安価で小型に構成できる蓄電モジュールを提
供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の蓄電モジュールは、電気エネルギーを蓄電
する複数の蓄電手段と、複数の蓄電手段相互間でその蓄
電エネルギーを移送することによって各蓄電手段の各充
電電圧を所定比率に応じた電圧に維持可能なエネルギー
移送手段とを備え、エネルギー移送手段は、少なくとも
第１の巻線およびスイッチ手段を直列接続してなる直列
回路を複数有すると共に複数の直列回路の各々を複数の
蓄電手段の各々にそれぞれ並列接続可能に構成され、複
数の第１の巻線は、互いにそれぞれ磁気結合され、複数
のスイッチ手段は、互いに同期してそれぞれスイッチン
グ制御される蓄電モジュ−ルであって、蓄電モジュール
と同一に構成された他の蓄電モジュールに対して機械的
に連結する連結手段と、蓄電モジュールにおけるスイッ
チ手段と他の蓄電モジュールにおけるスイッチ手段とを
互いに同期してスイッチングさせる駆動信号を入力する
ための接続端子とを備えていることを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の蓄電モジュールは、請求項
１記載の蓄電モジュールにおいて、連結手段は、蓄電手
段とエネルギー移送手段とを収容するモジュール本体に
それぞれ形成された嵌合用の突起部および嵌合用の溝部
を備えて構成され、突起部および溝部の各々に設けられ
たコネクタ部をさらに備え、蓄電モジュールの突起部に
他の蓄電モジュールの溝部を嵌合させることによって、
突起部および溝部がそれぞれ設けられた両モジュール本
体の壁面同士が密着し、かつコネクタ部同士を電気的に
接続した状態で連結可能に構成されていることを特徴と
する。
【００１１】請求項３記載の蓄電モジュールは、請求項
２記載の蓄電モジュールにおいて、他の蓄電モジュール
と非連結時には、突起部および溝部に短絡防止用のカバ
ーをそれぞれはめ込み可能に構成されていることを特徴
とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る蓄電モジュールの好適な実施の形態について説
明する。
【００１３】最初に、本発明に係る蓄電モジュールの動
作原理について、図１を参照して説明する。
【００１４】同図に示すように、蓄電モジュール１は、
蓄電手段としての４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄ（以下、
区別しないときには、「コンデンサＣ」という）を内蔵
し、そのコンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間において、その蓄
電エネルギーを移送可能に構成されている。具体的に
は、蓄電モジュール１は、本発明における第１の巻線に
相当する巻線２ａ〜２ｄ（以下、区別しないときには、
「巻線２」という）を有するトランス２Ａを備えてい
る。なお、以下、トランス２Ａについては、励磁電流の
ない理想トランスであるとして説明する。また、各巻線
２ａ〜２ｄは、鉄心によって互いに磁気的結合されてお
り、巻数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄでそれぞれ巻き回され
ている。さらに、蓄電モジュール１は、各巻線２ａ〜２
ｄの巻終わり側端部とコンデンサＣａ〜Ｃｄのマイナス
側端子との間にそれぞれ接続されると共に巻線２と相ま
って本発明におけるエネルギー移送手段を構成するスイ
ッチＳａ〜Ｓｄ（以下、区別しないときには、「スイッ
チＳ」という）を備えている。この場合、各スイッチＳ
ａ〜Ｓｄは、例えばＦＥＴやバイポーラトランジスタで
構成され、図外のスイッチング制御回路によって互いに
同期してオン／オフ制御され、スイッチングオフ時には
常開状態に維持される。
【００１５】この蓄電モジュール１では、各スイッチＳ
ａ〜Ｓｄがスイッチング制御回路によってスイッチング
制御されると、コンデンサＣａ〜Ｃｄの各端子間電圧Ｖ
ｃａ〜Ｖｃｄと、巻線２の巻数Ｎａ〜Ｎｄとの間には、
下記の式が成立する。 Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ＝Ｎａ：Ｎｂ：Ｎｃ：Ｎｄ・・・式
【００１６】したがって、スイッチＳａ〜Ｓｄのスイッ
チング時には、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間において
エネルギーの移転が行われる。具体的に、例えば、コン
デンサＣａの端子間に上記式に規定される電圧よりも
高電圧が印加された場合を例に挙げて説明する。各スイ
ッチＳａ〜Ｓｄがオン状態に制御されると、コンデンサ
Ｃａの端子間電圧Ｖｃａのみが上記式に応じた電圧よ
りも高電圧のため、コンデンサＣａのプラス側端子、巻
線２ａ、スイッチＳａおよびコンデンサＣａのマイナス
側端子からなる電流経路を電流が流れる。この場合、巻
線２ａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａと等しい値
の電圧Ｖａが発生し、他の巻線２ｂ〜２ｄには、巻線２
ａの巻数Ｎａとの比率に応じた値の電圧Ｖｂ〜Ｖｄがそ
れぞれ発生する。具体的には、巻線２ｂには、値（電圧
Ｖａ×Ｎｂ／Ｎａ）の電圧Ｖｂが発生し、巻線２ｃに
は、値（電圧Ｖａ×Ｎｃ／Ｎａ）の電圧Ｖｃが発生し、
巻線２ｄには、値（電圧Ｖａ×Ｎｄ／Ｎａ）の電圧Ｖｄ
が発生する。
【００１７】この場合、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄは、対応する
各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高電圧とな
る。このため、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄに基づく電流が、巻線
２、コンデンサＣおよびスイッチＳからなる電流経路を
流れ続けて各コンデンサＣｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電す
る。次いで、各電圧Ｖｂ〜Ｖｄと対応する各端子間電圧
Ｖｃｂ〜Ｖｃｄとが等しい電圧に達したコンデンサＣか
ら順次充電が停止され、最終的には、上記式が満足さ
れる。この結果、コンデンサＣａから他のコンデンサＣ
ｂ〜Ｃｄへのエネルギーの分散移転が行われる。なお、
出力電圧ＶO は、各スイッチＳがスイッチングされてい
る間、およびスイッチングが停止されている間の任意の
期間において、コンデンサＣａ〜Ｃｄの両端に接続され
た接続端子を介して図外の負荷に供給される。
【００１８】このように、この蓄電モジュール１によれ
ば、蓄電モジュール１自身が、内蔵しているコンデンサ
Ｃａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを上記式に応
じた比率の電圧に維持するため、従来の移送装置２１と
は異なり、他のチョークコイルなどの電子部品をいちい
ち接続するという煩雑な作業を不要にすることができ
る。また、蓄電手段（コンデンサＣ）と同数の巻線２お
よびスイッチＳで構成することができるため、回路部品
数を少なくすることができる結果、装置の小型、低価格
化を達成することができる。さらに、スイッチＳａ〜Ｓ
ｄを同期してスイッチング制御するだけでよいため、そ
の制御が容易になると共に、短絡事故を招くことがない
ため、コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間でのエネルギーの移
転を高い信頼性で確実に行うことができる。
【００１９】なお、本発明は、上記した蓄電モジュール
１の構成に限らない。図２に示すように、トランス２Ａ
に代えて、トランス３Ａを用いて蓄電モジュール１Ａを
構成することができる。なお、以下、蓄電モジュール１
Ａにおける蓄電モジュール１と同一の構成要素について
は同一の符号を付して、重複した説明を省略する。この
場合、トランス３Ａには、巻線３ａ〜３ｄ（以下、区別
しないときには、「巻線３」という）が直列接続される
と共に各巻線３の接続点に中間タップＴａ〜Ｔｃ（以
下、区別しないときには「中間タップＴ」という）がそ
れぞれ形成されている。また、各巻線３ａ〜３ｄは、鉄
心によって互いに磁気的結合されており、巻数Ｎａ，Ｎ
ｂ，Ｎｃ，Ｎｄでそれぞれ巻き回されている。なお、こ
のトランス３Ａについても、励磁電流のない理想トラン
スであるとして説明する。
【００２０】また、スイッチＳａ〜Ｓｃは、その一端が
トランス３Ａの中間タップＴａ〜Ｔｃにそれぞれ接続さ
れ、その他端が各コンデンサＣの接続点にそれぞれ接続
されている。さらに、スイッチＳｄは、その一端が巻線
３ｄの巻き終わり側端子に接続され、その他端が出力電
圧ＶO におけるアース電位としてのコンデンサＣｄのマ
イナス側端子に接続されている。
【００２１】この蓄電モジュール１Ａでも、各スイッチ
Ｓがスイッチングされると、コンデンサＣａ〜Ｃｄの端
子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄに関して上記式が成立するよ
うに、各コンデンサＣ間でのエネルギーの分散移転が行
われる。したがって、各巻線３の巻数を同一に形成する
ことによって、各コンデンサＣの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖ
ｃｄを等しくすることができる。この場合、この蓄電モ
ジュール１Ａでは、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの各々の端
子間電圧（例えば、Ｖca、Ｖcb、ＶccまたはＶcd）をそ
の両端に接続されている接続端子から出力電圧ＶO とし
て出力することもできるし、連続して隣り合う複数のコ
ンデンサ（例えば、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ）全体としての端
子間電圧（この例では、Ｖca＋Ｖcb＋Ｖcc）をその両端
に接続されている接続端子から出力電圧ＶO として出力
することもできる。なお、動作原理は、蓄電モジュール
１と同一のため、その詳細動作説明については省略す
る。
【００２２】次に、現実的なトランスを用いた実際の回
路構成について、図３を参照して説明する。なお、以
下、蓄電モジュール１，１Ａと同一の構成要素について
は同一の符号を付して重複した説明を省略し、同一の動
作についても重複した説明を省略する。
【００２３】同図に示す蓄電システムＳ１は、同一に構
成された蓄電モジュール１Ｂ１〜１Ｂ３（以下、区別し
ないときには「蓄電モジュール１Ｂ」という）を複数直
列接続して構成されている。この場合、蓄電モジュール
１Ｂは、直列接続されたコンデンサＣａ，Ｃｂと、トラ
ンス４Ａと、ＦＥＴで構成されたスイッチＳａ，Ｓｂ
と、抵抗１１ａ，１１ｂとを備えている。この場合、ト
ランス４Ａは、エネルギー移送手段としての互いに同巻
数の巻線４ａ，４ｂと、巻線４ａの２倍の巻数の共通巻
線４ｃとを備えている。なお、共通巻線４ｃは、他の蓄
電モジュール１Ｂの共通巻線４ｃと装置外部で並列接続
されることによって他の蓄電モジュール１Ｂにおけるト
ランス４Ａの巻線４ａ，４ｂと並列接続させられる。ま
た、共通巻線４ｃは、この巻線を経由して各蓄電モジュ
ール１Ｂのエネルギーを相互移転することにより、並列
接続されたすべての蓄電モジュール１Ｂにおける各コン
デンサＣａ，Ｃｂの直列回路の端子間電圧（Ｖca＋Ｖc
b）を、各共通巻線４ｃの巻数比に応じた電圧（この例
では同巻数のため同一電圧）に維持する機能を有する。
【００２４】この蓄電システムＳ１では、各蓄電モジュ
ール１Ｂの各スイッチＳａ，Ｓｂ用接続端子に、互いに
同期する駆動信号ＳA ，ＳB を生成する外部発振器を接
続する。また、各蓄電モジュール１Ｂにおける共通巻線
４ｃに接続されるＣＯＭ１端子同士およびＣＯＭ２端子
同士を接続し、各蓄電モジュール１ＢのコンデンサＣ
ａ，Ｃｂが直列接続となるように、出力電圧ＶO の出力
端子を直列接続する。さらに、蓄電モジュール１Ｂ２の
巻線４ｂの巻き終わり側端子に接続されている接続端子
と、蓄電モジュール１Ｂ１の巻線４ａの巻き始め側端子
に接続されている接続端子との間にダイオードＤ１を接
続し、蓄電モジュール１Ｂ３の巻線４ｂの巻き終わり側
端子に接続されている接続端子と、蓄電モジュール１Ｂ
２の巻線４ａの巻き始め側端子に接続されている接続端
子との間にダイオードＤ２を接続し、かつ、ＣＯＭ２端
子と、蓄電モジュール１Ｂ３の巻線４ａの巻き始め側端
子に接続されている接続端子との間にダイオードＤ３を
接続する。
【００２５】この状態で外部発振器から駆動信号ＳA ，
ＳB を各蓄電モジュール１Ｂに供給すると、各蓄電モジ
ュール１Ｂの各スイッチＳがスイッチングを開始する。
これにより、各蓄電モジュール１Ｂ間において蓄電エネ
ルギーの分散移送が行われる。この際に、同一巻数の共
通巻線４ｃが並列接続されているため、各トランス４Ａ
の巻線４ａ，４ｂにそれぞれ誘起する電圧Ｖａ，Ｖｂが
等しくなる結果、各蓄電モジュール１Ｂにおけるコンデ
ンサＣａ，Ｃｂの端子間電圧（Ｖca＋Ｖcb）が等しい電
圧に維持される。
【００２６】一方、現実的なトランス４Ａでは、励磁電
流が流れるため、スイッチＳのオン状態制御時には、ト
ランス４Ａが磁化される。したがって、スイッチＳａ，
Ｓｂのオフ状態制御時には、同図に示すように、各巻線
４ａ，４ｂ，４ｃには、トランス４Ａの励磁エネルギー
に基づいて、その巻数比に応じた電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ
がそれぞれ発生する。この際に、蓄電モジュール１Ｂ２
の巻線４ａ，４ｂに発生した電圧Ｖａ，Ｖｂに基づく電
流は、スイッチＳがオフ状態のため、巻線４ｂの巻き終
わり側端子、ダイオードＤ１、蓄電モジュール１Ｂ１の
コンデンサＣａ，Ｃｂ、蓄電モジュール１Ｂ２の巻線４
ａの巻始め側端子からなる電流経路を流れることによっ
て、蓄電モジュール１Ｂ１のコンデンサＣａ，Ｃｂを充
電する。
【００２７】同様にして、蓄電モジュール１Ｂ３の巻線
４ａ，４ｂに発生した電圧Ｖａ，Ｖｂに基づく電流は、
巻線４ｂの巻き終わり側端子、ダイオードＤ２、蓄電モ
ジュール１Ｂ２のコンデンサＣａ，Ｃｂ、蓄電モジュー
ル１Ｂ３の巻線４ａの巻始め側端子からなる電流経路を
流れることによって、蓄電モジュール１Ｂ２のコンデン
サＣａ，Ｃｂを充電し、共通巻線４ｃに発生した電圧Ｖ
ｃに基づく電流は、共通巻線４ｃの巻き終わり側端子、
ダイオードＤ３、蓄電モジュール１Ｂ３のコンデンサＣ
ａ，Ｃｂ、共通巻線４ｃの巻始め側端子からなる電流経
路を流れることによって、蓄電モジュール１Ｂ３のコン
デンサＣａ，Ｃｂを充電する。この際には、電圧Ｖａ，
Ｖｂ，Ｖｃに対する各蓄電モジュール１Ｂのコンデンサ
Ｃａ，Ｃｂの両端電圧の電圧差が大きい順にトランス４
Ａの励磁エネルギーが放出される。これにより、スイッ
チＳａ，Ｓｂのスイッチングオフ状態制御時には、トラ
ンス４Ａが磁気リセットされると共に、トランス４Ａの
励磁エネルギーに基づく電流によって各蓄電モジュール
１ＢにおけるコンデンサＣａ，Ｃｂの両端電圧が平均化
される。
【００２８】なお、蓄電モジュール１Ｂにおける共通巻
線４ｃを蓄電モジュール外部に配設することもできる。
図４に示す蓄電システムＳ２は、巻線５ａ，５ｂが巻き
回されたトランス５Ａをそれぞれ有する複数の蓄電モジ
ュール１Ｃ（同図では２つを図示する）と、蓄電モジュ
ール１Ｃの数分の共通巻線６ａ，６ｂが巻き回されたト
ランス６を有するトランス装置ＴＭを備えて構成されて
いる。この蓄電システムＳ２によれば、蓄電モジュール
１Ｃの各々に収納するトランス５Ａに共通巻線を巻き回
す必要がなくなる結果、トランス５Ａ、ひいては蓄電モ
ジュール１Ｃを小型化することができると共に、トラン
ス５Ａを安価に製造することができる。
【００２９】次に、蓄電モジュールの用途例について、
図５を参照して説明する。
【００３０】同図は、電気自動車内の受給電システムＳ
３を示している。この受給電システムＳ３は、複数の蓄
電モジュールＡ1 〜ＡM によって構成される蓄電モジュ
ール群Ａから、複数の蓄電モジュールＮ1 〜ＮM によっ
て構成される蓄電モジュール群ＮまでのＮ個の蓄電モジ
ュール群で形成されるバッテリーＢＡＴを備えるほか、
受給電制御部２１、システム制御コンピュータ２２、充
電装置２３、駆動用のモータ２４、および各蓄電モジュ
ール群Ａ〜Ｎと受給電制御部２１とを接続する接続ケー
ブルＷA 〜ＷN を備えている。なお、各蓄電モジュール
Ａ1 〜ＮM は蓄電モジュール１Ｂと同一に構成されてお
り、各蓄電モジュールＡ1 〜ＮM 間の接続については、
その図示を省略する。
【００３１】この受給電システムＳ３では、システム制
御コンピュータ２２が、電気自動車のアクセルやブレー
キの操作および車速などを検出し、その検出結果に応じ
て受給電制御部２１の受給電を制御する。具体的には、
受給電制御部２１は、システム制御コンピュータ２２に
制御下で、駆動時には、各蓄電モジュール群Ａ〜Ｎの出
力電圧をモータ２４に供給し、制動時や下り坂移動時に
は、発電機として機能するモータ２４から出力される電
力を各蓄電モジュール群Ａ〜Ｎに供給する。また、受給
電制御部２１は、バッテリーＢＡＴの出力電圧が低下し
たときには、電気自動車とは別体の充電装置２３が商用
交流を整流した充電電圧を入力してバッテリーＢＡＴに
供給する。これらの場合において、各接続ケーブルＷA
〜ＷN は、その配線抵抗が等しくなるように製作されて
おり、各蓄電モジュール群Ａ〜Ｎへの充電量および放電
量を互いに等しくするように機能する。したがって、各
蓄電モジュール群Ａ〜Ｎは、その出力電圧がほぼ等しい
状態を常に維持する。
【００３２】なお、この受給電システムＳ３では、受給
電制御部２１は、例えば、バッテリーＢＡＴが満充電状
態のときには、直列接続した状態の蓄電モジュール群Ａ
〜Ｎの両端電圧をモータ２４に出力し、充電量が低下し
たときには、各蓄電モジュール群Ａ〜Ｎのうちの任意の
数個を並列接続した状態でその両端電圧をモータ２４に
出力する。つまり、受給電制御部２１は、バッテリーＢ
ＡＴの残量に応じて、各蓄電モジュール群Ａ〜Ｎの各々
を直列接続状態または並列接続状態にして、その出力電
圧をモータ２４に供給する。この際に、各蓄電モジュー
ルＡ1 〜ＮM は、その内部に配設されているコンデンサ
Ｃの端子間電圧を自動的に平均化することにより、最も
効率よく蓄電エネルギーの充放電を行うことが可能とな
る。
【００３３】次に、蓄電モジュール１の構造について、
図６，７を参照して説明する。
【００３４】図６に示すように、蓄電モジュール１Ｂ１
〜１ＢＮ（同図では３つの蓄電モジュール１Ｂを図示す
る）は、モジュール本体２１、カバー２２，２３および
コネクタ部２４，２５を備えて構成されている。この蓄
電モジュール１Ｂは、複数の蓄電モジュール１Ｂ同士を
連結可能に構成されており、非連結時には、カバー２２
の溝部をモジュール本体２１の突起部２６にはめ込み、
カバー２３をモジュール本体２１の溝部２７にはめ込む
ことにより、コネクタ部２４，２５の短絡事故が防止さ
れている。一方、連結時には、カバー２２，２３を外し
た後、蓄電モジュール１Ｂの突起部２６および溝部２７
同士を嵌合させることにより、同図（ｂ）に示すよう
に、複数の蓄電モジュール１Ｂ１〜１ＢＮが連結され
る。この場合、コネクタ部２５における上記した出力電
圧ＶO 用の接続端子、ＣＯＭ１端子およびＣＯＭ２端子
などの金属製の各接続端子は、同図（ａ）に示す矢印Ａ
の方向に付勢された状態で突出しており、嵌合時には、
コネクタ部２４の金属製接続端子に面的に接触すること
により、電気的な接続の確実化が図られている。このよ
うに、蓄電モジュール１Ｂによれば、容易に連結できる
ため、複数の蓄電モジュール１Ｂ内のコンデンサＣを直
列接続しての高電圧出力タイプや、並列接続しての大容
量出力タイプの蓄電システムを容易に構成することがで
きる。
【００３５】また、図７に示すように、連結手段は、機
械的連結と電気的接続とを兼用するタイプで構成するこ
ともできる。同図に示す蓄電モジュール１Ｄは、鋲状金
属製の接続端子２８，２８・・を備えている。この場
合、平板状金属製のコモン端子２９に形成された孔に接
続端子２８，２８を嵌合させることにより、機械的およ
び電気的に連結される。この構成によれば、簡易な連結
手段で複数の蓄電モジュール１Ｄを機械的および電気的
に容易に連結することができるため、連結手段のコスト
を抑えることができると共に接続作業コストを低減する
ことができる。
【００３６】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に限定されず、その構成を適宜変更することができ
る。例えば、本発明の実施の形態では、蓄電モジュール
１Ｂを直列接続する例を図３に示したが、同図に示す各
蓄電モジュール１Ｂを並列接続することもできるのは勿
論である。また、連結手段も図６，７に示した例に限定
されず、直列接続用の連結手段と並列接続用の連結手段
とを共に備えるなど、任意の構造を採用することができ
る。さらに、蓄電モジュールの用途についても、自動車
用バッテリーＢＡＴに限定されず、各種の電力受給電シ
ステムに適用が可能である。
【００３７】また、本発明の実施の形態では、蓄電手段
として、電気二重層コンデンサを例に挙げて説明した
が、これに限らず、各種の大容量コンデンサ、各種の二
次電池を用いることもできる。この場合、二次電池に
は、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが含
まれる。また、蓄電手段は、コンデンサと二次電池との
複合品であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の蓄電モジ
ュールによれば、エネルギー移送手段を備えたことによ
り、他のチョークコイルなどの電子部品をいちいち接続
するという煩雑な接続作業を行うことなく、蓄電モジュ
ール自身が、内蔵している各蓄電手段の出力電圧を所定
比率に応じた電圧に維持することができる。この結果、
蓄電モジュールを直列接続または並列接続することによ
って、自動車用バッテリーなどの各種電力受給電システ
ムに必要とされる電圧および容量に合致するタイプのバ
ッテリーを提供することができる。
【００３９】また、請求項２記載の蓄電モジュールによ
れば、嵌合用の突起部および溝部同士をはめ込むことに
より、突起部および溝部がそれぞれ形成されたモジュー
ル本体の壁面同士が密着した状態で複数の蓄電モジュー
ル同士が連結されると共にコネクタ部同士の電気的な接
続の確実化を図ることができる。
【００４０】さらに、請求項３記載の蓄電モジュールに
よれば、非連結時の短絡事故を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作原理を説明するための蓄電モジュ
ール１の回路図である。
【図２】本発明の動作原理を説明するための蓄電モジュ
ール１Ａの回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蓄電システムＳ１の
回路図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る蓄電システムＳ
２の回路図である。
【図５】本発明の用途例を示す受給電システムＳ３の構
成図である。
【図６】（ａ）は蓄電モジュール１Ｂ１の外観図、
（ｂ）は連結状態の蓄電モジュール１Ｂ１〜１Ｂ３の外
観図である。
【図７】（ａ）は蓄電モジュール１Ｄの外観図、（ｂ）
は接続端子２８およびコモン端子２９の拡大図である。
【図８】従来の移送装置３１の回路図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，Ａ1 〜ＮM 蓄電モジュ
ール ２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 巻
線 ４ｃ，６ａ，６ｂ 共通巻線 ２６ 突起部 ２７ 溝部 ２８ 接続端子 ２９ コモン端子 Ｃａ〜Ｃｄ コンデンサ Ｓ１，Ｓ２ 蓄電システム Ｓ３ 受給電システム Ｓａ〜Ｓｄ スイッチ Ｖca〜Ｖcd 端子間電圧
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−228421（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−159755（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−322516（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52042（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−84627（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−201091（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−103534（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−103535（ＪＰ，Ａ) 特開2000−308271（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−27033（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許5594320（ＵＳ，Ａ) 米国特許5666041（ＵＳ，Ａ) 米国特許5767660（ＵＳ，Ａ) 米国特許5821729（ＵＳ，Ａ) 米国特許5956241（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開432639（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 30/02 H01R 9/15 - 9/28 H01M 2/00 - 2/08 H01M 10/42 - 10/48 H02J 1/00 - 1/16 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 H02J 15/00 H02M 3/24 - 3/338

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気エネルギーを蓄電する複数の蓄電手
    段と、当該複数の蓄電手段相互間でその蓄電エネルギー
    を移送することによって当該各蓄電手段の各充電電圧を
    所定比率に応じた電圧に維持可能なエネルギー移送手段
    とを備え、 前記エネルギー移送手段は、少なくとも第１の巻線およ
    びスイッチ手段を直列接続してなる直列回路を複数有す
    ると共に当該複数の直列回路の各々を前記複数の蓄電手
    段の各々にそれぞれ並列接続可能に構成され、前記複数
    の第１の巻線は、互いにそれぞれ磁気結合され、前記複
    数のスイッチ手段は、互いに同期してそれぞれスイッチ
    ング制御される蓄電モジュ−ルであって、 当該蓄電モジュールと同一に構成された他の蓄電モジュ
    ールに対して機械的に連結する連結手段と、 当該蓄電モジュールにおける前記スイッチ手段と前記他
    の蓄電モジュールにおける前記スイッチ手段とを互いに
    同期してスイッチングさせる駆動信号を入力するための
    接続端子とを備えている ことを特徴とする蓄電モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】 前記連結手段は、前記蓄電手段と前記エ
    ネルギー移送手段とを収容するモジュール本体にそれぞ
    れ形成された嵌合用の突起部および嵌合用の溝部を備え
    て構成され、前記 突起部および前記溝部の各々に設けられたコネクタ
    部をさらに備え、当該蓄電モジュールの前記 突起部に他の蓄電モジュール
    の前記溝部を嵌合させることによって、当該突起部およ
    び当該溝部がそれぞれ設けられた当該両モジュール本体
    の壁面同士が密着し、かつ前記コネクタ部同士を電気的
    に接続した状態で連結可能に構成されていることを特徴
    とする請求項１記載の蓄電モジュール。
  3. 【請求項３】 他の前記蓄電モジュールと非連結時に
    は、前記突起部および前記溝部に短絡防止用のカバーを
    それぞれはめ込み可能に構成されていることを特徴とす
    る請求項２記載の蓄電モジュール。
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