特許 5842018 ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路及び電流制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5842018

(24)【登録日】2015年11月20日

(45)【発行日】2016年1月13日

(54)【発明の名称】ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路及び電流制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20151217BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/00 306F

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-37252(P2014-37252)

(22)【出願日】2014年2月27日

(65)【公開番号】特開2014-166140(P2014-166140A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2014年2月27日

(31)【優先権主張番号】61/769754

(32)【優先日】2013年2月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513120321

【氏名又は名称】蔡富生

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】蔡 富生

【審査官】 吉村 伊佐雄

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１３２３１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１５６４２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／４４５− １／６１８、

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８、

Ｈ０２Ｈ ３／０８− ３／２５３、 ７／００、

７／１０− ７／２０、

Ｈ０２Ｊ １／００− １／１６、 ７／００− ７／１２、

７／３４− ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路において、該ブランチは第１メインスイッチに接続され、該電流制御回路は、
検出素子であって、該ブランチに接続されて、該ブランチ電流を検出して検出結果を発生する、上記検出素子と、
該第１メインスイッチに並列に接続された第１補助スイッチと、
制御ユニットであって、該検出素子及び該第１補助スイッチに接続され、該第１メインスイッチが導通するとき、該制御ユニットは第１スイッチ制御信号を発生して該第１補助スイッチに提供し、及び、該検出結果に基づき、該第１スイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整することで、該ブランチ電流を調整する、上記制御ユニットと、
を包含することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項2】

請求項１記載の電流制御回路において、該検出結果が該ブランチ電流がある設定電流値より大きいことを示すとき、該制御ユニットは該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを減らすことを特徴とする、電流制御回路。

【請求項3】

請求項１記載の電流制御回路において、該検出結果が該ブランチ電流がある設定電流値より小さいことを示すとき、該制御ユニットは該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを増加することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項4】

請求項１記載の電流制御回路において、該第１メインスイッチに第２メインスイッチが直列に接続され、及び該電流制御回路はまた、
該第２メインスイッチに並列に接続された第２補助スイッチを包含し、
該第１メインスイッチ及び該第２メインスイッチが導通するとき、該制御ユニットは第２スイッチ制御信号を発生して該第２補助スイッチに提供し、及び該検出結果に基づいて該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号のデューティーサイクルの両者の少なくとも一方を調整することで、該ブランチ電流を調整することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項5】

請求項４記載の電流制御回路において、該検出結果が該ブランチ電流がある設定電流値より大きいことを示すとき、該制御ユニットは該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号の両者の少なくとも一方を減らすことを特徴とする、電流制御回路。

【請求項6】

請求項４記載の電流制御回路において、該検出結果が該ブランチ電流がある設定電流値より小さいことを示すとき、該制御ユニットは該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号のデューティーサイクルの両者の少なくとも一方を増加することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項7】

請求項４記載の電流制御回路において、該第１スイッチ制御信号と該第２スイッチ制御信号は該制御ユニットにより設定された同じデューティーサイクルを有することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項8】

請求項４記載の電流制御回路において、該第１メインスイッチと該第１補助スイッチはいずれも充電動作を制御するために用いられる充電スイッチとされ、該第２メインスイッチと該第２補助スイッチはいずれも放電動作を制御するために用いられる放電スイッチとされることを特徴とする、電流制御回路。

【請求項9】

請求項１記載の電流制御回路において、該ブランチは少なくとも一つのバッテリーユニットを包含することを特徴とする、電流制御回路。

【請求項10】

ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御方法において、該ブランチは第１メインスイッチに接続され、該電流制御方法は、
該ブランチ電流を検出して検出結果を発生するステップ、
第１補助スイッチを該第１メインスイッチに並列に接続するステップ、
該第１メインスイッチが導通するとき、第１スイッチ制御信号を発生して該第１補助スイッチに提供し、及び該検出結果に基づいて、該第１スイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整することで、該ブランチ電流を調整するステップ、
以上のステップを包含し、
該検出結果が、該ブランチ電流がある設定電流値より大きいことを示すとき、該検出結果に基づき該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを調整するステップは、該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを減らし、
該検出結果が、該ブランチ電流がある設定電流値より小さいことを示すとき、該検出結果に基づき該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを調整するステップは、該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルを増加することを特徴とする、電流制御方法。

【請求項11】

請求項１０記載の電流制御方法において、該第１メインスイッチは第２メインスイッチに直列に接続され、該電流制御方法はまた、
第２補助スイッチを該第２メインスイッチに並列に接続するステップ、
該第１メインスイッチ及び該第２メインスイッチが導通するとき、第２スイッチ制御信号を発生して該第２補助スイッチに提供し、及び該検出結果に基づいて該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号のデューティーサイクルの両者の少なくとも一方を調整することで、該ブランチ電流を調整するステップ、
以上を包含し、
該検出結果が、該ブランチ電流がある設定電流値より大きいことを示すとき、該検出結果に基づいて、該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号の該デューティーサイクルの両者の少なくとも一方を調整するステップは、該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号の該デューティーサイクルの両者の少なくとも一方を減少し、
該検出結果が、該ブランチ電流がある設定電流値より小さいことを示すとき、該検出結果に基づいて、該第１スイッチ制御信号の該デューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号の該デューティーサイクルの両者の少なくとも一方を調整するステップは、該第１スイッチ制御信号のデューティーサイクルと該第２スイッチ制御信号のデューティーサイクルの両者の少なくとも一方を増加することを特徴とする、電流制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はブランチ電流調整に係り、特に一種の、メインスイッチに接続されたブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路及びその関係する電流制御方法を指す。

【背景技術】

【0002】

高い電気エネルギーを有するバッテリーシステムを提供するため、複数のバッテリーブランチを並列接続して該バッテリーシステムを構成し得る。そのうち、各一つのバッテリーブランチは、相互に直列に接続された複数のバッテリー（或いはバッテリーモジュール）を包含し得る。たとえば、１０個のバッテリーブランチを並列接続でき、且つ各一つのバッテリーブランチは、いずれも６６アンペアの電流を流すことができ、これにより、供給される或いは受け取る総電流がこの１０個のバッテリーブランチに平均して分配されなければ、該バッテリーシステムを損壊させ得る。もしそのうち９個のバッテリーブランチの放電電流がいずれも６０アンペアであるとすれば、残る一つのバッテリーブランチを流れる電流が１２０アンペアとなり、こうして該バッテリーブランチのコアが過熱されて、甚だしくはバッテリー寿命が短縮されてしまう。

【0003】

これにより、新規な電流制御構造により上述の問題を解決する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ゆえに、本発明の目的は、メインスイッチに接続されたブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路及びその関係する電流制御方法を提供することにより、上述の問題を解決することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一つの実施例によると、ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路が提供される。該ブランチは第１メインスイッチに接続される。該電流制御回路は、検出素子、第１補助スイッチ及び制御ユニットを包含する。該検出素子は、該ブランチに接続されて、該ブランチ電流を検出し検出結果を生成する。該第１補助スイッチは該第１メインスイッチに並列に接続され、該制御ユニットは該検出素子及び該第１補助スイッチに接続され、そのうち、該第１メインスイッチが導通するとき、該制御ユニットは、第１スイッチ制御信号を生成して該第１補助スイッチに与え、及び該検出結果により該第１スイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整し、これにより該ブランチ電流を調整する。

【0006】

本発明の一つの実施例によると、ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御方法が提供される。該ブランチは第１メインスイッチに接続される。該電流制御方法は、以下のステップ、すなわち、該ブランチ電流を検出して検出結果を生成するステップ、第１補助スイッチを該メインスイッチに並列に接続するステップ、及び該第１メインスイッチが導通するとき、第１スイッチ制御信号を生成して該第１補助スイッチに提供し、及び該検出結果に基づいて該第１スイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整し、これにより該ブランチ電流を調整するステップ、を包含する。

【発明の効果】

【0007】

総合すると、本発明の提供する電流制御メカニズムは、スイッチングロスが少なくモジュール化回路の特性を有し、並びに正確に回路システムの中のブランチ電流を調節でき、これにより該回路システムの電流の平衡を維持する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明のバッテリーシステムの中でブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路の実施例の表示図である。

【図2】図１に示される複数のスイッチ制御信号の実際の例の信号タイミング図である。

【図3】本発明のバッテリーシステムの中でブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路の別の実施例の表示図である。

【図4】図３に示される複数のスイッチ制御信号の実際の例の信号タイミング図である。

【図5】図３に示されるバッテリーシステムの等価回路の表示図である。

【図6】本発明のバッテリーシステムの中でブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御方法の実施例のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

明細書及び特許請求の範囲中では特定の語彙が特定の部品を指示するために使用されている。所属の領域中の通常の知識を有する者であれば理解できることであるが、メーカーは異なる名詞を使用して同一の部品を呼称することができる。本明細書及び特許請求の範囲は名称の違いにより部品を区分する方式ではなく、部品の機能上の差異により区分する規則にしたがっている。明細書全般及び特許請求の範囲中に用いられる「包含」は開放式の用語であって、ゆえに「包含するが、それに限定されるわけではない」と解釈されるべきである。このほか、「接続」は直接或いは間接的な電気接続手段を包含する。これにより、もし、文中に第１装置が第２装置に接続されるとの記述があれば、それは該第１装置が該第２装置に直接電気的に接続されるか、該第１装置が該第２装置に間接的に電気的に接続されることを代表する。

【0010】

回路システム中で、複数のブランチ回路（ｂｒａｎｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ）を流れる複数のブランチ電流をバランシングするため、本発明の提出する電流制御メカニズム（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は、スイッチ制御信号のデューティーサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）を調整し（たとえば、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ−ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）技術を運用）することで、ブランチ回路に対応する等価抵抗を調整し、それにより対応するブランチ電流を調整／調節し、回路バランシングの目的を達成する。さらに具体的に説明すると、補助スイッチが、ブランチ回路の導通状態を制御するためのメインスイッチに並列に接続され、並びに該ブランチ回路を流れるブランチ電流に基づき、該補助スイッチのスイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整し、こうして、相互に並列に接続されたメインスイッチと補助スイッチの等価抵抗を調整できる。さらに本発明の技術特徴を理解できるようにするため、以下に本発明の概念をバッテリーシステムに応用した実施例について説明するが、このような技術に習熟した者はそれが本発明の制限のために用いられるのではないことを理解できる。

【0011】

図１を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムの中でブランチを流れるブランチ電流を制御するために用いられる電流制御回路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）の実施例の表示図である。この実施例中、バッテリーシステム１０４は、ブランチ１００、メインスイッチＳ_A、及び電流制御回路１０２を包含する。そのうち、電流制御回路１０２はブランチ１００を流れるブランチ電流Ｉを制御するのに用いられる。ブランチ１００は、以下に限定されるわけではないが、相互に直列に接続された複数のバッテリーユニット（ｂａｔｔｅｒｙ ｕｎｉｔ）Ｂ₁〜Ｂ_mを包含し、そのうち、複数のバッテリーユニットＢ₁〜Ｂ_mのうち、各一つのバッテリーユニットは、バッテリーセル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）、バッテリーブロック（ｂａｔｔｅｒｙ ｂｌｏｃｋ）（相互に並列に接続された複数のバッテリーを包含する）、バッテリーモジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）（相互に直列に接続された複数のバッテリーブロックを包含する）、或いはバッテリーパック（ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ）（直列及び並列に接続された複数のバッテリーを包含する）とされ得る。このほか、複数のバッテリーユニットＢ₁〜Ｂ_mは、端子ＰＡＫ＋（たとえば、高圧側（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ））と端子ＰＡＫ−（たとえば、低圧側（ｌｏｗ ｓｉｄｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ））より外接電子装置（図１中には表示されていない）の必要とする電源を提供するか、或いは、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−により充電電源を受け取る。ある設計変化においては、ブランチ１００はただ単一のバッテリーセルを包含し得る。

【0012】

電流制御回路１０２は、以下に限定されるわけではないが、検出素子Ｒ_SEN（この実施例では、それは抵抗により実行される）、補助スイッチＳ_B及び制御ユニット１１２を包含する。検出素子Ｒ_SENは、バッテリーユニットＢ_mとメインスイッチＳ_Aの間に接続されて、ブランチ電流Ｉを検出して検出結果ＤＲを発生するのに用いられる。補助スイッチＳ_BはメインスイッチＳ_Aと、検出素子Ｒ_SENと端子ＰＡＫ−の間に並列に接続される。このほか、制御ユニット１１２は検出素子Ｒ_SENと補助スイッチＳ_Bに接続され、並びにメインスイッチＳ_Aと補助スイッチＳ_Bの導通状態を制御するのに用いられ、たとえば、制御ユニット１１２はスイッチ制御信号Ｃ_Aを発生して、メインスイッチＳ_Aの導通状態を制御し、そのうち、メインスイッチＳ_Aが導通するとき、制御ユニット１１２はまたスイッチ制御信号Ｃ_Bを発生して補助スイッチＳ_Bに送り、及び検出結果ＤＲに基づきスイッチ制御信号Ｃ_Bのデューティーサイクルを調整することで、ブランチ電流Ｉを調整する。

【0013】

図１と共に図２を参照されたい。図２は図１に示される複数のスイッチ制御信号Ｃ_AとＣ_Bの実施例の信号タイミング図である。この実施例中、スイッチ制御信号Ｃ_Aは特定レベル（たとえば、ハイレベル）にあり、メインスイッチＳ_Aを導通状態に維持でき、スイッチ制御信号Ｃ_BはデューティーサイクルＤを具えて補助スイッチＳ_Bの導通状態と切断状態の間の交替切り換えを制御する。スイッチ制御信号Ｃ_Bの完全信号周期（ｆｕｌｌ ｐｅｒｉｏｄ）（すなわち、単一周期）中、補助スイッチＳ_Bの等価抵抗Ｒ_{eq B}は、等価抵抗関数ｆ（Ｄ）により以下のように表示される：
Ｒ_{eq B}＝ｆ（Ｄ）＝Ｖ_B／（（Ｖ_B／Ｒ_BON）×Ｄ）＝Ｒ_BON／Ｄ
そのうち、電圧Ｖ_Bは補助スイッチＳ_Bの導通期間の二端間の電圧であり、抵抗Ｒ_BONは補助スイッチＳ_Bの導通抵抗（ｔｕｒｎ−ｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）とされ、及び（Ｖ_B／Ｒ_BON）×Ｄは、補助スイッチＳ_Bの完全信号周期（ｆｕｌｌ ｐｅｒｉｏｄ）中の等価電流を代表する。

【0014】

上述の等価抵抗関数ｆ（Ｄ）より分かるように、補助スイッチＳ_Bの等価抵抗Ｒ_{eq B}はスイッチ制御信号Ｃ_BのデューティーサイクルＤにより変化する。このほか、スイッチ制御信号Ｃ_Bの完全信号周期中、メインスイッチＳ_Aは導通状態に維持され（すなわち、スイッチ制御信号Ｃ_Aのデューティーサイクルは１００％とされる）、これにより、メインスイッチＳ_Aの等価抵抗Ｒ_{eq A}は、すなわち、メインスイッチＳ_Aの導通抵抗Ｒ_AONである。

【0015】

ブランチ１００に対応する導通経路の等価抵抗Ｒ_eqは、以下の式により表示され得る： Ｒ_eq＝（Ｒ_AON×Ｒ_BON）／（Ｄ×Ｒ_AON＋Ｒ_BON）

【0016】

以上から分かるように、スイッチ制御信号Ｃ_BのデューティーサイクルＤを調整することにより、等価抵抗Ｒ_eqを調整でき、これにより、ブランチ電流Ｉの調整又は調節の目的を達成できる。この実施例中、制御ユニット１１２は検出結果ＤＲを受け取り、並びに検出結果ＤＲに基づきスイッチ制御信号Ｃ_BのデューティーサイクルＤを調整できる。たとえば、検出結果ＤＲがブランチ電流Ｉが過高であることを示すとき（たとえば、設定電流値より大きい）、制御ユニット１１２はデューティーサイクルＤを減らすことにより、等価抵抗Ｒ_eqの抵抗値を増し、これにより、ブランチ電流Ｉを減らすことができる。別の例では、検出結果ＤＲがブランチ電流Ｉが過低であることを示すとき（たとえば、設定電流値より小さい）、制御ユニット１１２はデューティーサイクルＤを増加することで等価抵抗Ｒ_eq の抵抗値を減らし、これによりブランチ電流Ｉを増加する。

【0017】

注意されたいことは、以上は説明のためのものであって、本発明を制限するためのものではないということである。たとえば、図１に示される検出素子Ｒ_SENはメインスイッチＳ_Aと端子ＰＡＫ−の間に接続されて、メインスイッチＳ_Aと補助スイッチＳ_Bはすなわち、直接ブランチ１００（すなわち、バッテリーＢ_mと検出素子Ｒ_SENの間）に接続されてもよい。言い換えると、ただ検出素子Ｒ_SENがブランチ１００に接続されて、ブランチ電流Ｉを検出でき、及び又はメインスイッチＳ_Aがブランチ１００に接続されて選択的に電流導通経路にブランチ電流Ｉを提供できれば、その他の適当な設計変化はいずれも実行可能である。このほか、ブランチ電流Ｉは、端子ＰＡＫ＋より流入する（すなわち、バッテリーシステム１０４が充電モードにあり、メインスイッチＳ_Aと補助スイッチＳ_Bは充電操作を制御するための充電スイッチと見なされ得る）ほか、ブランチ電流Ｉはまた、端子ＰＡＫ＋より流出できる（すなわち、バッテリーシステム１０４が放電モードにあり、メインスイッチＳ_Aと補助スイッチＳ_Bは放電操作を制御するための放電スイッチと見なされ得る）。さらに、メインスイッチＳ_Aに並列に接続された補助スイッチＳ_Bの個数は一つとは限らず、且つ図２に示されるスイッチ制御信号Ｃ_Aのデューティーサイクルも１００％とは限らない。ただ、デューティーサイクルを調整することでブランチ電流を調節する目的を達成できれば、これらの設計上の変化はいずれも本発明の範疇に属する。

【0018】

本発明の概念はまた、複数のメインスイッチに接続された一つのブランチを具えた回路システムに応用可能である。図３を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムの中、ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御回路の別の実施例の表示図である。この実施例では、バッテリーシステム３０４は、複数のブランチ３００＿１〜３００＿ｎ、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAn、複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAn、及び電流制御回路３０２を包含する。そのうち、各メインスイッチはいずれもＭＯＳＦＥＴで実施され、及び、電流制御回路３０２は複数のブランチ３００＿１〜３００＿ｎを流れる複数のブランチ電流Ｉ₁〜Ｉ_nを制御するのに用いられる。複数のブランチ３００＿１〜３００＿ｎは、それぞれ相互に直列に接続された複数のバッテリーユニットＢ₁₁〜Ｂ_1m，Ｂ₂₁〜Ｂ_2m，．．．，Ｂ_n1〜Ｂ_nmを包含し、そのうち、各一つのブランチの複数のバッテリーユニットはいずれも端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−より外接電子装置（図３中には表示せず）が必要とする電源を提供するか、或いは、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−により充電電源を受け取る。

【0019】

図３より分かるように、各一つのメインスイッチは、いずれも制御端、第１連接端及び第２連接端を具えている。さらに具体的には、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAnは複数の制御端Ｇ_CA1〜Ｇ_CAn、第１連接端Ｎ_p11〜Ｎ_Pn1、及び複数の第２連接端Ｎ_p12〜Ｎ_Pn2を具えている。複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAnは、複数の制御端Ｇ_DA1〜Ｇ_DAn、第１連接端Ｎ_Q11〜Ｎ_Qn1、及び複数の第２連接端Ｎ_Q12〜Ｎ_Qn2を具えている。そのうち、複数の第１連接端Ｎ_Q11〜Ｎ_Qn1はいずれも端子ＰＡＫ−に接続され、及び複数の第２連接端Ｎ_Q12〜Ｎ_Qn2は、それぞれ複数の第２連接端Ｎ_p12〜Ｎ_Pn2に接続される。このほか、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAnはまた、複数のボデーダイオード（ｂｏｄｙ ｄｉｏｄｅ）Ｄ_CA1〜Ｄ_CAnを具え、及び複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAnはまた、複数のボデーダイオードＤ_DA1〜Ｄ_DAnを具え、そのうち、複数のボデーダイオードＤ_CA1〜Ｄ_CAnはそれぞれ反対方向を以て複数のボデーダイオードＤ_DA1〜Ｄ_DAnに接続されている。

【0020】

電流制御回路３０２は、以下に限定されるわけではないが、複数の検出素子Ｒ_SEN1〜Ｒ_SENn、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBn、複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBn、及び一つの制御ユニット３１２を包含する。複数の検出素子Ｒ_SEN1〜Ｒ_SENnは、それぞれ複数のバッテリーユニットＢ_1m〜Ｂ_nmに（すなわち、それぞれ複数のブランチ３００＿１〜３００＿ｎに）接続され、並びに複数の第１連接端Ｎ_p11〜Ｎ_Pn1に接続される。各一つの補助スイッチは、いずれもＭＯＳＦＥＴで実行され、並びに一つの制御端、一つの第１連接端、及び一つの第２連接端を具えている。さらに具体的に説明すると、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBnは、複数の制御端Ｇ_CB1〜Ｇ_CBn、複数の第１連接端Ｎ_R11〜Ｎ_Rn1及び複数の第２連接端Ｎ_R12〜Ｎ_Rn2を具え、そのうち、複数の第１連接端Ｎ_R11〜Ｎ_Rn1は、それぞれ複数の第１連接端Ｎ_p11〜Ｎ_Pn1に接続され、及び複数の第２連接端Ｎ_R12〜Ｎ_Rn2は、それぞれ複数の第２連接端Ｎ_p12〜Ｎ_Pn2に接続される。すなわち、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBnはそれぞれ複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAnに接続される。複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnは複数の制御端Ｇ_DB1〜Ｇ_DBn、複数の第１連接端Ｎ_S11〜Ｎ_Sn1、複数の第２連接端Ｎ_S12〜Ｎ_Sn2を具え、そのうち、複数の第１連接端Ｎ_S11〜Ｎ_Sn1は、それぞれ複数の第１連接端Ｎ_Q11〜Ｎ_Qn1に接続され、及び、複数の第２連接端Ｎ_S12〜Ｎ_Sn2は、それぞれ複数の第２連接端Ｎ_Q12〜Ｎ_Qn2に接続される。すなわち、複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnは、それぞれ複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAnに並列に接続される。このほか、複数の第２連接端Ｎ_S12〜Ｎ_Sn2はそれぞれ複数の第１連接端Ｎ_R12〜Ｎ_Rn2に接続される。複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBnはまた、複数のボデーダイオードＤ_CB1〜Ｄ_CBnを具え、且つ複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnはまた、複数のボデーダイオードＤ_DB1〜Ｄ_DBnを具え、そのうち、複数のボデーダイオードＤ_CB1〜Ｄ_CBnはそれぞれ反対方向を以て複数のボデーダイオードＤ_DB1〜Ｄ_DBnに接続される。

【0021】

複数の検出素子Ｒ_SEN1〜Ｒ_SENnは、それぞれ複数のブランチ電流Ｉ₁〜Ｉ_nを検出するのに用いられ、これにより対応する複数の検出結果ＤＲ₁〜ＤＲ_nを発生して制御ユニット３１２に提供する。制御ユニット３１２は複数の検出素子Ｒ_SEN1〜Ｒ_SENn、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAn、複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAn、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBn、及び複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnに接続される。制御ユニット３１２は、複数のスイッチ制御信号Ｃ_CA1〜Ｃ_CAn、Ｃ_DA1〜Ｃ_DAn、Ｃ_CB1〜Ｃ_CBn、Ｃ_DB1〜Ｃ_DBnを発生して、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAn、複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAn、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBn、及び複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnの導通状態を制御する。

【0022】

注意されたいことは以下のとおりである。図３に示されるバッテリーシステム３０４中において、各ブランチに対応する検出素子は、いずれも図１に示される検出素子Ｒ_SENを実施するために用いられ得て、及び、各ブランチに対応するメインスイッチと対応する補助スイッチはいずれも、図１に示されるメインスイッチＳ_Aと補助スイッチＳ_Bを実施するために用いられ得る。さらに具体的に説明すると、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAnとそれに対応する複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBnは複数の充電スイッチと見なされ得て、それはバッテリーシステム３０４の充電操作を制御するために用いられ得て、このほか、複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAnとそれに対応する複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnは複数の放電スイッチと見なされ得て、それはバッテリーシステム３０４の放電操作を制御するのに用いられ得る。さらなる説明は以下のとおりである。

【0023】

図３と共に図４及び図５を参照されたい。図４は図３に示される複数のスイッチ制御信号の実施例の信号タイミング図である。及び図５は図３に示されるバッテリーシステム３０４の等価回路の表示図である。説明を簡潔にするため、図４には僅かに複数のブランチ３００＿１、３００＿２及び３００＿ｎに関係するスイッチ制御信号の信号タイミングのみ表示され、図５には僅かに複数のブランチ３００＿１、３００＿２及び３００＿ｎに関係する等価回路のみが表示されている。この実施例中の、バッテリーシステム３０４は充電モードで操作され得て、これにより、制御ユニット３１２は複数の充電スイッチと放電スイッチを導通でき、さらに具体的に説明すると、複数のスイッチ制御信号Ｃ_CA1〜Ｃ_CA2と複数のスイッチ制御信号Ｃ_DA1〜Ｃ_DAnは特定レベル（たとえば、ハイレベル）にあることで対応する複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAn（すなわち、充電スイッチ）と複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAn（すなわち、放電スイッチ）の導通を維持できる（図４に示されるとおり）。そのうち、複数のメインスイッチＳ_CA1〜Ｓ_CAnは、それぞれ複数の導通抵抗Ｒ_SCA1〜Ｒ_SCAnを以て表示され、複数のメインスイッチＳ_DA1〜Ｓ_DAnは、それぞれ複数の導通抵抗Ｒ_SDA1〜Ｒ_SDAnを以て表示される（図５に示されるとおり）。

【0024】

このほか、制御ユニット３１２はまた複数のスイッチ制御信号Ｃ_CB1〜Ｃ_CBnとＣ_DB1〜Ｃ_DBnを発生して、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBn（すなわち、充電スイッチ）と複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBn（すなわち、放電スイッチ）を導通させられ、そのうち、各ブランチのメインスイッチ（たとえば、ブランチ３００＿１のメインスイッチＳ_CA1／Ｓ_DA1）が導通するとき、制御ユニット３１２はそれに対応する検出結果（たとえば、検出結果ＤＲ１）に基づいて、対応する補助スイッチのスイッチ制御信号（たとえば、補助スイッチＳ_CB1／Ｓ_DB1のスイッチ制御信号Ｃ_CB1／Ｃ_DB1）のデューティーサイクルを調整し、これにより、複数の補助スイッチＳ_CB1〜Ｓ_CBnはそれぞれ可変抵抗Ｒ_SCB1〜Ｒ_SCBnで表示され得て、複数の補助スイッチＳ_DB1〜Ｓ_DBnは、それぞれ複数の可変抵抗Ｒ_SDB1〜Ｒ_SDBnで表示され得る（図５に示されるとおり）。このほか、説明を簡潔にするために、各一つのブランチに対応する複数の補助スイッチの複数のスイッチ制御信号は、同じデューティーサイクルを有し得る（図４に示されるとおり）。

【0025】

この実施例中、ブランチ電流Ｉ₁と平均ブランチ電流値（たとえば、複数のブランチ電流Ｉ₁〜Ｉ_nの総和を複数のブランチ３００＿１〜３００＿ｎ の個数で割ったもの）の間の差が設定値より小さければ、これにより、検出結果ＤＲ₁はブランチ電流Ｉ₁が該平均ブランチ電流値にほぼ等しいことを指示し、制御ユニット３１２はスイッチ制御信号Ｃ_CB1／Ｃ_DB1の設定デューティーサイクル（すなわち、図４に示されるデューティーサイクルＤ₁）に対して調整を行なわない。このほか、ブランチ電流Ｉ₂が第１設定電流値（たとえば、該平均ブランチ電流値に該設定値を加えたもの）より大きければ、これにより、検出結果ＤＲ２はブランチ電流Ｉ₂が高すぎることを指示し、制御ユニット３１２はスイッチ制御信号Ｃ_CB2／Ｃ_DB2のデューティーサイクル（すなわち、図４に示されるデューティーサイクルＤ₂）を減らし、これによりブランチ電流Ｉ₂を減らす。さらに、ブランチ電流Ｉ_nが第２設定電流値（たとえば、該平均ブランチ電流値より該設定値を減じたもの）より小さければ、検出結果ＤＲ_nはブランチ電流Ｉ_nが低すぎることを指し、制御ユニット３１２はスイッチ制御信号Ｃ_CBn／Ｃ_DBnのデューティーサイクル（すなわち、図４に示されるデューティーサイクルＤ_n）を増加し、これによりブランチ電流Ｉ_nを増加する。

【0026】

同様に、補助スイッチＳ_CB1／Ｓ_DB1の等価抵抗Ｒ_eq1、補助スイッチＳ_CB2／Ｓ_DB2の等価抵抗Ｒ_eq2、及び、補助スイッチＳ_CB1n／Ｓ_DBnの等価抵抗Ｒ_eqnは、それぞれ等価抵抗関数ｆ（Ｄ₁），ｆ（Ｄ₂），ｆ（Ｄ_n）により、以下のように表示される。
Ｒ_eq1＝ｆ（Ｄ₁）＝Ｒ_ON／Ｄ₁＝Ｒ_SCB1＝Ｒ_SDB1
Ｒ_eq2＝ｆ（Ｄ₂）＝Ｒ_ON／Ｄ₂＝Ｒ_SCB2＝Ｒ_SDB2
Ｒ_eqn＝ｆ（Ｄ_n）＝Ｒ_ON／Ｄ_n＝Ｒ_SCBn＝Ｒ_SDBn

【0027】

注意されたいことは、簡潔さを求めるため、ここでは、各補助スイッチの導通抵抗は、いずれも抵抗Ｒ_ONで表示されていることである。これにより、各ブランチが提供する充電経路の等価抵抗、たとえば、ブランチ３００＿１に対応する等価抵抗は、以下のように表示される。

【0028】

（Ｒ_SCA1×Ｒ_ON）／（Ｄ×Ｒ_SCA1＋Ｒ_ON）＋（Ｒ_SDA1×Ｒ_ON）／（Ｄ×Ｒ_SDA1＋Ｒ_ON）

【0029】

以上から分かるように、デューティーサイクルを増加する（等価抵抗値は減少）ことにより、ブランチ電流を増加し、及びデューティーサイクルを減らす（等価抵抗値は増加）ことによりブランチ電流を減らすことができる。

【0030】

以上述べたことは説明のための例示であって、本発明を制限するためのものではない。たとえば、スイッチ制御信号Ｃ_CB1とスイッチ制御信号Ｃ_DB1のうち一つを調整することにより、ブランチ３００＿１に対応する等価抵抗を調整できる。また別の例においては、各ブランチが対応する複数の補助スイッチの複数のスイッチ制御信号は、異なるデューティーサイクルを有し得る。簡単に述べると、スイッチ制御信号のデューティーサイクルを調整するだけで、ブランチ電流を調整又は調節できれば、いずれも本発明の発明精神を遵守する。

【0031】

このほか、バッテリーシステム３０４が充電飽和となるとき（或いは、ブランチ電流が特定電流値に達するとき）、制御ユニット３１２は各ブランチの充電スイッチを切断し並びに放電スイッチを導通させる（たとえば、放電操作を準備する）。この技術に習熟した者であれば、本発明の提供する電流制御メカニズムの、放電モードでの応用の動作細部は、充電モードでの応用の動作細部に類似することが分かるので、放電モードの電流制御メカニズムの動作細部についてはここでは詳しい説明は行なわない。

【0032】

注意に値すべきことは、補助スイッチが切り換えを行なうとき、該補助スイッチが並列に接続されたメインスイッチは導通状態にあり、これにより、該補助スイッチの切り換えは零電圧切り換え（ｚｅｒｏ−ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＺＶＳ）と見なされ得て、ゆえにほぼスイッチングロスを発生しないということである。このほか、デューティーサイクルの調整は連続性の調整とされ得て、これにより、相互に並列に接続されたメインスイッチと補助スイッチの等価回路は、高精度を有する可変抵抗とされ得る。こうして、各ブランチ電流に対して微調整を行なえ、これにより回路システムの中のブランチ電流を正確にバランシングできる。さらに、回路システムの中のあるブランチに異常が出現するとき（たとえば、過電流（ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ）状況が発生するとき）、本発明の提供する電流制御メカニズムは、異常の出現した該ブランチをディスエーブル或いは使用停止し（或いはそれを交換する）、回路システムの中のその他のブランチの監視制御／バランシングを続ける。言い換えると、全体のバッテリーシステムの使用を停止する必要がない。

【0033】

図６を参照されたい。それは本発明の、ブランチを流れるブランチ電流を制御するための電流制御方法のある実施例のフローチャートである。そのうち、該ブランチはメインスイッチに接続される。該方法は、図１に示される電流制御回路１０２及び又は図３に示される電流制御回路３０２に応用可能で、並びに以下のように簡単にまとめられる。
ステップ６０２：開始。
ステップ６０４：補助スイッチをメインスイッチに並列に接続する。
ステップ６０６：ブランチを流れるブランチ電流を検出して検出結果を発生する。
ステップ６０８：該検出結果に基づいて、該ブランチ電流を調整する必要があるかを判断し、該ブランチ電流を減らす必要があると判断すれば、ステップ６１０を実行し、該ブランチ電流を増加する必要があると判断すれば、ステップ６１２を実行し、該ブランチ電流を調整する必要がないと判断すれば、ステップ６１４を実行する。
ステップ６１０：該補助スイッチのスイッチ制御信号のデューティーサイクルを減らすことで、該ブランチ電流を減らす。
ステップ６１２：該補助スイッチのスイッチ制御信号のデューティーサイクルを増加することで、該ブランチ電流を増加する。
ステップ６１４：終了。

【0034】

本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者は、図１から図５の関係説明を閲読した後に、簡単に図６に示される各ステップの操作細部を理解でき、ゆえに重複した説明はここでは行なわない。

【0035】

総合すると、本発明の提供する電流制御メカニズムは、スイッチングロスが少なくモジュール化回路の特性を有し、並びに正確に回路システムの中のブランチ電流を調節でき、これにより該回路システムの電流の平衡を維持する。

【0036】

以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。

【符号の説明】

【0037】

１００、３００＿１、３００＿２、３００＿ｎ ブランチ
１０２、３０２ 電流制御回路
１０４、３０４ バッテリーシステム
１１２、３１２ 制御ユニット
６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、６１４ ステップ
Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ_m、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ_1m、Ｂ₂₁、Ｂ₂₂、Ｂ_2m、Ｂ_n1、Ｂ_n2、Ｂ_nm バッテリーユニット
Ｉ、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ_n ブランチ電流
Ｃ_A、Ｃ_B、Ｃ_CA1、Ｃ_CAn、Ｃ_DA1、Ｃ_DAn、Ｃ_CB1、Ｃ_CBn、Ｃ_DB1、Ｃ_DBn スイッチ制御信号
ＤＲ、ＤＲ₁、ＤＲ_n 検出結果
ＰＡＫ＋、ＰＡＫ− 端子
Ｖ_B 電圧
Ｒ_SEN、Ｒ_SEN1、Ｒ_SEN2、Ｒ_SENn 検出素子
Ｒ_eq、Ｒ_{eq_A}、Ｒ_{eq_B}、Ｒ_eq1、Ｒ_eq2、Ｒ_eqn 等価抵抗
Ｓ_A、Ｓ_CA1、Ｓ_CA2、Ｓ_CAn、Ｓ_DA1、Ｓ_DA2、Ｓ_DAn メインスイッチ
Ｓ_B、Ｓ_CB1、Ｓ_CB2、Ｓ_CBn、Ｓ_DB1、Ｓ_DB2、Ｓ_DBn 補助スイッチ
ｆ（Ｄ）、ｆ（Ｄ₁）、ｆ（Ｄ₂）、ｆ（Ｄ_n） 等価抵抗関数
Ｄ デューティーサイクル
Ｒ_AON、Ｒ_BON、Ｒ_SCA1、Ｒ_SCA2、Ｒ_SCAn、Ｒ_SDA1、Ｒ_SDA2、Ｒ_SDAn 導通抵抗
Ｒ_SCB1、Ｒ_SCB2、Ｒ_SCBn、Ｒ_SDB1、Ｒ_SDB2、Ｒ_SDBn 可変抵抗
Ｇ_CA1、Ｇ_CA2、Ｇ_CAn、Ｇ_DA1、Ｇ_DA2、Ｇ_DAn、Ｇ_CB1、Ｇ_CB2、Ｇ_CBn、Ｇ_DB1、Ｇ_DB2、Ｇ_DBn 制御端
Ｎ_P11、Ｎ_P21、Ｎ_Pn1、Ｎ_Q11、Ｎ_Q21、Ｎ_Qn1、Ｎ_R11、Ｎ_R21、Ｎ_Rn1、Ｎ_S11、Ｎ_S21、Ｎ_Sn1 第１連接端
Ｎ_P12、Ｎ_P22、Ｎ_Pn2、Ｎ_Q12、Ｎ_Q22、Ｎ_Qn2、Ｎ_R12、Ｎ_R22、Ｎ_Rn2、Ｎ_S12、Ｎ_S22、Ｎ_Sn2 第２連接端
Ｄ_CA1、Ｄ_CA2、Ｄ_CAn、Ｄ_DA1、Ｄ_DA2、Ｄ_DAn、Ｄ_CB1、Ｄ_CB2、Ｄ_CBn、Ｄ_DB1、Ｄ_DB2、Ｄ_DBn ボデーダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】