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JP2013021851A - Cell balancing apparatus - Google Patents

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JP2013021851A JP2011154518A JP2011154518A JP2013021851A JP 2013021851 A JP2013021851 A JP 2013021851A JP 2011154518 A JP2011154518 A JP 2011154518A JP 2011154518 A JP2011154518 A JP 2011154518A JP 2013021851 A JP2013021851 A JP 2013021851A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell balancing apparatus that suppresses variations in output voltage between a plurality of battery cells constituting a main battery, and keeps mileage intact.SOLUTION: A cell balancing apparatus 1 includes: a cell balancing circuit 4 for equalizing output voltages of battery modules 19-1 to 19-n by developing a flow of current from a battery module 19 that outputs a voltage higher than an average voltage of the output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n to a battery module 19 that outputs a voltage lower than the average voltage; and a DC/AC conversion circuit 6 for converting DC power supplied from a main battery 2 to AC power. When the DC/AC conversion circuit 6 converts DC power to AC power, a generator 3 applies currents to the battery modules 19-1 to 19-n via the cell balancing circuit 4.

Description

本発明は、複数の電池セルの電圧を均等化するセルバランス装置に関する。   The present invention relates to a cell balance device that equalizes voltages of a plurality of battery cells.

複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧のバッテリを実現する技術が実用化されてきている。この種の電池は、近年では、例えば、電気自動車又はエンジンとモータを併用するハイブリッド車への実装において注目されている(例えば、特許文献1参照)。   A technique for realizing a high voltage battery by connecting a plurality of rechargeable battery cells in series has been put into practical use. In recent years, attention has been paid to this type of battery in mounting on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle using both an engine and a motor (see, for example, Patent Document 1).

ところが、多数の電池セルを直列に接続した状態で充電を行うと、各電池セルの出力電圧(又は、電池の残容量)が不均一になることがある。また、上述の電池が電気自動車等に搭載される場合には、モータ駆動時の放電と回生時の充電が繰り返されるので、この充放電の繰り返しによっても電池セルの電圧が不均一になることがある。そして、電池セルの電圧の不均一は、一部の電池セルの劣化を促進させるおそれがあり、また、電池全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、電池セルの電圧の不均一は、各電池セルの製造ばらつきや、経年劣化等により生じ得る。   However, when charging is performed in a state where a large number of battery cells are connected in series, the output voltage of each battery cell (or the remaining capacity of the battery) may become uneven. In addition, when the above-described battery is mounted on an electric vehicle or the like, since the discharge at the time of driving the motor and the charge at the time of regeneration are repeated, the voltage of the battery cell may become non-uniform even by repeating this charge / discharge. is there. And the nonuniformity of the voltage of a battery cell may accelerate | stimulate deterioration of some battery cells, and may cause the fall of efficiency as the whole battery. In addition, the nonuniformity of the voltage of a battery cell may arise by the manufacture dispersion | variation of each battery cell, aged deterioration, etc.

そこで、各電池セルのそれぞれの出力電圧のばらつきをできるだけ無くすために、例えば、各電池セルのそれぞれの出力電圧の均等化を行う手法(以下、セルバランスという)として、各電池セルをそれぞれトランスを介して充放電させて、各電池セルの出力電圧を均等化する、いわゆる、アクティブ方式のセルバランスがある(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, in order to eliminate variations in the output voltage of each battery cell as much as possible, for example, as a method of equalizing the output voltage of each battery cell (hereinafter referred to as cell balance), each battery cell is replaced with a transformer. There is a so-called active cell balance in which the output voltage of each battery cell is equalized by charging / discharging through the battery (see, for example, Patent Document 2).

また、複数の電池セルが直列接続される車両走行用のメインバッテリは、カーナビゲーションシステムなどの電装機器へ電力を供給するための補機バッテリを充電するために電力が消費されたり、エアーコンディショナーの駆動用に電力が消費されたりする。このように、車両走行用のメインバッテリは走行用モータ以外に電力を供給する必要があるため、走行用モータ以外への電力供給が多くなると、走行距離の低下につながるおそれがある。   In addition, a main battery for vehicle traveling in which a plurality of battery cells are connected in series consumes power to charge an auxiliary battery for supplying power to electrical equipment such as a car navigation system, or an air conditioner. Power is consumed for driving. Thus, since the main battery for vehicle travel needs to supply electric power to other than the travel motor, if the power supply to other than the travel motor is increased, the travel distance may be reduced.

特開2008−42970号公報JP 2008-42970 A 特開2001−339865号公報JP 2001-339865 A

本発明は、車両走行用のメインバッテリを構成する複数の電池セルのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、走行距離の低下を抑えることが可能なセルバランス装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a cell balance device capable of suppressing a decrease in travel distance while suppressing variations in output voltages of a plurality of battery cells constituting a main battery for vehicle travel.

本発明のセルバランス装置は、1以上の電池セルから成る電池モジュールを複数有するメインバッテリと、発電機と、前記複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧の平均電圧よりも高い電圧を出力する電池モジュールから前記平均電圧よりも低い電圧を出力する電池モジュールへ電流を流すことにより前記複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧を均等化するセルバランス回路と、前記メインバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する直流/交流変換回路と、前記セルバランス回路及び前記直流/交流変換回路のそれぞれの動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記直流/交流変換回路において直流電力を交流電力に変換させる際、前記発電機から前記セルバランス回路を介して前記複数の電池モジュールにそれぞれ電力を供給する。   The cell balance device of the present invention is a battery module that outputs a voltage that is higher than the average voltage of the output voltages of the main battery, the generator, and the plurality of battery modules, each having a plurality of battery modules composed of one or more battery cells. A cell balance circuit that equalizes each output voltage of the plurality of battery modules by flowing current from the battery to a battery module that outputs a voltage lower than the average voltage, and direct current power supplied from the main battery is alternating current power A DC / AC conversion circuit that converts the power into a DC, and a control circuit that controls the operation of each of the cell balance circuit and the DC / AC conversion circuit. The control circuit converts DC power into AC in the DC / AC conversion circuit. When converting into electric power, the plurality of battery modules are supplied from the generator via the cell balance circuit. Each supplying power to.

これにより、発電機からメインバッテリへ供給される電力を、直流/交流変換回路で変換される交流電力に使用することができる。これにより、メインバッテリの電力消費を抑えることができるため、走行可能な距離を延ばすことができる。   Thereby, the power supplied from the generator to the main battery can be used as AC power converted by the DC / AC conversion circuit. Thereby, since the power consumption of the main battery can be suppressed, the travelable distance can be extended.

また、前記メインバッテリは、第1の電池モジュールと、第2の電池モジュールとを有し、前記セルバランス回路は、第1及び第2のコイルを有する第1のトランスと、前記第1の電池モジュールと前記第1のコイルとの間に設けられる第1のスイッチと、第3及び第4のコイルを有する第2のトランスと、前記第2の電池モジュールと前記第3のコイルとの間に設けられる第2のスイッチと、前記第2及び第4のコイルと前記発電機との間に設けられる第3のスイッチとを備え、前記制御回路は、前記直流/交流変換回路において直流電力を交流電力に変換させる際、前記第1及び第2のスイッチをそれぞれオン、オフさせるとともに、前記第3のスイッチを常時オンさせるように構成してもよい。   The main battery includes a first battery module and a second battery module, and the cell balance circuit includes a first transformer including first and second coils, and the first battery. A first switch provided between the module and the first coil; a second transformer having third and fourth coils; and between the second battery module and the third coil. A second switch provided; and a third switch provided between the second and fourth coils and the generator, wherein the control circuit converts DC power into AC in the DC / AC conversion circuit. When converting to electric power, the first and second switches may be turned on and off, respectively, and the third switch may be always turned on.

また、前記制御回路は、前記メインバッテリから供給される電力が前記セルバランス回路を介して補機バッテリに供給されるように、前記セルバランス回路の動作を制御するように構成してもよい。   Further, the control circuit may be configured to control the operation of the cell balance circuit so that the power supplied from the main battery is supplied to the auxiliary battery via the cell balance circuit.

また、前記セルバランス回路は、前記第2及び第4のコイルと補機バッテリとの間に設けられる第4のスイッチを備え、前記制御回路は、前記メインバッテリから供給される電力を前記セルバランス回路を介して前記補機バッテリに供給させる際、前記第1及び第2のスイッチをそれぞれオン、オフさせるとともに、前記第4のスイッチを常時オンさせるように構成してもよい。   The cell balance circuit includes a fourth switch provided between the second and fourth coils and the auxiliary battery, and the control circuit supplies power supplied from the main battery to the cell balance. When supplying the auxiliary battery through a circuit, the first and second switches may be turned on and off, and the fourth switch may be turned on at all times.

本発明によれば、メインバッテリを構成する複数の電池セルの電圧を均等化するセルバランス装置において、複数の電池セルのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、走行距離の低下を抑えることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the cell balance apparatus which equalizes the voltage of the some battery cell which comprises a main battery, the fall of driving distance can be suppressed, suppressing the dispersion | variation in each output voltage of several battery cells. .

本発明の実施形態のセルバランス装置を示す図である。It is a figure which shows the cell balance apparatus of embodiment of this invention. セルバランス回路及び直流/交流変換回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a cell balance circuit and a DC / AC conversion circuit. 各スイッチのオン、オフのタイミングチャートの一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the timing chart of ON / OFF of each switch. 各スイッチのオン、オフのタイミングチャートの他の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other example of the timing chart of each switch ON / OFF.

図1は、本発明の実施形態のセルバランス装置を示す図である。
図1に示すセルバランス装置1は、1以上の電池セルから成る電池モジュールを複数有するメインバッテリ2と、発電機3(例えば、太陽光発電機など)と、各電池セルのそれぞれの出力電圧を均等化する(以下、セルバランスという)セルバランス回路4と、直流/交流変換回路6と、セルバランス回路4や直流/交流変換回路6の動作を制御する電池ECU(Electronic Control Unit)5(制御回路)とを備える。なお、電池ECU5は、例えば、プロセッサおよびメモリを含む構成により実現されるものとする。
FIG. 1 is a diagram showing a cell balance device according to an embodiment of the present invention.
A cell balance device 1 shown in FIG. 1 has a main battery 2 having a plurality of battery modules composed of one or more battery cells, a generator 3 (for example, a solar power generator, etc.), and an output voltage of each battery cell. A cell balance circuit 4 for equalization (hereinafter referred to as cell balance), a DC / AC conversion circuit 6, and a battery ECU (Electronic Control Unit) 5 for controlling the operation of the cell balance circuit 4 and the DC / AC conversion circuit 6 (control) Circuit). The battery ECU 5 is realized by a configuration including a processor and a memory, for example.

セルバランス回路4は、セルバランス中において発電機3から供給される電力を使用して各電池セルを充電可能とする。また、直流/交流変換回路6は、メインバッテリ2から供給される直流電力(例えば、DC200V)を単相の交流電力(例えば、AC100V)に変換する。直流/交流変換回路6により変換された交流電力は、電力変換回路7により3相の交流電力に変換され、エアーコンディショナーのコンプレッサを構成するモータ8へ駆動用の電力として供給される。また、セルバランス回路4は、セルバランス後のメインバッテリ2から供給される電力により補機バッテリ9(例えば、鉛蓄電池など)を充電可能とする。   The cell balance circuit 4 can charge each battery cell using the power supplied from the generator 3 during the cell balance. The DC / AC conversion circuit 6 converts DC power (for example, DC 200V) supplied from the main battery 2 into single-phase AC power (for example, AC 100V). The AC power converted by the DC / AC conversion circuit 6 is converted into three-phase AC power by the power conversion circuit 7 and supplied as driving power to the motor 8 constituting the compressor of the air conditioner. In addition, the cell balance circuit 4 can charge the auxiliary battery 9 (for example, a lead storage battery) with the power supplied from the main battery 2 after cell balance.

なお、本実施形態のセルバランス装置1は、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、又はフォークリフトなどの車両に搭載されるものとする。また、メインバッテリ2を満充電にさせる場合、車両外部の充電スタンド10から充電器11を介して供給される電力によりメインバッテリ2を充電させるものとする。また、メインバッテリ2から双方向のインバータ回路12に供給される電力は、インバータ回路12において3相の交流電力に変換された後、走行用のモータ/発電機13へ駆動用の電力として供給されるものとする。また、満充電時の1つの電池セルの電圧、満充電時の補機バッテリ9の電圧、及び発電機3の出力電圧は、それぞれ、互いに同じくらいの電圧(例えば、12〜14V)に設定されるものとする。また、補機バッテリ9は、例えば、カーナビゲーションシステムなどの電装機器14及びモータ/発電機13の動作を制御するモータECU15やインバータ回路12の動作を制御するインバータECU16にDC/DCコンバータ17を介して電力を供給するものとする。   In addition, the cell balance apparatus 1 of this embodiment shall be mounted in vehicles, such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, or a forklift. When the main battery 2 is fully charged, the main battery 2 is charged with electric power supplied from the charging station 10 outside the vehicle via the charger 11. The power supplied from the main battery 2 to the bidirectional inverter circuit 12 is converted into three-phase AC power in the inverter circuit 12 and then supplied to the motor / generator 13 for driving as driving power. Shall be. Moreover, the voltage of one battery cell at the time of full charge, the voltage of the auxiliary battery 9 at the time of full charge, and the output voltage of the generator 3 are set to the same voltage (for example, 12-14V), respectively. Shall be. Further, the auxiliary battery 9 is connected to, for example, an electric equipment 14 such as a car navigation system and a motor ECU 15 that controls the operation of the motor / generator 13 and an inverter ECU 16 that controls the operation of the inverter circuit 12 via a DC / DC converter 17. Power supply.

このように、本実施形態のセルバランス装置1は、セルバランス回路4を備えているため、メインバッテリ2の各電池セルのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えることができる。   Thus, since the cell balance apparatus 1 of this embodiment is provided with the cell balance circuit 4, it can suppress the dispersion | variation in each output voltage of each battery cell of the main battery 2. FIG.

また、本実施形態のセルバランス装置1は、直流/交流変換回路6を備えているため、メインバッテリ2を使用して単相の交流電力を電力変換回路7へ供給することができる。そのため、セルバランス中において発電機3から供給される電力を使用して各電池セルを充電している際に、電力変換回路7へ単相の交流電力を供給する場合、発電機3からメインバッテリ2へ供給される電力を、直流/交流変換回路6で変換される交流電力に使用することができる。これにより、エアーコンディショナー使用時のメインバッテリ2の電力消費を抑えることができるため、走行可能な距離を延ばすことができる。   Further, since the cell balance device 1 of the present embodiment includes the DC / AC conversion circuit 6, it is possible to supply single-phase AC power to the power conversion circuit 7 using the main battery 2. Therefore, when charging each battery cell using power supplied from the generator 3 during cell balance, when supplying single-phase AC power to the power conversion circuit 7, the main battery is supplied from the generator 3 to the main battery. The power supplied to 2 can be used as AC power converted by the DC / AC conversion circuit 6. Thereby, since the power consumption of the main battery 2 at the time of use of an air conditioner can be suppressed, the travelable distance can be extended.

また、本実施形態のセルバランス装置1は、メインバッテリ2からセルバランス回路4を介して供給される電力により補機バッテリ9を充電することができるため、メインバッテリ2の電圧を降圧して補機バッテリ9へ出力するためのDC/DCコンバータなどを余分に備える必要がなく、体格の増大を抑えることができる。また、発電機3からの電力によりメインバッテリ2を充電した後に、補機バッテリ9へ電力を供給する場合は、メインバッテリ2を充電した電力を、補機バッテリ9へ供給する電力として使用することができる。これにより、エアーコンディショナー使用時のメインバッテリ2の電力消費を抑えることができるため、走行可能な距離を延ばすことができる。   Further, since the cell balance device 1 of the present embodiment can charge the auxiliary battery 9 with the electric power supplied from the main battery 2 via the cell balance circuit 4, the voltage of the main battery 2 is stepped down to compensate. It is not necessary to additionally provide a DC / DC converter or the like for outputting to the machine battery 9, and an increase in physique can be suppressed. When power is supplied to the auxiliary battery 9 after charging the main battery 2 with the power from the generator 3, the power charged to the main battery 2 should be used as power supplied to the auxiliary battery 9. Can do. Thereby, since the power consumption of the main battery 2 at the time of use of an air conditioner can be suppressed, the travelable distance can be extended.

図2は、セルバランス回路4及び直流/交流変換回路6の一例を示す図である。なお、メインバッテリ2は、互いに直列接続される3つの電池セル18(例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次充電池などの二次電池)で構成されるn個の電池モジュール19(電池モジュール19−1(第1の電池モジュール)、電池モジュール19−2(第2の電池モジュール)、・・・、及び電池モジュール19−n(第nの電池モジュール))が互いに直列接続されて構成されるものとする。なお、1つの電池モジュール19を構成する電池セル18の個数は3個に限定されない。また、メインバッテリ2の負極端子は、例えば、車両のボディなどに接続される仮想的なグランドに接続されているものとする。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the cell balance circuit 4 and the DC / AC conversion circuit 6. The main battery 2 includes n battery modules 19 (batteries) composed of three battery cells 18 (for example, secondary batteries such as a lithium ion secondary battery and a nickel hydride secondary rechargeable battery) connected in series. Module 19-1 (first battery module), battery module 19-2 (second battery module),..., And battery module 19-n (nth battery module) are connected in series. Shall be. The number of battery cells 18 constituting one battery module 19 is not limited to three. Moreover, the negative electrode terminal of the main battery 2 shall be connected to the virtual ground connected to the vehicle body etc., for example.

図2に示すセルバランス回路4は、電圧センサ20−1〜20−nを備える。電圧センサ20−1〜20−nはそれぞれ電池モジュール19−1〜19−nの正極端子および負極端子に接続されている。そして、電圧センサ20−1〜20−nはそれぞれ電池モジュール19−1〜19−nの出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)を検出する。   The cell balance circuit 4 shown in FIG. 2 includes voltage sensors 20-1 to 20-n. The voltage sensors 20-1 to 20-n are connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery modules 19-1 to 19-n, respectively. The voltage sensors 20-1 to 20-n detect the output voltages Vdet (1) to Vdet (n) of the battery modules 19-1 to 19-n, respectively.

また、図2に示すセルバランス回路4は、各電池モジュール19−1〜19−nに対して、それぞれ、1つのトランスT及び4つのスイッチSWを備える。なお、各スイッチSWは、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)により構成されてもよい。   Further, the cell balance circuit 4 shown in FIG. 2 includes one transformer T and four switches SW for each of the battery modules 19-1 to 19-n. Each switch SW may be configured by, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

また、図2に示すセルバランス回路4は、スイッチ21−1、21−2(第3のスイッチ)及びスイッチ22−1、22−2(第4のスイッチ)を備える。なお、スイッチ21−1、21−2及びスイッチ22−1、22−2は、それぞれ、リレーやMOSFET(Metal OxideSemiconductor FIELD Effect Transistor)などのスイッチング素子により構成されてもよい。   The cell balance circuit 4 shown in FIG. 2 includes switches 21-1 and 21-2 (third switch) and switches 22-1 and 22-2 (fourth switch). Note that the switches 21-1 and 21-2 and the switches 22-1 and 22-2 may be configured by switching elements such as relays or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

例えば、電池モジュール19−1に対しては、トランスT1(第1のトランス)及びスイッチSW−1a(第1のスイッチ)、SW−1b(第1のスイッチ)、SW−1c、SW−1dが設けられている。電池モジュール19−2に対しては、トランスT2(第2のトランス)及びスイッチSW−2a(第2のスイッチ)、SW−2b(第2のスイッチ)、SW−2c、SW−2dが設けられている。他の電池モジュール19−3〜19−nについても同様である。トランスT1の第1のコイルの第1端子は、スイッチSW−1aを介して電池モジュール19−1の正極端子に電気的に接続されている。トランスT1の第1のコイルの第2端子は、スイッチSW−1bを介して電池モジュール19−1の負極端子に電気的に接続されている。トランスT1の第2のコイルの第1端子にはスイッチSW−1cが電気的に接続され、トランスT1の第2のコイルの第2端子にはスイッチSW−1dが電気的に接続されている。他のトランスT2〜Tnについても同様の構成とする。なお、第1のコイルは、1次コイル又は2次コイルの一方であり、第2のコイルは、1次コイル又は2次コイルの他方とする。また、トランスT1〜Tnにおいて、それぞれ、第1のコイルと第2のコイルの巻線比は、特に限定されないが、例えば、1:1とする。   For example, for the battery module 19-1, a transformer T1 (first transformer) and switches SW-1a (first switch), SW-1b (first switch), SW-1c, and SW-1d are provided. Is provided. For the battery module 19-2, a transformer T2 (second transformer) and switches SW-2a (second switch), SW-2b (second switch), SW-2c, and SW-2d are provided. ing. The same applies to the other battery modules 19-3 to 19-n. The first terminal of the first coil of the transformer T1 is electrically connected to the positive terminal of the battery module 19-1 via the switch SW-1a. The second terminal of the first coil of the transformer T1 is electrically connected to the negative terminal of the battery module 19-1 via the switch SW-1b. The switch SW-1c is electrically connected to the first terminal of the second coil of the transformer T1, and the switch SW-1d is electrically connected to the second terminal of the second coil of the transformer T1. The other transformers T2 to Tn have the same configuration. The first coil is one of the primary coil and the secondary coil, and the second coil is the other of the primary coil and the secondary coil. In the transformers T1 to Tn, the winding ratio between the first coil and the second coil is not particularly limited, but is, for example, 1: 1.

各スイッチSW−1c、SW−2c、SW−3c、...、SW−ncは、互いに電気的に接続され、スイッチ21−1を介して発電機3の正極端子に接続されているとともに、スイッチ22−1を介して整流器23に接続され、整流器23の出力が補機バッテリ9の正極端子に接続されている。また、各スイッチSW−1d、SW−2d、SW−3d、...、SW−ndは、互いに電気的に接続され、スイッチ21−2を介して発電機3の負極端子に接続されているとともに、スイッチ22−2を介して整流器23に接続され、整流器23の出力が補機バッテリ9の負極端子に接続されている。   Each switch SW-1c, SW-2c, SW-3c,. . . , SW-nc are electrically connected to each other, are connected to the positive terminal of the generator 3 via the switch 21-1, and are connected to the rectifier 23 via the switch 22-1 and are output from the rectifier 23. Is connected to the positive terminal of the auxiliary battery 9. Each switch SW-1d, SW-2d, SW-3d,. . . , SW-nd are electrically connected to each other, connected to the negative terminal of the generator 3 via the switch 21-2, and connected to the rectifier 23 via the switch 22-2. Is connected to the negative terminal of the auxiliary battery 9.

スイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbは、それぞれ、電池ECU5が生成する制御信号CELSによりオン、オフする。なお、制御信号CELSのデューティは例えば50%とする。例えば、スイッチSW−1a及びスイッチSW−1bがオンすると、トランスT1の第1のコイルが電池モジュール19−1に並列接続される。スイッチSW−2a〜SWna及びスイッチSW−2b〜SW−nbも同様である。また、スイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−ndは、それぞれ、電池ECU5が生成する制御信号CELによりオン、オフする。なお、制御信号CELのデューティは例えば50%とする。例えば、スイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−ndがオンすると、トランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルが互いに並列接続される。このとき、電池ECU5で生成される制御信号GENによりスイッチ21−1、21−2がオンすると、トランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルと発電機3とが電気的に接続される。又は、電池ECU5で生成される制御信号BATによりスイッチ22−1、22−2がオンすると、トランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルと補機バッテリ9とが電気的に接続される。   The switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb are turned on and off by a control signal CELS generated by the battery ECU 5, respectively. Note that the duty of the control signal CELS is, for example, 50%. For example, when the switch SW-1a and the switch SW-1b are turned on, the first coil of the transformer T1 is connected in parallel to the battery module 19-1. The same applies to the switches SW-2a to SWna and the switches SW-2b to SW-nb. Also, the switches SW-1c to SW-nc and the switches SW-1d to SW-nd are turned on and off by a control signal CEL generated by the battery ECU 5, respectively. Note that the duty of the control signal CEL is, for example, 50%. For example, when the switches SW-1c to SW-nc and the switches SW-1d to SW-nd are turned on, the second coils of the transformers T1 to Tn are connected in parallel to each other. At this time, when the switches 21-1 and 21-2 are turned on by the control signal GEN generated by the battery ECU 5, the second coils of the transformers T1 to Tn and the generator 3 are electrically connected. Alternatively, when the switches 22-1 and 22-2 are turned on by the control signal BAT generated by the battery ECU 5, the second coils of the transformers T1 to Tn and the auxiliary battery 9 are electrically connected.

図2に示す直流/交流変換回路6は、メインバッテリ2全体に対して、トランスTac1、Tac2及びスイッチSWac1、SWac2を備える。すなわち、トランスTac1の第1のコイルの第1端子はスイッチSWac1を介してメインバッテリ2の負極端子に接続され、トランスTac1の第1のコイルの第2端子はメインバッテリ2の正極端子に接続されている。また、トランスTac1の第2のコイルの第1端子は電力変換回路7の一方の入力端子に接続され、トランスTac1の第2のコイルの第2端子はトランスTac2の第2のコイルの第1端子に接続されている。また、トランスTac2の第1のコイルの第1端子はメインバッテリ2の正極端子に接続され、トランスTac2の第1のコイルの第2端子はスイッチSWac2を介してメインバッテリ2の負極端子に接続されている。また、トランスTac2の第2のコイルの第2端子は電力変換回路7の他方の入力端子に接続されている。なお、第1のコイルは、1次コイル又は2次コイルの一方であり、第2のコイルは、1次コイル又は2次コイルの他方とする。また、トランスTac1における第1及び第2のコイルの巻線比やトランスTac2における第1及び第2のコイルの巻線比は、特に限定されないが、例えば、2:1とする。また、トランスTac1の第1のコイルとトランスTac2の第1のコイルの巻線比やトランスTac1の第2のコイルとトランスTac2の第2のコイルの巻線比は、特に限定されないが、例えば、1:1とする。また、直流/交流変換回路6のトランスTac1、Tac2と、セルバランス回路4のトランスT1〜Tnとは、1つのユニット内に設けられてもよいし、別々のユニット内にそれぞれ設けられていてもよい。   The DC / AC conversion circuit 6 shown in FIG. 2 includes transformers Tac1 and Tac2 and switches SWac1 and SWac2 for the entire main battery 2. That is, the first terminal of the first coil of the transformer Tac1 is connected to the negative terminal of the main battery 2 via the switch SWac1, and the second terminal of the first coil of the transformer Tac1 is connected to the positive terminal of the main battery 2. ing. The first terminal of the second coil of the transformer Tac1 is connected to one input terminal of the power conversion circuit 7, and the second terminal of the second coil of the transformer Tac1 is the first terminal of the second coil of the transformer Tac2. It is connected to the. The first terminal of the first coil of the transformer Tac2 is connected to the positive terminal of the main battery 2, and the second terminal of the first coil of the transformer Tac2 is connected to the negative terminal of the main battery 2 via the switch SWac2. ing. The second terminal of the second coil of the transformer Tac2 is connected to the other input terminal of the power conversion circuit 7. The first coil is one of the primary coil and the secondary coil, and the second coil is the other of the primary coil and the secondary coil. Further, the winding ratio of the first and second coils in the transformer Tac1 and the winding ratio of the first and second coils in the transformer Tac2 are not particularly limited, but are 2: 1, for example. Further, the winding ratio of the first coil of the transformer Tac1 and the first coil of the transformer Tac2 and the winding ratio of the second coil of the transformer Tac1 and the second coil of the transformer Tac2 are not particularly limited. 1: 1. Further, the transformers Tac1 and Tac2 of the DC / AC conversion circuit 6 and the transformers T1 to Tn of the cell balance circuit 4 may be provided in one unit, or may be provided in separate units. Good.

スイッチSWac1は、電池ECU5が生成する制御信号AC1によりオン、オフする。また、スイッチSWac2は、電池ECU5が生成する制御信号AC2によりオン、オフする。制御信号AC1、AC2のそれぞれのデューティは例えば50%とする。例えば、スイッチSWac1がオンし、スイッチSWac2がオフすると、トランスTac1の第1のコイルの第2端子から第1端子へ電流が流れ、トランスTac1の第2のコイルの第2端子から第1端子へ流れる電流が電力変換回路7へ流れる。また、スイッチSWac1がオフし、スイッチSWac2がオンすると、トランスTac2の第1のコイルの第1端子から第2端子へ電流が流れ、トランスTac2の第2のコイルの第1端子から第2端子へ流れる電流が電力変換回路7へ流れる。このように、スイッチSWac1,SWac2が交互にオン、オフすることにより、トランスTac1、Tac2から電力変換回路7へ単相の交流電流が流れる。   The switch SWac1 is turned on / off by a control signal AC1 generated by the battery ECU 5. The switch SWac2 is turned on / off by a control signal AC2 generated by the battery ECU 5. The duty of each of the control signals AC1 and AC2 is 50%, for example. For example, when the switch SWac1 is turned on and the switch SWac2 is turned off, a current flows from the second terminal of the first coil of the transformer Tac1 to the first terminal, and from the second terminal of the second coil of the transformer Tac1 to the first terminal. The flowing current flows to the power conversion circuit 7. When the switch SWac1 is turned off and the switch SWac2 is turned on, a current flows from the first terminal of the first coil of the transformer Tac2 to the second terminal, and from the first terminal of the second coil of the transformer Tac2 to the second terminal. The flowing current flows to the power conversion circuit 7. As described above, when the switches SWac1 and SWac2 are alternately turned on and off, a single-phase alternating current flows from the transformers Tac1 and Tac2 to the power conversion circuit 7.

図3は、セルバランス回路4や直流/交流変換回路6の各スイッチのオン、オフのタイミングチャートの一例を模式的に示す図である。なお、制御信号BATがハイレベルのとき、各スイッチ22−1、22−2がそれぞれオンし、制御信号BATがローレベルのとき、各スイッチ22−1、22−2がそれぞれオフするものとする。また、制御信号GENがハイレベルのとき、各スイッチ21−1、21−2がそれぞれオンし、制御信号GENがローレベルのとき、各スイッチ21−1、21−2がそれぞれオフするものとする。また、制御信号CELがハイレベルのとき、スイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−1dがそれぞれオンし、制御信号CELがローレベルのとき、スイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−ndがそれぞれオフするものとする。また、制御信号CELSがハイレベルのとき、スイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbがそれぞれオンし、制御信号CELSがローレベルのとき、スイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbがそれぞれオフするものとする。また、制御信号AC1がハイレベルのとき、スイッチSWac1がオンし、制御信号AC1がローレベルのとき、スイッチSWac1がオフするものとする。また、制御信号AC2がハイレベルのとき、スイッチSWac2がオンし、制御信号AC2がローレベルのとき、スイッチSWac2がオフするものとする。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of an on / off timing chart of each switch of the cell balance circuit 4 and the DC / AC converter circuit 6. When the control signal BAT is at a high level, the switches 22-1 and 22-2 are turned on. When the control signal BAT is at a low level, the switches 22-1 and 22-2 are turned off. . In addition, when the control signal GEN is at a high level, the switches 21-1 and 21-2 are turned on. When the control signal GEN is at a low level, the switches 21-1 and 21-2 are turned off. . When the control signal CEL is at a high level, the switches SW-1c to SW-nc and the switches SW-1d to SW-1d are turned on. When the control signal CEL is at a low level, the switches SW-1c to SW-nc And switches SW-1d to SW-nd are turned off. When the control signal CELS is at a high level, the switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb are turned on. When the control signal CELS is at a low level, the switches SW-1a to SW-na. And switches SW-1b to SW-nb are turned off. Further, it is assumed that the switch SWac1 is turned on when the control signal AC1 is at a high level, and the switch SWac1 is turned off when the control signal AC1 is at a low level. Further, the switch SWac2 is turned on when the control signal AC2 is at a high level, and the switch SWac2 is turned off when the control signal AC2 is at a low level.

図3に示す例では、期間T1〜T4において、制御信号AC1、AC2によりスイッチSWac1、SWac2が交互にオン、オフしている。上述したように、スイッチSWac1、SWac2が交互にオン、オフすると、直流/交流変換回路6から電力変換回路7に交流電力が供給される。   In the example shown in FIG. 3, in the periods T1 to T4, the switches SWac1 and SWac2 are alternately turned on and off by the control signals AC1 and AC2. As described above, when the switches SWac1 and SWac2 are alternately turned on and off, AC power is supplied from the DC / AC conversion circuit 6 to the power conversion circuit 7.

また、図3に示す例では、期間T1〜T4内のさらに期間T2〜T3において、制御信号CELSによりスイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbがそれぞれオン、オフし、制御信号CELによりスイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−1dがそれぞれ常時オンし、制御信号GENによりスイッチ21−1、21−2がそれぞれ常時オンしている。すると、トランスT1〜Tnのそれぞれの第1のコイルにそれぞれ交流電流が流れてトランスT1〜Tnのそれぞれの第1のコイルと第2のコイルとが互いに電磁結合する。このとき、例えば、トランスT1の第1のコイルの電圧が電池モジュール19−1の出力電圧よりも高いと、トランスT1の第1のコイルから電池モジュール19−1へ電流が流れて、電池モジュール19−1が充電される。また、例えば、トランスT2の第1のコイルの電圧が電池モジュール19−2の出力電圧よりも低いと、電池モジュール19−2からトランスT2の第1のコイルへ電流が流れて、電池モジュール19−2が放電される。そして、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの充放電により、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧が、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧の平均電圧に落ち着くと、すなわち、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧がほぼ同じ電圧になると、各スイッチSWをそれぞれオフさせてセルバランスを終了させる。また、このとき、発電機3の電圧がトランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルの電圧よりも高いと、発電機3からトランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルに電流が流れ、それら各第2のコイルに流れる電流とほぼ同じ電流がトランスT1〜Tnのそれぞれの第1のコイルに流れる。すなわち、発電機3からトランスT1〜Tnを介して電池モジュール19−1〜19−nにそれぞれ電流が流れ、電池モジュール19−1〜19−nがそれぞれ充電される。このように、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧を均等化しつつ、電池モジュール19−1〜19−nをそれぞれ充電することができる。そして、このメインバッテリ2に供給される電力を使用して、直流/交流変換回路6から電力変換回路7へ交流電力を供給することができる。   In the example shown in FIG. 3, the switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb are turned on and off by the control signal CELS in the periods T2 to T3 in the periods T1 to T4, The switches SW-1c to SW-nc and the switches SW-1d to SW-1d are always turned on by the control signal CEL, and the switches 21-1 and 21-2 are always turned on by the control signal GEN. Then, an alternating current flows through each of the first coils of the transformers T1 to Tn, and the first coil and the second coil of the transformers T1 to Tn are electromagnetically coupled to each other. At this time, for example, when the voltage of the first coil of the transformer T1 is higher than the output voltage of the battery module 19-1, a current flows from the first coil of the transformer T1 to the battery module 19-1, and the battery module 19 -1 is charged. For example, when the voltage of the first coil of the transformer T2 is lower than the output voltage of the battery module 19-2, a current flows from the battery module 19-2 to the first coil of the transformer T2, and the battery module 19- 2 is discharged. And by each charging / discharging of battery module 19-1 to 19-n, each output voltage of battery module 19-1 to 19-n becomes the average of each output voltage of battery module 19-1 to 19-n. When the voltage settles, that is, when the output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n become substantially the same voltage, each switch SW is turned off to terminate the cell balance. At this time, if the voltage of the generator 3 is higher than the voltage of each of the second coils of the transformers T1 to Tn, current flows from the generator 3 to each of the second coils of the transformers T1 to Tn. Almost the same current that flows through each second coil flows through each first coil of the transformers T1 to Tn. That is, current flows from the generator 3 to the battery modules 19-1 to 19-n via the transformers T1 to Tn, and the battery modules 19-1 to 19-n are charged, respectively. In this manner, the battery modules 19-1 to 19-n can be charged while equalizing the output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n, respectively. Then, AC power can be supplied from the DC / AC conversion circuit 6 to the power conversion circuit 7 using the power supplied to the main battery 2.

図4は、セルバランス回路4や直流/交流変換回路6の各スイッチのオン、オフのタイミングチャートの他の例を模式的に示す図である。なお、図4に示す例において期間T1〜T4は、図3に示す例の期間T1〜T4と同様である。   FIG. 4 is a diagram schematically illustrating another example of an on / off timing chart of each switch of the cell balance circuit 4 and the DC / AC conversion circuit 6. In the example shown in FIG. 4, the periods T1 to T4 are the same as the periods T1 to T4 in the example shown in FIG.

図4に示す例において期間T5〜T6では、制御信号CELSによりスイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbがそれぞれオン、オフし、制御信号CELによりスイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−1dがそれぞれ常時オンし、制御信号GENによりスイッチ21−1、21−2がそれぞれ常時オンしている。これにより、上述したように、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧を均等化しつつ、電池モジュール19−1〜19−nをそれぞれ充電することができる。   In the example shown in FIG. 4, in the period T5 to T6, the switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb are turned on and off by the control signal CELS, respectively, and the switches SW-1c to SW are turned on by the control signal CEL. −nc and the switches SW-1d to SW-1d are always on, and the switches 21-1 and 21-2 are always on according to the control signal GEN. Accordingly, as described above, the battery modules 19-1 to 19-n can be charged while equalizing the output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n, respectively.

次に、図4に示す例において期間T6〜T7では、制御信号CELSによりスイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbがそれぞれオン、オフし、制御信号CELによりスイッチSW−1c〜SW−nc及びスイッチSW−1d〜SW−1dがそれぞれ常時オンし、制御信号BATによりスイッチ22−1、22−2がそれぞれ常時オンしている。なお、スイッチ21−1、21−2は常時オフしている。このとき、例えば、トランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルの電圧が補機バッテリ9の電圧よりも高いと、トランスT1〜Tnのそれぞれの第2のコイルから補機バッテリ9に電流が流れて補機バッテリ9が充電される。   Next, in the example shown in FIG. 4, in the periods T6 to T7, the switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb are turned on and off by the control signal CELS, respectively, and the switch SW- 1c to SW-nc and switches SW-1d to SW-1d are always on, and the switches 22-1 and 22-2 are always on according to the control signal BAT. The switches 21-1 and 21-2 are always off. At this time, for example, if the voltage of each of the second coils of the transformers T1 to Tn is higher than the voltage of the auxiliary battery 9, current flows from each of the second coils of the transformers T1 to Tn to the auxiliary battery 9. Thus, the auxiliary battery 9 is charged.

このように、セルバランス中において、発電機3から供給される電力によりメインバッテリ2を充電した後、メインバッテリ2から供給される電力により補機バッテリ9を充電することにより、発電機3からメインバッテリ2に供給された電力を使用して、補機バッテリ9を充電することができる。   As described above, during the cell balance, the main battery 2 is charged with the power supplied from the generator 3, and then the auxiliary battery 9 is charged with the power supplied from the main battery 2. The auxiliary battery 9 can be charged using the electric power supplied to the battery 2.

なお、上記実施形態において、セルバランス時、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)が上限の閾値Vth1(電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧の平均値よりも所定値高い値)よりも低く、かつ、下限の閾値Vth2(電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧の平均値よりも所定値低い値)よりも高くなるまで、スイッチSW−1a〜SW−na及びスイッチSW−1b〜SW−nbをそれぞれオン、オフさせてもよい。   In the above-described embodiment, at the time of cell balancing, the output voltages Vdet (1) to Vdet (n) of the battery modules 19-1 to 19-n are the upper limit threshold Vth1 (battery modules 19-1 to 19-n Lower than the lower limit threshold Vth2 (a value lower than the average value of the respective output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n). The switches SW-1a to SW-na and the switches SW-1b to SW-nb may be turned on and off, respectively, until they become higher.

また、上記実施形態では、電池モジュール19−1〜19−nを全て同時に充放電させることにより電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧を均等化させる構成であるが、電池モジュール19−1〜19−nのうちの2個ずつ順番に電池モジュール19を充放電させることにより電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれの出力電圧を均等化させるようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although it is the structure which equalizes each output voltage of the battery modules 19-1 to 19-n by charging / discharging all the battery modules 19-1 to 19-n simultaneously, the battery module 19 The output voltages of the battery modules 19-1 to 19-n may be equalized by charging and discharging the battery modules 19 in order of two of -1 to 19-n.

また、上記実施形態では、補機バッテリ9の充電時、電池モジュール19−1〜19−nのそれぞれから供給される電力を使用する構成であるが、補機バッテリ9の充電時、電池モジュール19−1〜19−nのうちの一部の電池モジュール19から供給される電力を使用するようにしてもよい。   In the above embodiment, the power supplied from each of the battery modules 19-1 to 19-n is used when the auxiliary battery 9 is charged. However, when the auxiliary battery 9 is charged, the battery module 19 is used. You may make it use the electric power supplied from the one part battery module 19 among -1-19-n.

1 セルバランス装置
2 メインバッテリ
3 発電機
4 セルバランス回路
5 電池ECU
6 直流/交流変換回路
7 電力変換回路
8 モータ
9 補機バッテリ
10 充電スタンド
11 充電器
12 インバータ回路
13 モータ/発電機
14 電装機器
15 モータECU
16 インバータECU
17 DC/DCコンバータ
18 電池セル
19 電池モジュール
20 電圧センサ
21、22 スイッチ
23 整流器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell balance apparatus 2 Main battery 3 Generator 4 Cell balance circuit 5 Battery ECU
6 DC / AC conversion circuit 7 Power conversion circuit 8 Motor 9 Auxiliary battery 10 Charging stand 11 Charger 12 Inverter circuit 13 Motor / generator 14 Electrical equipment 15 Motor ECU
16 Inverter ECU
17 DC / DC converter 18 Battery cell 19 Battery module 20 Voltage sensor 21, 22 Switch 23 Rectifier

Claims (4)

1以上の電池セルから成る電池モジュールを複数有するメインバッテリと、
発電機と、
前記複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧の平均電圧よりも高い電圧を出力する電池モジュールから前記平均電圧よりも低い電圧を出力する電池モジュールへ電流を流すことにより前記複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧を均等化するセルバランス回路と、
前記メインバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する直流/交流変換回路と、
前記セルバランス回路及び前記直流/交流変換回路のそれぞれの動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記直流/交流変換回路において直流電力を交流電力に変換させる際、前記発電機から前記セルバランス回路を介して前記複数の電池モジュールにそれぞれ電力を供給する
ことを特徴とするセルバランス装置。
A main battery having a plurality of battery modules composed of one or more battery cells;
A generator,
Output of each of the plurality of battery modules by flowing current from the battery module that outputs a voltage higher than the average voltage of the output voltages of the plurality of battery modules to the battery module that outputs a voltage lower than the average voltage. A cell balance circuit for equalizing the voltage;
A DC / AC conversion circuit for converting DC power supplied from the main battery into AC power;
A control circuit for controlling the operations of the cell balance circuit and the DC / AC converter circuit;
With
The control circuit supplies power to each of the plurality of battery modules from the generator via the cell balance circuit when converting DC power into AC power in the DC / AC converter circuit. Balance device.
請求項1に記載のセルバランス装置であって、
前記メインバッテリは、第1の電池モジュールと、第2の電池モジュールとを有し、
前記セルバランス回路は、第1及び第2のコイルを有する第1のトランスと、前記第1の電池モジュールと前記第1のコイルとの間に設けられる第1のスイッチと、第3及び第4のコイルを有する第2のトランスと、前記第2の電池モジュールと前記第3のコイルとの間に設けられる第2のスイッチと、前記第2及び第4のコイルと前記発電機との間に設けられる第3のスイッチとを備え、
前記制御回路は、前記直流/交流変換回路において直流電力を交流電力に変換させる際、前記第1及び第2のスイッチをそれぞれオン、オフさせるとともに、前記第3のスイッチを常時オンさせる
ことを特徴とするセルバランス装置。
The cell balance device according to claim 1,
The main battery has a first battery module and a second battery module,
The cell balance circuit includes a first transformer having first and second coils, a first switch provided between the first battery module and the first coil, and third and fourth. A second transformer having a second coil, a second switch provided between the second battery module and the third coil, and between the second and fourth coils and the generator. A third switch provided,
The control circuit turns on and off the first and second switches and always turns on the third switch when converting DC power into AC power in the DC / AC conversion circuit. Cell balance device.
請求項1に記載のセルバランス制御回路であって、
前記制御回路は、前記メインバッテリから供給される電力が前記セルバランス回路を介して補機バッテリに供給されるように、前記セルバランス回路の動作を制御する
ことを特徴とするセルバランス装置。
The cell balance control circuit according to claim 1,
The cell balance device, wherein the control circuit controls an operation of the cell balance circuit so that electric power supplied from the main battery is supplied to the auxiliary battery via the cell balance circuit.
請求項2に記載のセルバランス制御回路であって、
前記セルバランス回路は、前記第2及び第4のコイルと補機バッテリとの間に設けられる第4のスイッチを備え、
前記制御回路は、前記メインバッテリから供給される電力を前記セルバランス回路を介して前記補機バッテリに供給させる際、前記第1及び第2のスイッチをそれぞれオン、オフさせるとともに、前記第4のスイッチを常時オンさせる
ことを特徴とするセルバランス装置。
The cell balance control circuit according to claim 2,
The cell balance circuit includes a fourth switch provided between the second and fourth coils and the auxiliary battery,
When the control circuit supplies power supplied from the main battery to the auxiliary battery via the cell balance circuit, the control circuit turns on and off the first and second switches, respectively, A cell balance device characterized by always turning on a switch.
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