組電池の充放電装置
【課題】全電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの端子電圧のばらつきを低減するに際して、電力損失が大きくなるおそれがあること。
【解決手段】高電圧バッテリ１０を構成する各モジュールＭ１〜Ｍｍは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに接続されている。モジュールＭ１〜Ｍｍのうち端子電圧の高いものとモジュール間コンデンサＣｍとを接続することで、モジュール間コンデンサＣｍに電気エネルギを充電する。その後、モジュール間コンデンサＣｍと端子電圧の低いモジュールとを接続することで、モジュール間コンデンサの蓄電エネルギを端子電圧の低いモジュールに充電する。
【解決手段】高電圧バッテリ１０を構成する各モジュールＭ１〜Ｍｍは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに接続されている。モジュールＭ１〜Ｍｍのうち端子電圧の高いものとモジュール間コンデンサＣｍとを接続することで、モジュール間コンデンサＣｍに電気エネルギを充電する。その後、モジュール間コンデンサＣｍと端子電圧の低いモジュールとを接続することで、モジュール間コンデンサの蓄電エネルギを端子電圧の低いモジュールに充電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルの直列接続体としての組電池の充放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の充放電装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、トランスを用いて、組電池を構成する電池セルの充電エネルギを端子電圧の低いものに充電するものも提案されている。すなわち、電池セルのそれぞれに並列にトランスの各別の２次側コイルを接続し、それら２次側コイルに磁気結合した１次側コイルの両端に組電池の端子電圧を印加可能とする。こうした構成によれば、１次側コイルに電圧を印加することで蓄えられる磁気エネルギを２次側コイルから放電するに際し、端子電圧の低い電池セルに集中的に電気エネルギが充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記の装置では、端子電圧の低い電池セルに充電する処理を行なうことで、組電池を構成する全電池セルのそれぞれが電気エネルギを一旦放電するため、この充電処理によって本来充電対象とすべき電池セルまでもが一旦は放電することとなる。このため、端子電圧の低い電池セルの充電に要する時間が長期化したり、端子電圧の低い電池セルの放電に伴い本来必要のない電力の損失が生じたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電池セルの直列接続体としての組電池について、その電池セル間の電気エネルギの授受を行なう新たな組電池の充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、蓄電手段と、電池セルの直列接続体としての組電池について、該組電池を構成する電池セルのうちの第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第１開閉機能および、第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第２開閉機能を有する選択接続手段と、前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する第１閉操作処理と、前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第２の規定数個の電池セルに充電する第２閉操作処理とを行なうべく、前記選択接続手段を操作する操作手段と、を備え、前記第１の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであり、前記第２の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、第１閉操作処理と第２閉操作処理とを用いることで、第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを第２の規定数個の電池セルに移動させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の規定数は、前記第２の規定数よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、第１の規定数の方が大きいために、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧に対する蓄電手段の充電電圧の差圧を大きくすることができ、ひいては第１の規定数個の電池セルから第２の規定数個の電池セルへの電気エネルギの移動量を大きくすることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第１の規定数と前記第２の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記操作手段は、前記選択接続手段を操作して、前記第１閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数と前記第２閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、変更手段によって、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧に対する蓄電手段の充電電圧の差圧を変更することが可能であり、これにより、第１の規定数個の電池セルから第２の規定数個の電池セルへの電気エネルギの移動速度を変更することができる。また、上記発明では、各電池セルの端子電圧が大きく変動したとしても、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記第１開閉機能は、前記組電池を構成する単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルの直列接続体であって且つ互いに同一の電池セルを含まない複数の単位電池について、それらの第３の規定数個としての前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、前記第２開閉機能は、第４の規定数個の単位電池としての前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、前記操作手段は、前記単位電池の充電状態を調整すべく、前記第１閉操作処理としての前記蓄電手段への蓄電処理と前記第２閉操作処理としての前記蓄電手段からの放電処理とを行なう充電状態調整手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、複数の単位電池間で電気エネルギを移動させることができ、ひいては複数の単位電池の充電状態を調整することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記複数の単位電池は、互いに隣接する複数の単位電池からなり、前記選択接続手段は、前記複数の単位電池のそれぞれについて、その一対の端子と前記蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容するものであることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、一対の電気経路が双方向に電流を流すことができるものであるため、複数の単位電池のうちいずれを第３の規定数個の単位電池とし、いずれを第４の規定数個の単位電池とするかを任意に選択することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記複数の単位電池のうち、端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する特定手段をさらに備え、前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記いずれかの値が大きい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行い、前記放電処理として、前記いずれかの値が小さい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池の直列接続体と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行なうことを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、いずれかの値が大きいものの電気エネルギを蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。このため、複数の単位電池について、いずれかの値のばらつきを低減することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第３の規定数と前記第４の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記蓄電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数と前記放電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、第４の規定数個の単位電池と蓄電手段とが接続されるときの第４の規定数個の単位電池の端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧を変更することができ、これにより、第４の規定数個の単位電池への充電量を変更することができる。また、上記発明では、単位電池の端子電圧が大きく変動したとしても、変更手段によって、第４の規定数個の単位電池と蓄電手段とが接続されるときの第４の規定数個の単位電池の端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池であるモジュールを構成するものであり、前記蓄電手段は、前記モジュール毎に設けられたモジュール内蓄電手段と、前記組電池を構成するモジュール間で共有されるモジュール間蓄電手段とを備え、前記選択接続手段は、前記組電池を構成する全モジュールのそれぞれについて、前記第３の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第１開閉機能と、前記第４の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第２開閉機能とに加えて、第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第１開閉機能と、第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第２開閉機能とを有し、前記第５の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、前記第６の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、前記特定手段は、前記モジュール内における特定処理に加えて、前記組電池を構成する全てのモジュールのうちの端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する処理をさらに行なうものであり、前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記モジュール内についての前記蓄電処理であるモジュール内充電処理に加えて、前記いずれかの値が大きいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールとしての前記第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第５の規定数個のモジュールの電気エネルギを前記モジュール間蓄電手段に充電する処理であるモジュール間蓄電処理を行い、前記放電処理として、前記モジュール内についての前記放電処理であるモジュール内放電処理に加えて、前記いずれかの値が小さいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールの直列接続体としての前記第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第６の規定数個のモジュールに充電する処理であるモジュール間放電処理を行なうことを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、モジュール内について、いずれかの値が大きいものの電気エネルギをモジュール内蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。また、組電池を構成する全てのモジュールについて、いずれかの値が大きいものの電気エネルギをモジュール間蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。このため、組電池を構成する全単位電池について、いずれかの値のばらつきを低減する処理を行なうことができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記選択接続手段の前記モジュール間第１開閉機能と前記モジュール間第２開閉機能とは、前記モジュールのそれぞれについて、その一対の端子と前記モジュール間蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容する手段によって実現されるものであることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、一対の電気経路が双方向に電流を流すことができるものであるため、モジュールのうちのうちいずれを第５の規定数個のモジュールとし、いずれを第６の規定数個のモジュールとするかを任意に選択することができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項８または９記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第５の規定数と前記第６の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記モジュール間蓄電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数と前記モジュール間放電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、第６の規定数個のモジュールとモジュール間蓄電手段とが接続されるときの第６の規定数個のモジュールの端子電圧とモジュール間蓄電手段の充電電圧との差圧を変更することができ、これにより、第６の規定数個のモジュールへの充電速度を変更することができる。また、上記発明では、モジュールの端子電圧が大きく変動したとしても、変更手段によって、第６の規定数個のモジュールとモジュール間蓄電手段とが接続されるときの第６の規定数個のモジュールの端子電圧とモジュール間蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池である部分電池であり、前記選択接続手段、前記蓄電手段、および前記充電状態調整手段は、前記組電池を構成する全電池セルを含む複数の部分電池のそれぞれ毎に設けられるものであり、前記部分電池は、その端部の単位電池が隣接する部分電池を構成する単位電池の一部と共通となるものであることを特徴とする。
【００２８】
上記発明では、部分電池同士で一部の単位電池を共有するため、組電池を構成する任意の単位電池間で電気エネルギを移動させることができる。このため、特定手段によって特定される上記いずれかの値についての組電池を構成する全単位電池間のばらつきを、低減することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池は、複数の組電池の並列接続体であり、前記選択接続手段は、前記複数の組電池のうちの少なくとも２つの組電池のそれぞれに設けられるものであり、前記蓄電手段は、前記少なくとも２つの組電池で共有されることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、蓄電手段を共有することで、部品点数を低減することができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、前記操作手段は、前記少なくとも２つの組電池のそれぞれに対応する選択接続手段を操作することで、それら組電池のいずれかから他へと前記共有される蓄電手段を介して電気エネルギを移動させる組電池間授受処理手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
上記発明では、蓄電手段を介して、少なくとも２つの組電池間で電気エネルギの授受を行なうことができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記電池セルのそれぞれの両端の電圧を検出する各別の電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３４】
上記発明では、電池セルの電圧の検出値同士の同期を取ることが容易となる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３６】
上記発明では、蓄電手段の充電電圧を検出することができる。特に、単一の電池セルと蓄電手段とを並列接続した場合には、電池セルの電圧を検出することができる。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項８または９記載の発明において、前記モジュール内蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
上記発明では、モジュール内蓄電手段の充電電圧を検出することができる。特に、請求項５の事項を有する場合、モジュール内の単位電池のそれぞれを蓄電手段に接続することで、モジュール内の単位電池のそれぞれの端子電圧を検出することもできる。
【００３９】
請求項１７記載の発明は、請求項１５または１６記載の発明において、前記蓄電手段と前記電圧検出手段との間にローパスフィルタ回路が設けられていることを特徴とする。
【００４０】
上記発明では、蓄電手段の充電電圧を検出するに際し、電圧の検出結果がノイズに影響される事態を好適に抑制することができる。
【００４１】
請求項１８記載の発明は、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄電手段に並列接続されたツェナーダイオードと、前記蓄電手段と前記ツェナーダイオードとの間を開閉するクランプ禁止手段と、を備えることを特徴とする。
【００４２】
上記発明では、ツェナーダイオードと蓄電手段との間が閉状態となる場合には、蓄電手段の充電電圧がツェナーダイオードのブレークダウン電圧に制限される。このため、この場合、電圧検出手段に印加される電圧をブレークダウン電圧に制限することができる。また、ツェナーダイオードと蓄電手段との間が開状態となる場合には、蓄電手段の充電電圧をブレークダウン電圧よりも高くすることができる。
【００４３】
請求項１９記載の発明は、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の発明において、前記選択接続手段を操作して電圧検出対象となる１または複数の電池セルと前記蓄電手段とを電気的に接続した状態で、前記電圧検出手段によって前記電圧検出対象の電圧を検出することを特徴とする。
【００４４】
上記発明では、電圧検出手段による電圧検出時に蓄電手段の電圧が変化することを好適に回避することができ、ひいては蓄電手段に接続される１または複数の電池セルの端子電圧の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図３】同実施形態にかかるモジュール間充電状態調整処理の手順を示す流れ図。
【図４】同実施形態にかかるモジュール内充電状態調整処理の手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるモジュール内容量調整処理の手順を示す流れ図。
【図７】第３の実施形態にかかる組電池の車両搭載手法を示す図。
【図８】同実施形態にかかる高電圧バッテリの利用手法を示すタイムチャート。
【図９】同実施形態にかかるモジュール間マトリックスコンバータを示す図。
【図１０】同実施形態にかかる回生時の充放電処理の手順を示す流れ図。
【図１１】第４の実施形態にかかるマトリックスコンバータを示す図。
【図１２】第５の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１３】同実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。
【図１４】第６の実施形態にかかるフェールセーフ処理を示すタイムチャート。
【図１５】上記実施形態の変形例にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１６】上記変形例にかかるモジュール内コンデンサの充放電処理を例示するタイムチャート。
【図１７】上記変形例を用いたフェールセーフ処理を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる組電池の充放電装置を車載２次電池の充電状態調整装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００４８】
図示される高電圧バッテリ１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの直列接続体としての組電池であり、その端子電圧がたとえば百Ｖ以上となるものである。高電圧バッテリ１０の正極および負極は、車載主機に接続される電力変換回路の入力端子に接続される。電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン等の２次電池である。電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成である。すなわち、充電率（ＳＯＣ：満充電量に対する実際の充電量の比率）に対する開放端電圧の関係や、満充電量、内部抵抗値等が互いに等しいものである。
【００４９】
高電圧バッテリ１０の負極電位は、車体電位とは相違する電位に設定されている。詳しくは、本実施形態では、高電圧バッテリ１０の正極電位と負極電位との中央値が車体電位となるように設定されている。これは、高電圧バッテリ１０の正極および負極間に一対のコンデンサの直列接続体や一対の抵抗体の直列接続体を接続するとともに、上記コンデンサ同士または抵抗体同士の接続点を車体に接続することで行なうことができる。
【００５０】
電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、互いに隣接するｎ（＞２）個ずつが同一グループとされモジュール化されている。ここで、第ｉモジュールＭｉは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎからなる。
【００５１】
モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに電気的に接続可能とされている。ここで、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣは、単位電源（モジュール）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール間コンデンサＣｍ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐｍ，ＱＭｎ１〜ＱＭｎｍを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００５２】
ここで、スイッチング素子ＱＭｐｉは、第ｉモジュールＭｉの正極とモジュール間コンデンサＣｍの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＭｎｉは、第ｉモジュールＭｉの負極とモジュール間コンデンサＣｍの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのそれぞれを、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。ここで、一対のトランジスタを用いるのは、それらのボディーダイオード同士の順方向が互いに逆となるように接続することで、トランジスタのオン操作指令がなされていないときにボディーダイオードを介して電流が流れることを阻止するための設定である。詳しくは、本実施形態では、一対のトランジスタのソース同士を互いに接続する。これは、トランジスタがソースに対するゲートの電位差に応じて駆動されることに鑑み、１つの信号で一対のトランジスタを容易に駆動するための設定である。
【００５３】
上記一対のトランジスタのソース同士、ゲート同士は互いに短絡され、ソースおよびゲートのそれぞれは、フォトカプラＰＭｐ１〜ＰＭｐｍ，ＰＭｎ１〜ＰＭｎｍの２次側の一対の端子のそれぞれに接続されている。本実施形態では、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉとして、電圧を出力するタイプのものを採用している。これは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの２次側にスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉを駆動するための電源を設けないための設定である。
【００５４】
上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの１次側には、電子制御装置（ＥＣＵ２０）が接続されている。ＥＣＵ２０は、高電圧バッテリ１０よりも端子電圧の低い補機バッテリ３０を電源とするものであり、その動作の基準電位を、高電圧バッテリ１０の負極電位とは相違する電位とする。詳しくは、車体電位を基準電位とする。
【００５５】
上記モジュール間コンデンサＣｍの静電容量は、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、高電圧バッテリ１０よりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が高電圧バッテリ１０の「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの高電圧バッテリ１０の充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５６】
ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介してモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍのそれぞれから出力される信号を受信し、これに基づき、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを操作する。また、ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介して、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍに、充電状態を調整する旨の指令信号を出力する。なお、インターフェース２２は、フォトカプラ等によって構成すればよい。
【００５７】
図２に、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍの構成を示す。
【００５８】
図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉは、モジュール内コンデンサＣｃとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えている。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量は、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、単一のモジュールＭｉよりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が単一のモジュールＭｉの「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの単一のモジュールＭｉの充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５９】
一方、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣは、単位電源（電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎ）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール内コンデンサＣｃ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００６０】
ここで、スイッチング素子ＱＣｐｊは、電池セルＣｉｊの正極とモジュール内コンデンサＣｃの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＣｎｊは、電池セルＣｉｊの負極とモジュール内コンデンサＣｃの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのそれぞれを、上記スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同様、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。そして、それらのソースおよびゲート間に、フォトカプラＰＣｐ１〜ＰＣｐｎ，ＰＣｎ１〜ＰＣｎｎの２次側を接続する。これらフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊも、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉ同様、電圧を出力するタイプのものである。
【００６１】
ここで、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを構成するスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉよりも低耐圧のものを使用している。また、上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊは、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉよりも低耐圧のものを用いている。
【００６２】
上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊの１次側には、マイクロコンピュータ（マイコン４０）が接続されている。マイコン４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４６）を備えるソフトウェア処理手段である。マイコン４０は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のそれぞれを検出すべく、それらの正極および負極のそれぞれと接続されている。すなわち、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの正極は、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してマイコン４０に接続され、電池セルＣｉｎの負極は、抵抗体を介すことなくマイコン４０に接続されている。また、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれには、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してコンデンサＣ１〜Ｃｎのそれぞれが接続されている。これら、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊは、ローパスフィルタの機能を有するＲＣ回路（図中、ＬＰＦ）を構成する。
【００６３】
ここで、ＲＣ回路は、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるものと、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜Ｃｎからなるものとがある。そして、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるＲＣ回路は、電池セルＣｉｊの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４２によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。一方、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜ＣｎからなるＲＣ回路は、モジュールＭｉの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。ＣＰＵ４６では、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの端子電圧やモジュールＭｉの端子電圧（デジタル信号）を、先の図１に示したインターフェース２２を介してＥＣＵ２０に出力する。
【００６４】
なお、アナログデジタル変換器４２の耐圧は、モジュールＭｉの端子電圧の最大値よりも低くなっている。そこで、アナログデジタル変換器４２を過度に高い電圧から保護すべく、コンデンサＣ１〜ＣｎのそれぞれにツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのそれぞれが並列接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのブレークダウン電圧は、電池セルＣｉｊの端子電圧の想定される最大値よりも大きくて且つ、アナログデジタル変換器４２の耐圧よりも低い値に設定されている。
【００６５】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態にかかる電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの充電状態の調整処理について説明する。本実施形態では、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの端子電圧のばらつきを低減する処理を行なう。この処理は、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理と、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧のばらつきを低減する処理とからなる。
【００６６】
図３に、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０の指令に応じてモジュール内調整ユニットＵｉによって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【００６７】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モジュールＭｉを構成する電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの電圧Ｖｉ１〜Ｖｉｎを検出する。これは、先の図２に示したアナログデジタル変換器４２によって行なうことができる。続くステップＳ１２においては、端子電圧が最大の電池セルＣｉｈと、端子電圧が最低の電池セルＣｉｌとを特定する。
【００６８】
続くステップＳ１４においては、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セル数（使用数ｎｃ）と、モジュール内コンデンサＣｃの蓄電エネルギの放電先の電池セル数（使用数ｎｄ＜ｎｃ）とを決定する。ここでは、使用数ｎｃの電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続する処理と、使用数ｎｄの電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続する処理との一対の処理の一周期における使用数ｎｄの電池セルへの充電量を上昇させたいほど、「ｎｃ−ｎｄ」が大きくなるように、使用数ｎｃ，ｎｄを可変設定すればよい。
【００６９】
続くステップＳ１６においては、端子電圧が最大の電池セルＣｉｈを含む使用数ｎｃ個の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）をモジュール内コンデンサＣｃに接続する。これは、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣにおいてスイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）のみをオン操作することで行なうことができる。これにより、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）からモジュール内コンデンサＣｃに電流が流れる。この際、モジュール内コンデンサＣｃに流れる電流は、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧がモジュールＭｉの端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量がモジュールＭｉよりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール内コンデンサＣｉの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００７０】
上記ステップＳ１６の処理は、所定時間Ｔ１に渡って継続される（ステップＳ１８）。ここで所定時間Ｔ１は、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）の電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ２０に移行する。
【００７１】
ステップＳ２０では、端子電圧が最小の電池セルＣｉｌを含む使用数ｎｄ個の電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）をモジュール内コンデンサＣｃに接続する。詳しくは、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）をオフ操作し、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣにおいてスイッチング素子ＱＣｐｒ，ＱＣｎ（ｒ＋ｎｄ−１）のみをオン操作する。これにより、モジュール内コンデンサＣｃから電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）に電流が流れる。この処理は、所定時間Ｔ２に渡って行われる。ここで所定時間Ｔ２は、モジュール内コンデンサＣｃの電気エネルギを電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）に充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。
【００７２】
なお、所定時間Ｔ２が経過すると、この一連の処理を一旦終了する。
【００７３】
図４に、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【００７４】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれの端子電圧ＶＭ１〜ＶＭｍを検出する。この処理は、モジュール内調整ユニットＵｉのそれぞれによって検出されるモジュールＭｉの端子電圧ＶＭｉを取得する処理となる。続くステップＳ３２においては、端子電圧が最高のモジュールＭｈと、端子電圧が最低のモジュールＭｌとを特定する処理を行なう。
【００７５】
続くステップＳ３４においては、モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュール（使用数Ｎｃ）と、モジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギの放電先のモジュール数（使用数Ｎｄ＜Ｎｃ）とを決定する。ここでは、使用数Ｎｃのモジュールをモジュール間コンデンサＣｍに接続する処理と、使用数Ｎｄのモジュールをモジュール間コンデンサＣｍに接続する処理との一対の処理の一周期における使用数Ｎｄのモジュールへの充電量を上昇させたいほど、「Ｎｃ−Ｎｄ」が大きくなるように、使用数Ｎｃ，Ｎｄを可変設定すればよい。
【００７６】
続くステップＳ３６においては、端子電圧が最大のモジュールＭｈを含む使用数Ｎｃ個のモジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）をモジュール間コンデンサＣｍに接続する。これは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣにおいてスイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）のみをオン操作することで行なうことができる。この際、モジュール間コンデンサＣｍに流れる電流は、モジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。この際、モジュール間コンデンサＣｍの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量が高電圧バッテリ１０よりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００７７】
上記ステップＳ３６の処理は、所定時間Ｔ３に渡って継続される（ステップＳ３８）。ここで所定時間Ｔ３は、モジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍに充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔ３が経過すると、ステップＳ４０に移行する。
【００７８】
ステップＳ４０では、端子電圧が最小のモジュールＭｌを含む使用数Ｎｄ個のモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）をモジュール間コンデンサＣｍに接続する。詳しくは、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオフ操作し、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣにおいてスイッチング素子ＱＭｐｒ，ＱＭｎ（ｒ＋Ｎｄ−１）のみをオン操作する。これにより、モジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギがモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）に充電される。この処理は、所定時間Ｔ４に渡って行われる。ここで所定時間Ｔ４は、モジュール間コンデンサＣｍの電気エネルギをモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）に充電する処理が完了すると想定される時間に設定される。
【００７９】
なお、所定時間Ｔ４が経過すると、この一連の処理を一旦終了する。
【００８０】
図５に、本実施形態の技術的意義に関する実験データを示す。この実験データは、６個の電池セルの直列接続体に車両走行時に想定される電流が流れるとした場合に関するものである。図５（ａ）は、充放電電流を示し、図５（ｂ）は、上記端子電圧のばらつき低減処理を行なった場合の電池セルの端子電圧の推移を示し、図５（ｃ）は、上記ばらつき低減処理を行わなかった場合の電池セルの端子電圧の推移を示す。
【００８１】
図示されるように、端子電圧のばらつき低減処理を行なうことで、少なくとも１つの電池セルの端子電圧が下限電圧に到達するまでの時間を伸長させることができ、ひいては走行可能距離を拡大することができる。
【００８２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００８３】
（１）モジュール間コンデンサＣｍおよびモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを備えることで、電気エネルギを熱エネルギに変換して捨てることなくモジュール間の端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８４】
（２）モジュール内コンデンサＣｃおよびモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを備えることで、電気エネルギを熱エネルギに変換して捨てることなくモジュール内の端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８５】
（３）モジュール間コンデンサＣｍおよびモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣと、モジュール内コンデンサＣｃおよびモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えることで、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで、端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８６】
（４）モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いるセル数（使用数ｎｃ）とモジュール内コンデンサＣｃの放電先の電池セル数（使用数ｎｄ）との差を可変とした。これにより、単位時間当たりの充電量を可変とすることができる。
【００８７】
（５）モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュール数（使用数Ｎｃ）とモジュール間コンデンサＣｍの放電先のモジュール数（使用数Ｎｄ）との差を可変とした。これにより、単位時間当たりの充電量を可変とすることができる。
【００８８】
（６）モジュール内調整ユニットＵｉにおいて、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの電圧を検出する各別のアナログデジタル変換器４２を備えた。これにより、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の大小比較に際して、端子電圧の検出値の同期を取ることができるため、車両の走行時等、高電圧バッテリ１０の充放電電流量が大きく変動しうる状況下であっても、端子電圧の大小を高精度に比較することができる。
【００８９】
（７）モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを各別に設けることで、高耐圧部品（スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ）の数を低減することができる。
【００９０】
（８）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのソース同士（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのソース同士）を短絡した。これにより、単一の操作信号によって一対のスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）を容易に操作することができる。
【００９１】
（９）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）に操作信号を出力する絶縁通信手段として、電圧を出力するタイプのものを用いた。これにより、２次側に電源を備えることなく、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）をオン・オフ操作することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９２】
本実施形態では、端子電圧のばらつきを低減する処理に代えて、充電率または充電量のばらつきを低減する処理を行なう。
【００９３】
図６に、本実施形態にかかるモジュール内における充電率または充電量のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０の指令に応じて実行される。なお、図６において、先の図３に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００９４】
この一連の処理では、ステップＳ１２ａにおいて、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの充電率ＳＯＣｉ１〜ＳＯＣｉｎのうち最大のものに対応する電池セルＣｉｈと最小のものに対応する電池セルＣｉｌとを特定する処理、または充電量Ｑｉ１〜Ｑｉｎのうち最大のものに対応する電池セルＣｉｈと最小のものに対応する電池セルＣｉｌとを特定する処理を行なう。ここで、充電率は、たとえば、端子電圧（閉路端電圧）の検出値と、電流量と、各セル毎の内部抵抗情報とから、開放端電圧を算出し、開放端電圧と充電率との関係を定めた関係情報から算出すればよい。また、充電量については、上記充電率にセル毎の満充電量を乗算することで算出すればよい。
【００９５】
上記ステップＳ１２ａの処理が完了する場合、先の図３のステップＳ１４〜Ｓ２２の処理を行なう。なお、モジュールＭ１〜Ｍｍにおける充電率または充電量のばらつきを低減する処理についても同様に行なうことができるため、ここではその説明を省略する。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９６】
図７に、本実施形態にかかる充電状態の調整対象となる高電圧バッテリを示す。
【００９７】
図示されるように、本実施形態では、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとが、インバータ５４に並列接続可能とされている。ここで、インバータ５４は、駆動輪５２に機械的に連結されたモータジェネレータ５０に接続されたものである。また、インバータ５４と第１の高電圧バッテリ１０ａとの間は、リレーＳＭＲａによって開閉され、インバータ５４と第２の高電圧バッテリ１０ｂとの間は、リレーＳＭＲｂによって開閉される。
【００９８】
本実施形態では、図８に示すように、第１の高電圧バッテリ１０ａおよび第２の高電圧バッテリ１０ｂのいずれか一方をインバータ５４に接続し、いずれか一方において下限電圧に達する電池セルが生じることで、他方の利用に切り替えるべく、リレーＳＭＲａ，ＳＭＲｂを操作する。
【００９９】
図９に、本実施形態にかかる充電状態調整装置の構成を示す。なお、図９において、先の図１に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。
【０１００】
図示されるように、本実施形態では、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとのそれぞれで、各別のモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍや、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを備えている。ただし、モジュール間コンデンサＣｍについては、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有している。なお、図９では、ＥＣＵ２０の記載を省略している。
【０１０１】
上記構成によれば、モジュール間コンデンサＣｍを用いて第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとの間で電気エネルギの授受が可能となる。本実施形態では、特に、回生時においてこの機能を利用することで、回生エネルギの充電量を拡大する。
【０１０２】
図１０に、回生時における充放電処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ５０において、回生時であるか否かを判断する。そして回生時であると判断される場合、ステップＳ５２において、第１の高電圧バッテリ１０ａの使用時であるか否かを判断する。そして、ステップＳ５２において肯定判断される場合、ステップＳ５４において、第１の高電圧バッテリ１０ａの充電率ＳＯＣａが閾値Ｓｔｈ以上であって且つ、第２の高電圧バッテリ１０ｂの充電率ＳＯＣｂが閾値Ｓｔｈ未満であるか否かを判断する。この処理は、第１の高電圧バッテリ１０ａに回生エネルギを充電する余地がなく、第２の高電圧バッテリ１０ｂに回生エネルギを充電する余地があるか否かを判断するためのものである。ここで、閾値Ｓｔｈは、回生エネルギの充電によって電池セルの端子電圧に上限電圧に達するものが生じると想定される下限値に基づき設定すればよい。なお、閾値Ｓｔｈは、回生時において駆動輪５２に加えることが可能な負荷トルクに応じて可変設定してもよい。
【０１０４】
ステップＳ５６において肯定判断される場合、ステップＳ５６，Ｓ５８において、インバータ５４側から第１の高電圧バッテリ１０ａ側に流入する電気エネルギを第２の高電圧バッテリ１０ｂに充電する処理を行なう。すなわち、ステップＳ５６では、第１の高電圧バッテリ１０ａの端子とモジュール間コンデンサＣｍとを電気的に接続する。これは、第１の高電圧バッテリ１０ａ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作することで行なうことができる。続くステップＳ５８においては、モジュール間コンデンサＣｍを第２の高電圧バッテリ１０ｂ側に接続する。ここでは、第１の高電圧バッテリ１０ａ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオフ操作し、第２の高電圧バッテリ１０ｂ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作する。もっとも、これに代えて、第２の高電圧バッテリ１０ｂの一部のモジュールとモジュール間コンデンサＣｍとを接続してもよい。
【０１０５】
これに対し、上記ステップＳ５２において否定判断される場合、ステップＳ６０において、第２の高電圧バッテリ１０ｂの充電率ＳＯＣｂが閾値Ｓｔｈ以上であって且つ、第１の高電圧バッテリ１０ａの充電率ＳＯＣａが閾値Ｓｔｈ未満であるか否かを判断する。この処理は、第２の高電圧バッテリ１０ｂに回生エネルギを充電する余地がなく、第１の高電圧バッテリ１０ａに回生エネルギを充電する余地があるか否かを判断するためのものである。
【０１０６】
ステップＳ６０において肯定判断される場合、ステップＳ６２，Ｓ６４において、インバータ５４側から第２の高電圧バッテリ１０ｂ側に流入する電気エネルギを第１の高電圧バッテリ１０ａに充電する処理を行なう。
【０１０７】
なお、上記ステップＳ５８，Ｓ６４の処理が完了する場合や、ステップＳ５０，Ｓ５４，Ｓ６０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１０８】
図１１に、本実施形態にかかる充電状態調整装置の構成を示す。なお、図１１において、先の図１に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。また、図１１において、ＥＣＵ２０やそれとの接続経路についてはその記載を省略した。
【０１０９】
図示されるように、本実施形態では、１つのモジュールを構成する電池セルと、隣接するモジュールの１つの電池セルとで部分電池を構成し、部分電池毎に、マトリックスコンバータやモジュール内コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍが設けられる。すなわち、第１モジュールＭ１を構成する電池セルＣ１１〜Ｃ１ｎと第２モジュールＭ２を構成する電池セルＣ２１とが、モジュール内コンデンサＣｃ１に接続される。また、第１モジュールＭ１を構成する電池セルＣ１ｎと、第２モジュールＭ２を構成する電池セルＣ２１〜Ｃ２ｎと、第３モジュールＭ３を構成する電池セルＣ３１とが、モジュール内コンデンサＣｃ２に接続される。
【０１１０】
詳しくは、第１モジュールＭ１に対応するモジュール内コンデンサＣｃ１は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊによってモジュールＭ１の電池セルＣ１ｊに接続され、また、スイッチング素子ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬによって、第２モジュールＭ２の電池セルＣ２１に接続される。
【０１１１】
これに対し、第２モジュールＭ２に対応するモジュール内コンデンサＣｃ２は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊによって第２モジュールＭ２の電池セルＣ２ｊに接続される。さらに、スイッチング素子ＱＣｐＨ，ＱＣｎＨによって、第１モジュールＭ１の電池セルＣ１ｎに接続され、スイッチング素子ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬによって、第３モジュールＭ３の電池セルＣ３１に接続される。
【０１１２】
こうした構成によれば、モジュール内コンデンサＣｃ１を介して、電池セルＣ１１〜Ｃ１ｎ，Ｃ２１の間で電気エネルギの授受が可能となる。また、モジュール内コンデンサＣｃ２を介して、電池セルＣ１ｎ，Ｃ２１〜Ｃ２ｎ，Ｃ３１の間で電気エネルギの授受が可能となる。このように、モジュール内コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍによって電気エネルギの授受が可能な電池セルの一部が共有化されているため、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで電気エネルギの授受が可能となり、ひいては電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで端子電圧や、充電率、充電量のばらつきを低減可能となる。
【０１１３】
しかも、この際、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ，ＱＣｐＨ，ＱＣｎＨ，ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬに要求される耐圧を、上記第１の実施形態におけるスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと比較して小さくすることができる。
＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１４】
図１２に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｉの構成を示す。なお、図１２において、先の図２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【０１１５】
図示されるように、本実施形態では、抵抗体ＲおよびコンデンサＣによって構成されるＲＣ回路と、ツェナーダイオードＺＤとを介して、モジュール内コンデンサＣｃの両端の電圧を、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４に取り込む。こうした構成によれば、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧を、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧として単一のアナログデジタル変換器４４によって検出することができる。
【０１１６】
詳しくは、モジュール内コンデンサＣｃとＲＣ回路とは、スイッチング素子Ｓｎによって開閉可能とされ、スイッチング素子Ｓｎは、フォトカプラＰｎを介してマイコン４０によって操作される。ここで、スイッチング素子Ｓｎは、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｎは、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【０１１７】
上記ツェナーダイオードＺＤのブレークダウン電圧は、単一の電池セルＣｉｊの端子電圧の最大値よりも高くて且つ、モジュールＭｉの端子電圧以下に設定されている。これにより、アナログデジタル変換器４４の耐圧を十分に低下させることができる。一方、スイッチング素子Ｓｎは、端子電圧のばらつきの低減処理によってモジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一の電池セルＣｉｊのものよりも高くなる場合に、ツェナーダイオードＺＤがオンしないように、モジュール内コンデンサＣｃとツェナーダイオードＺＤとの間を開状態とするためのものである。
【０１１８】
図１３に、本実施形態にかかる電池セルＣｉｊの電圧検出処理の手順を示す。この処理は、モジュール内調整ユニットＵｉによって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【０１１９】
この一連の処理では、まずステップＳ７０において、電圧検出時であるか否かを判断する。そして、電圧検出時でないと判断される場合、ステップＳ７２において、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧がツェナーダイオードＺＤに印加されることを回避すべく、スイッチング素子Ｓｎをオフする。
【０１２０】
これに対し、電圧検出時であると判断される場合、ステップＳ７４において、モジュール内コンデンサＣｃの両端をアナログデジタル変換器４４に接続すべく、スイッチング素子Ｓｎをオン操作する。続くステップＳ７６においては、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉｊを指定する変数ｊを「１」とする。そして、ステップＳ７８においては、電池セルＣｉｊの両端の電圧を検出すべく、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊをオン操作する。そして、ステップＳ８０において所定時間Ｔ５が経過すると判断される場合、ステップＳ８２において、アナログデジタル変換器４４によってモジュール内コンデンサＣｃの電圧をサンプリングする。ここで、所定時間Ｔ５は、アナログデジタル変換器４４の入力電圧が安定すると想定される時間に設定される。この時間は、ＲＣ回路の時定数よりも長い時間に設定されている。
【０１２１】
そして、電圧のサンプリング処理が完了すると、ステップＳ８４において、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊをオフ操作する。続くステップＳ８６においては、変数ｊがｎであるか否かを判断する。この処理は、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉｊの全てについて電圧の検出が完了したか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ８６において否定判断される場合、ステップＳ８８において、変数ｊをインクリメントし、ステップＳ７８に戻る。これに対し、ステップＳ８６において肯定判断される場合や、ステップＳ７２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【０１２２】
このように、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧を検出することで、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの全ての端子電圧を検出することができる。このため、ＲＣ回路やツェナーダイオードＺＤの数を低減することができる。
【０１２３】
また、本実施形態では、電圧の検出を、モジュール内コンデンサＣｃと検出対象となる電池セルＣｉｊとを接続した状態で行った。これにより、アナログデジタル変換器４４の入力電圧を安定させた状態で入力電圧をデジタルデータに変換することができる。これに対し、モジュール内コンデンサＣｃと検出対象となる電池セルＣｉｊとの接続を解除する場合には、入力電圧が安定しないことが懸念される。これは、実際の回路ではモジュール内コンデンサＣｃが図示しない回路に接続される状況となる可能性が高く、この場合、それら回路を介してモジュール内コンデンサＣｃの放電がなされるためである。
＜第６の実施形態＞
以下、第６の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２４】
本実施形態では、電池セルＣｉｊのいずれかにオープン故障が生じた場合に、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを利用したフェールセーフ処理を行なう。
【０１２５】
すなわち、図１４に示されるように、モジュールＭｉの電池セルＣｉ２にオープン故障が生じる場合、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理とによって、電池セルＣｉ１と電池セルＣｉ３とを、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣによって接続する。これは、高電圧バッテリ１０の電気エネルギを利用可能とすることで、リンプホーム処理を行なうためのものである。
【０１２６】
詳しくは、図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理のみがなされる期間と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理のみがなされる期間とを設ける。これは、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３や、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２の温度上昇を緩和するための設定である。さらに、本実施形態では、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理との一対の処理について、これら双方がなされる重複期間Ｔｏｒを設ける。これは、電池セルＣｉ１と電池セルＣｉ３との電気的な接続状態の連続性を保つための設定である。換言すれば、高電圧バッテリ１０の充放電電流の連続性を保つための設定である。
【０１２７】
ただし、このようにオン状態となる素子を切り替える処理は、モジュールＭｉの端部以外の電池セルＣｉ２〜Ｃｉ（ｎ−１）に関してのみ可能である。すなわち、たとえば電池セルＣｉ１がオープン故障する場合、モジュール内調整ユニットＵｉにそれ以上高電位の電池セルの負極に接続するための専用の電気経路がない。このため、フェールセーフ処理としては、図中、下方に示すように、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｐ２をオン状態に保つ処理を行なうこととなる。なお、この場合、たとえば電池セルＣｉ２のオープン故障時と比較して、高電圧バッテリ１０の出力をより制限するようにしてもよい。
【０１２８】
なお、オープン故障の有無は、たとえば電池セルＣｉｊの端子電圧の検出値が過度に低いか否かによって診断することができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１２９】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉや、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊとしては、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体に限らない。たとえば一対のＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体であってもよい。この場合であっても、ソース同士をショートさせるようにして直列接続することが望ましい。もっとも、スイッチング素子のオン・オフに際しての開閉制御端子（ゲート）の電位の基準を定める端子（ソース）同士をショートさせるものに限らず、ドレイン同士をショートさせるものであってもよい。この場合、一対のスイッチング素子を駆動する駆動回路を共通とすることが困難となるものの、ボディーダイオードを介して貫通電流が流れることを回避することはできる。
【０１３０】
さらに、電界効果トランジスタにも限らず、たとえば一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれらのそれぞれに逆並列接続されたダイオードとからなるものであってもよい。ちなみに、この場合のダイオードは、マトリックスコンバータにおいて電流を双方向に流すことができるようにするための手段となる。
「モジュール内及びモジュール間のマトリックスコンバータについて」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉの耐圧を、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの耐圧よりも高くする設定に限らない。これらの耐圧が同一であったとしても、モジュール毎の管理とモジュール内の管理とを行なうことによるメリットを享受できる。このメリットとしては、たとえば上記第３の実施形態において、使用していないバッテリへの回生エネルギの充電速度を向上させやすいことがある。これは、モジュール間コンデンサＣｍの静電容量を、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量よりも大きくしやすいためである。
【０１３１】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子の駆動手段について」
１次側と２次側との絶縁を確保しつつ１次側の電圧信号を２次側に電圧信号として出力する絶縁通信手段（電圧を出力するタイプの絶縁通信手段）としては、特定のフォトカプラに限らない。たとえばトランスであってもよい。この場合であっても、スイッチング素子のオン状態またはオフ状態のうちトランスの２次側電圧が要求される方の時間が長くならない制御設計をするなら、駆動手段の回路規模が上記実施形態と比較して過度に大きくなることはない。
【０１３２】
また、電圧を出力するタイプの絶縁通信手段にも限らない。
【０１３３】
もっとも、絶縁通信手段を備えるものでなくても、マトリックスコンバータを構成することが可能である。特に、先の図２の構成の場合等にあっては、マイコン４０と対応するモジュールＭｉとの絶縁が図られていない。したがって、この構成については、駆動手段にフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊを利用したことは、絶縁のためではないことも明らかである。図１５に、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの駆動手段として、絶縁通信手段を備えない構成の一例を示す。
【０１３４】
図示される正極側のブートストラップ回路ＢＳＰは、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎをオンとするための電圧を生成する回路であり、負極側のブートストラップ回路ＢＳＮは、スイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎをオンとするための電圧を生成する回路である。ブートストラップ回路ＢＳＰ、ＢＳＮは、いずれも電源６０を備え、電源６０およびモジュールＭｉの負極間に、ダイオード６２、フローティング電源用コンデンサ６４およびＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（充電用スイッチング素子６６）の直列接続体が接続されている。また、フローティング電源用コンデンサ６４およびダイオード６２のカソード間と、モジュールＭｉの負極との間には、フローティング電源用コンデンサ６４を電源とするドライブ回路６８が接続されている。
【０１３５】
そして、充電側入力信号ＬＩＮは、充電用スイッチング素子６６のゲートに印加され、駆動側入力信号ＨＩＮは、ドライブ回路６８に入力される。これにより、充電側入力信号ＬＩＮが論理Ｈとなることで、充電用スイッチング素子６６がオン状態となり、電源６０からダイオード６２、フローティング電源用コンデンサ６４を介して充電用スイッチング素子６６に電流が流れ、フローティング電源用コンデンサ６４が充電される。これに対し、充電側入力信号ＬＩＮが論理Ｌとされて且つ、駆動側入力信号ＨＩＮが論理Ｈとされることで、ドライブ回路６８からフローティング電源用コンデンサ６４の充電電圧が出力される。
【０１３６】
こうした構成において、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎを、フローティング電源用コンデンサ６４および充電用スイッチング素子６６間に接続して且つ、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮのハイサイド出力端子Ｔｏｐを、ドライブ回路６８の出力端子とする。これにより、充電側入力信号ＬＩＮを論理Ｌとして且つ駆動側入力信号ＨＩＮを論理Ｈとすることで、ローサイド出力端子Ｔｏｎをフローティング電位として且つ、ハイサイド出力端子Ｔｏｐをローサイド出力端子Ｔｏｎの電位に対してフローティング電源用コンデンサ６４の電圧だけ上昇させることができる。
【０１３７】
ブートストラップ回路ＢＳＰのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐは、正極側のアナログスイッチＡＳＰに接続される。正極側のアナログスイッチＡＳＰは、ブートストラップ回路ＢＳＰのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐのそれぞれを、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎのいずれかのソースおよびゲートのそれぞれに選択的に接続するものである。ここで、いずれのスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎとするかは、マイコン４０からアナログスイッチＡＳＰに入力されるアドレスデータに基づきなされる。
【０１３８】
また、ブートストラップ回路ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐは、負極側のアナログスイッチＡＳＮに接続される。負極側のアナログスイッチＡＳＮは、ブートストラップ回路ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐのそれぞれを、スイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのいずれかのソースおよびゲートのそれぞれに選択的に接続するものである。ここで、いずれのスイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎとするかは、マイコン４０からアナログスイッチＡＳＮに入力されるアドレスデータに基づきなされる。
【０１３９】
なお、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮは、いずれもモジュールＭｉを電源とする。
【０１４０】
こうした構成において、たとえば電池セルＣｉ１，Ｃｉ２とモジュール内コンデンサＣｃとを接続する場合、充電側入力信号ＬＩＮを論理Ｌとして且つ駆動側入力信号ＨＩＮを論理Ｈとし、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮにおいて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎ２を選択するように対応するアドレスデータを入力する。これにより、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎ２のソースおよびドレイン間の電位差を、フローティング電源用コンデンサ６４の充電電圧とすることができる。
【０１４１】
図１６に、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧、充放電電流、充電側入力信号ＬＩＮ、および駆動側入力信号ＨＩＮの推移を例示する。
【０１４２】
なお、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮとスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのゲートとを接続する配線は、抵抗体７０によってモジュールＭｉの負極にプルダウンされる。これは、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのオフ指令時におけるゲート電位を、オフ状態とすることのできる電位（この場合、モジュールＭｉの負極電位）に固定するためのものである。
【０１４３】
「選択接続手段（マトリックスコンバータ）について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとの双方を備えない構成としては、上記第４の実施形態（図１１）に限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれとコンデンサとの間を開閉する単一のマトリックスコンバータを備えてもよい。
【０１４４】
また、組電池と蓄電手段との間で双方向に電流が流れることが可能なものに限らないことについては、「電位設定について」の欄に記載したとおりである。
【０１４５】
「第１の規定数および第２の規定数等の大小関係について」
上記第１、第２の実施形態では、モジュール内のコンデンサＣｃの充電に用いる電池セルの使用数ｎｃを放電に用いる使用数ｎｄよりも大きくし、モジュール間のコンデンサＣｍの充電に用いるモジュールの使用数Ｎｃを放電に用いる使用数Ｎｄよりも大きくしたがこれに限らない。たとえば上記第１の実施形態のように、端子電圧の高い電池セルを放電に用いて且つ端子電圧の低い電池セルを充電に用いるなら、これら１つずつの電池セルを用いても端子電圧のばらつきを低減することができる。
【０１４６】
「電位設定について」
高電圧バッテリ１０の負極電位を車体電位としてもよい。この場合、たとえば第ｍモジュールＭｍをＥＣＵ２０の電源としてもよい。こうした構成の場合、第ｍモジュールＭｍの充電エネルギが他のモジュールＭ１〜Ｍ（ｍ−１）と比較して低下しやすい。このため、他のモジュールＭ１〜Ｍ（ｍ−１）の電気エネルギを第ｍモジュールＭｍに充電するためにモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを用いればよい。ちなみに、この用途に限るなら、スイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐ（ｍ−１），ＱＭｎｍについてはモジュールＭ１〜Ｍｍ−１からコンデンサＣｍ側への電流の流れを許容して且つ逆方向の流れを阻止するものであってもよい。同様に、スイッチング素子ＱＭｎ１〜ＱＭｎ（ｍ−１）、ＱＭｐｍについては、コンデンサＣｍから第ｍモジュールＭｍへの電流の流れを許容し逆方向の流れを阻止するものであってもよい。
【０１４７】
「選択接続手段の用途について」
充電状態調整手段や組電池間授受処理手段の用途に限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０の温度が低い場合にこれを昇温すべく、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの充放電処理を繰り返すために選択接続手段を用いてもよい。この場合、充放電電流が大きいほど、内部抵抗による発熱量が大きくなり温度上昇速度が大きくなることに鑑みれば、低温であるほど、蓄電手段を充電する際の電池セル数を増加させたり、蓄電手段の放電エネルギの充電対象となる電池セル数を減少させたりしてもよい。
【０１４８】
「変更手段について」
充電状態を調整する用途に限らないことについては、「選択接続手段の用途について」の欄に記載したとおりである。
【０１４９】
なお、変更手段を備えなくても、たとえば充電状態調整手段等の目的を達成することは可能である。
【０１５０】
「単位電池（充電状態の調整対象）について」
たとえば上記第１の実施形態や第２の実施形態において、モジュール内の充電状態の調整を、隣接する２個の電池セル毎に行ってもよい。すなわち、これら２個の電池セルの個々の端子電圧、充電率、充電量のばらつきを低減することについてはなんら処理を行わず、２個の電池の合計の端子電圧や、充電率、充電量にばらつきがある場合にこれを低減する処理を行なうようにしてもよい。
【０１５１】
「部分電池について」
上記第４の実施形態（図１１）において、隣接するグループ（部分電池）間で共有される電池セル数を複数としてもよい。
【０１５２】
「特定手段について」
端子電圧や、充電率，充電量が最大のものや最小のものを特定する手段に限らない。たとえば、平均値よりも大きいものや平均値よりも小さいものを特定する手段であってもよい。この場合、たとえば、平均値よりも大きい複数個が隣接する単位電池を構成する場合、これらを蓄電手段に電気エネルギを充電する単位電池としてもよい。
【０１５３】
「組電池間授受処理手段について」
上記第３の実施形態（図９）において例示したように、回生エネルギを充電する処理を行なうものに限らない。たとえば第１の高電圧バッテリ１０ａのうちの少なくとも１つの電池セルが下限電圧に到達したために第２の高電圧バッテリ１０ｂに切り替えている状況下、第１の高電圧バッテリ１０ａを構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのうち端子電圧が下限電圧に達していないものの電気エネルギを、第２の高電圧バッテリ１０ｂに充電する処理を行なうものであってもよい。なお、こうした処理を行なう上では、モジュール内のコンデンサＣｃを第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有してもよい。
【０１５４】
「組電池間で共有される蓄電手段について」
たとえば、上記第３の実施形態におけるマトリックスコンバータを、第４の実施形態（図１１）におけるマトリックスコンバータに変更し、コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍを第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有してもよい。また、「組電池間授受処理手段について」に記載したものであってもよい。
【０１５５】
なお、一対の高電圧バッテリによって共有されるものに限らず、３つ以上の高電圧バッテリによって共有されるものであってもよい。
【０１５６】
「電圧検出手段について」
上記第１の実施形態（図２）において、モジュールの両端とアナログデジタル変換器４４との間に差動増幅回路を備えてもよい。これにより、アナログデジタル変換器４４の検出可能電圧範囲を小さくすることができる。
【０１５７】
上記第５の実施形態（図１２）のように、モジュール内コンデンサＣｃの電圧を検出するものに代えて、モジュール間のコンデンサＣｍの電圧を検出するものとしてもよい。また、上記第５の実施形態（図１２）において、ＲＣ回路の出力電圧を差動増幅回路で変換した後、アナログデジタル変換器４４に入力してもよい。この場合、差動増幅回路によってモジュール内コンデンサＣｃの電気エネルギが消費されるため、マトリックスコンバータによって電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとの間を閉状態としつつモジュール内コンデンサＣｃの電圧を検出することが特に望ましい。もっとも、これに代えて、ＲＣ回路と差動増幅回路との間にボルテージフォロワを設けてもよい。
【０１５８】
「電圧検出手法について」
上記第５の実施形態（図１３）において、モジュール内コンデンサＣｃの電圧を、マトリックスコンバータによって電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとの間が開状態とされたときに検出してもよい。また、電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとが接続された状態で行なうものに限らないことについては、「クランプ禁止手段およびその駆動手段について」の欄にも記載がある。
【０１５９】
「クランプ禁止手段およびその駆動手段について」
スイッチング素子ＳｎやフォトカプラＰｎに限らないことについては、選択接続手段やその駆動手段と同様である。
【０１６０】
また、モジュール内コンデンサＣｃの正極および負極のそれぞれとＲＣ回路（ＬＰＦ）の正極および負極のそれぞれとの間を開閉する各別のスイッチング素子を備えてもよい。この場合、それらスイッチング素子をオン状態とするに際してマトリックスコンバータをオフとするなら、ツェナーダイオードを備えることなくアナログデジタル変換器４４の要求耐圧を低下させることができる。
【０１６１】
「フェールセーフ処理手段について」
上記第６の実施形態（図１４）では、モジュールＭｉの端部の電池セルＣｉ１，Ｃｉ（ｎ−１）がオープン故障した場合には、これを迂回するために用いるスイッチング素子を固定したがこれに限らない。たとえば、電池セルＣｉ１がオープン故障した場合、スイッチング素子ＱＣｐ１については常時オンとする一方、スイッチング素子ＱＣｐ２とスイッチング素子ＱＣｐ３とのそれぞれをオン状態とする処理を交互に行ってもよい。
【０１６２】
フェールセーフ処理に際してモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣの温度上昇を抑制するための設定としては、先の図１４に示したように、オン状態とするスイッチング素子を変更するものに限らない。たとえば、電池セルＣｉ２がオープン故障する場合、先の図１４に示した処理に代えて、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３，ＱＣｎ１，ＱＣｎ２を常時オン状態としてもよい。この場合であっても、各スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３，ＱＣｎ１，ＱＣｎ２を流れる電流量が、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２とのいずれか一方をオンした場合と比較して減少することから、発熱量を低減することができる。もっとも、先の図１５に例示したように、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮを用いる場合には、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２とを交互にオン状態とすることには、発熱量低減以外にもメリットがある。フローティング電源用コンデンサ６４の充電期間を得ること、これである。
【０１６３】
図１７に、先の図１５に示した構成を採用した場合のフェールセーフ処理を例示する。この場合、電池セルＣｉ２、Ｃｉ３，Ｃｉ４にオープン故障が生じる場合、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ４とを交互にオン状態とし、その間に、いずれのスイッチング素子もオン状態とされない期間を設ける。これは、フローティング電源用コンデンサ６４の充電期間である。なお、図では、モジュールＭｉの端子電圧が、スイッチング素子のオフ期間によって低下するもののゼロにはなっていない。これは、駆動側入力信号ＨＩＮが論理Ｌに切り替えられてからスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５，ＱＣｎ１，ＱＣｎ４が完全にオフするまでの間の遅延に起因したものである。
【０１６４】
もっとも、ブートストラップ回路を用いた場合であっても、先の図１４に示したように、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５のオン操作指令がなされる期間と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ４のオン操作指令がなされる期間とを重複させることは可能である。これはたとえば、先の図１５に示した構成において、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮやブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮを各２組備え、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのうちの偶数番目のセルと、奇数番目のセルとで、互いに相違する組を割り振ることで実現することができる。
【０１６５】
上記第６の実施形態（図１４）では、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを利用したがこれに限らず、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを利用してもよい。すなわち、たとえば、モジュールＭｉの電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれかに異常が生じる場合、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉをオン操作することで、モジュールＭｉを迂回する経路を形成してもよい。
【０１６６】
「充電処理の完了について」
上記各実施形態では、所定時間の経過を充電の完了としたが、これに限らず、端子電圧の検出値に基づき充電の完了の有無を判断してもよい。
【０１６７】
「蓄電手段の静電容量の設定について」
上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、モジュールＭｉとモジュール内コンデンサＣｃとを接続することでモジュールＭｉの電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに放電する場合に放電電流が過度に大きくなるおそれがあるなら、モジュール内コンデンサＣｃに接続する電池セル数を制限してもよい。また、これに代えて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを継続してオン状態とする代わりに、ＰＷＭ処理することで放電電流が過度に大きくなることを回避してもよい。さらに、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを流れることのできる電流と放電電流とが一致する領域でスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎをオン操作すべく、開閉制御端子（ゲート）の電位を調整することで、放電電流を制限してもよい。
【０１６８】
「そのほか」
組電池を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成のものに限らない。たとえば、電池セルＣｍｎに車両内の時計等を接続して且つ、電池セルＣｍｎの満充電量が他と比較して大きくしてもよい。なお、この際、高電圧バッテリ１０の負極電位を車体電位としてもよい。
【０１６９】
組電池としては、電力変換回路を介して車載主機に接続されるものに限らない。
【０１７０】
たとえば、アナログデジタル変換器の耐圧が十分なら、ツェナーダイオードＺＤを省いてもよい。また、たとえば、ノイズの影響が無視できるなら、ＲＣ回路（ＬＰＦ）を省いてもよい。
【符号の説明】
【０１７１】
１０…高電圧バッテリ（組電池の一実施形態）、Ｃｍ…モジュール間コンデンサ、ＭＭＣ…モジュール間マトリックスコンバータ、Ｃｃ…モジュール内コンデンサ、ＭＣＣ…モジュール内マトリックスコンバータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルの直列接続体としての組電池の充放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の充放電装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、トランスを用いて、組電池を構成する電池セルの充電エネルギを端子電圧の低いものに充電するものも提案されている。すなわち、電池セルのそれぞれに並列にトランスの各別の２次側コイルを接続し、それら２次側コイルに磁気結合した１次側コイルの両端に組電池の端子電圧を印加可能とする。こうした構成によれば、１次側コイルに電圧を印加することで蓄えられる磁気エネルギを２次側コイルから放電するに際し、端子電圧の低い電池セルに集中的に電気エネルギが充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記の装置では、端子電圧の低い電池セルに充電する処理を行なうことで、組電池を構成する全電池セルのそれぞれが電気エネルギを一旦放電するため、この充電処理によって本来充電対象とすべき電池セルまでもが一旦は放電することとなる。このため、端子電圧の低い電池セルの充電に要する時間が長期化したり、端子電圧の低い電池セルの放電に伴い本来必要のない電力の損失が生じたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電池セルの直列接続体としての組電池について、その電池セル間の電気エネルギの授受を行なう新たな組電池の充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、蓄電手段と、電池セルの直列接続体としての組電池について、該組電池を構成する電池セルのうちの第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第１開閉機能および、第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第２開閉機能を有する選択接続手段と、前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する第１閉操作処理と、前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第２の規定数個の電池セルに充電する第２閉操作処理とを行なうべく、前記選択接続手段を操作する操作手段と、を備え、前記第１の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであり、前記第２の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、第１閉操作処理と第２閉操作処理とを用いることで、第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを第２の規定数個の電池セルに移動させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の規定数は、前記第２の規定数よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、第１の規定数の方が大きいために、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧に対する蓄電手段の充電電圧の差圧を大きくすることができ、ひいては第１の規定数個の電池セルから第２の規定数個の電池セルへの電気エネルギの移動量を大きくすることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第１の規定数と前記第２の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記操作手段は、前記選択接続手段を操作して、前記第１閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数と前記第２閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、変更手段によって、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧に対する蓄電手段の充電電圧の差圧を変更することが可能であり、これにより、第１の規定数個の電池セルから第２の規定数個の電池セルへの電気エネルギの移動速度を変更することができる。また、上記発明では、各電池セルの端子電圧が大きく変動したとしても、第２の規定数個の電池セルと蓄電手段とが接続されたときにおける第２の規定数個の電池セルの端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記第１開閉機能は、前記組電池を構成する単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルの直列接続体であって且つ互いに同一の電池セルを含まない複数の単位電池について、それらの第３の規定数個としての前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、前記第２開閉機能は、第４の規定数個の単位電池としての前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、前記操作手段は、前記単位電池の充電状態を調整すべく、前記第１閉操作処理としての前記蓄電手段への蓄電処理と前記第２閉操作処理としての前記蓄電手段からの放電処理とを行なう充電状態調整手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、複数の単位電池間で電気エネルギを移動させることができ、ひいては複数の単位電池の充電状態を調整することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記複数の単位電池は、互いに隣接する複数の単位電池からなり、前記選択接続手段は、前記複数の単位電池のそれぞれについて、その一対の端子と前記蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容するものであることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、一対の電気経路が双方向に電流を流すことができるものであるため、複数の単位電池のうちいずれを第３の規定数個の単位電池とし、いずれを第４の規定数個の単位電池とするかを任意に選択することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記複数の単位電池のうち、端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する特定手段をさらに備え、前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記いずれかの値が大きい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行い、前記放電処理として、前記いずれかの値が小さい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池の直列接続体と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行なうことを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、いずれかの値が大きいものの電気エネルギを蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。このため、複数の単位電池について、いずれかの値のばらつきを低減することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第３の規定数と前記第４の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記蓄電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数と前記放電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、第４の規定数個の単位電池と蓄電手段とが接続されるときの第４の規定数個の単位電池の端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧を変更することができ、これにより、第４の規定数個の単位電池への充電量を変更することができる。また、上記発明では、単位電池の端子電圧が大きく変動したとしても、変更手段によって、第４の規定数個の単位電池と蓄電手段とが接続されるときの第４の規定数個の単位電池の端子電圧と蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池であるモジュールを構成するものであり、前記蓄電手段は、前記モジュール毎に設けられたモジュール内蓄電手段と、前記組電池を構成するモジュール間で共有されるモジュール間蓄電手段とを備え、前記選択接続手段は、前記組電池を構成する全モジュールのそれぞれについて、前記第３の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第１開閉機能と、前記第４の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第２開閉機能とに加えて、第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第１開閉機能と、第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第２開閉機能とを有し、前記第５の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、前記第６の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、前記特定手段は、前記モジュール内における特定処理に加えて、前記組電池を構成する全てのモジュールのうちの端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する処理をさらに行なうものであり、前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記モジュール内についての前記蓄電処理であるモジュール内充電処理に加えて、前記いずれかの値が大きいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールとしての前記第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第５の規定数個のモジュールの電気エネルギを前記モジュール間蓄電手段に充電する処理であるモジュール間蓄電処理を行い、前記放電処理として、前記モジュール内についての前記放電処理であるモジュール内放電処理に加えて、前記いずれかの値が小さいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールの直列接続体としての前記第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第６の規定数個のモジュールに充電する処理であるモジュール間放電処理を行なうことを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、モジュール内について、いずれかの値が大きいものの電気エネルギをモジュール内蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。また、組電池を構成する全てのモジュールについて、いずれかの値が大きいものの電気エネルギをモジュール間蓄電手段に放出し、この電気エネルギをいずれかの値が小さいものに充電することができる。このため、組電池を構成する全単位電池について、いずれかの値のばらつきを低減する処理を行なうことができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記選択接続手段の前記モジュール間第１開閉機能と前記モジュール間第２開閉機能とは、前記モジュールのそれぞれについて、その一対の端子と前記モジュール間蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容する手段によって実現されるものであることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、一対の電気経路が双方向に電流を流すことができるものであるため、モジュールのうちのうちいずれを第５の規定数個のモジュールとし、いずれを第６の規定数個のモジュールとするかを任意に選択することができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項８または９記載の発明において、前記選択接続手段は、前記第５の規定数と前記第６の規定数との差を可変とする可変機能を備え、前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記モジュール間蓄電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数と前記モジュール間放電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、第６の規定数個のモジュールとモジュール間蓄電手段とが接続されるときの第６の規定数個のモジュールの端子電圧とモジュール間蓄電手段の充電電圧との差圧を変更することができ、これにより、第６の規定数個のモジュールへの充電速度を変更することができる。また、上記発明では、モジュールの端子電圧が大きく変動したとしても、変更手段によって、第６の規定数個のモジュールとモジュール間蓄電手段とが接続されるときの第６の規定数個のモジュールの端子電圧とモジュール間蓄電手段の充電電圧との差圧の変動を抑制することもできる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池である部分電池であり、前記選択接続手段、前記蓄電手段、および前記充電状態調整手段は、前記組電池を構成する全電池セルを含む複数の部分電池のそれぞれ毎に設けられるものであり、前記部分電池は、その端部の単位電池が隣接する部分電池を構成する単位電池の一部と共通となるものであることを特徴とする。
【００２８】
上記発明では、部分電池同士で一部の単位電池を共有するため、組電池を構成する任意の単位電池間で電気エネルギを移動させることができる。このため、特定手段によって特定される上記いずれかの値についての組電池を構成する全単位電池間のばらつきを、低減することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池は、複数の組電池の並列接続体であり、前記選択接続手段は、前記複数の組電池のうちの少なくとも２つの組電池のそれぞれに設けられるものであり、前記蓄電手段は、前記少なくとも２つの組電池で共有されることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、蓄電手段を共有することで、部品点数を低減することができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、前記操作手段は、前記少なくとも２つの組電池のそれぞれに対応する選択接続手段を操作することで、それら組電池のいずれかから他へと前記共有される蓄電手段を介して電気エネルギを移動させる組電池間授受処理手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
上記発明では、蓄電手段を介して、少なくとも２つの組電池間で電気エネルギの授受を行なうことができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記電池セルのそれぞれの両端の電圧を検出する各別の電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３４】
上記発明では、電池セルの電圧の検出値同士の同期を取ることが容易となる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３６】
上記発明では、蓄電手段の充電電圧を検出することができる。特に、単一の電池セルと蓄電手段とを並列接続した場合には、電池セルの電圧を検出することができる。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項８または９記載の発明において、前記モジュール内蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
上記発明では、モジュール内蓄電手段の充電電圧を検出することができる。特に、請求項５の事項を有する場合、モジュール内の単位電池のそれぞれを蓄電手段に接続することで、モジュール内の単位電池のそれぞれの端子電圧を検出することもできる。
【００３９】
請求項１７記載の発明は、請求項１５または１６記載の発明において、前記蓄電手段と前記電圧検出手段との間にローパスフィルタ回路が設けられていることを特徴とする。
【００４０】
上記発明では、蓄電手段の充電電圧を検出するに際し、電圧の検出結果がノイズに影響される事態を好適に抑制することができる。
【００４１】
請求項１８記載の発明は、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄電手段に並列接続されたツェナーダイオードと、前記蓄電手段と前記ツェナーダイオードとの間を開閉するクランプ禁止手段と、を備えることを特徴とする。
【００４２】
上記発明では、ツェナーダイオードと蓄電手段との間が閉状態となる場合には、蓄電手段の充電電圧がツェナーダイオードのブレークダウン電圧に制限される。このため、この場合、電圧検出手段に印加される電圧をブレークダウン電圧に制限することができる。また、ツェナーダイオードと蓄電手段との間が開状態となる場合には、蓄電手段の充電電圧をブレークダウン電圧よりも高くすることができる。
【００４３】
請求項１９記載の発明は、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の発明において、前記選択接続手段を操作して電圧検出対象となる１または複数の電池セルと前記蓄電手段とを電気的に接続した状態で、前記電圧検出手段によって前記電圧検出対象の電圧を検出することを特徴とする。
【００４４】
上記発明では、電圧検出手段による電圧検出時に蓄電手段の電圧が変化することを好適に回避することができ、ひいては蓄電手段に接続される１または複数の電池セルの端子電圧の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図３】同実施形態にかかるモジュール間充電状態調整処理の手順を示す流れ図。
【図４】同実施形態にかかるモジュール内充電状態調整処理の手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるモジュール内容量調整処理の手順を示す流れ図。
【図７】第３の実施形態にかかる組電池の車両搭載手法を示す図。
【図８】同実施形態にかかる高電圧バッテリの利用手法を示すタイムチャート。
【図９】同実施形態にかかるモジュール間マトリックスコンバータを示す図。
【図１０】同実施形態にかかる回生時の充放電処理の手順を示す流れ図。
【図１１】第４の実施形態にかかるマトリックスコンバータを示す図。
【図１２】第５の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１３】同実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。
【図１４】第６の実施形態にかかるフェールセーフ処理を示すタイムチャート。
【図１５】上記実施形態の変形例にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１６】上記変形例にかかるモジュール内コンデンサの充放電処理を例示するタイムチャート。
【図１７】上記変形例を用いたフェールセーフ処理を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる組電池の充放電装置を車載２次電池の充電状態調整装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００４８】
図示される高電圧バッテリ１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの直列接続体としての組電池であり、その端子電圧がたとえば百Ｖ以上となるものである。高電圧バッテリ１０の正極および負極は、車載主機に接続される電力変換回路の入力端子に接続される。電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン等の２次電池である。電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成である。すなわち、充電率（ＳＯＣ：満充電量に対する実際の充電量の比率）に対する開放端電圧の関係や、満充電量、内部抵抗値等が互いに等しいものである。
【００４９】
高電圧バッテリ１０の負極電位は、車体電位とは相違する電位に設定されている。詳しくは、本実施形態では、高電圧バッテリ１０の正極電位と負極電位との中央値が車体電位となるように設定されている。これは、高電圧バッテリ１０の正極および負極間に一対のコンデンサの直列接続体や一対の抵抗体の直列接続体を接続するとともに、上記コンデンサ同士または抵抗体同士の接続点を車体に接続することで行なうことができる。
【００５０】
電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、互いに隣接するｎ（＞２）個ずつが同一グループとされモジュール化されている。ここで、第ｉモジュールＭｉは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎからなる。
【００５１】
モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに電気的に接続可能とされている。ここで、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣは、単位電源（モジュール）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール間コンデンサＣｍ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐｍ，ＱＭｎ１〜ＱＭｎｍを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００５２】
ここで、スイッチング素子ＱＭｐｉは、第ｉモジュールＭｉの正極とモジュール間コンデンサＣｍの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＭｎｉは、第ｉモジュールＭｉの負極とモジュール間コンデンサＣｍの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのそれぞれを、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。ここで、一対のトランジスタを用いるのは、それらのボディーダイオード同士の順方向が互いに逆となるように接続することで、トランジスタのオン操作指令がなされていないときにボディーダイオードを介して電流が流れることを阻止するための設定である。詳しくは、本実施形態では、一対のトランジスタのソース同士を互いに接続する。これは、トランジスタがソースに対するゲートの電位差に応じて駆動されることに鑑み、１つの信号で一対のトランジスタを容易に駆動するための設定である。
【００５３】
上記一対のトランジスタのソース同士、ゲート同士は互いに短絡され、ソースおよびゲートのそれぞれは、フォトカプラＰＭｐ１〜ＰＭｐｍ，ＰＭｎ１〜ＰＭｎｍの２次側の一対の端子のそれぞれに接続されている。本実施形態では、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉとして、電圧を出力するタイプのものを採用している。これは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの２次側にスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉを駆動するための電源を設けないための設定である。
【００５４】
上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの１次側には、電子制御装置（ＥＣＵ２０）が接続されている。ＥＣＵ２０は、高電圧バッテリ１０よりも端子電圧の低い補機バッテリ３０を電源とするものであり、その動作の基準電位を、高電圧バッテリ１０の負極電位とは相違する電位とする。詳しくは、車体電位を基準電位とする。
【００５５】
上記モジュール間コンデンサＣｍの静電容量は、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、高電圧バッテリ１０よりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が高電圧バッテリ１０の「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの高電圧バッテリ１０の充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５６】
ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介してモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍのそれぞれから出力される信号を受信し、これに基づき、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを操作する。また、ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介して、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍに、充電状態を調整する旨の指令信号を出力する。なお、インターフェース２２は、フォトカプラ等によって構成すればよい。
【００５７】
図２に、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍの構成を示す。
【００５８】
図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉは、モジュール内コンデンサＣｃとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えている。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量は、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、単一のモジュールＭｉよりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が単一のモジュールＭｉの「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの単一のモジュールＭｉの充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５９】
一方、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣは、単位電源（電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎ）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール内コンデンサＣｃ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００６０】
ここで、スイッチング素子ＱＣｐｊは、電池セルＣｉｊの正極とモジュール内コンデンサＣｃの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＣｎｊは、電池セルＣｉｊの負極とモジュール内コンデンサＣｃの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのそれぞれを、上記スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同様、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。そして、それらのソースおよびゲート間に、フォトカプラＰＣｐ１〜ＰＣｐｎ，ＰＣｎ１〜ＰＣｎｎの２次側を接続する。これらフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊも、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉ同様、電圧を出力するタイプのものである。
【００６１】
ここで、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを構成するスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉよりも低耐圧のものを使用している。また、上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊは、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉよりも低耐圧のものを用いている。
【００６２】
上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊの１次側には、マイクロコンピュータ（マイコン４０）が接続されている。マイコン４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４６）を備えるソフトウェア処理手段である。マイコン４０は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のそれぞれを検出すべく、それらの正極および負極のそれぞれと接続されている。すなわち、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの正極は、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してマイコン４０に接続され、電池セルＣｉｎの負極は、抵抗体を介すことなくマイコン４０に接続されている。また、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれには、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してコンデンサＣ１〜Ｃｎのそれぞれが接続されている。これら、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊは、ローパスフィルタの機能を有するＲＣ回路（図中、ＬＰＦ）を構成する。
【００６３】
ここで、ＲＣ回路は、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるものと、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜Ｃｎからなるものとがある。そして、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるＲＣ回路は、電池セルＣｉｊの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４２によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。一方、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜ＣｎからなるＲＣ回路は、モジュールＭｉの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。ＣＰＵ４６では、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの端子電圧やモジュールＭｉの端子電圧（デジタル信号）を、先の図１に示したインターフェース２２を介してＥＣＵ２０に出力する。
【００６４】
なお、アナログデジタル変換器４２の耐圧は、モジュールＭｉの端子電圧の最大値よりも低くなっている。そこで、アナログデジタル変換器４２を過度に高い電圧から保護すべく、コンデンサＣ１〜ＣｎのそれぞれにツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのそれぞれが並列接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのブレークダウン電圧は、電池セルＣｉｊの端子電圧の想定される最大値よりも大きくて且つ、アナログデジタル変換器４２の耐圧よりも低い値に設定されている。
【００６５】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態にかかる電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの充電状態の調整処理について説明する。本実施形態では、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの端子電圧のばらつきを低減する処理を行なう。この処理は、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理と、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧のばらつきを低減する処理とからなる。
【００６６】
図３に、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０の指令に応じてモジュール内調整ユニットＵｉによって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【００６７】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モジュールＭｉを構成する電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの電圧Ｖｉ１〜Ｖｉｎを検出する。これは、先の図２に示したアナログデジタル変換器４２によって行なうことができる。続くステップＳ１２においては、端子電圧が最大の電池セルＣｉｈと、端子電圧が最低の電池セルＣｉｌとを特定する。
【００６８】
続くステップＳ１４においては、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セル数（使用数ｎｃ）と、モジュール内コンデンサＣｃの蓄電エネルギの放電先の電池セル数（使用数ｎｄ＜ｎｃ）とを決定する。ここでは、使用数ｎｃの電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続する処理と、使用数ｎｄの電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続する処理との一対の処理の一周期における使用数ｎｄの電池セルへの充電量を上昇させたいほど、「ｎｃ−ｎｄ」が大きくなるように、使用数ｎｃ，ｎｄを可変設定すればよい。
【００６９】
続くステップＳ１６においては、端子電圧が最大の電池セルＣｉｈを含む使用数ｎｃ個の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）をモジュール内コンデンサＣｃに接続する。これは、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣにおいてスイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）のみをオン操作することで行なうことができる。これにより、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）からモジュール内コンデンサＣｃに電流が流れる。この際、モジュール内コンデンサＣｃに流れる電流は、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧がモジュールＭｉの端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量がモジュールＭｉよりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール内コンデンサＣｉの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００７０】
上記ステップＳ１６の処理は、所定時間Ｔ１に渡って継続される（ステップＳ１８）。ここで所定時間Ｔ１は、電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１），…Ｃｉ（ｋ＋ｎｃ−１）の電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ２０に移行する。
【００７１】
ステップＳ２０では、端子電圧が最小の電池セルＣｉｌを含む使用数ｎｄ個の電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）をモジュール内コンデンサＣｃに接続する。詳しくは、スイッチング素子ＱＣｐｋ，ＱＣｎ（ｋ＋ｎｃ−１）をオフ操作し、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣにおいてスイッチング素子ＱＣｐｒ，ＱＣｎ（ｒ＋ｎｄ−１）のみをオン操作する。これにより、モジュール内コンデンサＣｃから電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）に電流が流れる。この処理は、所定時間Ｔ２に渡って行われる。ここで所定時間Ｔ２は、モジュール内コンデンサＣｃの電気エネルギを電池セルＣｉｒ，Ｃｉ（ｒ＋１），…Ｃｉ（ｒ＋ｎｄ−１）に充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。
【００７２】
なお、所定時間Ｔ２が経過すると、この一連の処理を一旦終了する。
【００７３】
図４に、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【００７４】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれの端子電圧ＶＭ１〜ＶＭｍを検出する。この処理は、モジュール内調整ユニットＵｉのそれぞれによって検出されるモジュールＭｉの端子電圧ＶＭｉを取得する処理となる。続くステップＳ３２においては、端子電圧が最高のモジュールＭｈと、端子電圧が最低のモジュールＭｌとを特定する処理を行なう。
【００７５】
続くステップＳ３４においては、モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュール（使用数Ｎｃ）と、モジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギの放電先のモジュール数（使用数Ｎｄ＜Ｎｃ）とを決定する。ここでは、使用数Ｎｃのモジュールをモジュール間コンデンサＣｍに接続する処理と、使用数Ｎｄのモジュールをモジュール間コンデンサＣｍに接続する処理との一対の処理の一周期における使用数Ｎｄのモジュールへの充電量を上昇させたいほど、「Ｎｃ−Ｎｄ」が大きくなるように、使用数Ｎｃ，Ｎｄを可変設定すればよい。
【００７６】
続くステップＳ３６においては、端子電圧が最大のモジュールＭｈを含む使用数Ｎｃ個のモジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）をモジュール間コンデンサＣｍに接続する。これは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣにおいてスイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）のみをオン操作することで行なうことができる。この際、モジュール間コンデンサＣｍに流れる電流は、モジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。この際、モジュール間コンデンサＣｍの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量が高電圧バッテリ１０よりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００７７】
上記ステップＳ３６の処理は、所定時間Ｔ３に渡って継続される（ステップＳ３８）。ここで所定時間Ｔ３は、モジュールＭｋ，Ｍ（ｋ＋１），…Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍに充電する処理が完了したと想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔ３が経過すると、ステップＳ４０に移行する。
【００７８】
ステップＳ４０では、端子電圧が最小のモジュールＭｌを含む使用数Ｎｄ個のモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）をモジュール間コンデンサＣｍに接続する。詳しくは、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオフ操作し、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣにおいてスイッチング素子ＱＭｐｒ，ＱＭｎ（ｒ＋Ｎｄ−１）のみをオン操作する。これにより、モジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギがモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）に充電される。この処理は、所定時間Ｔ４に渡って行われる。ここで所定時間Ｔ４は、モジュール間コンデンサＣｍの電気エネルギをモジュールＭｒ，Ｍ（ｒ＋１），…Ｍ（ｒ＋Ｎｄ−１）に充電する処理が完了すると想定される時間に設定される。
【００７９】
なお、所定時間Ｔ４が経過すると、この一連の処理を一旦終了する。
【００８０】
図５に、本実施形態の技術的意義に関する実験データを示す。この実験データは、６個の電池セルの直列接続体に車両走行時に想定される電流が流れるとした場合に関するものである。図５（ａ）は、充放電電流を示し、図５（ｂ）は、上記端子電圧のばらつき低減処理を行なった場合の電池セルの端子電圧の推移を示し、図５（ｃ）は、上記ばらつき低減処理を行わなかった場合の電池セルの端子電圧の推移を示す。
【００８１】
図示されるように、端子電圧のばらつき低減処理を行なうことで、少なくとも１つの電池セルの端子電圧が下限電圧に到達するまでの時間を伸長させることができ、ひいては走行可能距離を拡大することができる。
【００８２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００８３】
（１）モジュール間コンデンサＣｍおよびモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを備えることで、電気エネルギを熱エネルギに変換して捨てることなくモジュール間の端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８４】
（２）モジュール内コンデンサＣｃおよびモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを備えることで、電気エネルギを熱エネルギに変換して捨てることなくモジュール内の端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８５】
（３）モジュール間コンデンサＣｍおよびモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣと、モジュール内コンデンサＣｃおよびモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えることで、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで、端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００８６】
（４）モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いるセル数（使用数ｎｃ）とモジュール内コンデンサＣｃの放電先の電池セル数（使用数ｎｄ）との差を可変とした。これにより、単位時間当たりの充電量を可変とすることができる。
【００８７】
（５）モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュール数（使用数Ｎｃ）とモジュール間コンデンサＣｍの放電先のモジュール数（使用数Ｎｄ）との差を可変とした。これにより、単位時間当たりの充電量を可変とすることができる。
【００８８】
（６）モジュール内調整ユニットＵｉにおいて、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの電圧を検出する各別のアナログデジタル変換器４２を備えた。これにより、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の大小比較に際して、端子電圧の検出値の同期を取ることができるため、車両の走行時等、高電圧バッテリ１０の充放電電流量が大きく変動しうる状況下であっても、端子電圧の大小を高精度に比較することができる。
【００８９】
（７）モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを各別に設けることで、高耐圧部品（スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ）の数を低減することができる。
【００９０】
（８）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのソース同士（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのソース同士）を短絡した。これにより、単一の操作信号によって一対のスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）を容易に操作することができる。
【００９１】
（９）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）に操作信号を出力する絶縁通信手段として、電圧を出力するタイプのものを用いた。これにより、２次側に電源を備えることなく、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）をオン・オフ操作することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９２】
本実施形態では、端子電圧のばらつきを低減する処理に代えて、充電率または充電量のばらつきを低減する処理を行なう。
【００９３】
図６に、本実施形態にかかるモジュール内における充電率または充電量のばらつきを低減する処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０の指令に応じて実行される。なお、図６において、先の図３に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００９４】
この一連の処理では、ステップＳ１２ａにおいて、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの充電率ＳＯＣｉ１〜ＳＯＣｉｎのうち最大のものに対応する電池セルＣｉｈと最小のものに対応する電池セルＣｉｌとを特定する処理、または充電量Ｑｉ１〜Ｑｉｎのうち最大のものに対応する電池セルＣｉｈと最小のものに対応する電池セルＣｉｌとを特定する処理を行なう。ここで、充電率は、たとえば、端子電圧（閉路端電圧）の検出値と、電流量と、各セル毎の内部抵抗情報とから、開放端電圧を算出し、開放端電圧と充電率との関係を定めた関係情報から算出すればよい。また、充電量については、上記充電率にセル毎の満充電量を乗算することで算出すればよい。
【００９５】
上記ステップＳ１２ａの処理が完了する場合、先の図３のステップＳ１４〜Ｓ２２の処理を行なう。なお、モジュールＭ１〜Ｍｍにおける充電率または充電量のばらつきを低減する処理についても同様に行なうことができるため、ここではその説明を省略する。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９６】
図７に、本実施形態にかかる充電状態の調整対象となる高電圧バッテリを示す。
【００９７】
図示されるように、本実施形態では、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとが、インバータ５４に並列接続可能とされている。ここで、インバータ５４は、駆動輪５２に機械的に連結されたモータジェネレータ５０に接続されたものである。また、インバータ５４と第１の高電圧バッテリ１０ａとの間は、リレーＳＭＲａによって開閉され、インバータ５４と第２の高電圧バッテリ１０ｂとの間は、リレーＳＭＲｂによって開閉される。
【００９８】
本実施形態では、図８に示すように、第１の高電圧バッテリ１０ａおよび第２の高電圧バッテリ１０ｂのいずれか一方をインバータ５４に接続し、いずれか一方において下限電圧に達する電池セルが生じることで、他方の利用に切り替えるべく、リレーＳＭＲａ，ＳＭＲｂを操作する。
【００９９】
図９に、本実施形態にかかる充電状態調整装置の構成を示す。なお、図９において、先の図１に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。
【０１００】
図示されるように、本実施形態では、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとのそれぞれで、各別のモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍや、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを備えている。ただし、モジュール間コンデンサＣｍについては、第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有している。なお、図９では、ＥＣＵ２０の記載を省略している。
【０１０１】
上記構成によれば、モジュール間コンデンサＣｍを用いて第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとの間で電気エネルギの授受が可能となる。本実施形態では、特に、回生時においてこの機能を利用することで、回生エネルギの充電量を拡大する。
【０１０２】
図１０に、回生時における充放電処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ５０において、回生時であるか否かを判断する。そして回生時であると判断される場合、ステップＳ５２において、第１の高電圧バッテリ１０ａの使用時であるか否かを判断する。そして、ステップＳ５２において肯定判断される場合、ステップＳ５４において、第１の高電圧バッテリ１０ａの充電率ＳＯＣａが閾値Ｓｔｈ以上であって且つ、第２の高電圧バッテリ１０ｂの充電率ＳＯＣｂが閾値Ｓｔｈ未満であるか否かを判断する。この処理は、第１の高電圧バッテリ１０ａに回生エネルギを充電する余地がなく、第２の高電圧バッテリ１０ｂに回生エネルギを充電する余地があるか否かを判断するためのものである。ここで、閾値Ｓｔｈは、回生エネルギの充電によって電池セルの端子電圧に上限電圧に達するものが生じると想定される下限値に基づき設定すればよい。なお、閾値Ｓｔｈは、回生時において駆動輪５２に加えることが可能な負荷トルクに応じて可変設定してもよい。
【０１０４】
ステップＳ５６において肯定判断される場合、ステップＳ５６，Ｓ５８において、インバータ５４側から第１の高電圧バッテリ１０ａ側に流入する電気エネルギを第２の高電圧バッテリ１０ｂに充電する処理を行なう。すなわち、ステップＳ５６では、第１の高電圧バッテリ１０ａの端子とモジュール間コンデンサＣｍとを電気的に接続する。これは、第１の高電圧バッテリ１０ａ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作することで行なうことができる。続くステップＳ５８においては、モジュール間コンデンサＣｍを第２の高電圧バッテリ１０ｂ側に接続する。ここでは、第１の高電圧バッテリ１０ａ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオフ操作し、第２の高電圧バッテリ１０ｂ側のスイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作する。もっとも、これに代えて、第２の高電圧バッテリ１０ｂの一部のモジュールとモジュール間コンデンサＣｍとを接続してもよい。
【０１０５】
これに対し、上記ステップＳ５２において否定判断される場合、ステップＳ６０において、第２の高電圧バッテリ１０ｂの充電率ＳＯＣｂが閾値Ｓｔｈ以上であって且つ、第１の高電圧バッテリ１０ａの充電率ＳＯＣａが閾値Ｓｔｈ未満であるか否かを判断する。この処理は、第２の高電圧バッテリ１０ｂに回生エネルギを充電する余地がなく、第１の高電圧バッテリ１０ａに回生エネルギを充電する余地があるか否かを判断するためのものである。
【０１０６】
ステップＳ６０において肯定判断される場合、ステップＳ６２，Ｓ６４において、インバータ５４側から第２の高電圧バッテリ１０ｂ側に流入する電気エネルギを第１の高電圧バッテリ１０ａに充電する処理を行なう。
【０１０７】
なお、上記ステップＳ５８，Ｓ６４の処理が完了する場合や、ステップＳ５０，Ｓ５４，Ｓ６０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１０８】
図１１に、本実施形態にかかる充電状態調整装置の構成を示す。なお、図１１において、先の図１に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。また、図１１において、ＥＣＵ２０やそれとの接続経路についてはその記載を省略した。
【０１０９】
図示されるように、本実施形態では、１つのモジュールを構成する電池セルと、隣接するモジュールの１つの電池セルとで部分電池を構成し、部分電池毎に、マトリックスコンバータやモジュール内コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍが設けられる。すなわち、第１モジュールＭ１を構成する電池セルＣ１１〜Ｃ１ｎと第２モジュールＭ２を構成する電池セルＣ２１とが、モジュール内コンデンサＣｃ１に接続される。また、第１モジュールＭ１を構成する電池セルＣ１ｎと、第２モジュールＭ２を構成する電池セルＣ２１〜Ｃ２ｎと、第３モジュールＭ３を構成する電池セルＣ３１とが、モジュール内コンデンサＣｃ２に接続される。
【０１１０】
詳しくは、第１モジュールＭ１に対応するモジュール内コンデンサＣｃ１は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊによってモジュールＭ１の電池セルＣ１ｊに接続され、また、スイッチング素子ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬによって、第２モジュールＭ２の電池セルＣ２１に接続される。
【０１１１】
これに対し、第２モジュールＭ２に対応するモジュール内コンデンサＣｃ２は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊによって第２モジュールＭ２の電池セルＣ２ｊに接続される。さらに、スイッチング素子ＱＣｐＨ，ＱＣｎＨによって、第１モジュールＭ１の電池セルＣ１ｎに接続され、スイッチング素子ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬによって、第３モジュールＭ３の電池セルＣ３１に接続される。
【０１１２】
こうした構成によれば、モジュール内コンデンサＣｃ１を介して、電池セルＣ１１〜Ｃ１ｎ，Ｃ２１の間で電気エネルギの授受が可能となる。また、モジュール内コンデンサＣｃ２を介して、電池セルＣ１ｎ，Ｃ２１〜Ｃ２ｎ，Ｃ３１の間で電気エネルギの授受が可能となる。このように、モジュール内コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍによって電気エネルギの授受が可能な電池セルの一部が共有化されているため、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで電気エネルギの授受が可能となり、ひいては電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てで端子電圧や、充電率、充電量のばらつきを低減可能となる。
【０１１３】
しかも、この際、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ，ＱＣｐＨ，ＱＣｎＨ，ＱＣｐＬ，ＱＣｎＬに要求される耐圧を、上記第１の実施形態におけるスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと比較して小さくすることができる。
＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１４】
図１２に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｉの構成を示す。なお、図１２において、先の図２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【０１１５】
図示されるように、本実施形態では、抵抗体ＲおよびコンデンサＣによって構成されるＲＣ回路と、ツェナーダイオードＺＤとを介して、モジュール内コンデンサＣｃの両端の電圧を、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４に取り込む。こうした構成によれば、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧を、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧として単一のアナログデジタル変換器４４によって検出することができる。
【０１１６】
詳しくは、モジュール内コンデンサＣｃとＲＣ回路とは、スイッチング素子Ｓｎによって開閉可能とされ、スイッチング素子Ｓｎは、フォトカプラＰｎを介してマイコン４０によって操作される。ここで、スイッチング素子Ｓｎは、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｎは、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【０１１７】
上記ツェナーダイオードＺＤのブレークダウン電圧は、単一の電池セルＣｉｊの端子電圧の最大値よりも高くて且つ、モジュールＭｉの端子電圧以下に設定されている。これにより、アナログデジタル変換器４４の耐圧を十分に低下させることができる。一方、スイッチング素子Ｓｎは、端子電圧のばらつきの低減処理によってモジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一の電池セルＣｉｊのものよりも高くなる場合に、ツェナーダイオードＺＤがオンしないように、モジュール内コンデンサＣｃとツェナーダイオードＺＤとの間を開状態とするためのものである。
【０１１８】
図１３に、本実施形態にかかる電池セルＣｉｊの電圧検出処理の手順を示す。この処理は、モジュール内調整ユニットＵｉによって、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【０１１９】
この一連の処理では、まずステップＳ７０において、電圧検出時であるか否かを判断する。そして、電圧検出時でないと判断される場合、ステップＳ７２において、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧がツェナーダイオードＺＤに印加されることを回避すべく、スイッチング素子Ｓｎをオフする。
【０１２０】
これに対し、電圧検出時であると判断される場合、ステップＳ７４において、モジュール内コンデンサＣｃの両端をアナログデジタル変換器４４に接続すべく、スイッチング素子Ｓｎをオン操作する。続くステップＳ７６においては、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉｊを指定する変数ｊを「１」とする。そして、ステップＳ７８においては、電池セルＣｉｊの両端の電圧を検出すべく、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊをオン操作する。そして、ステップＳ８０において所定時間Ｔ５が経過すると判断される場合、ステップＳ８２において、アナログデジタル変換器４４によってモジュール内コンデンサＣｃの電圧をサンプリングする。ここで、所定時間Ｔ５は、アナログデジタル変換器４４の入力電圧が安定すると想定される時間に設定される。この時間は、ＲＣ回路の時定数よりも長い時間に設定されている。
【０１２１】
そして、電圧のサンプリング処理が完了すると、ステップＳ８４において、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊをオフ操作する。続くステップＳ８６においては、変数ｊがｎであるか否かを判断する。この処理は、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉｊの全てについて電圧の検出が完了したか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ８６において否定判断される場合、ステップＳ８８において、変数ｊをインクリメントし、ステップＳ７８に戻る。これに対し、ステップＳ８６において肯定判断される場合や、ステップＳ７２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【０１２２】
このように、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧を検出することで、モジュールＭｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの全ての端子電圧を検出することができる。このため、ＲＣ回路やツェナーダイオードＺＤの数を低減することができる。
【０１２３】
また、本実施形態では、電圧の検出を、モジュール内コンデンサＣｃと検出対象となる電池セルＣｉｊとを接続した状態で行った。これにより、アナログデジタル変換器４４の入力電圧を安定させた状態で入力電圧をデジタルデータに変換することができる。これに対し、モジュール内コンデンサＣｃと検出対象となる電池セルＣｉｊとの接続を解除する場合には、入力電圧が安定しないことが懸念される。これは、実際の回路ではモジュール内コンデンサＣｃが図示しない回路に接続される状況となる可能性が高く、この場合、それら回路を介してモジュール内コンデンサＣｃの放電がなされるためである。
＜第６の実施形態＞
以下、第６の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２４】
本実施形態では、電池セルＣｉｊのいずれかにオープン故障が生じた場合に、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを利用したフェールセーフ処理を行なう。
【０１２５】
すなわち、図１４に示されるように、モジュールＭｉの電池セルＣｉ２にオープン故障が生じる場合、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理とによって、電池セルＣｉ１と電池セルＣｉ３とを、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣによって接続する。これは、高電圧バッテリ１０の電気エネルギを利用可能とすることで、リンプホーム処理を行なうためのものである。
【０１２６】
詳しくは、図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理のみがなされる期間と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理のみがなされる期間とを設ける。これは、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３や、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２の温度上昇を緩和するための設定である。さらに、本実施形態では、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３をオン状態とする処理と、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２をオン状態とする処理との一対の処理について、これら双方がなされる重複期間Ｔｏｒを設ける。これは、電池セルＣｉ１と電池セルＣｉ３との電気的な接続状態の連続性を保つための設定である。換言すれば、高電圧バッテリ１０の充放電電流の連続性を保つための設定である。
【０１２７】
ただし、このようにオン状態となる素子を切り替える処理は、モジュールＭｉの端部以外の電池セルＣｉ２〜Ｃｉ（ｎ−１）に関してのみ可能である。すなわち、たとえば電池セルＣｉ１がオープン故障する場合、モジュール内調整ユニットＵｉにそれ以上高電位の電池セルの負極に接続するための専用の電気経路がない。このため、フェールセーフ処理としては、図中、下方に示すように、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｐ２をオン状態に保つ処理を行なうこととなる。なお、この場合、たとえば電池セルＣｉ２のオープン故障時と比較して、高電圧バッテリ１０の出力をより制限するようにしてもよい。
【０１２８】
なお、オープン故障の有無は、たとえば電池セルＣｉｊの端子電圧の検出値が過度に低いか否かによって診断することができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１２９】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉや、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊとしては、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体に限らない。たとえば一対のＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体であってもよい。この場合であっても、ソース同士をショートさせるようにして直列接続することが望ましい。もっとも、スイッチング素子のオン・オフに際しての開閉制御端子（ゲート）の電位の基準を定める端子（ソース）同士をショートさせるものに限らず、ドレイン同士をショートさせるものであってもよい。この場合、一対のスイッチング素子を駆動する駆動回路を共通とすることが困難となるものの、ボディーダイオードを介して貫通電流が流れることを回避することはできる。
【０１３０】
さらに、電界効果トランジスタにも限らず、たとえば一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれらのそれぞれに逆並列接続されたダイオードとからなるものであってもよい。ちなみに、この場合のダイオードは、マトリックスコンバータにおいて電流を双方向に流すことができるようにするための手段となる。
「モジュール内及びモジュール間のマトリックスコンバータについて」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉの耐圧を、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの耐圧よりも高くする設定に限らない。これらの耐圧が同一であったとしても、モジュール毎の管理とモジュール内の管理とを行なうことによるメリットを享受できる。このメリットとしては、たとえば上記第３の実施形態において、使用していないバッテリへの回生エネルギの充電速度を向上させやすいことがある。これは、モジュール間コンデンサＣｍの静電容量を、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量よりも大きくしやすいためである。
【０１３１】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子の駆動手段について」
１次側と２次側との絶縁を確保しつつ１次側の電圧信号を２次側に電圧信号として出力する絶縁通信手段（電圧を出力するタイプの絶縁通信手段）としては、特定のフォトカプラに限らない。たとえばトランスであってもよい。この場合であっても、スイッチング素子のオン状態またはオフ状態のうちトランスの２次側電圧が要求される方の時間が長くならない制御設計をするなら、駆動手段の回路規模が上記実施形態と比較して過度に大きくなることはない。
【０１３２】
また、電圧を出力するタイプの絶縁通信手段にも限らない。
【０１３３】
もっとも、絶縁通信手段を備えるものでなくても、マトリックスコンバータを構成することが可能である。特に、先の図２の構成の場合等にあっては、マイコン４０と対応するモジュールＭｉとの絶縁が図られていない。したがって、この構成については、駆動手段にフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊを利用したことは、絶縁のためではないことも明らかである。図１５に、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの駆動手段として、絶縁通信手段を備えない構成の一例を示す。
【０１３４】
図示される正極側のブートストラップ回路ＢＳＰは、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎをオンとするための電圧を生成する回路であり、負極側のブートストラップ回路ＢＳＮは、スイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎをオンとするための電圧を生成する回路である。ブートストラップ回路ＢＳＰ、ＢＳＮは、いずれも電源６０を備え、電源６０およびモジュールＭｉの負極間に、ダイオード６２、フローティング電源用コンデンサ６４およびＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（充電用スイッチング素子６６）の直列接続体が接続されている。また、フローティング電源用コンデンサ６４およびダイオード６２のカソード間と、モジュールＭｉの負極との間には、フローティング電源用コンデンサ６４を電源とするドライブ回路６８が接続されている。
【０１３５】
そして、充電側入力信号ＬＩＮは、充電用スイッチング素子６６のゲートに印加され、駆動側入力信号ＨＩＮは、ドライブ回路６８に入力される。これにより、充電側入力信号ＬＩＮが論理Ｈとなることで、充電用スイッチング素子６６がオン状態となり、電源６０からダイオード６２、フローティング電源用コンデンサ６４を介して充電用スイッチング素子６６に電流が流れ、フローティング電源用コンデンサ６４が充電される。これに対し、充電側入力信号ＬＩＮが論理Ｌとされて且つ、駆動側入力信号ＨＩＮが論理Ｈとされることで、ドライブ回路６８からフローティング電源用コンデンサ６４の充電電圧が出力される。
【０１３６】
こうした構成において、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎを、フローティング電源用コンデンサ６４および充電用スイッチング素子６６間に接続して且つ、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮのハイサイド出力端子Ｔｏｐを、ドライブ回路６８の出力端子とする。これにより、充電側入力信号ＬＩＮを論理Ｌとして且つ駆動側入力信号ＨＩＮを論理Ｈとすることで、ローサイド出力端子Ｔｏｎをフローティング電位として且つ、ハイサイド出力端子Ｔｏｐをローサイド出力端子Ｔｏｎの電位に対してフローティング電源用コンデンサ６４の電圧だけ上昇させることができる。
【０１３７】
ブートストラップ回路ＢＳＰのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐは、正極側のアナログスイッチＡＳＰに接続される。正極側のアナログスイッチＡＳＰは、ブートストラップ回路ＢＳＰのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐのそれぞれを、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎのいずれかのソースおよびゲートのそれぞれに選択的に接続するものである。ここで、いずれのスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎとするかは、マイコン４０からアナログスイッチＡＳＰに入力されるアドレスデータに基づきなされる。
【０１３８】
また、ブートストラップ回路ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐは、負極側のアナログスイッチＡＳＮに接続される。負極側のアナログスイッチＡＳＮは、ブートストラップ回路ＢＳＮのローサイド出力端子Ｔｏｎおよびハイサイド出力端子Ｔｏｐのそれぞれを、スイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのいずれかのソースおよびゲートのそれぞれに選択的に接続するものである。ここで、いずれのスイッチング素子ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎとするかは、マイコン４０からアナログスイッチＡＳＮに入力されるアドレスデータに基づきなされる。
【０１３９】
なお、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮは、いずれもモジュールＭｉを電源とする。
【０１４０】
こうした構成において、たとえば電池セルＣｉ１，Ｃｉ２とモジュール内コンデンサＣｃとを接続する場合、充電側入力信号ＬＩＮを論理Ｌとして且つ駆動側入力信号ＨＩＮを論理Ｈとし、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮにおいて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎ２を選択するように対応するアドレスデータを入力する。これにより、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎ２のソースおよびドレイン間の電位差を、フローティング電源用コンデンサ６４の充電電圧とすることができる。
【０１４１】
図１６に、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧、充放電電流、充電側入力信号ＬＩＮ、および駆動側入力信号ＨＩＮの推移を例示する。
【０１４２】
なお、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮとスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのゲートとを接続する配線は、抵抗体７０によってモジュールＭｉの負極にプルダウンされる。これは、スイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎのオフ指令時におけるゲート電位を、オフ状態とすることのできる電位（この場合、モジュールＭｉの負極電位）に固定するためのものである。
【０１４３】
「選択接続手段（マトリックスコンバータ）について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとの双方を備えない構成としては、上記第４の実施形態（図１１）に限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれとコンデンサとの間を開閉する単一のマトリックスコンバータを備えてもよい。
【０１４４】
また、組電池と蓄電手段との間で双方向に電流が流れることが可能なものに限らないことについては、「電位設定について」の欄に記載したとおりである。
【０１４５】
「第１の規定数および第２の規定数等の大小関係について」
上記第１、第２の実施形態では、モジュール内のコンデンサＣｃの充電に用いる電池セルの使用数ｎｃを放電に用いる使用数ｎｄよりも大きくし、モジュール間のコンデンサＣｍの充電に用いるモジュールの使用数Ｎｃを放電に用いる使用数Ｎｄよりも大きくしたがこれに限らない。たとえば上記第１の実施形態のように、端子電圧の高い電池セルを放電に用いて且つ端子電圧の低い電池セルを充電に用いるなら、これら１つずつの電池セルを用いても端子電圧のばらつきを低減することができる。
【０１４６】
「電位設定について」
高電圧バッテリ１０の負極電位を車体電位としてもよい。この場合、たとえば第ｍモジュールＭｍをＥＣＵ２０の電源としてもよい。こうした構成の場合、第ｍモジュールＭｍの充電エネルギが他のモジュールＭ１〜Ｍ（ｍ−１）と比較して低下しやすい。このため、他のモジュールＭ１〜Ｍ（ｍ−１）の電気エネルギを第ｍモジュールＭｍに充電するためにモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを用いればよい。ちなみに、この用途に限るなら、スイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐ（ｍ−１），ＱＭｎｍについてはモジュールＭ１〜Ｍｍ−１からコンデンサＣｍ側への電流の流れを許容して且つ逆方向の流れを阻止するものであってもよい。同様に、スイッチング素子ＱＭｎ１〜ＱＭｎ（ｍ−１）、ＱＭｐｍについては、コンデンサＣｍから第ｍモジュールＭｍへの電流の流れを許容し逆方向の流れを阻止するものであってもよい。
【０１４７】
「選択接続手段の用途について」
充電状態調整手段や組電池間授受処理手段の用途に限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０の温度が低い場合にこれを昇温すべく、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの充放電処理を繰り返すために選択接続手段を用いてもよい。この場合、充放電電流が大きいほど、内部抵抗による発熱量が大きくなり温度上昇速度が大きくなることに鑑みれば、低温であるほど、蓄電手段を充電する際の電池セル数を増加させたり、蓄電手段の放電エネルギの充電対象となる電池セル数を減少させたりしてもよい。
【０１４８】
「変更手段について」
充電状態を調整する用途に限らないことについては、「選択接続手段の用途について」の欄に記載したとおりである。
【０１４９】
なお、変更手段を備えなくても、たとえば充電状態調整手段等の目的を達成することは可能である。
【０１５０】
「単位電池（充電状態の調整対象）について」
たとえば上記第１の実施形態や第２の実施形態において、モジュール内の充電状態の調整を、隣接する２個の電池セル毎に行ってもよい。すなわち、これら２個の電池セルの個々の端子電圧、充電率、充電量のばらつきを低減することについてはなんら処理を行わず、２個の電池の合計の端子電圧や、充電率、充電量にばらつきがある場合にこれを低減する処理を行なうようにしてもよい。
【０１５１】
「部分電池について」
上記第４の実施形態（図１１）において、隣接するグループ（部分電池）間で共有される電池セル数を複数としてもよい。
【０１５２】
「特定手段について」
端子電圧や、充電率，充電量が最大のものや最小のものを特定する手段に限らない。たとえば、平均値よりも大きいものや平均値よりも小さいものを特定する手段であってもよい。この場合、たとえば、平均値よりも大きい複数個が隣接する単位電池を構成する場合、これらを蓄電手段に電気エネルギを充電する単位電池としてもよい。
【０１５３】
「組電池間授受処理手段について」
上記第３の実施形態（図９）において例示したように、回生エネルギを充電する処理を行なうものに限らない。たとえば第１の高電圧バッテリ１０ａのうちの少なくとも１つの電池セルが下限電圧に到達したために第２の高電圧バッテリ１０ｂに切り替えている状況下、第１の高電圧バッテリ１０ａを構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのうち端子電圧が下限電圧に達していないものの電気エネルギを、第２の高電圧バッテリ１０ｂに充電する処理を行なうものであってもよい。なお、こうした処理を行なう上では、モジュール内のコンデンサＣｃを第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有してもよい。
【０１５４】
「組電池間で共有される蓄電手段について」
たとえば、上記第３の実施形態におけるマトリックスコンバータを、第４の実施形態（図１１）におけるマトリックスコンバータに変更し、コンデンサＣｃ１〜Ｃｃｍを第１の高電圧バッテリ１０ａと第２の高電圧バッテリ１０ｂとで共有してもよい。また、「組電池間授受処理手段について」に記載したものであってもよい。
【０１５５】
なお、一対の高電圧バッテリによって共有されるものに限らず、３つ以上の高電圧バッテリによって共有されるものであってもよい。
【０１５６】
「電圧検出手段について」
上記第１の実施形態（図２）において、モジュールの両端とアナログデジタル変換器４４との間に差動増幅回路を備えてもよい。これにより、アナログデジタル変換器４４の検出可能電圧範囲を小さくすることができる。
【０１５７】
上記第５の実施形態（図１２）のように、モジュール内コンデンサＣｃの電圧を検出するものに代えて、モジュール間のコンデンサＣｍの電圧を検出するものとしてもよい。また、上記第５の実施形態（図１２）において、ＲＣ回路の出力電圧を差動増幅回路で変換した後、アナログデジタル変換器４４に入力してもよい。この場合、差動増幅回路によってモジュール内コンデンサＣｃの電気エネルギが消費されるため、マトリックスコンバータによって電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとの間を閉状態としつつモジュール内コンデンサＣｃの電圧を検出することが特に望ましい。もっとも、これに代えて、ＲＣ回路と差動増幅回路との間にボルテージフォロワを設けてもよい。
【０１５８】
「電圧検出手法について」
上記第５の実施形態（図１３）において、モジュール内コンデンサＣｃの電圧を、マトリックスコンバータによって電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとの間が開状態とされたときに検出してもよい。また、電池セルとモジュール内コンデンサＣｃとが接続された状態で行なうものに限らないことについては、「クランプ禁止手段およびその駆動手段について」の欄にも記載がある。
【０１５９】
「クランプ禁止手段およびその駆動手段について」
スイッチング素子ＳｎやフォトカプラＰｎに限らないことについては、選択接続手段やその駆動手段と同様である。
【０１６０】
また、モジュール内コンデンサＣｃの正極および負極のそれぞれとＲＣ回路（ＬＰＦ）の正極および負極のそれぞれとの間を開閉する各別のスイッチング素子を備えてもよい。この場合、それらスイッチング素子をオン状態とするに際してマトリックスコンバータをオフとするなら、ツェナーダイオードを備えることなくアナログデジタル変換器４４の要求耐圧を低下させることができる。
【０１６１】
「フェールセーフ処理手段について」
上記第６の実施形態（図１４）では、モジュールＭｉの端部の電池セルＣｉ１，Ｃｉ（ｎ−１）がオープン故障した場合には、これを迂回するために用いるスイッチング素子を固定したがこれに限らない。たとえば、電池セルＣｉ１がオープン故障した場合、スイッチング素子ＱＣｐ１については常時オンとする一方、スイッチング素子ＱＣｐ２とスイッチング素子ＱＣｐ３とのそれぞれをオン状態とする処理を交互に行ってもよい。
【０１６２】
フェールセーフ処理に際してモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣの温度上昇を抑制するための設定としては、先の図１４に示したように、オン状態とするスイッチング素子を変更するものに限らない。たとえば、電池セルＣｉ２がオープン故障する場合、先の図１４に示した処理に代えて、モジュール内調整ユニットＵｉのスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３，ＱＣｎ１，ＱＣｎ２を常時オン状態としてもよい。この場合であっても、各スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３，ＱＣｎ１，ＱＣｎ２を流れる電流量が、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２とのいずれか一方をオンした場合と比較して減少することから、発熱量を低減することができる。もっとも、先の図１５に例示したように、ブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮを用いる場合には、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ３と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ２とを交互にオン状態とすることには、発熱量低減以外にもメリットがある。フローティング電源用コンデンサ６４の充電期間を得ること、これである。
【０１６３】
図１７に、先の図１５に示した構成を採用した場合のフェールセーフ処理を例示する。この場合、電池セルＣｉ２、Ｃｉ３，Ｃｉ４にオープン故障が生じる場合、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ４とを交互にオン状態とし、その間に、いずれのスイッチング素子もオン状態とされない期間を設ける。これは、フローティング電源用コンデンサ６４の充電期間である。なお、図では、モジュールＭｉの端子電圧が、スイッチング素子のオフ期間によって低下するもののゼロにはなっていない。これは、駆動側入力信号ＨＩＮが論理Ｌに切り替えられてからスイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５，ＱＣｎ１，ＱＣｎ４が完全にオフするまでの間の遅延に起因したものである。
【０１６４】
もっとも、ブートストラップ回路を用いた場合であっても、先の図１４に示したように、スイッチング素子ＱＣｐ２，ＱＣｐ５のオン操作指令がなされる期間と、スイッチング素子ＱＣｎ１，ＱＣｎ４のオン操作指令がなされる期間とを重複させることは可能である。これはたとえば、先の図１５に示した構成において、アナログスイッチＡＳＰ，ＡＳＮやブートストラップ回路ＢＳＰ，ＢＳＮを各２組備え、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのうちの偶数番目のセルと、奇数番目のセルとで、互いに相違する組を割り振ることで実現することができる。
【０１６５】
上記第６の実施形態（図１４）では、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを利用したがこれに限らず、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを利用してもよい。すなわち、たとえば、モジュールＭｉの電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれかに異常が生じる場合、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉをオン操作することで、モジュールＭｉを迂回する経路を形成してもよい。
【０１６６】
「充電処理の完了について」
上記各実施形態では、所定時間の経過を充電の完了としたが、これに限らず、端子電圧の検出値に基づき充電の完了の有無を判断してもよい。
【０１６７】
「蓄電手段の静電容量の設定について」
上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、モジュールＭｉとモジュール内コンデンサＣｃとを接続することでモジュールＭｉの電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに放電する場合に放電電流が過度に大きくなるおそれがあるなら、モジュール内コンデンサＣｃに接続する電池セル数を制限してもよい。また、これに代えて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを継続してオン状態とする代わりに、ＰＷＭ処理することで放電電流が過度に大きくなることを回避してもよい。さらに、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを流れることのできる電流と放電電流とが一致する領域でスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎをオン操作すべく、開閉制御端子（ゲート）の電位を調整することで、放電電流を制限してもよい。
【０１６８】
「そのほか」
組電池を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成のものに限らない。たとえば、電池セルＣｍｎに車両内の時計等を接続して且つ、電池セルＣｍｎの満充電量が他と比較して大きくしてもよい。なお、この際、高電圧バッテリ１０の負極電位を車体電位としてもよい。
【０１６９】
組電池としては、電力変換回路を介して車載主機に接続されるものに限らない。
【０１７０】
たとえば、アナログデジタル変換器の耐圧が十分なら、ツェナーダイオードＺＤを省いてもよい。また、たとえば、ノイズの影響が無視できるなら、ＲＣ回路（ＬＰＦ）を省いてもよい。
【符号の説明】
【０１７１】
１０…高電圧バッテリ（組電池の一実施形態）、Ｃｍ…モジュール間コンデンサ、ＭＭＣ…モジュール間マトリックスコンバータ、Ｃｃ…モジュール内コンデンサ、ＭＣＣ…モジュール内マトリックスコンバータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電手段（Ｃｍ，Ｃｃ、Ｃｃ１，Ｃｃ２，Ｃｃ３）と、
電池セル（Ｃ１１〜Ｃｍｎ）の直列接続体としての組電池（１０）について、該組電池を構成する電池セルのうちの第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第１開閉機能および、第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第２開閉機能を有する選択接続手段（ＭＭＣ，ＭＣＣ）と、
前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する第１閉操作処理と、前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第２の規定数個の電池セルに充電する第２閉操作処理とを行なうべく、前記選択接続手段を操作する操作手段（２０，４０）と、
を備え、
前記第１の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであり、
前記第２の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであることを特徴とする組電池の充放電装置。
【請求項２】
前記第１の規定数は、前記第２の規定数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の組電池の充放電装置。
【請求項３】
前記選択接続手段は、前記第１の規定数と前記第２の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記操作手段は、前記選択接続手段を操作して、前記第１閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数と前記第２閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数との差を変更する変更手段（Ｓ１４，Ｓ３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の組電池の充放電装置。
【請求項４】
前記第１開閉機能は、前記組電池を構成する単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルの直列接続体であって且つ互いに同一の電池セルを含まない複数の単位電池について、それらの第３の規定数個としての前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、
前記第２開閉機能は、第４の規定数個の単位電池としての前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、
前記操作手段は、前記単位電池の充電状態を調整すべく、前記第１閉操作処理としての前記蓄電手段への蓄電処理と前記第２閉操作処理としての前記蓄電手段からの放電処理とを行なう充電状態調整手段（Ｓ１０〜Ｓ２２，Ｓ３０〜Ｓ４２）を備えることを特徴とする請求項１または２記載の組電池の充放電装置。
【請求項５】
前記複数の単位電池は、互いに隣接する複数の単位電池からなり、
前記選択接続手段は、前記複数の単位電池のそれぞれについて、その一対の端子と前記蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容するものであることを特徴とする請求項４記載の組電池の充放電装置。
【請求項６】
前記複数の単位電池のうち、端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する特定手段をさらに備え、
前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記いずれかの値が大きい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行い、前記放電処理として、前記いずれかの値が小さい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池の直列接続体と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行なうことを特徴とする請求項５記載の組電池の充放電装置。
【請求項７】
前記選択接続手段は、前記第３の規定数と前記第４の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記蓄電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数と前記放電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項８】
前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池であるモジュール（Ｍ１〜Ｍｍ）を構成するものであり、
前記蓄電手段は、前記モジュール毎に設けられたモジュール内蓄電手段（Ｃｃ、Ｃｃ１，Ｃｃ２，Ｃｃ３）と、前記組電池を構成するモジュール間で共有されるモジュール間蓄電手段（Ｃｍ）とを備え、
前記選択接続手段は、
前記組電池を構成する全モジュールのそれぞれについて、前記第３の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第１開閉機能と、前記第４の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第２開閉機能とに加えて、
第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第１開閉機能と、第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第２開閉機能とを有し、
前記第５の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、
前記第６の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、
前記特定手段は、前記モジュール内における特定処理に加えて、前記組電池を構成する全てのモジュールのうちの端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する処理をさらに行なうものであり、
前記充電状態調整手段は、
前記蓄電処理として、前記モジュール内についての前記蓄電処理であるモジュール内充電処理に加えて、前記いずれかの値が大きいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールとしての前記第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第５の規定数個のモジュールの電気エネルギを前記モジュール間蓄電手段に充電する処理であるモジュール間蓄電処理を行い、
前記放電処理として、前記モジュール内についての前記放電処理であるモジュール内放電処理に加えて、前記いずれかの値が小さいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールの直列接続体としての前記第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第６の規定数個のモジュールに充電する処理であるモジュール間放電処理を行なう
ことを特徴とする請求項６記載の組電池の充放電装置。
【請求項９】
前記選択接続手段の前記モジュール間第１開閉機能と前記モジュール間第２開閉機能とは、前記モジュールのそれぞれについて、その一対の端子と前記モジュール間蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容する手段によって実現されるものであることを特徴とする請求項８記載の組電池の充放電装置。
【請求項１０】
前記選択接続手段は、前記第５の規定数と前記第６の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記モジュール間蓄電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数と前記モジュール間放電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９記載の組電池の充放電装置。
【請求項１１】
前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池である部分電池であり、
前記選択接続手段、前記蓄電手段、および前記充電状態調整手段は、前記組電池を構成する全電池セルを含む複数の部分電池のそれぞれ毎に設けられるものであり、
前記部分電池は、その端部の単位電池が隣接する部分電池を構成する単位電池の一部と共通となるものであることを特徴とする請求項６または７記載の組電池の充放電装置。
【請求項１２】
前記組電池は、複数の組電池の並列接続体であり、
前記選択接続手段は、前記複数の組電池のうちの少なくとも２つの組電池のそれぞれに設けられるものであり、
前記蓄電手段は、前記少なくとも２つの組電池で共有されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１３】
前記操作手段は、前記少なくとも２つの組電池のそれぞれに対応する選択接続手段を操作することで、それら組電池のいずれかから他へと前記共有される蓄電手段を介して電気エネルギを移動させる組電池間授受処理手段を備えることを特徴とする請求項１２記載の組電池の充放電装置。
【請求項１４】
前記電池セルのそれぞれの両端の電圧を検出する各別の電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１５】
前記蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１６】
前記モジュール内蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９記載の組電池の充放電装置。
【請求項１７】
前記蓄電手段と前記電圧検出手段との間にローパスフィルタ回路が設けられていることを特徴とする請求項１５または１６記載の組電池の充放電装置。
【請求項１８】
前記蓄電手段に並列接続されたツェナーダイオードと、
前記蓄電手段と前記ツェナーダイオードとの間を開閉するクランプ禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１９】
前記選択接続手段を操作して電圧検出対象となる１または複数の電池セルと前記蓄電手段とを電気的に接続した状態で、前記電圧検出手段によって前記電圧検出対象の電圧を検出することを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項２０】
前記選択接続手段は、前記単位電池の端子と前記蓄電手段の端子とを接続する電気経路として、隣接する一対の単位電池の接続点と前記蓄電手段の一方の端子とを接続する経路と、前記接続点と前記蓄電手段の他方の端子とを接続する経路とを備えることを特徴とする請求項５記載の組電池の充放電装置。
【請求項２１】
前記単位電池に異常が生じた場合、該異常が生じている単位電池の一対の端子の双方について、前記選択接続手段の電気経路のうち前記蓄電手段のいずれか一方の端子に接続されるものを閉状態とすべく、前記選択接続手段を操作するフェールセーフ処理手段を備えることを特徴とする請求項２０記載の組電池の充放電装置。
【請求項１】
蓄電手段（Ｃｍ，Ｃｃ、Ｃｃ１，Ｃｃ２，Ｃｃ３）と、
電池セル（Ｃ１１〜Ｃｍｎ）の直列接続体としての組電池（１０）について、該組電池を構成する電池セルのうちの第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第１開閉機能および、第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する第２開閉機能を有する選択接続手段（ＭＭＣ，ＭＣＣ）と、
前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第１の規定数個の電池セルの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する第１閉操作処理と、前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第２の規定数個の電池セルに充電する第２閉操作処理とを行なうべく、前記選択接続手段を操作する操作手段（２０，４０）と、
を備え、
前記第１の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであり、
前記第２の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接するもの同士が直列接続された複数の電池セルであることを特徴とする組電池の充放電装置。
【請求項２】
前記第１の規定数は、前記第２の規定数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の組電池の充放電装置。
【請求項３】
前記選択接続手段は、前記第１の規定数と前記第２の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記操作手段は、前記選択接続手段を操作して、前記第１閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数と前記第２閉操作処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数との差を変更する変更手段（Ｓ１４，Ｓ３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の組電池の充放電装置。
【請求項４】
前記第１開閉機能は、前記組電池を構成する単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルの直列接続体であって且つ互いに同一の電池セルを含まない複数の単位電池について、それらの第３の規定数個としての前記第１の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、
前記第２開閉機能は、第４の規定数個の単位電池としての前記第２の規定数個の電池セルと前記蓄電手段との間を電気的に開閉する機能であり、
前記操作手段は、前記単位電池の充電状態を調整すべく、前記第１閉操作処理としての前記蓄電手段への蓄電処理と前記第２閉操作処理としての前記蓄電手段からの放電処理とを行なう充電状態調整手段（Ｓ１０〜Ｓ２２，Ｓ３０〜Ｓ４２）を備えることを特徴とする請求項１または２記載の組電池の充放電装置。
【請求項５】
前記複数の単位電池は、互いに隣接する複数の単位電池からなり、
前記選択接続手段は、前記複数の単位電池のそれぞれについて、その一対の端子と前記蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容するものであることを特徴とする請求項４記載の組電池の充放電装置。
【請求項６】
前記複数の単位電池のうち、端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する特定手段をさらに備え、
前記充電状態調整手段は、前記蓄電処理として、前記いずれかの値が大きい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行い、前記放電処理として、前記いずれかの値が小さい単位電池または該単位電池およびこれに隣接する１つ以上の単位電池の直列接続体と前記蓄電手段との間を電気的に閉状態とする処理を行なうことを特徴とする請求項５記載の組電池の充放電装置。
【請求項７】
前記選択接続手段は、前記第３の規定数と前記第４の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記蓄電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数と前記放電処理によって前記蓄電手段に接続される単位電池の数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項８】
前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池であるモジュール（Ｍ１〜Ｍｍ）を構成するものであり、
前記蓄電手段は、前記モジュール毎に設けられたモジュール内蓄電手段（Ｃｃ、Ｃｃ１，Ｃｃ２，Ｃｃ３）と、前記組電池を構成するモジュール間で共有されるモジュール間蓄電手段（Ｃｍ）とを備え、
前記選択接続手段は、
前記組電池を構成する全モジュールのそれぞれについて、前記第３の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第１開閉機能と、前記第４の規定数個の単位電池と前記モジュール内蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール内第２開閉機能とに加えて、
第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第１開閉機能と、第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に開閉するモジュール間第２開閉機能とを有し、
前記第５の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、
前記第６の規定数個のモジュールは、単一のモジュール、または互いに隣接するもの同士が直列接続された複数のモジュールであり、
前記特定手段は、前記モジュール内における特定処理に加えて、前記組電池を構成する全てのモジュールのうちの端子電圧、充電率、および充電量のいずれかの値が大きいものおよび小さいものを特定する処理をさらに行なうものであり、
前記充電状態調整手段は、
前記蓄電処理として、前記モジュール内についての前記蓄電処理であるモジュール内充電処理に加えて、前記いずれかの値が大きいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールとしての前記第５の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記第５の規定数個のモジュールの電気エネルギを前記モジュール間蓄電手段に充電する処理であるモジュール間蓄電処理を行い、
前記放電処理として、前記モジュール内についての前記放電処理であるモジュール内放電処理に加えて、前記いずれかの値が小さいモジュールまたは該モジュールおよびこれに隣接する１つ以上のモジュールの直列接続体としての前記第６の規定数個のモジュールと前記モジュール間蓄電手段との間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第６の規定数個のモジュールに充電する処理であるモジュール間放電処理を行なう
ことを特徴とする請求項６記載の組電池の充放電装置。
【請求項９】
前記選択接続手段の前記モジュール間第１開閉機能と前記モジュール間第２開閉機能とは、前記モジュールのそれぞれについて、その一対の端子と前記モジュール間蓄電手段の一対の端子とを接続する一対の電気経路を開閉する機能を備えて且つ、該開閉する機能の閉状態において、前記一対の電気経路における双方向の電流の流れを許容する手段によって実現されるものであることを特徴とする請求項８記載の組電池の充放電装置。
【請求項１０】
前記選択接続手段は、前記第５の規定数と前記第６の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記充電状態調整手段は、前記選択接続手段を操作して、前記モジュール間蓄電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数と前記モジュール間放電処理によって前記モジュール間蓄電手段に接続されるモジュールの数との差を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９記載の組電池の充放電装置。
【請求項１１】
前記複数の単位電池は、前記組電池を構成する一部の単位電池である部分電池であり、
前記選択接続手段、前記蓄電手段、および前記充電状態調整手段は、前記組電池を構成する全電池セルを含む複数の部分電池のそれぞれ毎に設けられるものであり、
前記部分電池は、その端部の単位電池が隣接する部分電池を構成する単位電池の一部と共通となるものであることを特徴とする請求項６または７記載の組電池の充放電装置。
【請求項１２】
前記組電池は、複数の組電池の並列接続体であり、
前記選択接続手段は、前記複数の組電池のうちの少なくとも２つの組電池のそれぞれに設けられるものであり、
前記蓄電手段は、前記少なくとも２つの組電池で共有されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１３】
前記操作手段は、前記少なくとも２つの組電池のそれぞれに対応する選択接続手段を操作することで、それら組電池のいずれかから他へと前記共有される蓄電手段を介して電気エネルギを移動させる組電池間授受処理手段を備えることを特徴とする請求項１２記載の組電池の充放電装置。
【請求項１４】
前記電池セルのそれぞれの両端の電圧を検出する各別の電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１５】
前記蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１６】
前記モジュール内蓄電手段の両端の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９記載の組電池の充放電装置。
【請求項１７】
前記蓄電手段と前記電圧検出手段との間にローパスフィルタ回路が設けられていることを特徴とする請求項１５または１６記載の組電池の充放電装置。
【請求項１８】
前記蓄電手段に並列接続されたツェナーダイオードと、
前記蓄電手段と前記ツェナーダイオードとの間を開閉するクランプ禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項１９】
前記選択接続手段を操作して電圧検出対象となる１または複数の電池セルと前記蓄電手段とを電気的に接続した状態で、前記電圧検出手段によって前記電圧検出対象の電圧を検出することを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の組電池の充放電装置。
【請求項２０】
前記選択接続手段は、前記単位電池の端子と前記蓄電手段の端子とを接続する電気経路として、隣接する一対の単位電池の接続点と前記蓄電手段の一方の端子とを接続する経路と、前記接続点と前記蓄電手段の他方の端子とを接続する経路とを備えることを特徴とする請求項５記載の組電池の充放電装置。
【請求項２１】
前記単位電池に異常が生じた場合、該異常が生じている単位電池の一対の端子の双方について、前記選択接続手段の電気経路のうち前記蓄電手段のいずれか一方の端子に接続されるものを閉状態とすべく、前記選択接続手段を操作するフェールセーフ処理手段を備えることを特徴とする請求項２０記載の組電池の充放電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【図８】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【図８】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１０２６６１（Ｐ２０１３−１０２６６１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４８９０５（Ｐ２０１２−４８９０５）
【出願日】平成２４年３月６日（２０１２．３．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月６日（２０１２．３．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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