蓄電装置、携帯機器及び電動車両
【課題】蓄電装置内の蓄電素子が有する電荷を有効に利用することができるインピーダンス測定機能付き蓄電装置、携帯機器及び電動車両を提供すること。
【解決手段】インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフ制御する。
【解決手段】インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフ制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、蓄電装置からの電源供給を受けて動作する携帯機器及び電動車両に関し、特に蓄電装置内部の蓄電素子のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電素子、あるいは複数の蓄電素子をまとめた電池パックに代表される蓄電装置のインピーダンス測定には、ソーラトロン社（登録商標）の製品に代表される大型装置が用いられている。
【０００３】
図２２は、蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図であり、上記大型システムを用いた電気化学測定の概略図を示す。
【０００４】
図２２（ａ）において、１は蓄電素子、１０は周波数掃引発振器１０Ａ及びインピーダンス測定器１０Ｂを備えるユニット、２０は増幅器２０Ａ及び電圧・電流モニタ２０Ｂを備えるユニットである。蓄電素子１には、４端子測定のための電圧、電流の端子が装着される。また、増幅器２０ＡはＡＣ電源１５等の外部電源から電源供給を受ける。測定手順としては、周波数掃引発振器１０Ａが例えば１０ｐｏｉｎｔ／ｄｅｃａｄｅの間隔で周波数を段階的に変化させながら、それぞれの周波数において１周期ずつ正弦波を発振させる（図２２（ｂ）参照）。この正弦波信号を受けて、増幅器２０Ａが蓄電素子に正弦波の微小電流乃至微小電圧の振幅を与え、電圧・電流モニタ２０Ｂが蓄電素子１の電圧乃至電流をモニタする。このモニタされた蓄電素子の電圧、電流の応答を基にインピーダンス測定器１０Ｂが蓄電素子１のインピーダンスを測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２３は、蓄電素子のインピーダンス特性図である。図２３（ａ）は縦軸にインピーダンスＺの絶対値、横軸に周波数ｆ（原点が高周波側）をとった特性図、図２３（ｂ）は縦軸に位相角θを、横軸は周波数ｆ（原点が高周波側）をとった特性図である。図２３（ｃ）は複素平面上のベクトル軌跡（通称ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）である。
【０００６】
上記蓄電素子のインピーダンス測定方法をもとに、図２３（ａ），（ｂ）に示すインピーダンスの周波数特性、あるいは図２３（ｃ）に示す複素平面上のベクトル軌跡（ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）を作成し、電気化学素子の特性、劣化や信頼性などを評価することが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，７４３，８５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の蓄電素子のインピーダンス測定方法にあっては、蓄電素子が有する電荷を有効に利用していなかったため、以下に述べるように外部電源や大型測定器を必要とするなど種々の問題点があった。
【０００９】
（１）正弦波の半分の期間に充電、もう半分の期間に放電を行っているが、充電に必要な電荷は外部電源から増幅器を通じて与えられており、放電した電荷は増幅器の内部で熱エネルギとして消費されている。このため、増幅器に冷却ファンが取り付けられたり、あるいは放熱板の表面積を一定以上確保する必要が生じる。結果として増幅器を含めた測定装置全体が大型になるといった課題がある。また、かかる測定装置は非常に高価である。
【００１０】
（２）また、電気２重層コンデンサや電解コンデンサ、電池といった蓄電素子の周波数特性は、主にｋＨｚの領域からｍＨｚあるいはμＨｚの領域を測定する必要があることから、測定には通常のセラミックコンデンサやインダクタなどの電子部品の周波数特性とは桁違いの時間が必要であった。そのため簡易的には１ｋＨｚのインピーダンスだけを測定する装置も市販されているが、測定結果のインピーダンスは劣化や信頼性などの評価に際しては目安程度にしかならなかった。
【００１１】
（３）また、測定に際しては蓄電素子あるいは蓄電装置は、通常本体である電子機器との接続端子以外は安全上の理由により端子を持たない。このためインピーダンス測定の際は蓄電素子あるいは蓄電装置を本体から取り外して測定を行う必要がある。上記理由により測定時間が測定周波数の逆数だけ必要になり、数十分から数時間、場合によっては一晩程度と長いため、使い勝手の面でも不都合が多かった。
【００１２】
（４）さらに、複数の蓄電素子を１つにまとめた蓄電装置は、やはり安全上の理由から内部を触られないように設計、製造することが多く、１つ１つの蓄電素子の特性を測定するための端子が無い。このため、そのインピーダンスを測定しなければならない場合、蓄電装置を解体する必要があった。この場合、解体された蓄電装置は使用不可能になる。
【００１３】
（５）同様の理由で、複数の蓄電素子を１つにまとめた蓄電装置の、１つ１つの蓄電素子の特性を測定することができない。特に各セルに適用したインピーダンス測定ができなかったため、各セルの組み合わせからなる蓄電装置の性能を正確に把握することができなない。すなわち、不良セルの特定ができないことで電池寿命の有効な予測実現が困難である。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置内の蓄電素子が有する電荷を有効に利用することができるインピーダンス測定機能付き蓄電装置、携帯機器及び電動車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の蓄電装置は、直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、前記第１及び第２の蓄電素子の各端子に接続された複数のスイッチと、前記複数のスイッチのオンオフ動作によって選択された前記１又は第２の蓄電素子の各端子間電圧が印加されるインダクタと、前記複数のスイッチを所定タイミングで切替える制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、前記複数のスイッチをオンオフする構成を採る。
【００１６】
本発明の蓄電装置は、直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、前記第１及び第２の蓄電素子の両端に接続された第１のスイッチと第２のスイッチとの直列構成からなるスイッチ対と、前記第１の蓄電素子と前記第２の蓄電素子との接続点と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの接続点との間に接続されたインダクタと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを交互にオンオフする制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、前記スイッチ対をオンオフする構成を採る。
【００１７】
本発明の携帯機器は、蓄電装置からの電源供給により動作する携帯機器であって、上記いずれかに記載の蓄電装置を備える構成を採る。
【００１８】
本発明の電動車両は、蓄電装置からの電源供給を受けて駆動する電動車両であって、上記いずれかに記載の蓄電装置を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、蓄電装置内部の蓄電素子の電荷を用いるため外部電源や大型測定器を必要とせず、可搬性・簡便性に富み、夜間などの不使用時間を利用して蓄電素子のインピーダンスを測定することができる。
【００２０】
また、蓄電装置を取り外すことなくインピーダンス測定器する場合に、必要となる蓄電装置内部の各蓄電素子の端子を蓄電装置外部に出す必要が無いため、蓄電装置外部での短絡により生じる事故に対しても安全性を確保できるとともに、端子やそれを結ぶ結線などが不要なのでコストも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図２】上記実施の形態１に係る蓄電装置の動作波形図
【図３】上記実施の形態１に係る蓄電装置の電流と電圧をＰＷＭ変調で正弦波状にする例を示す図
【図４】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図５】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図６】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図７】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図８】本発明の実施の形態２に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図９】上記実施の形態２に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１０】上記実施の形態２に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図１１】本発明の実施の形態３に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１２】上記実施の形態３に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１３】上記実施の形態３に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１５】上記実施の形態４に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１６】上記実施の形態４に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図１７】本発明の実施の形態５に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１８】上記実施の形態５に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１９】本発明の実施の形態６に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図２０】上記実施の形態６に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図２１】上記実施の形態６に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図２２】従来の蓄電装置の蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図
【図２３】従来の蓄電素子のインピーダンス特性図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。本実施の形態は、蓄電素子が２素子の蓄電装置に適用した例である。
【００２４】
図１において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、第１の蓄電素子１０１と、第２の蓄電素子１０２と、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子に接続された第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフ動作によって選択された第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４に制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路１３０とを備えて構成される。
【００２５】
インダクタ１２０と第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とは、フルブリッジ回路１２１を構成する。通常、電源装置に使用されるフルブリッジ回路は、インダクタをトランスとして２次側に整流、平滑回路を用いるブリッジ回路として用いられるが、本実施の形態のフルブリッジ回路１２１は、１次側のみを用いるため２次側は不要となる。
【００２６】
第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、例えばＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子である。
【００２７】
インダクタ１２０の一端は、第１のスイッチ１１１を介して第１の蓄電素子１０１の正極に接続されるとともに、第２のスイッチ１１２を介して第１の蓄電素子１０１の負極に接続され、インダクタ１２０の他端は、第４のスイッチ１１４を介して第２の蓄電素子１０２の正極に接続されるとともに、第３のスイッチ１１３を介して第２の蓄電素子１０２の負極に接続される。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより第１の蓄電素子１０１に流れる電流Ｉｂａｔｔ１は、電流計１４１により検出され、電圧Ｖｂａｔｔ１は、電圧計１５１により検出される。また、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより第２の蓄電素子１０２に流れる電流Ｉｂａｔｔ２は、電流計１４２により検出され、電圧Ｖｂａｔｔ２は、電圧計１５２により検出される。
【００２８】
駆動回路１３０は、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充放電するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフを切替える。ここでは、駆動回路１３０は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフする。
【００２９】
以下、上述のように構成された蓄電装置１００の動作について説明する。
【００３０】
図２は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置の動作波形図であり、図２（ａ）は第１の蓄電素子１０１の電圧Ｖｂａｔｔ１とその電流Ｉｂａｔｔ１を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の動作波形の要部拡大図を示す。
【００３１】
第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、駆動回路１３０からの制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４により後述するようにオンオフを繰り返す。これにより、第１の蓄電素子１０１は、スイッチング周期ごとに小刻みに充電又は放電される。第１の蓄電素子１０１に流れる電流Ｉｂａｔｔ１と電圧Ｖｂａｔｔ１は、図２に示すように平均して正弦波状となるように制御される。例えば、図２（ａ）のＩｂａｔｔ１に示すように、電流Ｉｂａｔｔ１が増加したとき（充電時）、図２（ｂ）のＶｂａｔｔ１に示すように電圧Ｖｂａｔｔ１は増加し、電流Ｉｂａｔｔ１が０になると電圧Ｖｂａｔｔ１はその電圧を保つ。電流Ｉｂａｔｔ１及び電圧Ｖｂａｔｔ１の減少時（放電時）についても同様である。以上の動作が繰り返され、それをある時間幅で観測すると正弦波のような波形（擬似正弦波）となる。但し、この擬似正弦波を実現するためには、適当なインダクタ１２０のインダクタンスＬと第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオン時間の調整が必要である。本発明者らによれば、百回（１００パルス／１サイクル）以上の繰り返しにより、蓄電素子１０１，１０２のインピーダンス測定に十分な波形を得ることが確認された。なお、インピーダンス測定を行う場合、電流あるいは電圧のいずれを擬似正弦波とするかは任意である。
【００３２】
図３は、電流Ｉｂａｔｔ１と電圧Ｖｂａｔｔ１をＰＷＭ変調で正弦波状にする例を示す図である。図３（ａ）に示すように、正弦波１７０をパルス表現した電圧Ｖｂａｔｔ１７１を第１の蓄電素子１０１に与えると、図３（ｂ）に示すように電圧Ｖｂａｔｔ１７１に対応する電流Ｉｂａｔｔ１７２が流れる。図３（ｃ）は、電流Ｉｂａｔｔ１７２を流すインダクタ電流１７３を示す。
【００３３】
次に、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフによる第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の放電／充電動作について説明する。
【００３４】
図４は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１の蓄電素子１０１の放電により第２の蓄電素子１０２が充電される期間の第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４の動作を示す。図４中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図５は、図４の蓄電装置１００の各部動作波形図である。
【００３５】
図４（ａ）において、第１の蓄電素子１０１には電荷が蓄積されているものとする。この状態で、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオフすると、第１の蓄電素子１０１の正極から第１のスイッチ１１１、インダクタ１２０、第３のスイッチ１１３及び第２の蓄電素子１０２の負極に至る経路が導通し、第１の蓄電素子１０１の放電によりインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態からインダクタ電流Ｉ＿Ｌが流れインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する。
【００３６】
その後、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、図４（ｂ）の状態となる。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、ＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子を想定しているため、第２のスイッチ１１２のオンにより第２のスイッチ１１２はオン抵抗のみを持つダイオード（ボディダイオード）としての機能を発揮し、図４（ｂ）のループで循環電流が流れ始める。
【００３７】
図４（ｂ）の状態は、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４をオフすることで、第４のスイッチ１１４がボディダイオードとなりインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２及びインダクタ１２０に至る閉ループを形成し、インダクタ１２０と第１の蓄電素子１０１及び第２の蓄電素子１０２とは切り離される。この閉ループをインダクタ電流Ｉ＿Ｌが循環（回生）することでインダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つ。ここで、第１のスイッチ１１１と第２のスイッチ１１２、また第３のスイッチ１１３と第４のスイッチ１１４の同時オンはなく貫通電流は防止される。また、上記ボディダイオードとなるオン開始時間を所定デッドタイミングとして取ることで貫通電流は防止される。
【００３８】
その後、図４（ｃ）において、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオフすると、第１の蓄電素子１０１の負極から第２のスイッチ１１２、インダクタ１２０、第４のスイッチ１１４及び第２の蓄電素子１０２の正極に至る経路が導通し、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが第２の蓄電素子１０２に流入し第２の蓄電素子１０２がインダクタ電流Ｉ＿Ｌによって充電される。
【００３９】
その後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になった後、図４（ｄ）に示すように全てのスイッチをオフする。
【００４０】
以上の動作により、第１の蓄電素子１０１の電荷を第２の蓄電素子１０２へ移動させることができる。
【００４１】
正弦波の上側半分の周期は図４（ａ）に示す右向きの循環電流、正弦波の下側半分の周期は図４（ｃ）に示す左向きの循環電流である。また、駆動回路１３０が第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオン時間を工夫したＰＷＭ駆動を行うことで、擬似的ではあるが正弦波（図３参照）のような波形を生成し、この擬似正弦波を用いて電圧あるいは電流を計測することで第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のインピーダンスを測定することができる。本発明者らによれば、蓄電素子１０１，１０２のインピーダンス測定には十分な波形を得ることができた。
【００４２】
図６は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第２の蓄電素子１０２の放電により第１の蓄電素子１０１が充電される期間の第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４の動作を示す。図６中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図７は、図６の蓄電装置１００の各部動作波形図である。
【００４３】
図６（ａ）において、第２の蓄電素子１０２には電荷が蓄積されているものとする。この状態で、第４のスイッチ１１４と第２のスイッチ１１２を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオフすると、第２の蓄電素子１０２の正極から第４のスイッチ１１４、インダクタ１２０、第２のスイッチ１１２及び第１の蓄電素子１０１の負極に至る経路が導通し、第２の蓄電素子１０２の放電によりインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態からインダクタ電流Ｉ＿Ｌが流れインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する。
【００４４】
その後、第４のスイッチ１１４をオフし、第３のスイッチ１１３をオンすると、図６（ｂ）の状態となる。図６（ｂ）の状態は、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４をオフすることで、インダクタ１２０、第２のスイッチ１１２、第３のスイッチ１１３及びインダクタ１２０に至る閉ループを形成し、インダクタ１２０と第１の蓄電素子１０１及び第２の蓄電素子１０２とは切り離される。この閉ループをインダクタ電流Ｉ＿Ｌが回流することでインダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つ。
【００４５】
その後、図６（ｃ）において、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオフすると、第２の蓄電素子１０２の負極から第３のスイッチ１１３、インダクタ１２０、第１のスイッチ１１１及び第１の蓄電素子１０１の正極に至る経路が導通し、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが第１の蓄電素子１０１に流入し第１の蓄電素子１０１がインダクタ電流Ｉ＿Ｌによって充電される。
【００４６】
その後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になった後、図６（ｄ）に示すように全てのスイッチをオフする。
【００４７】
以上の動作により、第２の蓄電素子１０２の電荷を第１の蓄電素子１０１へ移動させることができる。
【００４８】
インダクタ１２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、第１の蓄電素子１０１に対して正弦波状に電流及び電圧を変化させることが可能となる（図２及び図３参照）。同様に、第２の蓄電素子１０２に対しても正弦波状に電流及び電圧変化をさせることが可能となる。この際、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の端子電圧とその電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のインピーダンスを測定することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子に接続された第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、選択された第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路１３０とを備え、駆動回路１３０は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフ制御するので、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充放電する、すなわち、蓄電素子に蓄えられた電荷は全て蓄電装置内の別の蓄電素子から供給されることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができる。このため、蓄電装置を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。また、インピーダンス測定情報を電池の劣化検出、状態検知に用いることができる。
【００５０】
本実施の形態の効果をまとめると以下のようになる。
【００５１】
（１）まず、電池パックの非破壊検査であることが挙げられる。
【００５２】
（２）次に、高価で大型な測定器を使わずにインピーダンス測定を行うことができる。インピーダンス測定を、高速かつ小型な測定器で実現できる理由の一つは、蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができ、測定に用いたエネルギの有効活用できることではじめて実現できた。
【００５３】
（３）インピーダンス測定時間が飛躍的に短縮されるので不使用時間帯を有効活用することができる。実際には、携帯機器に搭載されるバッテリパック内の蓄電素子（セル）は、例えば６乃至１６個、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）に至っては数百個となる場合がある。本実施の形態の蓄電装置１００は、蓄電素子（セル）の一つ一つのインピーダンスを測定できるのは勿論のこと、セルかたまりであるバッテリ（又は複数セルのブロック）のインピーダンスを測定することができる。多数のセルのインピーダンスを測定するには、本実施の形態の電源装置１００のように、測定時間の飛躍的な向上がなければ実現できない。
【００５４】
（４）各セルに適用することができ、各セルの細かなインピーダンス測定が可能になる。これにより、よりきめ細かな電池検査と、劣化セル判定、及びそれを迂回するバイパスルートの確保が可能になる。また、電池寿命の有効な予測が実現できる。
【００５５】
（５）スイッチのオンオフにより擬似正弦波を生成しインピーダンス測定を行っている。スイッチのオンオフで波形を生成しているため、装置の使用目的や測定の精度に合わせた波形生成が容易に行える。このことはインピーダンス測定器としての自由度が高いこと、すなわち適用範囲が広く携帯機器や電動車両の電源装置として広範囲に適用可能であることにつながる。なお、トランス結合ではないので漏れ磁束による効率低下や結合係数の差によるアンバランスは発生しない。
【００５６】
ここで、蓄電素子の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度を向上できる。
【００５７】
また、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフ順を最適化すれば、ノイズをより低減することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
実施の形態１は、蓄電素装置内の蓄電素子を２個としたが、各蓄電素子に設けたスイッチを切り替えるなどの方法を採れば、３個以上の蓄電素子の直列構成が可能になる。
【００５９】
図８は、本発明の実施の形態２に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【００６０】
図８において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置２００は、直列接続された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６と、インダクタ１２０とフルブリッジ回路１２１を構成する第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子と第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とに接続された複数のスイッチ２１１〜２２２と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフ動作によって選択された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２に制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４，ＶＧ１１〜ＶＧ２２を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路２３０とを備えて構成される。
【００６１】
駆動回路２３０は、直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数。いまｎ＝６）個の蓄電素子２０１〜２０６のうち、第ｋ（ｋはｎ以下の整数）の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他のいずれかの蓄電素子から充放電するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフを切替える。ここでは、駆動回路２３０は、１周期の中に、少なくとも、第ｋの蓄電素子からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第ｋ＋１の蓄電素子に電流を流す期間と、第ｋ＋１の蓄電素子からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第ｋ＋２の蓄電素子に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２をオンオフする。
【００６２】
複数のスイッチ２１１〜２２２は、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と同様に、例えばＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子である。
【００６３】
以下、上述のように構成された蓄電装置２００の動作について説明する。
【００６４】
図９は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置２００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１の蓄電素子２０１の放電により第２の蓄電素子２０２が充電される期間のスイッチ１１１〜１１４，２１１〜２２２の動作を示す。図９中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【００６５】
また図１０は、図９の蓄電装置２００の各部動作波形図であり、図９（ａ）〜（ｈ）の遷移状態は、それぞれ図１０の動作タイミングａ．〜ｈ．に対応する。
【００６６】
図９（ａ）において、第１の蓄電素子２０１の電圧をＶｂａｔｔ２０１，第２の蓄電素子２０２の電圧をＶｂａｔｔ２０２とし、インダクタ１２０のインダクタンスをＬ、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３のオン時間をそれぞれＴｏｎ１３、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４のオン時間をＴｏｎ２４とする。各蓄電素子２０１〜２０６の両端に接続されたスイッチ２１１〜２２２のうち、第１の蓄電素子２０１の両端に接続されたスイッチ２１１とスイッチ２１３のみをオン状態にし、フルブリッジ回路１２１の第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３のみをオンする。他のスイッチは全てオフにする。これにより第１の蓄電素子２０１の両端からインダクタ１２０にインダクタ電流Ｉ＿Ｌを流す（図１０ａ．の状態参照）。
【００６７】
図９（ｂ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿ＬがＴｏｎ１３秒後には、Ｖｂａｔｔ２０１×Ｔｏｎ１３／Ｌとなり、この時、第１のスイッチ１１１をオフして第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０に流れるインダクタ電流Ｉ＿Ｌはその値を維持しつつ循環電流が流れる。このときスイッチ２１１とスイッチ２１２はオフされる（図１０ｂ．の状態参照）。
【００６８】
次いで図９（ｃ）に示すように、スイッチ２１３とスイッチ２１４をオンし、第３のスイッチ１１３をオフして第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第２の蓄電素子２０２に流れ込むとともに、その電流値を減らす（図１０ｃ．の状態参照）。励磁に要したＴｏｎ１３秒後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図９（ｄ）及び図１０ｄ．の状態参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくても構わない。
【００６９】
次いで図９（ｅ）に示すように、各蓄電素子２０１〜２０６の両端に接続されたスイッチ２１１〜２２２のうち、第１の蓄電素子２０１の両端に接続されたスイッチ２１１とスイッチ２１２のみをオン状態にし、フルブリッジ回路１２１の第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４のみをオンする。これにより、第１の蓄電素子２０１の両端からインダクタ１２０にインダクタ電流Ｉ＿Ｌを流す（図１０ｅ．の状態参照）。
【００７０】
図９（ｆ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿ＬがＴｏｎ２４秒後には、Ｖｂａｔｔ２０１×Ｔｏｎ２４／Ｌとなり、この時、第４のスイッチ１１４をオフし、第３のスイッチ１１３をオンすると、インダクタ１２０に流れるインダクタ電流Ｉ＿Ｌはその値を維持しつつ循環電流が流れる。このときスイッチ２１１とスイッチ２１２はオフされる（図１０ｆ．の状態参照）。
【００７１】
次いで図９（ｇ）に示すように、スイッチ２１３とスイッチ２１４をオンし、第２のスイッチ１１２をオフして第１のスイッチ１１１をオンすると、循環電流は第２の蓄電素子２０２に流れ込むとともに、その電流値を減らす（図１０ｇ．の状態参照）。励磁に要したＴｏｎ２４秒後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図９（ｈ）及び図１０ｈ．の状態参照）。
【００７２】
上記、図９（ａ）〜（ｇ）の様子を各スイッチのゲート電圧で示したタイミングチャートで示したものが図１０である。第１〜４のスイッチ１１１〜１１４の各ゲート電圧をＶＧ１〜ＶＧ４、スイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１１〜２１４の各ゲート電圧をＶＧ１１〜ＶＧ１４を示している。
【００７３】
以上説明した図９（ｅ）から図９（ｇ）での過程は、図９（ａ）から図９（ｄ）の過程を繰り返しても動作上なんら支障は無いが、実際はオン時間やオフするタイミングのばらつきなどで徐々にインダクタ１２０が偏磁する可能性もあるため、本実施の形態では磁性体の動作のバランスを考慮してインダクタ電流Ｉ＿Ｌは交流状に変化させるように、図９（ｅ）から図９（ｇ）のステップ（図１０ｅ．−ｇ．参照）を設けている。
【００７４】
また、第１の蓄電素子２０１から放電し、第２の蓄電素子２０２に充電する場合を例に採り説明したが、同様の方法により、第１の蓄電素子２０１から第３の蓄電素子２０３、第２の蓄電素子２０２から第１の蓄電素子２０１など、各蓄電素子間同士で電荷を移動させることができる。また、第１の蓄電素子２０１と第２の蓄電素子２０２の直列蓄電ブロックから第３の蓄電素子２０３と第４の蓄電素子２０４の直列蓄電ブロックへの電荷の移動など、各種組み合わせが可能である。さらに、２直列ブロックから３直列ブロックや単一蓄電素子の間でも電荷のやりとりを行うことができる。
【００７５】
また、図８では便宜上各蓄電素子は全て直列で示したが、２並列を３直列、３並列を２直列など必要に応じて並列数を増やしても同様の効果を発揮する。
【００７６】
したがって、本実施の形態によれば、蓄電装置２００内に蓄電素子が３個以上ある場合において、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、各蓄電素子のインピーダンスを測定することができる。携帯機器に搭載されるバッテリパック内の蓄電素子（セル）は、例えば６乃至１６個、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）は数百個となる場合があり、本実施の形態の蓄電装置２００は、かかる装置に適用して好適である。
【００７７】
（実施の形態３）
直列数の多い蓄電装置では、蓄電素子の両端に単にスイッチを設ける方法を採るとスイッチの数とそれを制御する配線や回路が膨大になる。実施の形態３は、直列接続された蓄電素子が多い蓄電装置においてスイッチの数と回路を低減する例について説明する。
【００７８】
図１１は、本発明の実施の形態３に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図８と同一構成部分には、同一符号を付している。また、スイッチ数の削減に特徴があり、それ以外の構成要素は図８と同様であるため記載を省略している。
【００７９】
図１１において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置３００は、直列接続された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６（図１１では第３の蓄電素子２０３まで図示）と、インダクタ１２０とフルブリッジ回路１２１を構成する第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子に接続された複数のスイッチ２１１〜２２２（図１１ではスイッチ２１４まで図示）と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とスイッチ２１１及びスイッチ２１２〜２２２との間で全波整流回路のように接続された第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフ動作によって選択された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２にこの順で制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４，ＶＧ３１〜ＶＧ３４，ＶＧ１１〜ＶＧ２２を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路３３０とを備えて構成される。
【００８０】
以下、上述のように構成された蓄電装置３００の動作について説明する。
【００８１】
蓄電装置３００は、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４を設けて図１０と同様の電荷の授受を行う。
【００８２】
図１２及び図１３は、インピーダンス測定付き蓄電装置３００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図である。図１２は、第１の蓄電素子２０１の放電により第３の蓄電素子２０３が充電される期間、図１３は、第２の蓄電素子２０２の放電により第４の蓄電素子２０４が充電される期間のスイッチ１１１〜１１４，３１１〜３１４，２１１〜２２２（該当スイッチのみ図示）の動作をそれぞれ示す。図１２及び図１３中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【００８３】
まず、図１２（ａ）において、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１１とスイッチ２１２をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオンすると、第１の蓄電素子２０１からインダクタ１２０へ電流が流れる。
【００８４】
次いで図１２（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０の電流Ｉ＿Ｌはその値を保持しつつ、循環電流がインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２を経由して流れ続ける。図１２（ｂ）では、スイッチ２１１〜２１５や第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４はオフしているように図示したが、直前のオンの状態を維持していても構わない。すなわち、各蓄電素子２０１〜２０６、あるいはそれを複数個まとめた蓄電ブロックの両端を短絡する構成など、蓄電素子２０１〜２０６から電流が流れる構成でなければ、どのような状態でも構わない。
【００８５】
次いで図１２（ｃ）に示すように、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１３とスイッチ２１４をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第３の蓄電素子２０３に流れ込むとともに、その電流値を減らす。励磁に要した時間と同じ時間後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図１２（ｄ）参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくてもよく、各蓄電素子、あるいはそれを複数個まとめた蓄電ブロックの両端を短絡する構成等など、蓄電素子から電流が流れる構成でなければ、どのような状態でも構わない。
【００８６】
以上、第１の蓄電素子２０１から第３の蓄電素子２０３へ電荷を移動させる場合を例に採り説明したが、同様の方法により、任意の蓄電素子から他の蓄電素子に電荷を移動することも同様の方法により可能である。
【００８７】
図１３は、第２の蓄電素子２０２から第４の蓄電素子２０４へ電荷を移動させる場合のスイッチの切り替えの例である。まず、図１３（ａ）において、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１２とスイッチ２１３をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオンすると、第２の蓄電素子２０２からインダクタ１２０へ電流が流れる。
【００８８】
次いで図１３（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０の電流Ｉ＿Ｌはその値を保持しつつ、循環電流がインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２を経由して流れ続ける。図１３（ｂ）では、スイッチ２１１〜２１５や第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４はオフしているように図示したが、直前のオンの状態を維持していても構わない。
【００８９】
次いで図１３（ｃ）に示すように、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１４とスイッチ２１５をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第４の蓄電素子２０４に流れ込むとともに、その電流値を減らす。励磁に要した時間と同じ時間後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図１３（ｄ）参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくてもよい。
【００９０】
上述した図１３に示すとおりの順序でスイッチのオンオフを行えば、図１２と同様の効果を発揮する。この場合、スイッチ２１２とスイッチ２１３を用いているため、蓄電素子の両端に備えられたスイッチが隣合う蓄電素子の両端スイッチと兼用されていてもフルブリッジ回路１２１にかかる電圧の向きを同じにできるため、直列数が多い蓄電装置においてスイッチ数の削減が可能となる。また、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のスイッチのうち、第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４の組み合わせでオンする場合と、第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３の組み合わせでオンする場合を適宜切り替えることにより、奇数番号と偶数番号の蓄電素子間で電荷の授受を行うことができる。
【００９１】
かかる構成によれば、インダクタ１２０に蓄えられた電荷は、全て蓄電装置３００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置３００内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置３００を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に付与し、蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。
【００９２】
ここで、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌを循環する期間や、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態で全てのスイッチをオフした期間は、電荷の移動に関与していない期間であり、必要に応じて短くしたり省いたりしても構わない。
【００９３】
このように、本実施の形態によれば、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とスイッチ２１１及びスイッチ２１２〜２２２との間に第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４を設けているので、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、各第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の両端から第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４に接続されるスイッチの数を削減することができる。特に、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）は数百個となる場合があり、このような場合にスイッチ数の削減は、スイッチ素子や駆動回路の規模、配線数低減につながり、コスト面や省電力化の観点から好ましい。
【００９４】
なお、本実施の形態では、フルブリッジ回路１２１を例に採り説明をしているが、ハーフブリッジ回路やプッシュプル回路などの基本回路を応用しても同様の効果を発揮する。
【００９５】
また、電荷の移動元である第１の蓄電素子２０１と移動先である第２の蓄電素子２０２の電圧が同じと仮定して説明をしているが、この仮定は必須のものではなく、第１の蓄電素子２０１と第２の蓄電素子２０２の電圧が違う場合でも、Ｉ＿Ｌの増加傾きが第１の蓄電素子２０１の電圧に応じて変化し、インダクタの電流Ｉ＿Ｌが増加しても飽和領域に入らない限り循環電流を流すことができる。また、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少するときの傾きは、循環電流の値を初期値として第２の蓄電素子２０２の電圧に応じて変化する。このときインダクタ電流Ｉ＿Ｌが０になった時点でスイッチをオフすることにより、励磁時間と減磁時間が異なるが同様の動作となり、同様の効果を発揮することができる。
【００９６】
（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。本実施の形態は、蓄電素子が２素子の蓄電装置に適用した例である。
【００９７】
図１４において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置４００は、直列接続された第１の蓄電素子４０１及び第２の蓄電素子４０２と、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の両端に接続された第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との直列構成からなるスイッチ対４１０と、第１の蓄電素子４０１と第２の蓄電素子４０２との接続点と第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との接続点との間に接続されたインダクタ４２０と、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２に制御信号ＶＧ４１，ＶＧ４２を出力して第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２を交互にオンオフする駆動回路４３０とを備えて構成される。
【００９８】
第１及び第２のスイッチ４１１，４１２は、直列接続されたスイッチであり、並列に直列接続された第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２と、インダクタ４２０をはさんでハーフブリッジ回路４２１を構成している。
【００９９】
以下、上述のように構成された蓄電装置４００の動作について説明する。
【０１００】
図１５は、インピーダンス測定付き蓄電装置４００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２の動作を示す。図１５中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図１６は、図１５の蓄電装置４００の各部動作波形図である。
【０１０１】
図１５（ａ）に示すように、まず、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する期間（図１６ａ．期間参照）と、図１５（ｂ）に示すように、第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になる期間（図１６ｂ．期間参照）とを交互に設けることにより、第１の蓄電素子４０１の電荷を第２の蓄電素子４０２へ移動させる。
【０１０２】
同様に、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する期間と、第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になる期間を交互に設けることにより、第２の蓄電素子４０２の電荷を第１の蓄電素子４０１へ移動させる。
【０１０３】
インダクタ４２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、第１の蓄電素子４０１に対して正弦波状に電流又は電圧を変化させることが可能となる。同様に、第２の蓄電素子４０２に対しても正弦波状の電流又は電圧変化をさせることが可能となる。この際、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の端子電圧と流れ出る電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子のインピーダンスが測定できる。正弦波状に電流又は電圧を変化させることについては、図２及び図３で述べた実施の形態１と同様である。
【０１０４】
ここで、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度を向上できる。かかる構成を採れば、インダクタ４２０に蓄えられた電荷は全て蓄電装置４００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その結果蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。
【０１０５】
（実施の形態５）
実施の形態４は、蓄電素装置内の蓄電素子を２個としたが、各蓄電素子に設けたスイッチを切り替えるなどの方法を採れば、３個以上の蓄電素子の直列構成が可能になる。
【０１０６】
図１７は、本発明の実施の形態５に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１４と同一構成部分には、同一符号を付している。
【０１０７】
図１７において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置５００は、直列接続された第１〜第４の蓄電素子４０１〜４０４と、第１〜第４の蓄電素子４０１〜４０４の両端に接続された第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との直列構成からなるスイッチ対４１０と、各蓄電素子４０１〜４０４の両端に並列接続された第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２と、隣合う蓄電素子４０１〜４０４との接続点と第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との接続点との間に接続されたインダクタ４２０と、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２、及び第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２に制御信号ＶＧ４１，ＶＧ４２，ＶＧ５１〜ＶＧ６２を出力して第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２を交互にオンオフする駆動回路５３０とを備えて構成される。
【０１０８】
第１及び第２のスイッチ４１１，４１２は、直列接続されたスイッチであり、並列に直列接続された第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２と、インダクタ４２０をはさんでハーフブリッジ回路４２１を構成している。
【０１０９】
なお、図１７では、４個の蓄電素子４０１〜４０４とこれら蓄電素子４０１〜４０４の両端に並列接続される１２個の中間スイッチ５１１〜５２２の構成例を示したが、これらは図示の便宜上であり、任意の数により構成されることは言うまでもない。
【０１１０】
以下、上述のように構成された蓄電装置５００の動作について説明する。
【０１１１】
図１８は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置５００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２、及び第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２の動作を示す。また、動作をより分かり易くするため、図１７の構成例のうち、第１〜第３の蓄電素子４０１〜４０３と第１〜第６の中間スイッチ５１１〜５１６、及び第１及び第２のスイッチ４１１，４１２からなる要部構成を示している。図１８中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示す。
【０１１２】
図１８（ａ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１の中間スイッチ５１１、第３の中間スイッチ５１３及び第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する期間と、図１８（ｂ）に示すように、第３の中間スイッチ５１３、第５の中間スイッチ５１５及び第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になる期間とを交互に設けることにより、第１の蓄電素子４０１の電荷を第２の蓄電素子４０２へ移動させる。
【０１１３】
同様に、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第３の中間スイッチ５１３、第５の中間スイッチ５１５及び第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する期間と、第１の中間スイッチ５１１、第３の中間スイッチ５１３及び第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になる期間を交互に設けることにより、第２の蓄電素子４０２の電荷を第１の蓄電素子４０１へ移動させる。
【０１１４】
図１８（ａ），（ｂ）は、第１の蓄電素子４０１から第２の蓄電素子４０２へ、また第２の蓄電素子４０２から第１の蓄電素子４０１への電荷の移動例であるが、同様にして、図１８（ｃ），（ｄ）に示す第２の蓄電素子４０２と第３の蓄電素子４０３間の電荷の移動、図１８（ｅ），（ｆ）に示す第２の蓄電素子４０２と第１の蓄電素子４０１間の電荷の移動、図１８（ｇ），（ｈ）に示す第３の蓄電素子４０３と第２の蓄電素子４０２間の電荷の移動がそれぞれ可能である。
【０１１５】
この場合もインダクタ４２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、各蓄電素子４０１〜４０４に対して正弦波状に電流又は電圧を変化させることが可能となり、各蓄電素子４０１〜４０４の端子電圧と流れ出る電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子のインピーダンスが測定できる。
【０１１６】
このように、３個直列の場合は、図１８に示すようにスイッチを操作することにより、第１の蓄電素子４０１と第２の蓄電素子４０２の間での電荷移動、第２の蓄電素子４０２と第３の蓄電素子４０３の間での電荷移動、また第１の蓄電素子４０１と第３の蓄電素子４０３の間や、第１の蓄電素子４０１と第２及び第３の蓄電素子４０２，４０３の直列ブロックとの間、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の直列構成と第３の蓄電素子４０３との間などで適宜電荷を移動でき、インピーダンス測定に応用できるという効果を奏する。
【０１１７】
なお、上記各実施形態のインピーダンス測定機能付き蓄電装置を、電気自動車などでよく使われる蓄電装置に応用する際は、蓄電装置内部に予め設けられた各蓄電素子、あるいは蓄電素子を複数まとめた各蓄電ブロック電圧を測定するための配線およびスイッチを、インピーダンス測定用のスイッチとして兼用することも可能である。このように構成すれば、スイッチコストを削減することができる。
【０１１８】
（実施の形態６）
上記各実施の形態は、蓄電素装置内の複数の蓄電素子のインピーダンス測定であった。しかし、本インピーダンス測定方法によれば、蓄電装置内の１つの蓄電素子が有する電荷を有効に利用することができる。以下この例を実施の形態６により説明する。
【０１１９】
図１９は、本発明の実施の形態６に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【０１２０】
図１９において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置６００は、蓄電素子６０１と、蓄電素子６０１の両端の端子に接続された第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４と、第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４のオンオフ動作によって選択された蓄電素子６０１の端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４に制御信号ＶＧ７１〜ＶＧ７４を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路６３０とを備えて構成される。
【０１２１】
インダクタ１２０と第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４とは、フルブリッジ回路６２１を構成する。
【０１２２】
インダクタ１２０の一端は、第１のスイッチ６１１を介して蓄電素子６０１の正極に接続されるとともに、第２のスイッチ６１２を介して蓄電素子６０１の負極に接続され、インダクタ１２０の他端は、第４のスイッチ６１４を介して蓄電素子６０１の正極に接続されるとともに、第３のスイッチ６１３を介して蓄電素子６０１の負極に接続される。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより蓄電素子６０１に流れる電流Ｉｂａｔｔは、電流計１４１により検出され、電圧Ｖｂａｔｔは、電圧計１５１により検出される。
【０１２３】
駆動回路６３０は、蓄電素子６０１のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を充放電するように第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４のオンオフを切替える。
【０１２４】
以下、上述のように構成された蓄電装置６００の動作について説明する。
【０１２５】
図２０は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置６００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、蓄電素子６０１が充放電される期間のスイッチ６１１〜６１４の動作を示す。図２０中の矢印は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【０１２６】
また図２１は、図２０の蓄電装置６００の各部動作波形図である。
【０１２７】
図２０（ａ）〜（ｃ）において、まず、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１のスイッチ６１１と第３のスイッチ６１３を同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加した後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つように第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３を同時にオンする期間を設け、第２のスイッチ６１２と第４のスイッチ６１４を同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になった後、全てのスイッチ６１１〜６１４をオフすることにより、蓄電素子６０１の電荷を回生させることが可能になる（図２１参照）。
【０１２８】
また、図２０（ｄ）〜（ｈ）において、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第２のスイッチ６１２と第４のスイッチ６１４が同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少した後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つように第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３を同時にオンする期間を設け、第１のスイッチ６１１と第３のスイッチ６１３が同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝が増加してＩ＿Ｌ＝０になった後、全てのスイッチ６１１〜６１４をオフすることにより、蓄電素子６０１の電荷を回生させることが可能になる（図２１参照）。
【０１２９】
インダクタ１２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、蓄電素子６０１に対して正弦波状に電流乃至電圧を変化させることが可能となる。この際、蓄電素子６０１の端子電圧を電圧計１５１で、また流れ出る電流を電流計１４１により検出し、図示しないインピーダンス測定器により演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子６０１のインピーダンスを測定することができる。
【０１３０】
なお、蓄電素子の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度をより向上させることができる。
【０１３１】
本実施の形態によれば、インダクタ１２０に蓄えられた電荷は全て蓄電装置６００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置６００内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置６００を機器から取り外したり、蓄電素子６０１の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その結果蓄電素子のインピーダンス測定が可能になる。
【０１３２】
また、第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌを循環する期間や、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態で全てのスイッチをオフした期間は、電荷の移動に関与していない期間であり、必要に応じて短くしたり省いたりしても構わない。
【０１３３】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
【０１３４】
例えば、上記各実施の形態における蓄電装置内の蓄電素子の数や接続状態は、限定されない。スイッチは、例えばＭＯＳトランジスタを使用するのが一般的であるが、スイッチング動作を行う素子であればどのようなスイッチであってもよい。
【０１３５】
また、上記各実施の形態では蓄電装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、二次電池、蓄電池、インピーダンス測定装置等であってもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明に係る蓄電装置は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置として、携帯機器、電動車両に有用である。またバックアップ電源等の用途にも応用できる。また、携帯機器、電動車両以外の電子機器における蓄電装置にも広く適用され得るものである。
【符号の説明】
【０１３７】
１００，２００，３００，４００，５００，６００ インピーダンス測定機能付き蓄電装置
１０１，１０２，２０１〜２０６，４０１〜４０４，６０１ 蓄電素子
１１１〜１１４，４１１，４１２，６１１〜６１４ スイッチ
１２０，４２０ インダクタ
１２１ フルブリッジ回路
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ 駆動回路
１４１，１４２ 電流計
１５１，１５２ 電圧計
２１１〜２２２，５１１〜５２２ 中間スイッチ
４１０ スイッチ対
４２１ ハーフブリッジ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、蓄電装置からの電源供給を受けて動作する携帯機器及び電動車両に関し、特に蓄電装置内部の蓄電素子のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄電素子、あるいは複数の蓄電素子をまとめた電池パックに代表される蓄電装置のインピーダンス測定には、ソーラトロン社（登録商標）の製品に代表される大型装置が用いられている。
【０００３】
図２２は、蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図であり、上記大型システムを用いた電気化学測定の概略図を示す。
【０００４】
図２２（ａ）において、１は蓄電素子、１０は周波数掃引発振器１０Ａ及びインピーダンス測定器１０Ｂを備えるユニット、２０は増幅器２０Ａ及び電圧・電流モニタ２０Ｂを備えるユニットである。蓄電素子１には、４端子測定のための電圧、電流の端子が装着される。また、増幅器２０ＡはＡＣ電源１５等の外部電源から電源供給を受ける。測定手順としては、周波数掃引発振器１０Ａが例えば１０ｐｏｉｎｔ／ｄｅｃａｄｅの間隔で周波数を段階的に変化させながら、それぞれの周波数において１周期ずつ正弦波を発振させる（図２２（ｂ）参照）。この正弦波信号を受けて、増幅器２０Ａが蓄電素子に正弦波の微小電流乃至微小電圧の振幅を与え、電圧・電流モニタ２０Ｂが蓄電素子１の電圧乃至電流をモニタする。このモニタされた蓄電素子の電圧、電流の応答を基にインピーダンス測定器１０Ｂが蓄電素子１のインピーダンスを測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２３は、蓄電素子のインピーダンス特性図である。図２３（ａ）は縦軸にインピーダンスＺの絶対値、横軸に周波数ｆ（原点が高周波側）をとった特性図、図２３（ｂ）は縦軸に位相角θを、横軸は周波数ｆ（原点が高周波側）をとった特性図である。図２３（ｃ）は複素平面上のベクトル軌跡（通称ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）である。
【０００６】
上記蓄電素子のインピーダンス測定方法をもとに、図２３（ａ），（ｂ）に示すインピーダンスの周波数特性、あるいは図２３（ｃ）に示す複素平面上のベクトル軌跡（ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）を作成し、電気化学素子の特性、劣化や信頼性などを評価することが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，７４３，８５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の蓄電素子のインピーダンス測定方法にあっては、蓄電素子が有する電荷を有効に利用していなかったため、以下に述べるように外部電源や大型測定器を必要とするなど種々の問題点があった。
【０００９】
（１）正弦波の半分の期間に充電、もう半分の期間に放電を行っているが、充電に必要な電荷は外部電源から増幅器を通じて与えられており、放電した電荷は増幅器の内部で熱エネルギとして消費されている。このため、増幅器に冷却ファンが取り付けられたり、あるいは放熱板の表面積を一定以上確保する必要が生じる。結果として増幅器を含めた測定装置全体が大型になるといった課題がある。また、かかる測定装置は非常に高価である。
【００１０】
（２）また、電気２重層コンデンサや電解コンデンサ、電池といった蓄電素子の周波数特性は、主にｋＨｚの領域からｍＨｚあるいはμＨｚの領域を測定する必要があることから、測定には通常のセラミックコンデンサやインダクタなどの電子部品の周波数特性とは桁違いの時間が必要であった。そのため簡易的には１ｋＨｚのインピーダンスだけを測定する装置も市販されているが、測定結果のインピーダンスは劣化や信頼性などの評価に際しては目安程度にしかならなかった。
【００１１】
（３）また、測定に際しては蓄電素子あるいは蓄電装置は、通常本体である電子機器との接続端子以外は安全上の理由により端子を持たない。このためインピーダンス測定の際は蓄電素子あるいは蓄電装置を本体から取り外して測定を行う必要がある。上記理由により測定時間が測定周波数の逆数だけ必要になり、数十分から数時間、場合によっては一晩程度と長いため、使い勝手の面でも不都合が多かった。
【００１２】
（４）さらに、複数の蓄電素子を１つにまとめた蓄電装置は、やはり安全上の理由から内部を触られないように設計、製造することが多く、１つ１つの蓄電素子の特性を測定するための端子が無い。このため、そのインピーダンスを測定しなければならない場合、蓄電装置を解体する必要があった。この場合、解体された蓄電装置は使用不可能になる。
【００１３】
（５）同様の理由で、複数の蓄電素子を１つにまとめた蓄電装置の、１つ１つの蓄電素子の特性を測定することができない。特に各セルに適用したインピーダンス測定ができなかったため、各セルの組み合わせからなる蓄電装置の性能を正確に把握することができなない。すなわち、不良セルの特定ができないことで電池寿命の有効な予測実現が困難である。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置内の蓄電素子が有する電荷を有効に利用することができるインピーダンス測定機能付き蓄電装置、携帯機器及び電動車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の蓄電装置は、直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、前記第１及び第２の蓄電素子の各端子に接続された複数のスイッチと、前記複数のスイッチのオンオフ動作によって選択された前記１又は第２の蓄電素子の各端子間電圧が印加されるインダクタと、前記複数のスイッチを所定タイミングで切替える制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、前記複数のスイッチをオンオフする構成を採る。
【００１６】
本発明の蓄電装置は、直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、前記第１及び第２の蓄電素子の両端に接続された第１のスイッチと第２のスイッチとの直列構成からなるスイッチ対と、前記第１の蓄電素子と前記第２の蓄電素子との接続点と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの接続点との間に接続されたインダクタと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを交互にオンオフする制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、前記スイッチ対をオンオフする構成を採る。
【００１７】
本発明の携帯機器は、蓄電装置からの電源供給により動作する携帯機器であって、上記いずれかに記載の蓄電装置を備える構成を採る。
【００１８】
本発明の電動車両は、蓄電装置からの電源供給を受けて駆動する電動車両であって、上記いずれかに記載の蓄電装置を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、蓄電装置内部の蓄電素子の電荷を用いるため外部電源や大型測定器を必要とせず、可搬性・簡便性に富み、夜間などの不使用時間を利用して蓄電素子のインピーダンスを測定することができる。
【００２０】
また、蓄電装置を取り外すことなくインピーダンス測定器する場合に、必要となる蓄電装置内部の各蓄電素子の端子を蓄電装置外部に出す必要が無いため、蓄電装置外部での短絡により生じる事故に対しても安全性を確保できるとともに、端子やそれを結ぶ結線などが不要なのでコストも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図２】上記実施の形態１に係る蓄電装置の動作波形図
【図３】上記実施の形態１に係る蓄電装置の電流と電圧をＰＷＭ変調で正弦波状にする例を示す図
【図４】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図５】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図６】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図７】上記実施の形態１に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図８】本発明の実施の形態２に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図９】上記実施の形態２に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１０】上記実施の形態２に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図１１】本発明の実施の形態３に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１２】上記実施の形態３に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１３】上記実施の形態３に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１５】上記実施の形態４に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１６】上記実施の形態４に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図１７】本発明の実施の形態５に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図１８】上記実施の形態５に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図１９】本発明の実施の形態６に係る蓄電装置の構成を示す回路図
【図２０】上記実施の形態６に係る蓄電装置の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図
【図２１】上記実施の形態６に係る蓄電装置の各部動作波形図
【図２２】従来の蓄電装置の蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図
【図２３】従来の蓄電素子のインピーダンス特性図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。本実施の形態は、蓄電素子が２素子の蓄電装置に適用した例である。
【００２４】
図１において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、第１の蓄電素子１０１と、第２の蓄電素子１０２と、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子に接続された第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフ動作によって選択された第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４に制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路１３０とを備えて構成される。
【００２５】
インダクタ１２０と第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とは、フルブリッジ回路１２１を構成する。通常、電源装置に使用されるフルブリッジ回路は、インダクタをトランスとして２次側に整流、平滑回路を用いるブリッジ回路として用いられるが、本実施の形態のフルブリッジ回路１２１は、１次側のみを用いるため２次側は不要となる。
【００２６】
第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、例えばＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子である。
【００２７】
インダクタ１２０の一端は、第１のスイッチ１１１を介して第１の蓄電素子１０１の正極に接続されるとともに、第２のスイッチ１１２を介して第１の蓄電素子１０１の負極に接続され、インダクタ１２０の他端は、第４のスイッチ１１４を介して第２の蓄電素子１０２の正極に接続されるとともに、第３のスイッチ１１３を介して第２の蓄電素子１０２の負極に接続される。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより第１の蓄電素子１０１に流れる電流Ｉｂａｔｔ１は、電流計１４１により検出され、電圧Ｖｂａｔｔ１は、電圧計１５１により検出される。また、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより第２の蓄電素子１０２に流れる電流Ｉｂａｔｔ２は、電流計１４２により検出され、電圧Ｖｂａｔｔ２は、電圧計１５２により検出される。
【００２８】
駆動回路１３０は、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充放電するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフを切替える。ここでは、駆動回路１３０は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフする。
【００２９】
以下、上述のように構成された蓄電装置１００の動作について説明する。
【００３０】
図２は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置の動作波形図であり、図２（ａ）は第１の蓄電素子１０１の電圧Ｖｂａｔｔ１とその電流Ｉｂａｔｔ１を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の動作波形の要部拡大図を示す。
【００３１】
第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、駆動回路１３０からの制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４により後述するようにオンオフを繰り返す。これにより、第１の蓄電素子１０１は、スイッチング周期ごとに小刻みに充電又は放電される。第１の蓄電素子１０１に流れる電流Ｉｂａｔｔ１と電圧Ｖｂａｔｔ１は、図２に示すように平均して正弦波状となるように制御される。例えば、図２（ａ）のＩｂａｔｔ１に示すように、電流Ｉｂａｔｔ１が増加したとき（充電時）、図２（ｂ）のＶｂａｔｔ１に示すように電圧Ｖｂａｔｔ１は増加し、電流Ｉｂａｔｔ１が０になると電圧Ｖｂａｔｔ１はその電圧を保つ。電流Ｉｂａｔｔ１及び電圧Ｖｂａｔｔ１の減少時（放電時）についても同様である。以上の動作が繰り返され、それをある時間幅で観測すると正弦波のような波形（擬似正弦波）となる。但し、この擬似正弦波を実現するためには、適当なインダクタ１２０のインダクタンスＬと第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオン時間の調整が必要である。本発明者らによれば、百回（１００パルス／１サイクル）以上の繰り返しにより、蓄電素子１０１，１０２のインピーダンス測定に十分な波形を得ることが確認された。なお、インピーダンス測定を行う場合、電流あるいは電圧のいずれを擬似正弦波とするかは任意である。
【００３２】
図３は、電流Ｉｂａｔｔ１と電圧Ｖｂａｔｔ１をＰＷＭ変調で正弦波状にする例を示す図である。図３（ａ）に示すように、正弦波１７０をパルス表現した電圧Ｖｂａｔｔ１７１を第１の蓄電素子１０１に与えると、図３（ｂ）に示すように電圧Ｖｂａｔｔ１７１に対応する電流Ｉｂａｔｔ１７２が流れる。図３（ｃ）は、電流Ｉｂａｔｔ１７２を流すインダクタ電流１７３を示す。
【００３３】
次に、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフによる第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の放電／充電動作について説明する。
【００３４】
図４は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１の蓄電素子１０１の放電により第２の蓄電素子１０２が充電される期間の第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４の動作を示す。図４中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図５は、図４の蓄電装置１００の各部動作波形図である。
【００３５】
図４（ａ）において、第１の蓄電素子１０１には電荷が蓄積されているものとする。この状態で、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオフすると、第１の蓄電素子１０１の正極から第１のスイッチ１１１、インダクタ１２０、第３のスイッチ１１３及び第２の蓄電素子１０２の負極に至る経路が導通し、第１の蓄電素子１０１の放電によりインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態からインダクタ電流Ｉ＿Ｌが流れインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する。
【００３６】
その後、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、図４（ｂ）の状態となる。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４は、ＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子を想定しているため、第２のスイッチ１１２のオンにより第２のスイッチ１１２はオン抵抗のみを持つダイオード（ボディダイオード）としての機能を発揮し、図４（ｂ）のループで循環電流が流れ始める。
【００３７】
図４（ｂ）の状態は、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４をオフすることで、第４のスイッチ１１４がボディダイオードとなりインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２及びインダクタ１２０に至る閉ループを形成し、インダクタ１２０と第１の蓄電素子１０１及び第２の蓄電素子１０２とは切り離される。この閉ループをインダクタ電流Ｉ＿Ｌが循環（回生）することでインダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つ。ここで、第１のスイッチ１１１と第２のスイッチ１１２、また第３のスイッチ１１３と第４のスイッチ１１４の同時オンはなく貫通電流は防止される。また、上記ボディダイオードとなるオン開始時間を所定デッドタイミングとして取ることで貫通電流は防止される。
【００３８】
その後、図４（ｃ）において、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオフすると、第１の蓄電素子１０１の負極から第２のスイッチ１１２、インダクタ１２０、第４のスイッチ１１４及び第２の蓄電素子１０２の正極に至る経路が導通し、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが第２の蓄電素子１０２に流入し第２の蓄電素子１０２がインダクタ電流Ｉ＿Ｌによって充電される。
【００３９】
その後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になった後、図４（ｄ）に示すように全てのスイッチをオフする。
【００４０】
以上の動作により、第１の蓄電素子１０１の電荷を第２の蓄電素子１０２へ移動させることができる。
【００４１】
正弦波の上側半分の周期は図４（ａ）に示す右向きの循環電流、正弦波の下側半分の周期は図４（ｃ）に示す左向きの循環電流である。また、駆動回路１３０が第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオン時間を工夫したＰＷＭ駆動を行うことで、擬似的ではあるが正弦波（図３参照）のような波形を生成し、この擬似正弦波を用いて電圧あるいは電流を計測することで第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のインピーダンスを測定することができる。本発明者らによれば、蓄電素子１０１，１０２のインピーダンス測定には十分な波形を得ることができた。
【００４２】
図６は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第２の蓄電素子１０２の放電により第１の蓄電素子１０１が充電される期間の第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４の動作を示す。図６中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図７は、図６の蓄電装置１００の各部動作波形図である。
【００４３】
図６（ａ）において、第２の蓄電素子１０２には電荷が蓄積されているものとする。この状態で、第４のスイッチ１１４と第２のスイッチ１１２を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオフすると、第２の蓄電素子１０２の正極から第４のスイッチ１１４、インダクタ１２０、第２のスイッチ１１２及び第１の蓄電素子１０１の負極に至る経路が導通し、第２の蓄電素子１０２の放電によりインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態からインダクタ電流Ｉ＿Ｌが流れインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する。
【００４４】
その後、第４のスイッチ１１４をオフし、第３のスイッチ１１３をオンすると、図６（ｂ）の状態となる。図６（ｂ）の状態は、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４をオフすることで、インダクタ１２０、第２のスイッチ１１２、第３のスイッチ１１３及びインダクタ１２０に至る閉ループを形成し、インダクタ１２０と第１の蓄電素子１０１及び第２の蓄電素子１０２とは切り離される。この閉ループをインダクタ電流Ｉ＿Ｌが回流することでインダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つ。
【００４５】
その後、図６（ｃ）において、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３を同時にオンし、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオフすると、第２の蓄電素子１０２の負極から第３のスイッチ１１３、インダクタ１２０、第１のスイッチ１１１及び第１の蓄電素子１０１の正極に至る経路が導通し、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが第１の蓄電素子１０１に流入し第１の蓄電素子１０１がインダクタ電流Ｉ＿Ｌによって充電される。
【００４６】
その後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になった後、図６（ｄ）に示すように全てのスイッチをオフする。
【００４７】
以上の動作により、第２の蓄電素子１０２の電荷を第１の蓄電素子１０１へ移動させることができる。
【００４８】
インダクタ１２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、第１の蓄電素子１０１に対して正弦波状に電流及び電圧を変化させることが可能となる（図２及び図３参照）。同様に、第２の蓄電素子１０２に対しても正弦波状に電流及び電圧変化をさせることが可能となる。この際、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の端子電圧とその電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のインピーダンスを測定することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インピーダンス測定機能付き蓄電装置１００は、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子に接続された第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、選択された第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路１３０とを備え、駆動回路１３０は、１周期の中に、少なくとも、第１の蓄電素子１０１からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第２の蓄電素子１０２に電流を流す期間と、第２の蓄電素子１０２からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第１の蓄電素子１０１に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４をオンオフ制御するので、第１及び第２の蓄電素子１０１，１０２のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充放電する、すなわち、蓄電素子に蓄えられた電荷は全て蓄電装置内の別の蓄電素子から供給されることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができる。このため、蓄電装置を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。また、インピーダンス測定情報を電池の劣化検出、状態検知に用いることができる。
【００５０】
本実施の形態の効果をまとめると以下のようになる。
【００５１】
（１）まず、電池パックの非破壊検査であることが挙げられる。
【００５２】
（２）次に、高価で大型な測定器を使わずにインピーダンス測定を行うことができる。インピーダンス測定を、高速かつ小型な測定器で実現できる理由の一つは、蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができ、測定に用いたエネルギの有効活用できることではじめて実現できた。
【００５３】
（３）インピーダンス測定時間が飛躍的に短縮されるので不使用時間帯を有効活用することができる。実際には、携帯機器に搭載されるバッテリパック内の蓄電素子（セル）は、例えば６乃至１６個、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）に至っては数百個となる場合がある。本実施の形態の蓄電装置１００は、蓄電素子（セル）の一つ一つのインピーダンスを測定できるのは勿論のこと、セルかたまりであるバッテリ（又は複数セルのブロック）のインピーダンスを測定することができる。多数のセルのインピーダンスを測定するには、本実施の形態の電源装置１００のように、測定時間の飛躍的な向上がなければ実現できない。
【００５４】
（４）各セルに適用することができ、各セルの細かなインピーダンス測定が可能になる。これにより、よりきめ細かな電池検査と、劣化セル判定、及びそれを迂回するバイパスルートの確保が可能になる。また、電池寿命の有効な予測が実現できる。
【００５５】
（５）スイッチのオンオフにより擬似正弦波を生成しインピーダンス測定を行っている。スイッチのオンオフで波形を生成しているため、装置の使用目的や測定の精度に合わせた波形生成が容易に行える。このことはインピーダンス測定器としての自由度が高いこと、すなわち適用範囲が広く携帯機器や電動車両の電源装置として広範囲に適用可能であることにつながる。なお、トランス結合ではないので漏れ磁束による効率低下や結合係数の差によるアンバランスは発生しない。
【００５６】
ここで、蓄電素子の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度を向上できる。
【００５７】
また、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のオンオフ順を最適化すれば、ノイズをより低減することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
実施の形態１は、蓄電素装置内の蓄電素子を２個としたが、各蓄電素子に設けたスイッチを切り替えるなどの方法を採れば、３個以上の蓄電素子の直列構成が可能になる。
【００５９】
図８は、本発明の実施の形態２に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【００６０】
図８において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置２００は、直列接続された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６と、インダクタ１２０とフルブリッジ回路１２１を構成する第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子と第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とに接続された複数のスイッチ２１１〜２２２と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフ動作によって選択された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２に制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４，ＶＧ１１〜ＶＧ２２を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路２３０とを備えて構成される。
【００６１】
駆動回路２３０は、直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数。いまｎ＝６）個の蓄電素子２０１〜２０６のうち、第ｋ（ｋはｎ以下の整数）の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他のいずれかの蓄電素子から充放電するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフを切替える。ここでは、駆動回路２３０は、１周期の中に、少なくとも、第ｋの蓄電素子からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第ｋ＋１の蓄電素子に電流を流す期間と、第ｋ＋１の蓄電素子からインダクタ１２０に電流を流す期間と、インダクタ１２０から第ｋ＋２の蓄電素子に電流を流す期間を有するように第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２をオンオフする。
【００６２】
複数のスイッチ２１１〜２２２は、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と同様に、例えばＦＥＴ又はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ素子である。
【００６３】
以下、上述のように構成された蓄電装置２００の動作について説明する。
【００６４】
図９は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置２００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１の蓄電素子２０１の放電により第２の蓄電素子２０２が充電される期間のスイッチ１１１〜１１４，２１１〜２２２の動作を示す。図９中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【００６５】
また図１０は、図９の蓄電装置２００の各部動作波形図であり、図９（ａ）〜（ｈ）の遷移状態は、それぞれ図１０の動作タイミングａ．〜ｈ．に対応する。
【００６６】
図９（ａ）において、第１の蓄電素子２０１の電圧をＶｂａｔｔ２０１，第２の蓄電素子２０２の電圧をＶｂａｔｔ２０２とし、インダクタ１２０のインダクタンスをＬ、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３のオン時間をそれぞれＴｏｎ１３、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４のオン時間をＴｏｎ２４とする。各蓄電素子２０１〜２０６の両端に接続されたスイッチ２１１〜２２２のうち、第１の蓄電素子２０１の両端に接続されたスイッチ２１１とスイッチ２１３のみをオン状態にし、フルブリッジ回路１２１の第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３のみをオンする。他のスイッチは全てオフにする。これにより第１の蓄電素子２０１の両端からインダクタ１２０にインダクタ電流Ｉ＿Ｌを流す（図１０ａ．の状態参照）。
【００６７】
図９（ｂ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿ＬがＴｏｎ１３秒後には、Ｖｂａｔｔ２０１×Ｔｏｎ１３／Ｌとなり、この時、第１のスイッチ１１１をオフして第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０に流れるインダクタ電流Ｉ＿Ｌはその値を維持しつつ循環電流が流れる。このときスイッチ２１１とスイッチ２１２はオフされる（図１０ｂ．の状態参照）。
【００６８】
次いで図９（ｃ）に示すように、スイッチ２１３とスイッチ２１４をオンし、第３のスイッチ１１３をオフして第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第２の蓄電素子２０２に流れ込むとともに、その電流値を減らす（図１０ｃ．の状態参照）。励磁に要したＴｏｎ１３秒後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図９（ｄ）及び図１０ｄ．の状態参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくても構わない。
【００６９】
次いで図９（ｅ）に示すように、各蓄電素子２０１〜２０６の両端に接続されたスイッチ２１１〜２２２のうち、第１の蓄電素子２０１の両端に接続されたスイッチ２１１とスイッチ２１２のみをオン状態にし、フルブリッジ回路１２１の第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４のみをオンする。これにより、第１の蓄電素子２０１の両端からインダクタ１２０にインダクタ電流Ｉ＿Ｌを流す（図１０ｅ．の状態参照）。
【００７０】
図９（ｆ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿ＬがＴｏｎ２４秒後には、Ｖｂａｔｔ２０１×Ｔｏｎ２４／Ｌとなり、この時、第４のスイッチ１１４をオフし、第３のスイッチ１１３をオンすると、インダクタ１２０に流れるインダクタ電流Ｉ＿Ｌはその値を維持しつつ循環電流が流れる。このときスイッチ２１１とスイッチ２１２はオフされる（図１０ｆ．の状態参照）。
【００７１】
次いで図９（ｇ）に示すように、スイッチ２１３とスイッチ２１４をオンし、第２のスイッチ１１２をオフして第１のスイッチ１１１をオンすると、循環電流は第２の蓄電素子２０２に流れ込むとともに、その電流値を減らす（図１０ｇ．の状態参照）。励磁に要したＴｏｎ２４秒後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図９（ｈ）及び図１０ｈ．の状態参照）。
【００７２】
上記、図９（ａ）〜（ｇ）の様子を各スイッチのゲート電圧で示したタイミングチャートで示したものが図１０である。第１〜４のスイッチ１１１〜１１４の各ゲート電圧をＶＧ１〜ＶＧ４、スイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１１〜２１４の各ゲート電圧をＶＧ１１〜ＶＧ１４を示している。
【００７３】
以上説明した図９（ｅ）から図９（ｇ）での過程は、図９（ａ）から図９（ｄ）の過程を繰り返しても動作上なんら支障は無いが、実際はオン時間やオフするタイミングのばらつきなどで徐々にインダクタ１２０が偏磁する可能性もあるため、本実施の形態では磁性体の動作のバランスを考慮してインダクタ電流Ｉ＿Ｌは交流状に変化させるように、図９（ｅ）から図９（ｇ）のステップ（図１０ｅ．−ｇ．参照）を設けている。
【００７４】
また、第１の蓄電素子２０１から放電し、第２の蓄電素子２０２に充電する場合を例に採り説明したが、同様の方法により、第１の蓄電素子２０１から第３の蓄電素子２０３、第２の蓄電素子２０２から第１の蓄電素子２０１など、各蓄電素子間同士で電荷を移動させることができる。また、第１の蓄電素子２０１と第２の蓄電素子２０２の直列蓄電ブロックから第３の蓄電素子２０３と第４の蓄電素子２０４の直列蓄電ブロックへの電荷の移動など、各種組み合わせが可能である。さらに、２直列ブロックから３直列ブロックや単一蓄電素子の間でも電荷のやりとりを行うことができる。
【００７５】
また、図８では便宜上各蓄電素子は全て直列で示したが、２並列を３直列、３並列を２直列など必要に応じて並列数を増やしても同様の効果を発揮する。
【００７６】
したがって、本実施の形態によれば、蓄電装置２００内に蓄電素子が３個以上ある場合において、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、各蓄電素子のインピーダンスを測定することができる。携帯機器に搭載されるバッテリパック内の蓄電素子（セル）は、例えば６乃至１６個、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）は数百個となる場合があり、本実施の形態の蓄電装置２００は、かかる装置に適用して好適である。
【００７７】
（実施の形態３）
直列数の多い蓄電装置では、蓄電素子の両端に単にスイッチを設ける方法を採るとスイッチの数とそれを制御する配線や回路が膨大になる。実施の形態３は、直列接続された蓄電素子が多い蓄電装置においてスイッチの数と回路を低減する例について説明する。
【００７８】
図１１は、本発明の実施の形態３に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図８と同一構成部分には、同一符号を付している。また、スイッチ数の削減に特徴があり、それ以外の構成要素は図８と同様であるため記載を省略している。
【００７９】
図１１において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置３００は、直列接続された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６（図１１では第３の蓄電素子２０３まで図示）と、インダクタ１２０とフルブリッジ回路１２１を構成する第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４と、第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子に接続された複数のスイッチ２１１〜２２２（図１１ではスイッチ２１４まで図示）と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とスイッチ２１１及びスイッチ２１２〜２２２との間で全波整流回路のように接続された第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２のオンオフ動作によって選択された第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の各端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４及び複数のスイッチ２１１〜２２２にこの順で制御信号ＶＧ１〜ＶＧ４，ＶＧ３１〜ＶＧ３４，ＶＧ１１〜ＶＧ２２を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路３３０とを備えて構成される。
【００８０】
以下、上述のように構成された蓄電装置３００の動作について説明する。
【００８１】
蓄電装置３００は、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４を設けて図１０と同様の電荷の授受を行う。
【００８２】
図１２及び図１３は、インピーダンス測定付き蓄電装置３００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図である。図１２は、第１の蓄電素子２０１の放電により第３の蓄電素子２０３が充電される期間、図１３は、第２の蓄電素子２０２の放電により第４の蓄電素子２０４が充電される期間のスイッチ１１１〜１１４，３１１〜３１４，２１１〜２２２（該当スイッチのみ図示）の動作をそれぞれ示す。図１２及び図１３中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【００８３】
まず、図１２（ａ）において、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１１とスイッチ２１２をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオンすると、第１の蓄電素子２０１からインダクタ１２０へ電流が流れる。
【００８４】
次いで図１２（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０の電流Ｉ＿Ｌはその値を保持しつつ、循環電流がインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２を経由して流れ続ける。図１２（ｂ）では、スイッチ２１１〜２１５や第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４はオフしているように図示したが、直前のオンの状態を維持していても構わない。すなわち、各蓄電素子２０１〜２０６、あるいはそれを複数個まとめた蓄電ブロックの両端を短絡する構成など、蓄電素子２０１〜２０６から電流が流れる構成でなければ、どのような状態でも構わない。
【００８５】
次いで図１２（ｃ）に示すように、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１３とスイッチ２１４をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第３の蓄電素子２０３に流れ込むとともに、その電流値を減らす。励磁に要した時間と同じ時間後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図１２（ｄ）参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくてもよく、各蓄電素子、あるいはそれを複数個まとめた蓄電ブロックの両端を短絡する構成等など、蓄電素子から電流が流れる構成でなければ、どのような状態でも構わない。
【００８６】
以上、第１の蓄電素子２０１から第３の蓄電素子２０３へ電荷を移動させる場合を例に採り説明したが、同様の方法により、任意の蓄電素子から他の蓄電素子に電荷を移動することも同様の方法により可能である。
【００８７】
図１３は、第２の蓄電素子２０２から第４の蓄電素子２０４へ電荷を移動させる場合のスイッチの切り替えの例である。まず、図１３（ａ）において、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１２とスイッチ２１３をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第１のスイッチ１１１と第３のスイッチ１１３をオンすると、第２の蓄電素子２０２からインダクタ１２０へ電流が流れる。
【００８８】
次いで図１３（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１１１をオフし、第２のスイッチ１１２をオンすると、インダクタ１２０の電流Ｉ＿Ｌはその値を保持しつつ、循環電流がインダクタ１２０、第３のスイッチ１１３、第２のスイッチ１１２を経由して流れ続ける。図１３（ｂ）では、スイッチ２１１〜２１５や第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４はオフしているように図示したが、直前のオンの状態を維持していても構わない。
【００８９】
次いで図１３（ｃ）に示すように、直列に接続された各蓄電素子２０１〜２０６の両端に設けられたスイッチ２１１〜２２２のうちスイッチ２１４とスイッチ２１５をオン、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のうち第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３をオン、フルブリッジ回路１２１を構成する第１〜４のスイッチ１１１〜１１４のうち、第２のスイッチ１１２と第４のスイッチ１１４をオンすると、循環電流は第４の蓄電素子２０４に流れ込むとともに、その電流値を減らす。励磁に要した時間と同じ時間後に電流は０になるので、その時点で全てのスイッチをオフする（図１３（ｄ）参照）。この時、電流は０なので蓄電素子側のスイッチをどのような状態にしていても第１のスイッチ１１１と第４のスイッチ１１４さえオフしていれば、インダクタ１２０の電流を０に維持できるのでスイッチの状態は全てオフでなくてもよい。
【００９０】
上述した図１３に示すとおりの順序でスイッチのオンオフを行えば、図１２と同様の効果を発揮する。この場合、スイッチ２１２とスイッチ２１３を用いているため、蓄電素子の両端に備えられたスイッチが隣合う蓄電素子の両端スイッチと兼用されていてもフルブリッジ回路１２１にかかる電圧の向きを同じにできるため、直列数が多い蓄電装置においてスイッチ数の削減が可能となる。また、第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４のスイッチのうち、第１の中間スイッチ３１１と第４の中間スイッチ３１４の組み合わせでオンする場合と、第２の中間スイッチ３１２と第３の中間スイッチ３１３の組み合わせでオンする場合を適宜切り替えることにより、奇数番号と偶数番号の蓄電素子間で電荷の授受を行うことができる。
【００９１】
かかる構成によれば、インダクタ１２０に蓄えられた電荷は、全て蓄電装置３００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置３００内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置３００を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に付与し、蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。
【００９２】
ここで、第２のスイッチ１１２と第３のスイッチ１１３をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌを循環する期間や、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態で全てのスイッチをオフした期間は、電荷の移動に関与していない期間であり、必要に応じて短くしたり省いたりしても構わない。
【００９３】
このように、本実施の形態によれば、第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４とスイッチ２１１及びスイッチ２１２〜２２２との間に第１〜第４の中間スイッチ３１１〜３１４を設けているので、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、各第１〜第６の蓄電素子２０１〜２０６の両端から第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４に接続されるスイッチの数を削減することができる。特に、電動車両などの蓄電装置内の蓄電素子（セル）は数百個となる場合があり、このような場合にスイッチ数の削減は、スイッチ素子や駆動回路の規模、配線数低減につながり、コスト面や省電力化の観点から好ましい。
【００９４】
なお、本実施の形態では、フルブリッジ回路１２１を例に採り説明をしているが、ハーフブリッジ回路やプッシュプル回路などの基本回路を応用しても同様の効果を発揮する。
【００９５】
また、電荷の移動元である第１の蓄電素子２０１と移動先である第２の蓄電素子２０２の電圧が同じと仮定して説明をしているが、この仮定は必須のものではなく、第１の蓄電素子２０１と第２の蓄電素子２０２の電圧が違う場合でも、Ｉ＿Ｌの増加傾きが第１の蓄電素子２０１の電圧に応じて変化し、インダクタの電流Ｉ＿Ｌが増加しても飽和領域に入らない限り循環電流を流すことができる。また、インダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少するときの傾きは、循環電流の値を初期値として第２の蓄電素子２０２の電圧に応じて変化する。このときインダクタ電流Ｉ＿Ｌが０になった時点でスイッチをオフすることにより、励磁時間と減磁時間が異なるが同様の動作となり、同様の効果を発揮することができる。
【００９６】
（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。本実施の形態は、蓄電素子が２素子の蓄電装置に適用した例である。
【００９７】
図１４において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置４００は、直列接続された第１の蓄電素子４０１及び第２の蓄電素子４０２と、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の両端に接続された第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との直列構成からなるスイッチ対４１０と、第１の蓄電素子４０１と第２の蓄電素子４０２との接続点と第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との接続点との間に接続されたインダクタ４２０と、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２に制御信号ＶＧ４１，ＶＧ４２を出力して第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２を交互にオンオフする駆動回路４３０とを備えて構成される。
【００９８】
第１及び第２のスイッチ４１１，４１２は、直列接続されたスイッチであり、並列に直列接続された第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２と、インダクタ４２０をはさんでハーフブリッジ回路４２１を構成している。
【００９９】
以下、上述のように構成された蓄電装置４００の動作について説明する。
【０１００】
図１５は、インピーダンス測定付き蓄電装置４００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２の動作を示す。図１５中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。図１６は、図１５の蓄電装置４００の各部動作波形図である。
【０１０１】
図１５（ａ）に示すように、まず、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する期間（図１６ａ．期間参照）と、図１５（ｂ）に示すように、第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になる期間（図１６ｂ．期間参照）とを交互に設けることにより、第１の蓄電素子４０１の電荷を第２の蓄電素子４０２へ移動させる。
【０１０２】
同様に、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する期間と、第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になる期間を交互に設けることにより、第２の蓄電素子４０２の電荷を第１の蓄電素子４０１へ移動させる。
【０１０３】
インダクタ４２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、第１の蓄電素子４０１に対して正弦波状に電流又は電圧を変化させることが可能となる。同様に、第２の蓄電素子４０２に対しても正弦波状の電流又は電圧変化をさせることが可能となる。この際、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の端子電圧と流れ出る電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子のインピーダンスが測定できる。正弦波状に電流又は電圧を変化させることについては、図２及び図３で述べた実施の形態１と同様である。
【０１０４】
ここで、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度を向上できる。かかる構成を採れば、インダクタ４２０に蓄えられた電荷は全て蓄電装置４００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置を機器から取り外したり、蓄電素子の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その結果蓄電素子のインピーダンス測定が可能となる。
【０１０５】
（実施の形態５）
実施の形態４は、蓄電素装置内の蓄電素子を２個としたが、各蓄電素子に設けたスイッチを切り替えるなどの方法を採れば、３個以上の蓄電素子の直列構成が可能になる。
【０１０６】
図１７は、本発明の実施の形態５に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１４と同一構成部分には、同一符号を付している。
【０１０７】
図１７において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置５００は、直列接続された第１〜第４の蓄電素子４０１〜４０４と、第１〜第４の蓄電素子４０１〜４０４の両端に接続された第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との直列構成からなるスイッチ対４１０と、各蓄電素子４０１〜４０４の両端に並列接続された第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２と、隣合う蓄電素子４０１〜４０４との接続点と第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２との接続点との間に接続されたインダクタ４２０と、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２、及び第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２に制御信号ＶＧ４１，ＶＧ４２，ＶＧ５１〜ＶＧ６２を出力して第１のスイッチ４１１と第２のスイッチ４１２を交互にオンオフする駆動回路５３０とを備えて構成される。
【０１０８】
第１及び第２のスイッチ４１１，４１２は、直列接続されたスイッチであり、並列に直列接続された第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２と、インダクタ４２０をはさんでハーフブリッジ回路４２１を構成している。
【０１０９】
なお、図１７では、４個の蓄電素子４０１〜４０４とこれら蓄電素子４０１〜４０４の両端に並列接続される１２個の中間スイッチ５１１〜５２２の構成例を示したが、これらは図示の便宜上であり、任意の数により構成されることは言うまでもない。
【０１１０】
以下、上述のように構成された蓄電装置５００の動作について説明する。
【０１１１】
図１８は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置５００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、第１及び第２のスイッチ４１１，４１２、及び第１〜第１２の中間スイッチ５１１〜５２２の動作を示す。また、動作をより分かり易くするため、図１７の構成例のうち、第１〜第３の蓄電素子４０１〜４０３と第１〜第６の中間スイッチ５１１〜５１６、及び第１及び第２のスイッチ４１１，４１２からなる要部構成を示している。図１８中の太実線は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示す。
【０１１２】
図１８（ａ）に示すように、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１の中間スイッチ５１１、第３の中間スイッチ５１３及び第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加する期間と、図１８（ｂ）に示すように、第３の中間スイッチ５１３、第５の中間スイッチ５１５及び第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になる期間とを交互に設けることにより、第１の蓄電素子４０１の電荷を第２の蓄電素子４０２へ移動させる。
【０１１３】
同様に、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第３の中間スイッチ５１３、第５の中間スイッチ５１５及び第２のスイッチ４１２をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少する期間と、第１の中間スイッチ５１１、第３の中間スイッチ５１３及び第１のスイッチ４１１をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加してＩ＿Ｌ＝０になる期間を交互に設けることにより、第２の蓄電素子４０２の電荷を第１の蓄電素子４０１へ移動させる。
【０１１４】
図１８（ａ），（ｂ）は、第１の蓄電素子４０１から第２の蓄電素子４０２へ、また第２の蓄電素子４０２から第１の蓄電素子４０１への電荷の移動例であるが、同様にして、図１８（ｃ），（ｄ）に示す第２の蓄電素子４０２と第３の蓄電素子４０３間の電荷の移動、図１８（ｅ），（ｆ）に示す第２の蓄電素子４０２と第１の蓄電素子４０１間の電荷の移動、図１８（ｇ），（ｈ）に示す第３の蓄電素子４０３と第２の蓄電素子４０２間の電荷の移動がそれぞれ可能である。
【０１１５】
この場合もインダクタ４２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、各蓄電素子４０１〜４０４に対して正弦波状に電流又は電圧を変化させることが可能となり、各蓄電素子４０１〜４０４の端子電圧と流れ出る電流を検出し、演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子のインピーダンスが測定できる。
【０１１６】
このように、３個直列の場合は、図１８に示すようにスイッチを操作することにより、第１の蓄電素子４０１と第２の蓄電素子４０２の間での電荷移動、第２の蓄電素子４０２と第３の蓄電素子４０３の間での電荷移動、また第１の蓄電素子４０１と第３の蓄電素子４０３の間や、第１の蓄電素子４０１と第２及び第３の蓄電素子４０２，４０３の直列ブロックとの間、第１及び第２の蓄電素子４０１，４０２の直列構成と第３の蓄電素子４０３との間などで適宜電荷を移動でき、インピーダンス測定に応用できるという効果を奏する。
【０１１７】
なお、上記各実施形態のインピーダンス測定機能付き蓄電装置を、電気自動車などでよく使われる蓄電装置に応用する際は、蓄電装置内部に予め設けられた各蓄電素子、あるいは蓄電素子を複数まとめた各蓄電ブロック電圧を測定するための配線およびスイッチを、インピーダンス測定用のスイッチとして兼用することも可能である。このように構成すれば、スイッチコストを削減することができる。
【０１１８】
（実施の形態６）
上記各実施の形態は、蓄電素装置内の複数の蓄電素子のインピーダンス測定であった。しかし、本インピーダンス測定方法によれば、蓄電装置内の１つの蓄電素子が有する電荷を有効に利用することができる。以下この例を実施の形態６により説明する。
【０１１９】
図１９は、本発明の実施の形態６に係るインピーダンス測定機能付き蓄電装置の構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
【０１２０】
図１９において、インピーダンス測定機能付き蓄電装置６００は、蓄電素子６０１と、蓄電素子６０１の両端の端子に接続された第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４と、第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４のオンオフ動作によって選択された蓄電素子６０１の端子間電圧が印加されるインダクタ１２０と、第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４に制御信号ＶＧ７１〜ＶＧ７４を出力してオンオフを適切なタイミングで切替える駆動回路６３０とを備えて構成される。
【０１２１】
インダクタ１２０と第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４とは、フルブリッジ回路６２１を構成する。
【０１２２】
インダクタ１２０の一端は、第１のスイッチ６１１を介して蓄電素子６０１の正極に接続されるとともに、第２のスイッチ６１２を介して蓄電素子６０１の負極に接続され、インダクタ１２０の他端は、第４のスイッチ６１４を介して蓄電素子６０１の正極に接続されるとともに、第３のスイッチ６１３を介して蓄電素子６０１の負極に接続される。第１〜第４のスイッチ１１１〜１１４のスイッチングにより蓄電素子６０１に流れる電流Ｉｂａｔｔは、電流計１４１により検出され、電圧Ｖｂａｔｔは、電圧計１５１により検出される。
【０１２３】
駆動回路６３０は、蓄電素子６０１のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を充放電するように第１〜第４のスイッチ６１１〜６１４のオンオフを切替える。
【０１２４】
以下、上述のように構成された蓄電装置６００の動作について説明する。
【０１２５】
図２０は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置６００の各スイッチがオンオフする状態遷移を示す図であり、蓄電素子６０１が充放電される期間のスイッチ６１１〜６１４の動作を示す。図２０中の矢印は、該当するスイッチがオンして電流が流れる経路を示している。
【０１２６】
また図２１は、図２０の蓄電装置６００の各部動作波形図である。
【０１２７】
図２０（ａ）〜（ｃ）において、まず、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第１のスイッチ６１１と第３のスイッチ６１３を同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが増加した後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つように第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３を同時にオンする期間を設け、第２のスイッチ６１２と第４のスイッチ６１４を同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少してＩ＿Ｌ＝０になった後、全てのスイッチ６１１〜６１４をオフすることにより、蓄電素子６０１の電荷を回生させることが可能になる（図２１参照）。
【０１２８】
また、図２０（ｄ）〜（ｈ）において、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態から第２のスイッチ６１２と第４のスイッチ６１４が同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌが減少した後、インダクタ電流Ｉ＿Ｌを保つように第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３を同時にオンする期間を設け、第１のスイッチ６１１と第３のスイッチ６１３が同時にオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝が増加してＩ＿Ｌ＝０になった後、全てのスイッチ６１１〜６１４をオフすることにより、蓄電素子６０１の電荷を回生させることが可能になる（図２１参照）。
【０１２９】
インダクタ１２０に電圧を印加する時間を制御することにより、単位時間当たりの移動電荷量を制御でき、スイッチング周波数に対して十分長い時間の変化であれば、蓄電素子６０１に対して正弦波状に電流乃至電圧を変化させることが可能となる。この際、蓄電素子６０１の端子電圧を電圧計１５１で、また流れ出る電流を電流計１４１により検出し、図示しないインピーダンス測定器により演算することで、正弦波状に変化させた周波数での蓄電素子６０１のインピーダンスを測定することができる。
【０１３０】
なお、蓄電素子の電圧を測定する際、スイッチング周波数領域を遮断し、正弦波周波数領域を通過させるフィルタなどノイズ除去の仕組みを適宜組み合わせ用いることにより、検出精度をより向上させることができる。
【０１３１】
本実施の形態によれば、インダクタ１２０に蓄えられた電荷は全て蓄電装置６００内の別の蓄電素子へ蓄えられることになり、外部電源を用いることなく蓄電装置６００内部で測定に必要な電荷をまかなうことができるため、蓄電装置６００を機器から取り外したり、蓄電素子６０１の端子を外に出したりする必要が無く、インピーダンス測定に必要な交流電流を被測定蓄電素子に流すことができ、その結果蓄電素子のインピーダンス測定が可能になる。
【０１３２】
また、第２のスイッチ６１２と第３のスイッチ６１３をオンしてインダクタ電流Ｉ＿Ｌを循環する期間や、インダクタ電流Ｉ＿Ｌ＝０の状態で全てのスイッチをオフした期間は、電荷の移動に関与していない期間であり、必要に応じて短くしたり省いたりしても構わない。
【０１３３】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
【０１３４】
例えば、上記各実施の形態における蓄電装置内の蓄電素子の数や接続状態は、限定されない。スイッチは、例えばＭＯＳトランジスタを使用するのが一般的であるが、スイッチング動作を行う素子であればどのようなスイッチであってもよい。
【０１３５】
また、上記各実施の形態では蓄電装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、二次電池、蓄電池、インピーダンス測定装置等であってもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明に係る蓄電装置は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置として、携帯機器、電動車両に有用である。またバックアップ電源等の用途にも応用できる。また、携帯機器、電動車両以外の電子機器における蓄電装置にも広く適用され得るものである。
【符号の説明】
【０１３７】
１００，２００，３００，４００，５００，６００ インピーダンス測定機能付き蓄電装置
１０１，１０２，２０１〜２０６，４０１〜４０４，６０１ 蓄電素子
１１１〜１１４，４１１，４１２，６１１〜６１４ スイッチ
１２０，４２０ インダクタ
１２１ フルブリッジ回路
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ 駆動回路
１４１，１４２ 電流計
１５１，１５２ 電圧計
２１１〜２２２，５１１〜５２２ 中間スイッチ
４１０ スイッチ対
４２１ ハーフブリッジ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、
前記第１及び第２の蓄電素子の各端子に接続された複数のスイッチと、
前記複数のスイッチのオンオフ動作によって選択された前記１又は第２の蓄電素子の各端子間電圧が印加されるインダクタと、
前記複数のスイッチを所定タイミングで切替える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、
前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、
前記複数のスイッチをオンオフすることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、
前記第１及び第２の蓄電素子の両端に接続された第１のスイッチと第２のスイッチとの直列構成からなるスイッチ対と、
前記第１の蓄電素子と前記第２の蓄電素子との接続点と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの接続点との間に接続されたインダクタと、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを交互にオンオフする制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、
前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、
前記スイッチ対をオンオフすることを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
前記交流電流あるいは電圧は、擬似正弦波形を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記インダクタと前記複数のスイッチとは、フルブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、スイッチ周期を重ねるごとに蓄電素子を徐々に充電した後に放電する動作を繰り返し、
前記第１及び第２の蓄電素子に流れる電流と該蓄電素子の両端電圧を計測し、前記充放電周期における前記第１及び第２の蓄電素子のインピーダンスを測定する測定回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項６】
蓄電装置からの電源供給により動作する携帯機器であって、
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電装置を備えることを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
蓄電装置からの電源供給を受けて駆動する電動車両であって、
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電装置を備えることを特徴とする電動車両。
【請求項１】
直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、
前記第１及び第２の蓄電素子の各端子に接続された複数のスイッチと、
前記複数のスイッチのオンオフ動作によって選択された前記１又は第２の蓄電素子の各端子間電圧が印加されるインダクタと、
前記複数のスイッチを所定タイミングで切替える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、
前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、
前記複数のスイッチをオンオフすることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
直列接続された第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子と、
前記第１及び第２の蓄電素子の両端に接続された第１のスイッチと第２のスイッチとの直列構成からなるスイッチ対と、
前記第１の蓄電素子と前記第２の蓄電素子との接続点と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの接続点との間に接続されたインダクタと、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを交互にオンオフする制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第２の蓄電素子からの充放電により供給し、
前記第２の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、前記第１の蓄電素子からの充放電により供給するように、
前記スイッチ対をオンオフすることを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
前記交流電流あるいは電圧は、擬似正弦波形を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記インダクタと前記複数のスイッチとは、フルブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、スイッチ周期を重ねるごとに蓄電素子を徐々に充電した後に放電する動作を繰り返し、
前記第１及び第２の蓄電素子に流れる電流と該蓄電素子の両端電圧を計測し、前記充放電周期における前記第１及び第２の蓄電素子のインピーダンスを測定する測定回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項６】
蓄電装置からの電源供給により動作する携帯機器であって、
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電装置を備えることを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
蓄電装置からの電源供給を受けて駆動する電動車両であって、
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電装置を備えることを特徴とする電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−１８５１６７（Ｐ２０１２−１８５１６７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８６４７０（Ｐ２０１２−８６４７０）
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【分割の表示】特願２００６−１２２６８２（Ｐ２００６−１２２６８２）の分割
【原出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【分割の表示】特願２００６−１２２６８２（Ｐ２００６−１２２６８２）の分割
【原出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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