JP2008178220A - 二次電池装置と充電方法及び二次電池装置に含まれる蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造の充電装置を必要とせず、またいわゆる突入電流がなく電流が徐々に変化する二次電池装置と充電方法及び二次電池装置に含まれる蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正方法を提供する。
【解決手段】外部機器へ接続する経路１２の途中を一旦分岐しその後合流する第１分岐路１２１及び第２分岐路１２２と、第１分岐路に配置された第１蓄電モジュール１３１と、第１分岐路であって、第１蓄電モジュールの負極側に配置される第１スイッチ１４１と、第２分岐路に第１蓄電モジュールと並列に配置された第２蓄電モジュール１３２と、第２分岐路であって、第２蓄電モジュールの正極側に配置される第２スイッチ１４２と、第１蓄電モジュール〜第１スイッチ間と、第２蓄電モジュール〜第２スイッチ間と、を結ぶバイパス路１２３と、バイパス路に配置される第３スイッチ１４３と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、二次電池装置と充電方法及び二次電池装置に含まれる蓄電モジュール間の電圧バラツキを補正する方法に関する。

電気自動車には、車両駆動用のモータに電気的に接続される複数の蓄電モジュールを有する二次電池装置が組み込まれている(特許文献１参照)。特許文献１に開示された二次電池装置は、複数の蓄電モジュールを直列接続又は並列接続に切り換え可能に構成され、直並列を切り換えることによって出力電圧を変化させている。具体的には、要求される印加電圧が小さい場合には、複数の蓄電モジュールをすべて並列接続して出力電圧を小さくし、要求される印加電圧が大きい場合には、複数の蓄電モジュールをすべて直列接続して出力電圧を大きくしている。
特開平５−２３６６０８号公報

しかし、前述した従来の二次電池装置を外部電源によって充電するには、複数の切り換えスイッチを有する複雑な構造の充電装置が必要になる。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、複雑な構造の充電装置を必要とせず、またいわゆる突入電流がなく電流が徐々に変化する二次電池装置と充電方法及び二次電池装置に含まれる蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、外部機器へ接続する経路(１２)の途中を一旦分岐しその後合流する第１分岐路(１２１)及び第２分岐路(１２２)と、前記第１分岐路(１２１)に配置され、直列接続された蓄電器(１３１ａ)及びリアクタンス(１３１ｂ)を備える第１蓄電モジュール(１３１)と、前記第１分岐路(１２１)であって、前記第１蓄電モジュール(１３１)の負極側に配置される第１スイッチ(１４１)と、前記第２分岐路(１２２)に前記第１蓄電モジュール(１３１)と並列に配置され、直列接続された蓄電器(１３２ａ)及びリアクタンス(１３２ｂ)を備える第２蓄電モジュール(１３２)と、前記第２分岐路(１２２)であって、前記第２蓄電モジュール(１３２)の正極側に配置される第２スイッチ(１４２)と、前記第１分岐路(１２１)の第１蓄電モジュール(１３１)〜第１スイッチ(１４１)間と、前記第２分岐路(１２２)の第２蓄電モジュール(１３２)〜第２スイッチ(１４２)間と、を結ぶバイパス路(１２３)と、前記バイパス路(１２３)に配置される第３スイッチ(１４３)と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、二次電池装置の内部のスイッチをオン／オフ制御することで、蓄電モジュールに流れる電流をコントロールして蓄電モジュールを充電することができ、複雑な構造の充電装置を必要としない。また蓄電モジュールには、蓄電器及びリアクタンスが直列接続されているので、電流が徐々に変化し突入電流を防止できるのである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（二次電池装置の構成）
図１は、本発明による二次電池装置の構成を示す模式図である。

二次電池装置１０は、外部装置に接続するための端子１１ａ，１１ｂを備え、端子間には経路１２が形成されている。また二次電池装置１０は、第１蓄電モジュール１３１と、第２蓄電モジュール１３２と、第１スイッチ１４１と、第２スイッチ１４２と、第３スイッチ１４３と、コントローラ１５と、を含む。

経路１２は途中で第１分岐路１２１と第２分岐路１２２とに分岐する。また第１分岐路１２１の第１蓄電モジュール１３１〜第１スイッチ１４１間と、第２分岐路１２２の第２蓄電モジュール１３２〜第２スイッチ１４２間と、を結ぶバイパス路１２３を含む。

第１蓄電モジュール１３１は、第１分岐路１２１に配置される。第１蓄電モジュール１３１は、蓄電器１３１ａと、リアクタンス１３１ｂと、を備える。蓄電器１３１ａとリアクタンス１３１ｂとは、直列接続されている。図１では、蓄電器１３１ａは上が正極、下が負極である。蓄電器１３１ａは、たとえば蓄電池やキャパシタなどである。リアクタンス１３１ｂは、たとえばコイルやコンデンサなどである。

第２蓄電モジュール１３２は、第２分岐路１２２に配置される。第２蓄電モジュール１３２は、第１蓄電モジュール１３１と並列接続される。第２蓄電モジュール１３２も、蓄電器１３２ａとリアクタンス１３２ｂとを直列接続する。図１では、蓄電器１３２ａは上が正極、下が負極である。

第１スイッチ１４１は、ダイオードと、トランジスタと、を備える半導体スイッチである。ダイオードは、第２蓄電モジュール１３２の負極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流を許容するが第１蓄電モジュール１３１の負極側から第２蓄電モジュール１３２の負極側への電流を遮断する。トランジスタは電流増幅素子である。図１ではＮＰＮ型のトランジスタを例示する。ベース電流が流れると、第１蓄電モジュール１３１の負極側から第２蓄電モジュール１３２の負極側へコレクタ電流を流す。なお以下ではベース電流が流れた状態をスイッチがオンの状態という。

第２スイッチ１４２のダイオードは、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の正極側への電流を許容するが第１蓄電モジュール１３１の正極側から第２蓄電モジュール１３２の正極側への電流を遮断する。また第２スイッチ１４２のトランジスタは、ベース電流が流れると、第１蓄電モジュール１３１の正極側から第２蓄電モジュール１３２の正極側へコレクタ電流が流れる。

第３スイッチ１４３は、バイパス路１２３に配置される。第３スイッチ１４３のダイオードは、第１蓄電モジュール１３１の負極側から第２蓄電モジュール１３２の正極側への電流を許容するが第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流を遮断する。また第３スイッチ１４３のトランジスタは、ベース電流が流れると、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側へコレクタ電流が流れる。

コントローラ１５は、第１スイッチ１４１、第２スイッチ１４２、第３スイッチ１４３に流すベース電流を制御して、第１スイッチ１４１、第２スイッチ１４２、第３スイッチ１４３のオン／オフをコントロールする。コントローラ１５は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１５を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

（二次電池装置を車載した状態での充電）
図２は、二次電池装置を車両に搭載して充電する状態を示す図である。

二次電池装置１０は、車載時はコンタクタ３３及びインバータ３１を介してモータジェネレータ３２に接続される。二次電池装置１０は、モータジェネレータ３２に電力を供給して力行運転するとともに、モータジェネレータ３２が発電した電力を充電する。インバータ３１は入力端に平滑コンデンサ３１ａを含む。コンタクタ３３は電力供給ラインを断続する装置である。たとえば機械的なリレーなどを用いればよい。

また二次電池装置１０は、商用電源などの外部電源２２に整流器２１を介して接続され、外部電源２２によっても充電される。なお後述するように充電時に外部電源から端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧が、充電する蓄電モジュールよりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧に設定されている場合の充電方法（第1充電方法）と、端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧が、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも高い電圧に設定されている場合の充電方法（第２充電方法）をそれぞれ説明する。

（外部電源による二次電池装置の第１充電方法）
図３は、外部電源から端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧が、充電する蓄電モジュールよりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧に設定されている場合であって、外部電源を使用して蓄電モジュールを充電するときの制御を示すフローチャートである。なおコントローラ１５はこの処理を微少時間(例えば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行する。

外部電源を使用して第１蓄電モジュール１３１を充電するときは、コントローラ１５は図３(Ａ)のように処理する。なおこのとき端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧は、第１蓄電モジュール１３１の電圧よりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧である。

ステップＳ１１１においてコントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の充電が必要か否かを判定する。充電が必要か否かは、たとえば充電時目標電流に未達か否かで判定し、未達であれば充電必要、達していれば充電不要と判定する。充電が必要であればステップＳ１１２に処理を移行し、充電が不要であればステップＳ１１３に処理を移行する。

ステップＳ１１２においてコントローラ１５は、第１スイッチ１４１をオンする(スイッチオン工程)。

ステップＳ１１３においてコントローラ１５は、第１スイッチ１４１をオフする(スイッチオフ工程)。

外部電源を使用して第２蓄電モジュール１３２を充電するときは、コントローラ１５は図３(Ｂ)のように処理する。なおこのとき端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧は、第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧である。

ステップＳ１２１においてコントローラ１５は、第２蓄電モジュール１３２の充電が必要か否かを判定する。必要であればステップＳ１２２に処理を移行し、不要であればステップＳ１２３に処理を移行する。

ステップＳ１２２においてコントローラ１５は、第２スイッチ１４２をオンする(スイッチオン工程)。

ステップＳ１２３においてコントローラ１５は、第２スイッチ１４２をオフする(スイッチオフ工程)。

図４は、図３のフローチャートを実行したときの充電電流及びスイッチ状態を示すタイムチャートである。なお図３のフローチャートと対応させてステップ番号を括弧内に付する。

コントローラ１５は、時刻ｔ０において第１蓄電モジュール１３１の充電が必要であるか否かを判定する(Ｓ１１１)。図４(Ａ)では充電電流が充電時目標電流に未達なので、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の充電が必要であると判定し、図４(Ｂ)に示すように第１スイッチ１４１をオンする(Ｓ１１２；スイッチオン工程)。すると図４(Ａ)に示すように、蓄電器１３１ａに流れる充電電流が徐々に大きくなる。このように充電電流が徐々に大きくなるのは、蓄電器１３１ａにリアクタンス１３２ｂが直列状態で接続されているからである。

時刻ｔ１で充電電流が充電時目標電流に達したら(図４(Ａ))、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の充電が不要であると判定し(Ｓ１１１でＮｏ)、図４(Ｂ)に示すように第１スイッチ１４１をオフする(Ｓ１１３；スイッチオフ工程)。このときも充電電流は徐々に小さくなる。

続いて時刻ｔ２で再び充電電流が充電時目標電流を下回ったら(図４(Ａ))、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の充電が必要であると判定し(Ｓ１１１でＹｅｓ)、図４(Ｂ)に示すように第１スイッチ１４１をオンする(Ｓ１１２；スイッチオン工程)。

コントローラ１５は以上の処理を繰り返す。

なお充電時目標電圧は、一定値を設定しても、また、たとえば蓄電モジュールが冷却状態にあるときは、迅速に充電できるように大きな値を設定し、蓄電モジュールが発熱状態にあるときは、蓄電器にかかる負荷を軽減できるように小さな値を設定する、など蓄電器の状態を考慮して設定してもよい。

図５は、第１蓄電モジュールの充電処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。

外部電源を使用して第１蓄電モジュール１３１を充電するときは、端子１１ａ及び端子１１ｂに外部電源２２を整流器２１を介して接続する。そして端子１１ａ及び端子１１ｂには、第１蓄電モジュール１３１の電圧よりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧ＶＥ１が印加される。そして第１スイッチ１４１をオンする(Ｓ１１２；スイッチオン工程)。

このとき印加電圧ＶＥ１が、第１蓄電モジュール１３１(蓄電器１３１ａ)の電圧よりも高いので、二次電池装置１０の内部を電流は、図５(Ａ)に示すように、端子１１ａ→第１蓄電モジュール１３１(リアクタンス１３１ｂ→蓄電器１３１ａ)→第１スイッチ１４１→端子１１ｂ→整流器２１の順番に流れて、第１蓄電モジュール１３１を充電する。なお第１蓄電モジュール１３１は、蓄電器１３１ａに直列接続されたリアクタンス１３１ｂを有するので、第１蓄電モジュール１３１(蓄電器１３１ａ)を通過する電流(充電電流)は、第１スイッチ１４１のオン後、徐々に増大する。

そして充電時目標電流に達したら第１スイッチ１４１をオフする(Ｓ１１３；スイッチオフ工程)。すると第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が第３スイッチ１４３を介して直列状態になる。

このとき印加電圧ＶＥ１は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低いので、外部からの電流が遮断されて二次電池装置１０へ電力が供給されなくなる。第１蓄電モジュール１３１にはリアクタンス１３１ｂが含まれているので、図５(Ｂ)に示すように、電流は、第１蓄電モジュール１３１(リアクタンス１３１ｂ→蓄電器１３１ａ)→第３スイッチ１４３→第２スイッチ１４２→・・・と流れて徐々に小さくなる。

図６は、第２蓄電モジュールの充電処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。

外部電源を使用して第２蓄電モジュール１３２を充電するときは、端子１１ａ及び端子１１ｂに外部電源２２を整流器２１を介して接続する。そして端子１１ａ及び端子１１ｂには、第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧ＶＥ２が印加される。そして第２スイッチ１４２をオンする(Ｓ１１２；スイッチオン工程)。

このとき印加電圧ＶＥ２が、第２蓄電モジュール１３２(蓄電器１３２ａ)の電圧よりも高いので、二次電池装置１０の内部を電流は、図６(Ａ)に示すように、端子１１ａ→第２スイッチ１４２→第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)→端子１１ｂ→整流器２１の順番に流れて、第２蓄電モジュール１３２を充電する。なお第２蓄電モジュール１３２も、第１蓄電モジュール１３１と同様に、蓄電器１３２ａと直列接続されたリアクタンス１３２ｂを有するので、第２蓄電モジュール１３２(蓄電器１３２ａ)を通過する電流(充電電流)は、第２スイッチ１４２のオン後、徐々に増大する。

そして充電時目標電流に達したら第２スイッチ１４２をオフする(Ｓ１１３；スイッチオフ工程)。すると第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が第３スイッチ１４３を介して直列状態になる。

このとき印加電圧ＶＥ２は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低いので、外部からの電流が遮断されて二次電池装置１０へ電力が供給されなくなる。第２蓄電モジュール１３２にはリアクタンス１３２ｂが含まれているので、図６(Ｂ)に示すように、電流は、第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)→第１スイッチ１４１→第３スイッチ１４３→・・・と流れて徐々に小さくなる。

以上説明したように、本発明によれば、二次電池装置１０に内蔵された第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオン／オフ制御することで、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に流れる電流をコントロールして第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電することができるのである。また蓄電器１３１ａ，１３２ａにリアクタンス１３１ｂ，１３２ｂが直列状態で接続されているので、電流は急激に変化することなく徐々に変化し、突入電流を防止できる。

このような充電方法にのみ着目すれば、第３スイッチ１４３は、トランジスタを使用することなく、単にダイオードのみの構成としてもよい。

なお、上記説明においては、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を個々に充電する充電方法を述べたが、外部電源から端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧が、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の双方よりも高く、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも低い電圧に設定されている場合、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２を同時にオン／オフ制御することで、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に流れる電流をコントロールして第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を同時に充電することも可能である。原理が同様であるが故に図示しないが、このように充電する場合の電流の流れは、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２を同時にオンすると、外部電源に対し第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は並列に接続され、外部電源から第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に電流が流れ充電される。そして、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２を同時にオフすると、外部電源に対し第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は直列に接続され、外部電源からの電流が遮断されて充電されなくなる。

さらに、上記実施形態はバッテリの放電時にも適用可能であり、リアクトル１３１ｂ、１３２ｂに流れる放電電流に応じて、第３スイッチ１４３をオン／オフ制御することにより、インバータ４の入力端電圧を任意の電圧に制御することができる。

従来、複数の蓄電モジュールの直並列切換回路においては、直並列切換時に、接続する蓄電モジュールとインバータとの電位差に起因する異常電流（突入電流）を抑制するために、複数の蓄電モジュールとインバータとの間にヒューズやリアクタンスを設ける必要があった。

また、外部電源によって充電するには、電圧調整をするべく、複数のスイッチ及びリアクタンスなどからなる充電装置が別途必要であった。

本発明は、上記の通り、蓄電器１３１a、１３２aのそれぞれに異常電流抑制及び電圧調整可能なリアクタンス１３１ｂ、１３２ｂを直列接続させ第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２としたことにより、二次電池装置１０に内蔵された第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオン／オフ制御することで、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に流れる電流をコントロールして第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電することができるのである。これにより、充電装置を構成するスイッチ等が不要となる。また蓄電器１３１ａ，１３２ａにリアクタンス１３１ｂ，１３２ｂが直列状態で接続されているので、電流は急激に変化することなく徐々に変化し、突入電流を防止できる。

（外部電源による二次電池装置の第２充電方法）
図７は、外部電源から端子１１ａ，１１ｂへ印加される電圧が、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも高い電圧に設定されている場合であって、外部電源を使用して第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電する制御を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。

本実施形態では、二次電池装置１０は、充電スイッチ２０１、整流器２１を介して外部電源２２に接続して、外部電源２２を使用して充電する。

外部電源２２を使用して第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電するときは、端子１１ａ及び端子１１ｂに外部電源２２を、充電スイッチ２０１及び整流器２１を介して接続する。そして端子１１ａ及び端子１１ｂには、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を直列接続した電圧よりも高い電圧ＶＥ３が印加される。そして充電スイッチ２０１をオンする(電圧印加工程)。

このとき印加電圧ＶＥ３が、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の直列電圧(蓄電器１３１ａ及び蓄電器１３２ａの直列電圧)よりも高いので、二次電池装置１０の内部を電流は、図７(Ａ)に示すように、端子１１ａ→第１蓄電モジュール１３１(リアクタンス１３１ｂ→蓄電器１３１ａ)→第３スイッチ１４３→第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)→端子１１ｂ→整流器２１の順番に流れて、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電する。なお第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は、蓄電器と直列接続されたリアクタンスを有するので、蓄電モジュール(蓄電器)を通過する電流(充電電流)は、充電スイッチ２０１のオン後、徐々に増大する。

そして充電時目標電流に達したら、充電スイッチ２０１をオフして外部電源２２から電圧印加を停止する(印加停止工程)。すると電流は、図７(Ｂ)に示すように、第１蓄電モジュール１３１(リアクタンス１３１ｂ→蓄電器１３１ａ)→第３スイッチ１４３→第２スイッチ１４２→・・・と流れて徐々に小さくなるとともに、第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)→第１スイッチ１４１→第３スイッチ１４３→・・・と流れて徐々に小さくなる。

以上説明したように、二次電池装置１０に電圧を印加する／しないを制御する１つのスイッチ２０１をオン／オフ制御することで、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に流れる電流をコントロールして第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を同時に充電することができるのである。また蓄電器１３１ａ，１３２ａにリアクタンス１３１ｂ，１３２ｂが直列状態で接続されているので、電流は急激に変化することなく徐々に変化し、突入電流を防止できる。

なおこのような充電方法にのみ着目すれば、第１スイッチ１４１、第２スイッチ１４２及び第３スイッチ１４３は、トランジスタを使用することなく、単にダイオードのみの構成としてもよい。

（二次電池装置の蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正方法）
図８は、本発明による二次電池装置の蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。

第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は、同等の性能を有する蓄電モジュールであっても、製造バラツキなどによって特性が微小に異なることがあり、この特性相違に起因して電圧バラツキが生じることがある。

そこでこのような電圧バラツキを補正する制御について説明する。

第１蓄電モジュール１３１の電圧が第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも高いときは、まずコンタクタ３３をオンして、端子１１ａ，１１ｂにコンデンサ３１ａを接続し、この状態で第２スイッチ１４２をオンする(スイッチオン工程)。すると、電流が、図８(Ａ)に示すように、第１蓄電モジュール１３１(蓄電器１３１ａ→リアクタンス１３１ｂ)→第２スイッチ１４２→第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)→第１スイッチ１４１の順番に流れる。なお第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は、蓄電器と直列接続されたリアクタンスを有するので、蓄電モジュール(蓄電器)を通過する電流(充電電流)は、第２スイッチ１４２のオン後、徐々に増大する。

次に第２スイッチ１４２をオフする(スイッチオフ工程)。すると、図８(Ｂ)に示すように、第１蓄電モジュール１３１(蓄電器１３１ａ→リアクタンス１３１ｂ)を流れた電流は、端子１１ａ→コンタクタ３３→インバータ３１(コンデンサ３１ａ)→端子１１ｂ→第１スイッチ１４１→第１蓄電モジュール１３１の順番に流れる。また第２蓄電モジュール１３２(リアクタンス１３２ｂ→蓄電器１３２ａ)を流れた電流は、第１スイッチ１４１→第３スイッチ１４３→第２蓄電モジュール１３２の順番に流れる。

再び第２スイッチ１４２をオンする(スイッチオン工程)。すると図８(Ａ)のように電流が流れる。このように第２スイッチ１４２のオン／オフを制御することで、電位の高い第１蓄電モジュール１３１から電位の低い第２蓄電モジュール１３２に電荷を移動させることができ、第１蓄電モジュール１３１の電圧が第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも高い状態を補正できるのである。

第２蓄電モジュール１３２の電圧が第１蓄電モジュール１３１の電圧よりも高い状態を補正するには、同様に第１スイッチ１４１のオン／オフを制御すればよい。

このように、二次電池装置１０に内蔵された第１スイッチ１４１又は第２スイッチ１４２をオン／オフ制御するだけで、二次電池装置１０の蓄電モジュール間の電圧バラツキを補正することができる。

なお、上記蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正制御は、インバータ３１及びモータジェネレータ３２による発電制御中も適用可能であり、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の電圧の大小関係に応じて、第１スイッチ１４１又は第２スイッチ１４２をオン／オフ制御することにより、蓄電モジュール間の電圧バラツキを補正することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば、上記では発明のポイントの理解を容易にするために、２個の蓄電モジュールを使用する場合を例示して説明したが、図９に示すような３個の蓄電モジュールを使用する場合も同様に制御すればよい。すなわち２個の蓄電モジュールを使用する場合に第１スイッチ１４１を制御するときには、３個の蓄電モジュールを使用する場合に第１スイッチ１４１ａ，１４１ｂを制御する。２個の蓄電モジュールを使用する場合に第２スイッチ１４２を制御するときには、３個の蓄電モジュールを使用する場合に第２スイッチ１４２ａ，１４２ｂを制御する。２個の蓄電モジュールを使用する場合に第３スイッチ１４３を制御するときには、３個の蓄電モジュールを使用する場合に第３スイッチ１４３ａ，１４３ｂを制御する。このようにすれば、図９に示すような３個の蓄電モジュールを使用する場合であっても同様に制御できる。またその考え方を拡張し、４個以上の蓄電モジュールを使用する場合であっても同様に制御できる。なお請求項との関係では、３個の蓄電モジュールのうち２個の蓄電モジュールに着目して、たとえば蓄電モジュール１３１が第１蓄電モジュールに相当し、蓄電モジュール１３２が第２蓄電モジュールに相当し、スイッチ１４１ａが第１スイッチに相当し、スイッチ１４２ａが第２スイッチに相当し、スイッチ１４３ａが第３スイッチに相当する。

本発明による二次電池装置の構成を示す模式図である。 二次電池装置を車両に搭載して充電する状態を示す図である。 外部電源を使用して一方の蓄電モジュールを充電するときの制御を示すフローチャートである。 図３のフローチャートを実行したときの充電電流及びスイッチ状態を示すタイムチャートである。 第１蓄電モジュールの充電処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。 第２蓄電モジュールの充電処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。 外部電源を使用して第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の両方を充電する制御を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。 本発明による二次電池装置の蓄電モジュール間の電圧バラツキ補正処理を実行したときの電流の流れを模式的に示した図である。 ３個の蓄電モジュールを使用する二次電池装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ 二次電池装置
１１ａ，１１ｂ 端子
１２ 経路
１２１ 第１分岐路
１２２ 第２分岐路
１２３ バイパス路
１３１ 第１蓄電モジュール
１３２ 第２蓄電モジュール
１４１ 第１スイッチ
１４２ 第２スイッチ
１４３ 第３スイッチ
１５ コントローラ
２１ 整流器
２２ 外部電源
３１ インバータ
３２ モータジェネレータ
３３ コンタクタ
ステップＳ１１２ スイッチオン工程
ステップＳ１１３ スイッチオフ工程
ステップＳ１２２ スイッチオン工程
ステップＳ１２３ スイッチオフ工程

Claims (7)

1. 外部機器へ接続する経路の途中を一旦分岐しその後合流する第１分岐路及び第２分岐路と、
   前記第１分岐路に配置され、直列接続された蓄電器及びリアクタンスを備える第１蓄電モジュールと、
   前記第１分岐路であって、前記第１蓄電モジュールの負極側に配置される第１スイッチと、
   前記第２分岐路に前記第１蓄電モジュールと並列に配置され、直列接続された蓄電器及びリアクタンスを備える第２蓄電モジュールと、
   前記第２分岐路であって、前記第２蓄電モジュールの正極側に配置される第２スイッチと、
   前記第１分岐路の第１蓄電モジュール〜第１スイッチ間と、前記第２分岐路の第２蓄電モジュール〜第２スイッチ間と、を結ぶバイパス路と、
   前記バイパス路に配置される第３スイッチと、
   を有する二次電池装置。
2. 請求項１に記載の二次電池装置において、
   前記第１スイッチは、前記第２蓄電モジュールの負極側から前記第１蓄電モジュールの負極側への電流を許容するが第１蓄電モジュールの負極側から第２蓄電モジュールの負極側への電流を遮断するダイオードと、第１蓄電モジュールの負極側から第２蓄電モジュールの負極側への電流を断続する断続部と、を備え、
   前記第２スイッチは、前記第２蓄電モジュールの正極側から前記第１蓄電モジュールの正極側への電流を許容するが第１蓄電モジュールの正極側から第２蓄電モジュールの正極側への電流を遮断するダイオードと、第１蓄電モジュールの正極側から第２蓄電モジュールの正極側への電流を断続する断続部と、を備え、
   前記第３スイッチは、前記第１蓄電モジュールの負極側から前記第２蓄電モジュールの正極側への電流を許容するが第２蓄電モジュールの正極側から第１蓄電モジュールの負極側への電流を遮断するダイオードと、第２蓄電モジュールの正極側から第１蓄電モジュールの負極側への電流を断続する断続部と、を備える、
   ことを特徴とする二次電池装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の二次電池装置に含まれる蓄電モジュールを充電する充電方法であって、
   前記二次電池装置に印加される充電用電圧が、前記充電する蓄電モジュールの電圧よりも高く、前記すべての蓄電モジュールを直列接続した電圧よりも低い電圧であるとき、
   前記二次電池装置に前記充電用電圧を印加した状態で、前記充電する蓄電モジュールと同一の分岐路のスイッチを接続するスイッチオン工程と、
   前記二次電池装置に充電用電圧を印加した状態で、前記同一分岐路のスイッチを切断するスイッチオフ工程と、
   を有することを特徴とする充電方法。
4. 請求項３に記載の充電方法において、
   前記スイッチオン工程は、前記充電する蓄電モジュールに流れる電流が充電時目標電流よりも低いときに前記同一分岐路のスイッチを接続し、
   前記スイッチオフ工程は、前記充電する蓄電モジュールに流れる電流が充電時目標電流よりも高いときに前記同一分岐路のスイッチを切断する、
   ことを特徴とする充電方法。
5. 請求項１又は請求項２に記載の二次電池装置に含まれる蓄電モジュールを充電する充電方法であって、
   前記二次電池装置に印加される充電用電圧が、前記すべての蓄電モジュールを直列接続した電圧よりも高い電圧であるとき、
   前記すべての蓄電モジュールを直列接続した電圧よりも高い電圧を前記二次電池装置に印加する電圧印加工程と、
   前記電圧印加を停止する印加停止工程と、
   を有することを特徴とする充電方法。
6. 請求項５に記載の充電方法において、
   前記電圧印加工程は、前記蓄電モジュールに流れる電流が充電時目標電流よりも低いときに電圧を印加し、
   前記印加停止工程は、前記蓄電モジュールに流れる電流が充電時目標電流よりも高いときに電圧印加を停止する、
   ことを特徴とする充電方法。
7. 請求項１又は請求項２に記載の二次電池装置に含まれる蓄電モジュール間の電圧バラツキを補正する電圧バラツキ補正方法であって、
   前記二次電池装置にコンデンサを接続した状態で、低電圧の蓄電モジュールと同一の分岐路のスイッチを接続するスイッチオン工程と、
   前記二次電池装置にコンデンサを接続した状態で、前記同一分岐路のスイッチを切断するスイッチオフ工程と、
   を有する電圧バラツキ補正方法。