JP2014183658A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部負荷２０の要求電圧に応じた直流電圧を出力する場合に生じるスイッチング損失及びスイッチングに伴うノイズを好適に低減させることのできる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、コンデンサ１６、第１の電気経路Ｌα、第２の電気経路Ｌβ、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ（ｉ＝１〜６）及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉを備える。こうした構成において、外部負荷２０の要求電圧が高いほど、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子のスイッチング周波数を低く設定する。そして、設定されたスイッチング周波数に基づき、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ（ｉ＝１〜６）及び第ｉのｎ側スイッチング素子をオンオフ操作する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１個の電池セル又は隣接する複数個の電池セルの直列接続体を備える単位電池を複数直列接続してなる組電池に適用される電力変換装置に関する。

従来、下記特許文献１に見られるように、高効率コンバータ及びこのコンバータの出力側に接続された降圧チョッパ回路を備える電源装置が知られている。

特開平８−２９８７７６号公報

ここで、上記特許文献１に記載された電源装置では、降圧チョッパ回路から出力される直流電圧をその目標値に制御すべく、降圧チョッパ回路の備えるスイッチング素子が高いスイッチング周波数で開閉操作される。このため、降圧チョッパ回路におけるスイッチング損失やスイッチングに伴うノイズが増大するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、所望の直流電圧を出力する場合に生じるスイッチング損失及びスイッチングに伴うノイズを好適に低減させることのできる電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、１個の電池セル又は隣接する複数個の電池セルの直列接続体を備える単位電池（Ｃｉ：ｉ＝１〜６）を複数直列接続してなる組電池（１０）に適用され、外部負荷（２０）と接続可能であってかつ電気エネルギを蓄積可能な蓄電手段（１６）と、前記単位電池の正極端子と前記蓄電手段の一端とを接続する電気経路に設けられてかつ該電気経路を開閉する第１の開閉手段（Ｓｐｉ）と、前記単位電池の負極端子と前記蓄電手段の他端とを接続する電気経路に設けられてかつ該電気経路を開閉する第２の開閉手段（Ｓｎｉ）と、を備え、前記組電池を構成する複数の前記単位電池のうち前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を介して前記蓄電手段と接続される単位電池を選択対象と定義し、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段の操作によって前記選択対象の数を変更する処理、並びに前記選択対象の一端に接続された前記第１の開閉手段の開閉操作によって該第１の開閉手段の開閉操作１周期あたりに前記選択対象から前記蓄電手段へと供給される電気エネルギを変更する処理のうち少なくとも一方を実行することで、前記蓄電手段を介して前記外部負荷へと出力される直流電圧を可変とする可変手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、直流電圧を可変とすべく選択対象の数を変更する処理を実行する場合、外部負荷の要求電圧を超える端子間電圧を出力可能な選択対象の数を設定するように第１の開閉手段及び第２の開閉手段を操作すればよいことから、第１の開閉手段及び第２の開閉手段の開閉操作が多くならない。一方、直流電圧を可変とすべく上記電気エネルギを変更する処理を実行する場合、蓄電手段、第１の開閉手段及び第２の開閉手段が上記態様にて接続されていることから、選択対象の電気エネルギを用いて直流電圧を可変とするときに第１の開閉手段の開閉周波数（スイッチング周波数）が高くならない。このため、上記発明では、蓄電手段を介して外部負荷へと所望の直流電圧を出力する場合に生じる電力変換装置におけるスイッチング損失を好適に低減させることができ、ひいては電力変換装置における電力変換効率を高めることができる。さらに、電力変換装置におけるスイッチングに伴うノイズも好適に低減させることができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるセル電圧均等化処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる４つの電池セルを選択対象とする場合を示す図。 同実施形態にかかるスイッチング周波数及び時比率の定義を示す図。 同実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるスイッチング周波数を変更した場合のコンデンサの端子間電圧の推移を示す図。 同実施形態にかかる遮断用スイッチング素子の操作手法を示す図。 第２の実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す流れ図。 第４の実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる規定線の設定手法を示す図。 第５の実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる要求電圧に対する選択対象数の設定手法を示す図。 同実施形態にかかる選択対象数を変更した場合のコンデンサの端子間電圧の推移を示す図。 第６の実施形態にかかる選択対象の入替手法を示す図。 第７の実施形態にかかる駆動回路等の構成図。 同実施形態にかかる時比率及びゲート抵抗値の関係を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換装置を、車載主機として回転機（モータジェネレータ）を備える車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）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。

図１に示すように、組電池１０は、車載高電圧システムを構成し、モータジェネレータ等の電源となる。組電池１０は、「単位電池」としての電池セル（単電池）の直列接続体であり、その端子電圧は、所定の高電圧（例えば数百Ｖ）となる。ここで、１つの電池セルの端子間電圧は、例えば数Ｖ（より具体的には３〜４Ｖ）である。本実施形態では、説明の便宜上、組電池１０を構成する電池セルの数を６つとしている。本実施形態では、以降、これら電池セルのそれぞれを第ｉの電池セルＣｉ（ｉ＝１〜６）と称すこととする。ちなみに、本実施形態では、電池セルとしてリチウムイオン２次電池を用いている。

第ｉの電池セルＣｉの正極端子には、信号線Ｌ（ｉ＋１）が接続され、第ｉの電池セルＣｉの負極端子には、信号線Ｌｉが接続されている。すなわち、信号線Ｌ１，Ｌ７を除いて、隣接する電池セルのうちの高電位側の電池セルの負極端子側の信号線と低電位側の電池セルの正極端子側の信号線とは共通化されている。

第ｉの電池セルＣｉの端子間電圧は、信号線Ｌｉ，Ｌ（ｉ＋１）と、抵抗体及びコンデンサを備えて構成される第ｉのローパスフィルタＲＣｉとを介して制御回路１２に取り込まれる。ここで、第ｉのローパスフィルタＲＣｉは、電圧信号に重畳する高周波ノイズを除去し、第ｉの電池セルＣｉの端子間電圧の検出精度を高めるために設けられている。

第ｉの電池セルＣｉには、第ｉの電池セルＣｉに過電圧が印加されることを回避するための第ｉのツェナーダイオードＺＤｉが並列接続されている。より具体的には、第ｉのツェナーダイオードＺＤｉのカソードが信号線Ｌ（ｉ＋１）に接続され、第ｉのツェナーダイオードＺＤｉのアノードが信号線Ｌｉに接続されている。

第ｉの電池セルＣｉの両端は、「第１の開閉手段」としての第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉと、「第２の開閉手段」としての第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉとを備えるコンバータ１４を介して、「蓄電手段」としてのコンデンサ１６の両端に接続可能とされている。詳しくは、コンデンサ１６の一端には、第１の電気経路Ｌαが接続され、他端には、第２の電気経路Ｌβが接続されている。また、第ｉの電池セルＣｉの正極端子と第１の電気経路Ｌαとを接続する経路には、この経路を開閉する第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉが設けられ、第ｉの電池セルＣｉの負極端子と第２の電気経路Ｌβとを接続する経路には、この経路を開閉する第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉが設けられている。ちなみに、コンデンサ１６の静電容量は、コンデンサ１６の充電電圧が組電池１０の正常時の端子間電圧に一致する際、組電池１０よりも充電エネルギ量が非常に小さくなるように設定されている。

なお、本実施形態では、これらスイッチング素子Ｓｐｉ，Ｓｎｉとして、互いにソース同士が短絡された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。ここで、ソース同士を短絡させたのは、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのオン操作（閉操作）又は開操作（オフ操作）を容易とするための設定である。つまり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴは、ソースに対するゲート（「開閉制御端子」に相当）の電位であるゲート電圧によってオンオフ操作されるため、ソース同士を短絡させることで、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソースの電位を同一とすることができ、ひいてはオンオフ操作を単一の開閉操作信号（電圧信号）によって行うことができる。

コンデンサ１６の両端のうち第１の電気経路Ｌαが接続された側には、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１を介してコネクタ１８の一端に接続されている。また、コンデンサ１６の両端のうち第２の電気経路Ｌβが接続された側には、第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２を介してコネクタ１８の他端に接続されている。ここで、コネクタ１８は、コンデンサ１６の両端の端子間電圧を外部負荷２０に対して出力するための出力端子である。コネクタ１８には、例えば、補機バッテリや、電気機器（例えば、冷蔵庫）の電源用コンセントが接続される。なお、本実施形態では、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１及び第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２として、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉと同様に、互いにソース同士が短絡された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。また、本実施形態において、第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が、コンデンサ１６及び外部負荷２０の間を電気的に接続又は遮断すべくオンオフ操作される「遮断用開閉手段」に相当する。

なお、本実施形態では、組電池１０を含む高電圧システムの基準電位と、外部負荷２０を含む低電圧システムの基準電位とが相違している。特に、本実施形態では、高電圧システムの基準電位が組電池１０の負極電位に設定され、低電圧システムの基準電位が組電池１０の正極電位と負極電位との中央値である車体電位に設定されている。

上記制御回路１２は、マイクロコンピュータを主体として構成され、第ｉの電池セルＣｉの端子間電圧を取り込んだり、コンデンサ１６からコネクタ１８を介して外部負荷２０へと流れる負荷電流を検出する電流センサ２２の検出値等を取り込んだりする。制御回路１２は、また、第ｉの電池セルＣｉに対応する第ｉの駆動回路ＤＵｉを介して第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉをオンオフ操作したり、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１及び第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２をオンオフ操作したりする。なお、本実施形態において、電流センサ２２が「電流検出手段」を構成する。

特に、制御回路１２は、セル電圧均等化処理及び直流電圧出力処理を行う。

まず、図２を用いて、本実施形態にかかるセル電圧均等化処理について説明する。この処理は、車両の航続距離を拡大すべく、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６の端子間電圧のばらつきを低減する処理である。

図２に、セル電圧均等化処理の手順を示す。この処理は、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１及び第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２がオフ操作される状況下、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、６個の電池セルＣ１〜Ｃ６のそれぞれの電圧Ｖ１〜Ｖ６を検出する。

続くステップＳ１２では、上記ステップＳ１０における検出値に基づき、６個の電池セルＣ１〜Ｃ６の中から、端子間電圧が最高の電池セル（以下、最高電圧セルＣｍａｘ）と、端子間電圧が最低の電池セル（以下、最低電圧セルＣｍｉｎ）とを選択する。

続くステップＳ１４では、最高電圧セルＣｍａｘの端子間電圧Ｖｍａｘ及び最低電圧セルＣｍｉｎの端子間電圧Ｖｍｉｎの電位差が規定値Ｖｅ（＞０）を超えたか否かを判断する。この処理は、電池セルの端子間電圧のばらつきが小さく、セル電圧均等化処理を実行する必要がない状況下においてこの処理が実行されることで、電池セルの端子間電圧が変動する現象（ハンチング）の発生を抑制するための処理である。

ステップＳ１４において肯定判断された場合には、ステップＳ１６に進み、最高電圧セルＣｍａｘを含む電力供給元の電池セルＣｄｉｓを複数選択する。本実施形態では、電力供給元の電池セルＣｄｉｓとして、最高電圧セルＣｍａｘを含む２個の電池セルを選択することを一例として示す。具体的には、最高電圧セルＣｍａｘをＣｒ（ｒ＝１，２，…，６）とすると、基本的には、最高電圧セルＣｒと、最高電圧セルＣｒの高電位側に隣接する電池セルＣ（ｒ＋１）とを電力供給元の電池セルＣｄｉｓとして選択する。ただし、「ｒ＝６」（最高電圧セルＣｍａｘがＣ６）の場合、最高電圧セルＣｍａｘの正極端子側に隣接する電池セルが存在しないことから、電力供給元の電池セルＣｄｉｓとして、電池セルＣ５，Ｃ６を選択する。なお、本実施形態において、本ステップ及び上記ステップＳ１２の処理が「単位電池選択手段」を構成する。

本ステップにおいて電力供給元の電池セルＣｄｉｓを複数選択することで、後述する放電処理時において、コンデンサ１６から電力供給先の電池セルへ供給される充電電流を大きくすることができ、電池セルの端子間電圧の均等化に要する時間を短縮できる。

続くステップＳ１８では、コンデンサ１６の充電処理を開始する。ここで、充電処理は、選択された電力供給元の電池セルの直列接続体の両端のうち正極端子に接続されるｐ側スイッチング素子と、負極端子に接続されるｎ側スイッチング素子とをオン操作する処理となる。ここで、例えば、最高電圧セルＣｍａｘが第５の電池セルＣ５となる場合の充電処理は、第６のｐ側スイッチング素子Ｓｐ６と、第５のｎ側スイッチング素子Ｓｎ５とをオン操作する処理となる。これにより、電池セルＣ５，Ｃ６の直列接続体、第６のｐ側スイッチング素子Ｓｐ６、第１の電気経路Ｌα、コンデンサ１６、第２の電気経路Ｌβ及び第５のｎ側スイッチング素子Ｓｎ５を備える閉回路が形成されてコンデンサ１６の充電が開始される。

続くステップＳ２０では、上記ステップＳ１８の充電処理が開始されてから第１の規定時間Ｔ１が経過するまで待機する。ここで、第１の規定時間Ｔ１は、電力供給元の電池セルＣｄｉｓの電気エネルギによってコンデンサ１６の充電が完了したと想定される時間に設定される。具体的には、以下に説明する手法によって設定することができる。

コンデンサ１６の端子間電圧Ｖ（ｔ）は、下式（ｅｑ１）によって表すことができ、また、コンデンサ１６の充電電流Ｉ（ｔ）は、下式（ｅｑ２）によって表すことができる。

上式（ｅｑ１），（ｅｑ２）において、「Ｖ０」はコンデンサ１６の端子間電圧の初期値を示し、「Ｅ」は電力供給元の電池セルＣｄｉｓの端子間電圧を示し、「ｔ」はコンデンサ１６の充電処理が開始されてからの経過時間を示し、「Ｒ」は充電処理時に形成される上記閉回路の抵抗（電力供給元の電池セルＣｄｉｓの内部抵抗、ｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ，ｎ側スイッチング素子Ｓｎｉのオン抵抗、配線抵抗及びコンデンサ１６のＥＳＲを含む抵抗）を示し、「Ｃ」はコンデンサ１６の静電容量を示す。

ここで、上式（ｅｑ１），（ｅｑ２）によれば、充電処理が開始されてからのコンデンサ１６の端子間電圧Ｖ（ｔ）及びコンデンサ１６の充電電流Ｉ（ｔ）の推移を把握することができる。このため、例えば、時定数「ＲＣ」に基づき第１の規定時間Ｔ１を設定（より具体的には、例えば、第１の規定時間Ｔ１を時定数「ＲＣ」に設定）することができる。また、例えば、上式（ｅｑ２）において、「Ｉ（ｔ）＝０」なる条件を課して算出された時間を第１の規定時間Ｔ１として設定することもできる。

続くステップＳ２２では、上記ステップＳ１８の処理においてオン操作されたスイッチング素子をオフ操作に切り替えることでコンデンサ１６の充電処理を終了する。

続くステップＳ２４では、コンデンサ１６の放電処理を開始する。本実施形態では、電力供給先の電池セルを最低電圧セルＣｍｉｎのみとする。そして、放電処理は、電力供給先の最低電圧セルＣｍｉｎをＣｑ（ｑ＝１，２，…，６）とすると、第ｑのｐ側スイッチング素子Ｓｐｑ及び第ｑのｎ側スイッチング素子Ｓｎｑをオン操作する処理となる。ここで、例えば、最低電圧セルＣｍｉｎが電池セルＣ１となる場合の放電処理は、第１のｐ側スイッチング素子Ｓｐ１及び第１のｎ側スイッチング素子Ｓｎ１をオン操作する処理となる。これにより、コンデンサ１６、第１の電気経路Ｌα、第１のｐ側スイッチング素子Ｓｐ１、電池セルＣ１、第１のｎ側スイッチング素子Ｓｎ１及び第２の電気経路Ｌβを備える閉回路が形成され、コンデンサ１６に蓄えられた電気エネルギが放電されて電池セルＣ１が充電される。ちなみに、放電処理において、電力供給先の電池セルは、電力供給元の電池セルＣｄｉｓのうち一部の電池セルと重複し得る。

続くステップＳ２６では、上記ステップＳ２４の放電処理が開始されてから第２の規定時間Ｔ２が経過するまで待機する。ここで、第２の規定時間Ｔ２は、コンデンサ１６に蓄えられた電気エネルギによって最低電圧セルＣｍｉｎの充電が完了したと想定される時間に設定される。具体的には、第２の規定時間Ｔ２は、先のステップＳ２０の処理において説明した手法と同様の手法で設定することができる。ここでは、上式（ｅｑ１），（ｅｑ２）において、コンデンサ１６の端子間電圧の初期値「Ｖ０」と、電池セルの端子間電圧「Ｅ」とを入れ替えることとなる。

続くステップＳ２８では、上記ステップＳ２４の処理でオン操作されたスイッチング素子をオフ操作に切り替えることで放電処理を終了する。ちなみに、本実施形態において、ステップＳ１８〜Ｓ２８の処理が「充放電操作手段」を構成する。

なお、上記ステップＳ１４において否定判断された場合や、ステップＳ２８の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

ちなみに、セル電圧均等化処理は、実際には、隣接する複数個の電池セルの直列接続体（スタック又はモジュールともいう）同士の端子間電圧のばらつきを低減させる処理と、これら直列接続体のそれぞれを構成する電池セル同士の端子間電圧のばらつきを低減させる処理とからなる。ここで、上記直列接続体同士の端子間電圧の均等化は、電池セル同士の端子間電圧の均等化と同じ手法によって行われることから、その詳細な説明を省略した。

続いて、上記直流電圧出力処理について説明する。

この処理は、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち少なくとも１個の電池セルを用い、外部負荷２０に対してその要求電圧に応じた直流電圧を出力する処理である。本実施形態では、図３に示すように、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４、第１の電気経路Ｌα、第１のｎ側スイッチング素子Ｓｎ１及び第２の電気経路Ｌβを介してコンデンサ１６と接続される４個の電池セルＣ１〜Ｃ４を選択対象とする。そして、選択対象の一端（第４の電池セルＣ４の正極端子）に接続された第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４、及び選択対象の他端（第１の電池セルＣ１の負極端子）に接続された第１のｎ側スイッチング素子Ｓｎ１のオンオフ操作によって、これらスイッチング素子Ｓｐ４，Ｓｎ４のオンオフ操作１周期あたりに選択対象からコンデンサ１６へと供給される電気エネルギを変更する処理を実行することで、コネクタ１８から外部負荷２０へと出力される直流電圧を可変とする。

特に、本実施形態では、上記電気エネルギを変更する処理として、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４の時比率Ｄｕｔｙを固定しつつ、これらスイッチング素子Ｓｐ４，Ｓｎ４のスイッチング周波数ｆｓｗ（「開閉周波数」に相当）を可変設定することで、外部負荷２０の要求電圧に応じた直流電圧をコネクタ１８から出力させる。ここで、スイッチング周波数ｆｓｗとは、図４に示すように、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４のオンオフ操作１周期Ｔｓｗの逆数のことである。また、時比率Ｄｕｔｙとは、オンオフ操作１周期Ｔｓｗに対するオン操作時間Ｔｏｎの比率（又はその百分率）のことである。なお、本実施形態において、選択対象の数は、外部負荷２０の要求電圧の取り得る範囲の最大値を超える直流電圧を出力可能な数に設定されている。

図５に、本実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す。この処理は、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態において、図５に示す一連の処理が「可変手段」を構成する。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、外部負荷２０の要求電圧を取得する。

続くステップＳ３２では、取得された要求電圧に基づき、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４のスイッチング周波数ｆｓｗを可変設定する。詳しくは、要求電圧が高いほど、スイッチング周波数ｆｓｗを低く設定する。この設定は、スイッチング周波数ｆｓｗを低くするほど、選択対象からコンデンサ１６へと供給されるオンオフ操作１周期Ｔｓｗあたりの電気エネルギが増大し、コンデンサ１６の端子間電圧の時間平均値（以下、平均電圧）が高くなることに基づくものである。より詳しくは、スイッチング周波数ｆｓｗが低くなると、オンオフ操作１周期Ｔｓｗにおけるスイッチング素子Ｓｐ４，Ｓｎ４のオン操作時間Ｔｏｎが長くなることから、コンデンサ１６の端子間電圧の変動が大きくなり、コンデンサ１６の平均電圧が高くなる。

ここで、図６（ａ），（ｂ）には、スイッチング周波数ｆｓｗを「１ｋＨｚ」，「２ｋＨｚ」とした場合のコンデンサ１６の端子間電圧の推移を示した。図示されるように、スイッチング周波数ｆｓｗが低いほど、コンデンサ１６の平均電圧が高くなっている。

先の図５の説明に戻り、続くステップＳ３４では、上記ステップＳ３２において設定されたスイッチング周波数ｆｓｗに基づき、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４を同期させてオンオフ操作する。詳しくは、これらスイッチング素子Ｓｐ４，Ｓｎ４がオン操作される場合、選択対象からコンデンサ１６及びコネクタ１８を介して外部負荷２０に電流が流れ、これらスイッチング素子Ｓｐ４，Ｓｎ４がオフ操作される場合、コンデンサ１６から外部負荷２０へと電流が流れる。

特に、本実施形態では、高電圧システム側と低電圧システム側とを絶縁すべく、図７に示すように、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４の組と、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１及び第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２の組とを相補的にオンオフ操作する。これにより、選択対象によってコンデンサ１６が充電される期間において、コンデンサ１６及び外部負荷２０の間が絶縁される。そして、コンデンサ１６が充電された後に第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオン操作されることで、コンデンサ１６から外部負荷２０へと電流が流れることとなる。ちなみに、図７では、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４の組と、第１の遮断用スイッチング素子Ｑ１及び第２の遮断用スイッチング素子Ｑ２の組との間のデッドタイムの図示を省略している。

ちなみに、図７に示した第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作処理が「絶縁操作手段」を構成する。

なお、ステップＳ３４の処理が完了した場合、この一連の処理を一旦終了する。

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。

（１）外部負荷２０の要求電圧が高いほど、スイッチング周波数ｆｓｗを低く設定する直流電圧出力処理を行った。本実施形態では、コンデンサ１６、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉが先の図１に示したように接続されている。また、本実施形態では、コネクタ１８から外部負荷２０へと出力される直流電圧の変換に用いる「蓄電手段」として、容量性の受動素子であるコンデンサを用い、高周波スイッチングで使用される磁気部品を用いていない。これらのため、本実施形態では、上記特許文献１に記載された技術と比較して、上記直流電圧出力処理を行う場合において、所望の直流電圧を得るための電力変換装置におけるスイッチング周波数ｆｓｗを低く設定することができる。これにより、電力変換装置におけるスイッチング損失を好適に低減させることができ、ひいては電力変換装置における電力変換効率を高めることができる。更に、スイッチングに伴うノイズを低減させることもできる。

（２）選択対象から第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４を介してコンデンサ１６を充電する場合において、第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ操作した。また、コンデンサ１６から外部負荷２０へと電力を供給する場合において、第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン操作した。このため、高電圧システム側と低電圧システム側との間を絶縁しつつ、外部負荷２０の要求電圧に応じた直流電圧を出力させることができる。

さらに、第１，第２の遮断用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を電力変換装置に備える構成によれば、セル電圧均等化処理と直流電圧出力処理との双方で用いるコンデンサを共通化することもできる。

（３）セル電圧均等化処理用のスイッチング素子Ｓｐｉ，Ｓｎｉ等を備える充放電回路を流用して直流電圧出力処理を行った。このため、外部負荷２０の要求電圧に応じた直流電圧を出力するための部品数の増大を好適に回避することができる。

（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。

本実施形態では、直流電圧出力処理手法を変更する。詳しくは、選択対象の数及びスイッチング周波数ｆｓｗを固定しつつ、外部負荷２０の要求電圧が高いほど、時比率Ｄｕｔｙを高く設定する。

図８に、本実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す。この処理は、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図８において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。

この一連の処理では、ステップＳ３０の処理の完了後、ステップＳ３６において、取得された要求電圧が高いほど、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４の時比率Ｄｕｔｙを高く設定する。この設定は、時比率Ｄｕｔｙを高くするほど、コンデンサ１６の平均電圧が高くなることに基づくものである。

続くステップＳ３８では、上記ステップＳ３６において設定された時比率Ｄｕｔｙに基づき、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４を同期させてオンオフ操作する。

なお、ステップＳ３８の処理が完了した場合、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態において、スイッチング周波数ｆｓｗが比較的低い周波数に固定されるなら、スイッチング損失をより好適に低減させることができる。

（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。

本実施形態では、電流センサ２２によって検出された負荷電流が大きいほど、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４のオンオフ操作１周期Ｔｓｗあたりに選択対象からコンデンサ１６へと供給される電気エネルギを増大する処理を更に行う。特に、本実施形態では、この処理として、負荷電流が大きいほど、スイッチング周波数ｆｓｗを低く設定する処理を行う。

図９に、本実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す。この処理は、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図９において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。

この一連の処理では、まずステップＳ４０において、外部負荷２０の要求電圧に加えて、電流センサ２２によって検出された負荷電流を取得する。

ステップＳ４０の処理の完了後、ステップＳ３２を経由してステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、負荷電流が大きいほど、スイッチング周波数ｆｓｗの補正量Δｆを大きく設定する。この処理は、負荷電流が大きいほど、選択対象からコンデンサ１６までの電気経路における電圧降下量が大きくなることに鑑み、要求電圧に対して実際の直流出力電圧が不足することを回避するための処理である。

続くステップＳ４４では、上記ステップＳ３２において設定されたスイッチング周波数ｆｓｗから上記補正量Δｆを減算した値に基づき、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４を同期させてオンオフ操作する。

なお、ステップＳ４４の処理が完了した場合、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。

（４）負荷電流が大きいほど、スイッチング周波数ｆｓｗを低く設定する処理を行った。このため、選択対象からコンデンサ１６までの電気経路における電圧降下に起因して、外部負荷２０の要求電圧に対して直流出力電圧が不足することを回避できる。

（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。

本実施形態では、直流電圧出力処理手法を変更する。詳しくは、選択対象の数を固定しつつ、外部負荷２０の要求電圧に応じてスイッチング周波数ｆｓｗ及び時比率Ｄｕｔｙを可変設定する。

図１０に、本実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す。この処理は、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１０において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。

この一連の処理では、ステップＳ３０の処理の完了後、ステップＳ４６に進み、取得された要求電圧に基づき、スイッチング周波数ｆｓｗ及び時比率Ｄｕｔｙを可変設定する。以下、図１１を用いて、本実施形態にかかるスイッチング周波数ｆｓｗ等の設定手法について説明する。

図１１に、スイッチング周波数ｆｓｗがその上限値ｆｔｈ（例えば２ｋＨｚ）及び下限値ｆｌの間となってかつ、複数の前記時比率（図中、２０％，５０％，８０％として例示）のそれぞれについて要求電圧が高いほどスイッチング周波数ｆｓｗが低くなるように、要求電圧及び時比率Ｄｕｔｙと関係付けられてスイッチング周波数ｆｓｗが規定された規定線を示す。本実施形態において、規定線は、制御回路１２の備える図示しない不揮発性メモリ（「記憶手段」に相当）に記憶されている。そして、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４のオンオフ操作に用いる時比率Ｄｕｔｙ及びスイッチング周波数ｆｓｗを、ステップＳ３０において取得された要求電圧と規定線との交点に対応する時比率Ｄｕｔｙ及びスイッチング周波数ｆｓｗに設定する。ここで、図中、要求電圧が「Ｖα」となる場合におけるスイッチング周波数ｆｓｗを「ｆα」にて例示した。

先の図１０の説明に戻り、続くステップＳ４８では、上記ステップＳ４６において設定されたスイッチング周波数ｆｓｗ及び時比率Ｄｕｔｙに基づき、第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４及び第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４を同期させてオンオフ操作する。

なお、ステップＳ４８の処理が完了した場合、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。

（５）選択対象の数を固定しつつ、外部負荷２０の要求電圧に応じてスイッチング周波数ｆｓｗ及び時比率Ｄｕｔｙを可変設定した。このため、要求電圧に応じた直流電圧を出力する場合におけるスイッチング周波数ｆｓｗを極力低く設定することができる。これにより、電力変換装置におけるスイッチング損失及びスイッチングに伴うノイズをいっそう好適に低減させることができる。更に、スイッチング周波数ｆｓｗを低く設定できることから、スイッチングに伴い生じるサージ電圧や損失の低減などができ、駆動回路ＤＵｉにかかる負荷を低減させることもできる。

（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。

本実施形態では、直流電圧出力処理手法を変更する。詳しくは、ｐ側スイッチング素子及びｎ側スイッチング素子の操作によって選択対象の数を変更する処理を実行することで、コンデンサ１６を介して外部負荷２０へと出力される直流電圧を可変とする。

図１２に、本実施形態にかかる直流電圧出力処理の手順を示す。この処理は、制御回路１２によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１２において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。

この一連の処理では、ステップＳ３０の処理の完了後、ステップＳ５０に進み、取得された要求電圧が高いほど、選択対象の数を多く設定する。具体的には、図１３に示すように、要求電圧が高いほど、選択対象の数「Ｎ」を段階的に多く設定する。ここで、本実施形態では、選択対象に、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち最も低電位側の電池セルＣ１を必ず含むこととした。なお、図中、「Ｖｓ」は、１個の電池セルの端子間電圧（例えば３Ｖ）を示している。

先の図１２の説明に戻り、ステップＳ５０の処理の完了後、ステップＳ３２、Ｓ３４に移行する。すなわち、要求電圧に応じた選択対象の数が決定された上でスイッチング周波数ｆｓｗが可変設定される。

なお、ステップＳ３４の処理が完了した場合、この一連の処理を一旦終了する。

図１４（ａ），（ｂ）に、選択対象の数を「４個」，「５個」とした場合のコンデンサ１６の端子間電圧の推移を示す。図示されるように、要求電圧が高いほど選択対象の数を多く設定することで、同一の平均電圧を実現するためのスイッチング周波数ｆｓｗを低くすることができる。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。

（６）外部負荷２０の要求電圧が高いほど、選択対象の数を多く設定した。スイッチング周波数ｆｓｗを高くすると、コンデンサ１６の平均電圧を低くすることができるものの、スイッチング損失やスイッチングに伴うノイズが増大する。ここで、本実施形態によれば、要求電圧に応じた選択対象の数が決定された上で、スイッチング周波数ｆｓｗの調整によりコンデンサ１６の平均電圧を調整することができる。このため、スイッチング周波数ｆｓｗを高くすることなく要求電圧に応じた直流電圧を出力することができ、スイッチング損失等の低減効果を大きくすることができる。

（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。

本実施形態では、選択対象となる４つの電池セルのうち１個を規定期間（例えば１秒）毎に入れ替えるように、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉを操作する処理を制御回路１２によって行う。具体的には、図１５に示すように、選択対象の数を４個に固定しつつ、選択対象となる４つの電池セルを規定期間毎に電池セル１個分だけ高電位側にシフトさせることで選択対象を入れ替える。本実施形態では、このように選択対象を入れ替えるため、選択対象の設定として３つのモードが存在する。なお、選択対象となる４つの電池セルのうち最も高電位側の電池セルが、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち最も高電位側の電池セルＣ６と一致する場合、上記複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち最も低電位側の電池セルＣ１を含むように次回の選択対象を設定する。また、図１５には、上記３つのモードに対応して操作されるｐ側スイッチング素子及びｎ側スイッチング素子も併せて示した。さらに、本実施形態において、図１５に示した態様で制御回路１２によって選択対象が入れ替えられる処理が「入替操作手段」を構成する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。

（７）選択対象の入れ替え処理を行った。このため、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち一部が偏って使用されることを極力回避することができる。また、選択対象となる電池セル、並びにこれに接続されたｐ側スイッチング素子及びｎ側スイッチング素子等のデバイスの放熱時間を確保することができ、ひいては電力変換装置の信頼性の低下を好適に回避することもできる。

（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第２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。

本実施形態では、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉのゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を可変設定することで、時比率Ｄｕｔｙを可変設定する。なお、本実施形態では、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉを例にして説明するが、第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉについても同様である。

図１６に、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及びこれに対応する第ｉの駆動回路ＤＵｉを示す。なお、図１６において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、第ｉの駆動回路ＤＵｉは、ｐ側スイッチング素子Ｓｐｉをオンオフ操作するためのブートストラップ回路を備えて構成されている。詳しくは、第ｉの駆動回路ＤＵｉは、電源３０、ダイオード３２、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲートに対する電力供給源となるフローティング電源用コンデンサ３４、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（充電用スイッチング素子３６）及びドライバ３８を備えている。より詳しくは、電源３０及び接地部位の間には、ダイオード３２、フローティング電源用コンデンサ３４及び充電用スイッチング素子３６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３４及びダイオード３２のカソードの接続点と接地部位との間には、フローティング電源用コンデンサ３４を電源とするドライバ３８が接続されている。ドライバ３８の出力端子には、ゲート抵抗４０を介して第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲートが接続されている。そして、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲート及びゲート抵抗４０の間には、抵抗体４２を介して接地部位が接続されている。本実施形態では、ゲート抵抗４０として、制御回路１２の電子操作によって抵抗値が可変設定可能なものを用いている。

制御回路１２は、充電用スイッチング素子３６のゲートに対して充電側入力信号ＬＩＮを出力し、また、ドライバ３８に対して駆動側入力信号ＨＩＮを出力する。詳しくは、充電側入力信号ＬＩＮが論理「Ｈ」とされることで、充電用スイッチング素子３６がオン操作され、電源３０からダイオード３２及びフローティング電源用コンデンサ３４を介して充電用スイッチング素子３６に電流が流れ、フローティング電源用コンデンサ３４が充電される。一方、充電側入力信号ＬＩＮが論理「Ｌ」とされてかつ、駆動側入力信号ＨＩＮが論理「Ｈ」とされることで、ドライバ３８からフローティング電源用コンデンサ３４の充電電圧が出力される。これにより、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲート電圧を上昇させることができ、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉをオン状態とすることができる。

続いて、本実施形態にかかる時比率Ｄｕｔｙの可変設定手法について説明する。

図１７に示すように、本実施形態では、ゲート抵抗４０の抵抗値Ｒｖを低く設定することで、時比率Ｄｕｔｙを高く設定する。これは、ゲート抵抗４０の抵抗値Ｒｖが低いほど、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲート電圧の上昇速度が高くなり、駆動側入力信号ＨＩＮの論理が「Ｈ」に切り替えられてから、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉがオン状態とされるまでの時間が短くなることに基づく設定である。

以上説明した本実施形態によっても、上記第２の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

（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。

・上記第５の実施形態では、組電池１０を構成する複数の電池セルＣ１〜Ｃ６のうち最も低電位側の第１の電池セルＣ１を選択対象に必ず含むようにしたがこれに限らず、選択対象に第１の電池セルＣ１を含まない場合があってもよい。

・上記第５の実施形態において、電流センサ２２によって検出された負荷電流が大きいほど、選択対象の数を多く設定する処理を更に実行してもよい。

・負荷電流が大きいほど、オンオフ操作１周期Ｔｓｗあたりに選択対象からコンデンサ１６へと供給される電気エネルギを増大する処理手法としては、上記第３の実施形態に例示したものに限らない。例えば、上記第２の実施形態において、負荷電流が大きいほど、時比率Ｄｕｔｙを高くする処理を更に行ってもよい。

・上記各実施形態において、電流センサ２２によって検出された負荷電流が規定電流以下であると制御回路１２によって判断されたことを条件として、直流電圧出力処理の実行を許可してもよい。これは、負荷電流が低い場合（例えば、負荷電流が５０Ａ以下となる場合）においては、直流電圧出力処理を用いることで電力変換装置における電力変換効率を高く維持できる一方、負荷電流が大きい場合には、選択対象からコンデンサ１６までの電気経路における電圧降下量が大きいことから電力変換効率が低下し得ることに基づくものである。なお、負荷電流が大きい場合には、例えば、組電池１０に接続された図示しないＤＣＤＣコンバータを用いて外部負荷２０に所望の直流電圧を出力すればよい。

・電流センサ２２の配置位置としては、コンデンサ１６及びコネクタ１８の間を接続する電気経路に限らない。例えば、第１の電気経路Ｌαのうち第６のｐ側スイッチング素子Ｓｐ６との接続点及びコンデンサ１６との接続点との間や、第２の電気経路Ｌβのうち第６のｎ側スイッチング素子Ｓｎ６との接続点及びコンデンサ１６との接続点との間であってもよい。ただし、この場合、上記第３の実施形態において、電流センサ２２によって電流検出が可能な期間は、第ｉのｐ側スイッチング素子Ｓｐｉ及び第ｉのｎ側スイッチング素子Ｓｎｉがオン操作されてコンデンサ１６が充電される期間に限られる。

・ゲート抵抗の抵抗値の可変設定手法としては、上記第７の実施形態に例示したものに限らない。例えば、ｐ側スイッチング素子Ｓｐｉのゲート及びドライバ３８の出力端子の間に、抵抗体及びスイッチング素子の直列接続体が複数並列接続されたものを接続する。そして、これらスイッチング素子のうちオン操作されるものを多くすることで、ゲート抵抗の抵抗値を低く設定してもよい。

・「可変手段」としては、上記各実施形態に例示したものに限らず、選択対象の数を変更する処理、スイッチング周波数ｆｓｗを変更する処理、及び時比率Ｄｕｔｙを変更する処理のうち少なくとも１つ以上を含む（上記各実施形態に例示したものを除く）ものであってもよい。具体的には、例えば、上記第５の実施形態において、選択対象の数を変更する処理のみを実行してもよい。また例えば、選択対象の数を変更する処理、及び時比率Ｄｕｔｙを変更する処理のみを実行してもよい。さらに例えば、上記第４の実施形態において、スイッチング周波数ｆｓｗを変更する処理及び時比率Ｄｕｔｙを変更する処理に加えて、選択対象の数を変更する処理を実行してもよい。

・「入替手段」としては、上記第６の実施形態に例示したものに限らない。例えば、選択対象の数を固定しつつ、選択対象となる電池セルを規定期間毎に低電位側に電池セル１個分だけシフトさせることで選択対象を入れ替えてもよい。また、規定期間毎に入れ替える選択対象の数としては、１個に限らず、複数個であってもよい。さらに、組電池１０を構成する複数の電池セルの数が選択対象の数で割り切れることを条件として、上記複数の電池セルの数を選択対象の数で除算した値で上記複数の電池セルを分割し、分割された複数の電池セルのそれぞれを選択対象に順次に割り当てることで、選択対象を入れ替えてもよい。

・「単位電池選択手段」としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、電力供給元の単位電池として、複数の単位電池の平均電圧よりも高い単位電池を選択してかつ、電力供給先の単位電池として、上記単位電池の平均電圧よりも低い単位電池を選択してもよい。

また、「単位電池選択手段」によって選択される電力供給元及び電力供給先のそれぞれの数を、固定せずに可変設定してもよい。具体的には例えば、充電処理及び放電処理の一対の処理の一周期における電力供給先の単位電池への充電電流を大きくしたいほど、電力供給元の単位電池の数と電力供給先の単位電池の数の差の絶対値が大きくなるように、これら単位電池の数を可変設定すればよい。

・「単位電池選択手段」によって選択される電力供給元の単位電池の数としては、２個に限らず、それ以外であってもよい。また、電力供給先の単位電池の数としては、１個に限らず複数個であってもよい。さらに、電力供給先の単位電池の数を電力供給元の単位電池の数よりも多くしてもよい。

・「充放電操作手段」によって電力供給元の単位電池から電力供給先の単位電池に充電する目的としては、組電池を構成する単位電池同士の端子間電圧の均等化に限らない。例えば、組電池の温度が低い場合、単位電池同士で充放電処理を繰り返すことで組電池の温度を上昇させる目的であってもよい。この場合、充放電電流が大きいほど、電池セルの内部抵抗による発熱量が大きくなって温度上昇速度が高くなる。このため、組電池の温度が低いほど、電力供給元の電池セルの数を多くしたり、電力供給先の電池セルの数を少なくしたりしてもよい。

・「第１の開閉手段」としては、組電池を構成する複数の単位電池のそれぞれの正極端子全てに接続されるものに限らず、例えば、これら正極端子のうち複数であってかつ一部のそれぞれに接続されるものであってもよい。また、「第２の開閉手段」についても同様に、組電池を構成する複数の単位電池のそれぞれの負極端子のうち複数であってかつ一部のそれぞれに接続されるものであってもよい。なお、こうした開閉手段（具体的には、単位電池の正極端子及びコンデンサ１６の一端を接続する電気経路に設けられた１又は複数のスイッチング素子、並びに単位電池の負極端子及びコンデンサ１６の他端を接続する電気経路に設けられた１又は複数のスイッチング素子）としては、例えば、特願２０１２−２３１５５４の図２等に示されているものがある。

・上記第１〜第３の実施形態において、第４のｎ側スイッチング素子Ｓｎ４をオン操作固定しつつ、スイッチング周波数ｆｓｗや時比率Ｄｕｔｙに基づき第４のｐ側スイッチング素子Ｓｐ４のみオンオフ操作してもよい。

・上記第１〜第４の実施形態において、「選択対象」の数としては４個に限らず、それ以外（例えば６個）であってもよい。なお、選択対象の数を多くする目的としては、例えば、外部負荷２０の負荷電流がその最大値となる場合であっても、外部負荷２０の要求電圧の取り得る範囲の最大値を超える直流電圧（例えば１４Ｖ以上の電圧）を出力可能とすることが挙げられる。

・「蓄電手段」としては、コンデンサに限らず、これと同様な機能を有するものであれば、他の手段であってもよい。

・「単位電池」としては、１個の電池セルに限らず、複数個の電池セルの直列接続体であってもよい。この場合、複数の単位電池のそれぞれを構成する電池セルの数は、互いに同一であることを要しない。また、「単位電池」としては、複数の電池セルの直列接続体に限らず、複数の電池セルの直列接続体が複数並列接続されたものであってもよい。

・「電池セル」としては、リチウムイオン２次電池に限らず、例えばニッケル水素２次電池であってもよい。また、「電池セル」としては、２次電池に限らず、例えば燃料電池であってもよい。

・「電力変換装置」としては、車両に搭載されるものに限らず、例えば建物に設置されるものであってもよい。

１０…組電池、１６…コンデンサ、２０…外部負荷、Ｃｉ（ｉ＝１〜６）…第ｉの電池セル、Ｓｐｉ…第ｉのｐ側スイッチング素子、Ｓｎｉ…第ｉのｎ側スイッチング素子。

Claims (13)

1. １個の電池セル又は隣接する複数個の電池セルの直列接続体を備える単位電池（Ｃｉ：ｉ＝１〜６）を複数直列接続してなる組電池（１０）に適用され、
   外部負荷（２０）と接続可能であってかつ電気エネルギを蓄積可能な蓄電手段（１６）と、
   前記単位電池の正極端子と前記蓄電手段の一端とを接続する電気経路に設けられてかつ該電気経路を開閉する第１の開閉手段（Ｓｐｉ）と、
   前記単位電池の負極端子と前記蓄電手段の他端とを接続する電気経路に設けられてかつ該電気経路を開閉する第２の開閉手段（Ｓｎｉ）と、
   を備え、
   前記組電池を構成する複数の前記単位電池のうち、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を介して前記蓄電手段と接続される単位電池を選択対象と定義し、
   前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段の操作によって前記選択対象の数を変更する処理、並びに前記選択対象の一端に接続された前記第１の開閉手段の開閉操作によって該第１の開閉手段の開閉操作１周期あたりに前記選択対象から前記蓄電手段へと供給される電気エネルギを変更する処理のうち少なくとも一方を実行することで、前記蓄電手段を介して前記外部負荷へと出力される直流電圧を可変とする可変手段と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記可変手段は、少なくとも前記選択対象の数を変更する処理を実行し、
   前記選択対象を変更する処理とは、前記外部負荷の要求電圧が高いほど、前記選択対象の数を多く設定する処理であることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段（２２）を更に備え、
   前記可変手段は、前記電流検出手段によって検出された電流が大きいほど、前記選択対象の数を多く設定する処理を更に実行することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記可変手段は、少なくとも前記電気エネルギを変更する処理を実行し、
   前記電気エネルギを変更する処理には、前記外部負荷の要求電圧が高いほど、前記第１の開閉手段の開閉周波数を低く設定する処理が含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記可変手段は、少なくとも前記電気エネルギを変更する処理を実行し、
   前記電気エネルギを変更する処理には、前記外部負荷の要求電圧が高いほど、前記第１の開閉手段の開閉操作１周期に対する閉操作時間の比率である時比率を高く設定する処理が含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の開閉手段の開閉制御端子に対する電力供給源となる電源（３４）と、
   前記開閉制御端子及び前記電源の間に接続されてかつ抵抗値を可変設定可能な抵抗体（４０）と、
   を更に備え、
   前記可変手段は、前記抵抗体の抵抗値を低く設定することで前記時比率を高く設定することを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
7. 前記可変手段は、少なくとも前記電気エネルギを変更する処理を実行し、
   前記電気エネルギを変更する処理には、前記外部負荷の要求電圧が高いほど、前記第１の開閉手段の開閉操作１周期に対する閉操作時間の比率である時比率を高く設定する処理と、前記外部負荷の要求電圧が高いほど、前記第１の開閉手段の開閉周波数を低く設定する処理とが含まれ、
   前記可変手段は、
   前記開閉周波数がその上限値及び下限値の間となってかつ、複数の前記時比率のそれぞれについて前記要求電圧が高いほど前記開閉周波数が低くなるように、前記要求電圧及び前記時比率と関係づけられて前記開閉周波数が規定された規定線を記憶する記憶手段を備え、
   前記要求電圧と前記規定線との交点に対応する前記時比率及び前記開閉周波数で前記第１の開閉手段を開閉操作することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段（２２）を更に備え、
   前記可変手段は、前記電流検出手段によって検出された電流が大きいほど、前記電気エネルギを増大する処理を更に実行することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記選択対象となる単位電池のうち少なくとも１個を規定期間毎に入れ替えるように、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を操作する入替操作手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記蓄電手段及び前記外部負荷の間を電気的に接続又は遮断すべく開閉操作される遮断用開閉手段（Ｑ１，Ｑ２）と、
    前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段が閉操作される場合に前記遮断用開閉手段を開操作し、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段が開操作される場合に前記遮断用開閉手段を閉操作する絶縁操作手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記組電池を構成する複数の前記単位電池の中から、電力供給元の単位電池と、電力供給先の単位電池とを選択する単位電池選択手段と、
    前記単位電池選択手段によって選択された前記電力供給元の単位電池から前記蓄電手段を介して前記電力供給先に充電すべく、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を開閉操作する充放電操作手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
12. 前記充放電操作手段は、前記電力供給元の単位電池から前記蓄電手段を介して前記電力供給先に充電することで、前記組電池を構成する複数の前記単位電池同士の端子間電圧を均等化することを特徴とする請求項１１記載の電力変換装置。
13. 前記第１の開閉手段は、前記組電池を構成する複数の前記単位電池のそれぞれの正極端子と前記蓄電手段の一端とを接続する電気経路に設けられ、
    前記第２の開閉手段は、前記組電池を構成する複数の前記単位電池のそれぞれの負極端子と前記蓄電手段の他端とを接続する電気経路に設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。

Images