JPH10164768A

JPH10164768A - 蓄電装置

Info

Publication number: JPH10164768A
Application number: JP9081288A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Shinpo; 俊也真保; Hiroyasu Suzuki; 浩恭鈴木; Shinya Furukawa; 信也古川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JP3498529B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気自動車に用いて好適の蓄電装置に関し、
電気エネルギの浪費を防止しながら、満充電ではない状
態においても蓄電手段の充電状態の均衡化を行なうこと
ができるようにする。【解決手段】複数の蓄電手段１〜５を直列に接続され
て構成された蓄電装置において、上記の複数の蓄電手段
１〜５とそれぞれ並列接続しうるとともに互い直列に接
続された複数の蓄電器Ｃ１〜Ｃ５と、上記の各蓄電器Ｃ
１〜Ｃ５を対応した各蓄電手段１〜５とそれぞれ並列接
続させる第１の接続モード、及び、上記の各蓄電器Ｃ１
〜Ｃ５を対応する蓄電手段１〜５に隣接した蓄電手段２
〜５，１とそれぞれ並列接続させる第２の接続モードを
選択的に切り換える接続切換手段Ｓ０〜Ｓ６とをそな
え、接続切換手段Ｓ０〜Ｓ６による上記の第１及び第２
の接続モードの切り換えが繰り返して行なわれるように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に用い
て好適の、蓄電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の実用性向上のための
技術開発が進められているが、現在の電気自動車の電源
としては、多数の蓄電池（以下、バッテリという）を直
列接続したもの（組電池）を使用している。このように
多数の蓄電池を直列接続した組電池の場合、組電池の出
力は、最も低い電圧の電池に依存するため、各電池を均
等に使用することができず、各電池の能力を最大限に発
揮させることができない。

【０００３】ところで、リチウム電池のように、放電量
に依存して出力電圧が決定されるもの（図５参照）で
は、各電池の電圧を等しくすることで、各電池の放電量
（逆に言うと、充電量又は残存容量）を等しくすること
ができ、各電池の電圧が等しくなるように調整しなが
ら、充電を行なうようにすればよい。そこで、蓄電池
（バッテリ）の電圧均衡化回路が従来から提供されてお
り、図７に示すように構成されている。

【０００４】図７に示す回路は、組電池の電圧均衡化回
路の１セル分（あるいは１モジュール分）を抜粋したも
のであり、各バッテリに同回路が装備される。そして、
このような回路をそなえた状態での充電動作が行なわれ
るが、充電動作の末期に該回路による放電動作が行なわ
れる。すなわち、充電の進行によりバッテリ１０１の端
子電圧が上昇するが、この状態を電圧監視回路（電圧検
出回路）１０４が監視しており、セルの両端電圧ＶＢが
設定電圧以上になった場合に放電スイッチ１０２をオン
状態（閉状態）に移行させる。

【０００５】これにより、放電抵抗器１０３への通電が
行なわれ、電気エネルギが熱に変換されることにより消
費される。この消費により、セル電圧ＶＢが設定電圧以
下の電圧になれば、放電スイッチ１０２をオフ状態（開
状態）に移行させることが行なわれる。このような放電
スイッチ１０２のオン，オフが繰り返されることによ
り、バッテリセルの電圧ＶＢは、設定電圧に調整され
る。

【０００６】なお、実際の回路では、放電スイッチ１０
２の代わりにパワートランジスタ等の電力素子を使用
し、オンオフ制御ではなく、リニア制御により電圧を調
整する等の方法が一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蓄電装置では、種々の課題がある。すなわち、上述の回
路による場合、設定電圧を超過したエネルギが放電抵抗
器１０３により熱の形で浪費されてしまう。このため、
電力損失が大きくなるとともに、放熱対策を考慮しなけ
ればならないことが大きな問題となる。

【０００８】また、充電の末期のセル電圧ＶＢが上昇し
た場合にだけ均衡化が可能であり、放電時や車両を使用
していない間の空き時間などを利用した電圧均衡化を行
なえないという課題がある。したがって、ハイブリッド
電気自動車のように発電走行時に満充電まで充電しない
ものには利用できない。

【０００９】さらに、放電抵抗器や放熱板およびスイッ
チング用の素子など大容量のものを使用しなければなら
ず、装置が大型化したり、放熱のために冷却装置が必要
になるなど構造が単純にならないという課題もある。そ
こで、放電方式ではない均衡化回路が必要であり、その
一例として特開平６−３１９２８７号公報の技術が提供
されている。

【００１０】この技術は、直列接続された組電池の両端
にコンデンサを接続して、各バッテリセル（充電単電
池）を略均一に充電するものであるが、大容量コンデン
サが必要であり、各バッテリセルの端子電圧を検出しな
がら所要の充電対象となるバッテリセルを選択する制御
は制御ロジックが複雑である。本発明は、上述の課題に
鑑み創案されたもので、電気エネルギの浪費を防止しな
がら、満充電ではない状態においても蓄電手段の充電量
の均衡化を行なうことができるようにした、蓄電装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の蓄電装置は、複数の蓄電手段を直列に接続さ
れて構成された蓄電装置において、上記の複数の蓄電手
段とそれぞれ並列接続しうるとともに互い直列に接続さ
れた複数の蓄電器と、上記の各蓄電器を対応した各蓄電
手段とそれぞれ並列接続させる第１の接続モード、及
び、上記の各蓄電器を対応する蓄電手段に隣接した蓄電
手段とそれぞれ並列接続させる第２の接続モードを選択
的に切り換える接続切換手段とをそなえ、該接続切換手
段による上記の第１及び第２の接続モードの切り換えが
繰り返して行なわれるように構成されたことを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項２記載の本発明の蓄電装置
は、複数の蓄電手段を直列に接続されて構成された蓄電
装置において、上記の複数の蓄電手段とそれぞれ並列接
続された複数の蓄電器と、該複数の蓄電器と上記の各蓄
電器に対応した各蓄電手段との間にそれぞれ配置された
複数の抵抗器と、上記の各蓄電器を対応した各蓄電手段
とそれぞれ並列接続させる第１の接続モード、上記の各
蓄電器を対応する蓄電手段に隣接した蓄電手段とそれぞ
れ並列接続させる第２の接続モード、及び、上記の各蓄
電器を上記の各抵抗器を介して対応した各蓄電手段とそ
れぞれ並列接続させる第３の接続モードと、を選択的に
切り換える接続切換手段とをそなえ、電源投入時には、
該接続切換手段により最初に第３の接続モードに切り換
えられ、その後、上記の第１及び第２の接続モードの切
り換えが繰り返し行なわれるように構成されたことを特
徴としている。

【００１３】また、請求項３記載の本発明の蓄電装置
は、請求項１又は２記載の装置において、該蓄電手段が
蓄電池であって、該蓄電装置が、該蓄電池を複数個直列
に接続されてなり電気自動車用電源として用いられる組
電池であることを特徴としている。さらに、請求項４記
載の本発明の蓄電装置は、請求項１〜３のいずれかに記
載の装置において、上記の第１及び第２の接続モードの
切り換えが繰り返されるように該接続切換手段を制御し
て上記の各蓄電手段の電位差を等しくさせる制御手段を
そなえていることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明すると、図１〜図５は本発明の第１
実施形態としての蓄電装置を示すものであり、図６は本
発明の第２実施形態としての蓄電装置を示すものであ
る。まず、第１実施形態の回路構成について説明する
と、図１，図２に示すように、本蓄電装置では、複数の
蓄電手段としての蓄電池（二次電池、以下、バッテリと
もいう）１〜５が直列に接続された組電池として構成さ
れている。なお、この例では、複数のバッテリが直列接
続した例として、５個のバッテリを接続した例を示して
いるが、勿論、バッテリ数はこれに限定されるものでは
ない。

【００１５】そして、複数の蓄電手段１〜５とそれぞれ
並列接続しうるとともに互い直列に接続された複数の蓄
電器（コンデンサ）Ｃ１〜Ｃ５が設けられている。さら
に、各蓄電器Ｃ１〜Ｃ５の相互間と、対応した各蓄電池
１〜５の相互間との間に、接続切換手段としてのスイッ
チＳ１〜Ｓ５が介装されるとともに、組電池の一端側
（端子Ａ側）の蓄電池１のセルと他端側（端子Ｂ側）の
蓄電池５のセルとをリング状に連結する連結部８に接続
切換手段としてのスイッチＳ０，Ｓ６が装備されてい
る。

【００１６】すなわち、蓄電池１，２の相互間には端子
Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ａが、蓄電池２，３の相互間には端子Ｓ２
Ｂ，Ｓ３Ａが、蓄電池３，４の相互間には端子Ｓ３Ｂ，
Ｓ４Ａが、蓄電池４，５の相互間には端子Ｓ４Ｂ，Ｓ５
Ａがそれぞれ接続され、組電池の一端側と蓄電池１との
間には端子Ｓ０Ｂ，Ｓ１Ａが、組電池の他端側と蓄電池
５との間には端子Ｓ５Ｂ，Ｓ６Ａがそれぞれ接続され、
さらに、蓄電器Ｃ１の一端側には端子Ｓ６Ｂが、蓄電器
Ｃ４の蓄電器Ｃ５側端には端子Ｓ０Ａが、それぞれ接続
されている。

【００１７】そして、蓄電器Ｃ１の一端側には端子Ｓ１
Ａと端子Ｓ１Ｂとを選択的に接続切り換えしうるスイッ
チＳ１が、蓄電器Ｃ１と蓄電器Ｃ２との相互間には端子
Ｓ２Ａと端子Ｓ２Ｂとを選択的に接続切り換えしうるス
イッチＳ２が、蓄電器Ｃ２と蓄電器Ｃ３との相互間には
端子Ｓ３Ａと端子Ｓ３Ｂとを選択的に接続切り換えしう
るスイッチＳ３が、蓄電器Ｃ３と蓄電器Ｃ４との相互間
には端子Ｓ４Ａと端子Ｓ４Ｂとを選択的に接続切り換え
しうるスイッチＳ４が、蓄電器Ｃ４の蓄電器Ｃ５側には
端子Ｓ５Ａと端子Ｓ５Ｂとを選択的に接続切り換えしう
るスイッチＳ５が、それぞれ設けられ、蓄電器Ｃ５の一
端側（蓄電器Ｃ４側）には端子Ｓ０Ａと端子Ｓ０Ｂとを
選択的に接続切り換えしうるスイッチＳ０が、蓄電器Ｃ
５の他端側には端子Ｓ６Ａと端子Ｓ６Ｂとを選択的に接
続切り換えしうるスイッチＳ６が、それぞれ設けられ
る。

【００１８】そして、これらのスイッチＳ０〜Ｓ６は連
動して切り換えられるように構成され、それぞれが端子
Ｓ０Ａ〜Ｓ６Ａに接続した状態（第１の接続モードＭ
１）と、それぞれが端子Ｓ０Ｂ〜Ｓ６Ｂに接続した状態
（第２の接続モードＭ２）との間で、一斉に同期して切
り換えられるように構成されている。なお、第１の接続
モードＭ１では、各蓄電器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ
５が、対応した各蓄電池１，２，３，４，５とそれぞれ
並列接続させた状態になり、第２の接続モードＭ２で
は、各蓄電器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５が、対応す
る蓄電池１〜５に隣接した蓄電池２，３，４，５，１と
それぞれ並列接続させた状態になる。

【００１９】また、接続切換手段Ｓ０〜Ｓ６による第１
の接続モードＭ１と第２の接続モードＭ２との切換を制
御する制御手段７が設けられており、この制御手段７か
らの制御信号により所要の周期でモード切り換えを繰り
返し行ないながら、各蓄電池１〜５の電位差を等しくさ
せていくように構成されている。なお、本実施形態で
は、接続切換手段をスイッチＳ０〜Ｓ６で構成している
が、実際の回路構成では、制御性や耐久性を考慮する
と、トランジスタ等の無接点切り換え手段で構成するこ
とが考えられる。

【００２０】また、本実施形態の蓄電装置は、電気自動
車用電源として用いられる組電池（＝複数の蓄電池を接
続してなる電池）に適用しうるものである。現状の電気
自動車の場合、一般に２０〜３０個程度のバッテリを直
列に接続した組電池が使用されるが、本蓄電装置は当然
ながらこのような多数のバッテリからなる組電池にも適
用しうる。

【００２１】本発明の第１実施形態としての蓄電装置
は、上述のように構成されているので、次のような動作
が行なわれる。まず、端子Ａ，Ｂ間に充電用の電圧が印
加され、蓄電池１〜５への充電が行なわれる。そして、
スイッチＳ０〜Ｓ６が制御手段７からの制御信号により
連動して切り換えられ、端子Ｓ０Ａ〜Ｓ６Ａへの接続状
態と、端子Ｓ０Ｂ〜Ｓ６Ｂへの接続状態とが、一斉に切
り換えられる。

【００２２】これにより、各蓄電器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４，Ｃ５が対応した各蓄電池１，２，３，４，５とそ
れぞれ並列接続する第１の接続モードＭ１と、各蓄電器
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５が対応する蓄電池１〜５
に隣接した蓄電池２，３，４，５，１とそれぞれ並列接
続する第２の接続モードＭ２とが選択的に切り換えられ
る。

【００２３】そして、このような接続切換手段Ｓ0 〜Ｓ
６による第１の接続モードＭ１と第２の接続モードＭ２
との切り換えが、制御手段７からの制御信号により所要
の周期で繰り返し行なわれることで、各蓄電池１〜５の
電位差が次第に等化していくのである。ここで、上述の
各蓄電池１〜５の電位差を等しくさせる制御動作を、電
池１と電池２との間の動作に注目して説明する。

【００２４】まずはじめに、電池１の電圧がＶ１、電池
２の電圧がＶ２（Ｖ１＞Ｖ２）であったものとする。図
３のように、スイッチＳ１，Ｓ２が左側へ揺動され、そ
れぞれ端子Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａに接続されて、コンデンサＣ
１と電池１とが並列接続になると、電池１の電圧及びコ
ンデンサの電位差はそれぞれＶ１′となる。このＶ１′
は、Ｖ１よりも電池１からコンデンサへ流入した電荷に
応じた分（微小量）ｖ₁ だけ低い電圧（＝Ｖ１−ｖ₁ ）
である。

【００２５】次に、図４のように、スイッチＳ１，Ｓ２
が右側へ揺動され、端子Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂに接続されて、
コンデンサＣ１と電池２とが並列接続になると、電池２
の電圧及びコンデンサの電位差はそれぞれＶ２′とな
る。このＶ２′は、Ｖ２よりも電池２からコンデンサへ
流入した電荷分（微小量）ｖ₂ だけ高い電圧（＝Ｖ２＋
ｖ₂ ）である。

【００２６】このようにして、コンデンサＣ１を介し、
電池１から電池２へ電荷が移送されて電池１の電圧はＶ
１から徐々に減少し、電池２の電圧はＶ２から徐々に増
加して、やがて電池１，電池２の電圧は等しい値Ｖ12
（Ｖ１＞Ｖ12＞Ｖ２）となるのである。ここで、蓄電池
１〜５は例えばリチウム電池で形成されており、図５に
示すリチウム電池の特性のように、電圧が放電量に依存
して決定される。逆に言えば、電池電圧は充電量（蓄電
量）に依存して決定されるともいえる。したがって、か
かる電圧の均衡化により、所望の放電量、即ち、充電量
（蓄電量）の状態に調整されることになる。

【００２７】なお、図５中に示されるニッケル電池の特
性のように、放電量に対し電圧が一意に定まらない平坦
な特性の蓄電池では、電圧の均衡化により放電量（充電
量）が所望の状態にならないが、上記のリチウム電池の
ように放電量に対し電圧が一意に定まるものでは、組電
池の各バッテリの放電量（充電量）が所望の状態に均一
化されるため、かかる電池（例えばリチウム電池）の性
能をフルに活用することができるようになる。

【００２８】上述のようにして、電圧均衡化による充電
量（充電率）の均衡化動作が、各蓄電池１〜５について
それぞれに行なわれる。このように、本装置では、コン
デンサＣ１〜Ｃ５を介して電荷を移動することにより各
電池１〜５の電圧を均衡化するため、大きな発熱要素が
存在せず、発熱によるエネルギ損失を回避した状態での
均衡化が実現される。

【００２９】また、組電池への満充電までの充電中に限
らず、すべての状態で均衡化の動作を行なうことができ
るため、放電中や電池未使用時等においても均衡化の動
作を行なわせることができる。もちろん、ハイブリッド
電気自動車のように発電走行時に満充電まで充電しない
ものにも利用することができる。ところで、このような
回路を実際に適用する場合には、効率がよく動作が確実
で耐久性のよいことが必要となるが、このような具体的
条件を考慮すると、スイッチＳ０〜Ｓ６には電力素子
（ＦＥＴあるいはＩＧＢＴ）等のスイッチングロスが極
力小さなものを使用し、制御手段７に外部発振回路等に
より自動的にスイッチＳ０〜Ｓ６の切り換え動作を行な
わせる回路を装備することが好ましい。

【００３０】また、コンデンサＣ１〜Ｃ５には比較的容
量の大きなコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサを
用いれば速やかな電圧の均衡化を行なえるが、例えば常
時又は頻繁にこのような電圧の均衡化制御を行なうよう
にすれば、小容量のコンデンサを用いても実用上十分に
電圧の均衡化による充電量の均衡化を行なうことができ
る。

【００３１】さらに、コンデンサＣ１〜Ｃ５への突入電
流の防止回路や初期充電回路も必要と考えられる。ま
た、制御手段７については、スイッチＳ０〜Ｓ６切り換
えの連続動作以外に、メンテナンスを行なう時に用いる
メンテナンススイッチを設けたり、外部の電圧測定回路
などにより必要が生じた場合に駆動する方法や、車両不
使用時に駆動する方法や、タイマー回路などで一定時間
ごとに駆動する方法、接続される電気負荷の制御回路等
（電気自動車の場合は、モータコントローラや残存容量
計など）からの均衡化指示を受けた場合に駆動する方法
などのさまざまな組み合わせが考えられる。

【００３２】また、本蓄電装置は、蓄電手段としてバッ
テリに代えてコンデンサ（蓄電器）を用いるようにした
組蓄電器にも適用しうるものである。つまり、複数の直
列接続された蓄電池（バッテリ）からなる組電池に代え
て、複数の直列接続された蓄電器（コンデンサ）からな
る組蓄電器に適用することも考えられる。そして、組電
池状態又は組蓄電器状態にした場合にセル電圧のばらつ
きによる各種不具合が顕著化しやすいバッテリや電気二
重層コンデンサなどについて上述の構造を採用し、電圧
均衡化回路を構成すれば、大きなエネルギ損失の発生な
しに常時電圧の均衡化を行なえるシステムを実現できる
ようになる。

【００３３】本回路の作動を常時ではなく、バッテリセ
ル電圧モニタなどにより、任意の必要な時期に電圧を均
衡化する方法等を具現化することができる。特に、リチ
ウムイオン電池に本回路を適用することにより、リチウ
ムイオン電池の能力を１００パーセント引き出した上で
の、安全性の確保が容易になる。なお、セル電圧のアン
バランスが大きい場合から小さくなった場合に移行する
に従い、制御手段による接続モード切り換えの速度を変
化させることにより、電圧均衡化の所要時間を短縮させ
ることもできる。

【００３４】次に、本発明の第２実施形態としての蓄電
装置について説明すると、図６に示すように、複数の蓄
電手段としての蓄電池（バッテリ）１１，１２が直列に
接続されており、これにより組電池が構成されている。
なお、この例では、２個のバッテリを接続した例を示し
ているが、第１実施形態と同様、バッテリ数はこれに限
定されるものではない。

【００３５】そして、各蓄電手段１１，１２に対してそ
れぞれ並列接続可能な複数の蓄電器（コンデンサ）Ｃ１
１，Ｃ１２が設けられている。さらに、各蓄電器Ｃ１
１，Ｃ１２と各蓄電池１１，１２との間には、接続切換
手段としてのスイッチＳ１１〜Ｓ１４が介装されてい
る。ここで、蓄電池１１，１２の相互間には端子Ｓ１１
Ｂ，Ｓ１２Ａ，Ｓ１２Ｃ，Ｓ１３Ａ，Ｓ１３Ｃ及びＳ１
４Ｂが、蓄電池１１の一端側（端子Ａ側）には、端子Ｓ
１１Ａ，Ｓ１１Ｃ及びＳ１３Ｂが、蓄電池１２の他端側
（端子Ｂ側）には、端子Ｓ１２Ｂ，Ｓ１４Ａ及びＳ１４
Ｃが、それぞれ接続されている。

【００３６】また、図６に示すように、蓄電池１１の端
子Ａ側と端子Ｓ１１Ｃとの間には、所望の抵抗値を有す
る抵抗器Ｒ１１が接続されており、また、蓄電池１２の
端子Ｂ側と端子Ｓ１４Ｃとの間には、所望の抵抗値を有
する抵抗器Ｒ１２が接続されている。また、蓄電器Ｃ１
１の一端側には端子Ｓ１１Ａ，端子Ｓ１１Ｂ又は端子Ｓ
１１Ｃに選択的に接続切り換え可能なスイッチＳ１１
が、又、蓄電器Ｃ１１の他端側には端子Ｓ１２Ａ，端子
Ｓ１２Ｂ又は端子Ｓ１２Ｃに選択的に接続切り換え可能
なスイッチＳ１２がそれぞれ設けられている。

【００３７】さらに、蓄電器Ｃ１２の一端側には端子Ｓ
１３Ａ，端子Ｓ１３Ｂ又は端子Ｓ１３Ｃに選択的に接続
切り換え可能なスイッチＳ１３が、又、蓄電器Ｃ１２の
他端側には端子Ｓ１４Ａ，端子Ｓ１４Ｂ又は端子Ｓ１４
Ｃに選択的に接続切り換え可能なスイッチＳ１４がそれ
ぞれ設けられている。そして、これらのスイッチＳ１１
〜Ｓ１４は連動して切り換えられるように構成され、そ
れぞれが端子Ｓ１１Ａ〜Ｓ１４Ａに接続した状態（第１
の接続モードＭ１）と、それぞれが端子Ｓ１１Ｂ〜Ｓ１
４Ｂに接続した状態（第２の接続モードＭ２）と、それ
ぞれが端子Ｓ１１Ｃ〜Ｓ１４Ｃに接続した状態（第３の
接続モードＭ３）との間で、一斉に同期して切り換えら
れるように構成されている。

【００３８】なお、第１の接続モードＭ１では、各蓄電
器Ｃ１１，Ｃ１２が、対応した各蓄電池１１，１２とそ
れぞれ並列接続された状態となり、第２の接続モードＭ
２では、各蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が、対応する蓄電池１
１，１２に隣接した蓄電池１２，１１とそれぞれ並列接
続された状態となる。また、第３の接続モードＭ３で
は、各蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２
を介してそれぞれ蓄電池１１，１２に並列接続された状
態となる。

【００３９】そして、接続切換手段Ｓ１１〜Ｓ１４によ
る第１の接続モードＭ１，第２の接続モードＭ２及び第
３の接続モードＭ３の切換を制御する制御手段１７が設
けられており、この制御手段１７からの制御信号により
所要の切り換え状態でモード切り換えを繰り返し行ない
ながら、各蓄電池１１，１２を電位差を等しくさせてい
くように構成されている。

【００４０】なお、本実施形態では、接続切換手段を機
械的なスイッチＳ１１〜Ｓ１４で構成しているが、実際
の回路構成では、制御性や耐久性を考慮すると、トラン
ジスタ等の半導体素子による半導体切り換え手段（半導
体スイッチ）により構成することが考えられる。ところ
で、本実施形態のように、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及び端
子Ｓ１１〜Ｓ１４Ｃを設けているのは、以下の理由によ
るものである。

【００４１】すなわち、蓄電器（コンデンサ）Ｃ１１，
Ｃ１２は、蓄電池（バッテリ）１１，１２と同様に電荷
を蓄える作用があるが、通常は、コンデンサはバッテリ
と異なり自己放電が比較的顕著である。したがって、上
述のような蓄電装置を電気車両に搭載して長時間車両を
放置した場合等には、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２の電荷がな
くなっている場合が考えられる。

【００４２】この場合、車両のキースイッチをオフ（即
ち、イグニッションオフ）にしても、スイッチＳ１１〜
Ｓ１４が第１の接続モードＭ１又は第２の接続モードＭ
２に保持されていれば、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２は端子Ｓ
１１Ａ〜Ｓ１４Ａ又は端子Ｓ１１Ｃ〜Ｓ１４Ｃを介して
蓄電池１１，１２と接続された状態に保持されるので、
蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が完全に放電してしまうことはあ
まり考えられない。

【００４３】しかしながら、接続切換手段に機械的なス
イッチではなくトランジスタ等の半導体スイッチを用い
た場合には、キースイッチオフの時には、半導体スイッ
チの特性により各スイッチＳ１１〜Ｓ１４がいずれの端
子とも接しない状態となり、自己放電を助長させてしま
うのである。そして、このように蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２
が電荷を蓄えていない状態（即ち、放電した状態）で、
回路を始動させる場合（イグニッションをオンにした場
合）や、充電のために端子Ａ，Ｂ間に充電器を接続した
場合）には、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を設けないと、蓄電
器Ｃ１１，Ｃ１２に急激に大電流（このような大電流を
突入電流ともいう）が流れることになり、蓄電器Ｃ１
１，Ｃ１２を損傷させてしまうおそれがある。

【００４４】そこで、本実施形態では、このような突入
電流を回避すべく、上述の第１実施形態に対して、蓄電
器Ｃ１１，Ｃ１２が抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を介して蓄電
池１１，１２と接続されるような第３の接続モードＭ３
を設けているのである。なお、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が
電荷を蓄えている状態（即ち、充電されている状態）で
は、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２自体が抵抗器として作用する
のでこのような突入電流が蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２に流れ
ることはない。

【００４５】そして、本実施形態では、回路を始動させ
る場合（例えば、イグニッションキーオン時）や端子
Ａ，Ｂ間に充電用の電圧が印加されたとき）には、制御
手段１７からの制御信号によりスイッチＳ１１〜Ｓ１４
が連動して端子Ｓ１１Ｃ〜Ｃ１４Ｃに接続されて、最初
に第３の接続モードＭ３に切り換えられるようになって
いる。

【００４６】また、このように蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２を
抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を介して蓄電池１１，１２や充電
器に接続することにより、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が放電
状態であっても、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２に突入電流が流
れるのを回避しながら蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２を充電する
ことができるのである。そして、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２
が充電されるまでの所定時間経過した後、スイッチＳ１
１〜Ｓ１４が第１の接続モードＭ１と第２の接続モード
Ｍ２とに交互に切り換え制御されるようになっているの
である。

【００４７】なお、この第２実施形態の蓄電装置は、第
１実施形態と同様に電気自動車用電源として用いられる
組電池（＝複数の蓄電池を接続してなる電池）に適用し
うるものである。現状の電気自動車の場合、一般に２０
〜３０個程度のバッテリを直列に接続した組電池が使用
されるが、本蓄電装置は当然ながらこのような多数のバ
ッテリからなる組電池にも適用しうる。

【００４８】本発明の第２実施形態としての蓄電装置
は、上述のように構成されているので、次のような動作
が行なわれる。まず、電源投入時、即ち、回路を始動さ
せる場合（例えばイグニッションキーオン時や各蓄電池
１１，１２に端子Ａ，Ｂ間に充電用の電圧が印加された
とき）、スイッチＳ１１〜Ｓ１４が制御手段１７からの
制御信号により連動して切り換えられ、第３の接続モー
ドＭ３に制御される。

【００４９】すなわち、この場合には、各スイッチＳ１
１〜Ｓ１４は、端子Ｓ１１Ｃ〜Ｃ１４Ｃに接続された状
態となり、各蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２が、抵抗器Ｒ１１，
Ｒ１２を介してそれぞれ蓄電池１１，１２に接続された
状態となる。これにより、各蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２に電
荷が全くない状態であっても、電源投入時や充電時に、
蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２に蓄電池１１，１２や充電器から
大電流（突入電流）が流れることがなく、蓄電器Ｃ１
１，Ｃ１２を十分に保護することができる。

【００５０】そして、所定時間だけ経過すると、蓄電器
Ｃ１１，Ｃ１２が十分に充電されたものとして、スイッ
チＳ１１〜Ｓ１４が制御手段１７からの制御信号により
連動して切り換えられ、端子Ｓ１１Ａ〜Ｓ１４Ａへの接
続状態と、端子Ｓ１１Ｂ〜Ｓ１４Ｂへの接続状態とが、
一斉に切り換えられる。これにより、各蓄電器Ｃ１１，
Ｃ１２が対応した各蓄電池１１，１２とそれぞれ並列接
続する第１の接続モードＭ１と、各蓄電器Ｃ１１，Ｃ１
２が対応する蓄電池１１，１２に隣接した蓄電池１２，
１１とそれぞれ並列接続する第２の接続モードＭ２とが
選択的に切り換えられる。

【００５１】そして、このような接続切換手段としての
スイッチＳ１１〜Ｓ１４による第１の接続モードＭ１と
第２の接続モードＭ２との切り換えが、制御手段７から
の制御信号により所要の周期で繰り返し行なわれること
で、各蓄電池１１，１２の電位差が次第に等化されてい
くのである。なお、各蓄電池１１，１２の電位差を等し
くさせる制御動作は、上述の第１実施形態と同様のもの
となるため、ここでは省略する。

【００５２】このように、第２実施形態の蓄電装置で
は、上述の第１実施形態における効果ないし利点に加え
て、以下のような効果が得られる。すなわち、蓄電器Ｃ
１１，Ｃ１２が電荷を蓄えていない状態（即ち、放電し
た状態）で、回路を始動させる場合（例えはイグニッシ
ョンをオンにした場合や、充電のために端子Ａ，Ｂ間に
充電器を接続した場合）、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２には、
抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を介して電流が流れるので、蓄電
器Ｃ１１，Ｃ１２に急激に大電流（突入電流）が流れる
のを防止することができ、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１２を十分
に保護することができる利点がある。

【００５３】また、本実施形態によれば、このような突
入電流を防止することができるので、蓄電器Ｃ１１，Ｃ
１２の耐電流の仕様を必要最小限にできるため、小容量
のコンデンサを用いることができ、蓄電器Ｃ１１，Ｃ１
２の小型化が可能となるという利点がある。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の蓄電装置によれば、複数の蓄電手段の間において
電荷を移送できるようになり、電圧均衡化に際してのア
ンバランス電圧分を、放熱により浪費させることなく、
他より低電圧の蓄電手段における電圧上昇に利用できる
ようになって、電力損失の低減をはかれるようになると
ともに、放熱に対する対策を行なう必要がなくなる利点
がある。

【００５５】また、請求項２記載の本発明の蓄電装置に
よれば、蓄電器が電荷を蓄えていない状態で、蓄電器に
電圧を印加した場合であっても、蓄電器には、抵抗器を
介して電流が流れるので、蓄電器に急激に突入電流が流
れるのを防止することができ、蓄電器を十分に保護する
ことができる利点がある。また、上述のような突入電流
を防止することができるので、蓄電器の耐電流の仕様を
必要最小限にでき、小容量のコンデンサを用いることが
でるという利点がある。

【００５６】また、請求項３記載の本発明の蓄電装置に
よれば、電圧の均衡化を電気自動車用電源として用いら
れる組電池において種々の状況下で支障なく行なえるよ
うになる利点がある。さらに、請求項４記載の本発明の
蓄電装置によれば、制御手段による第１及び第２の接続
モードの切り換えの繰り返しにより、熱の発生を伴わな
いで電圧均衡化を行なえるようになり、例えば組電池内
のバッテリセル（またはバッテリモジュール）の電圧均
衡化を、充電末期に限らず、走行中、充電中、放電中な
ど使用状況にとらわれることなく行なうことができるよ
うになる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての蓄電装置の要部
構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１実施形態としての蓄電装置の動作
を説明するための図１に対応した回路図であり、図１と
は異なる動作態様を示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態としての蓄電装置の動作
原理を説明するための要部回路図である。

【図４】本発明の第１実施形態としての蓄電装置の動作
原理を説明するための要部回路図である。

【図５】本発明の第１実施形態としての蓄電装置におけ
る電池の特性を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施形態としての蓄電装置の要部
構成を示す回路図である。

【図７】従来の蓄電装置を示す模式的回路図である。

【符号の説明】

１〜５，１１，１２蓄電手段としての蓄電池（二次電
池又はバッテリ）７，１７制御手段Ｃ１〜Ｃ５，Ｃ１１〜Ｃ１２蓄電器（コンデンサ）Ｓ０〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１４接続切換手段としてのス
イッチＳ０Ａ〜Ｓ６Ａ，Ｓ０Ｂ〜Ｓ６Ｂ，Ｓ１１Ａ〜Ｓ１４
Ａ，Ｓ１１Ｂ〜Ｓ１４Ｂ，Ｓ１１Ｃ〜Ｓ１４Ｃ端子Ｒ１１，Ｒ１２抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の蓄電手段を直列に接続されて構成
された蓄電装置において、上記の複数の蓄電手段とそれぞれ並列接続された複数の
蓄電器と、上記の各蓄電器を対応した各蓄電手段とそれぞれ並列接
続させる第１の接続モード、及び、上記の各蓄電器を対
応する蓄電手段に隣接した蓄電手段とそれぞれ並列接続
させる第２の接続モードを選択的に切り換える接続切換
手段とをそなえ、該接続切換手段による上記の第１及び第２の接続モード
の切り換えが繰り返して行なわれるように構成されたこ
とを特徴とする、蓄電装置。
【請求項２】複数の蓄電手段を直列に接続されて構成
された蓄電装置において、上記の複数の蓄電手段とそれぞれ並列接続された複数の
蓄電器と、該複数の蓄電器と上記の各蓄電器に対応した各蓄電手段
との間にそれぞれ配置された複数の抵抗器と、上記の各蓄電器を対応した各蓄電手段とそれぞれ並列接
続させる第１の接続モード、上記の各蓄電器を対応する
蓄電手段に隣接した蓄電手段とそれぞれ並列接続させる
第２の接続モード、及び、上記の各蓄電器を上記の各抵
抗器を介して対応した各蓄電手段とそれぞれ並列接続さ
せる第３の接続モードと、を選択的に切り換える接続切
換手段とをそなえ、電源投入時には、該接続切換手段により最初に第３の接
続モードに切り換えられ、その後、上記の第１及び第２
の接続モードの切り換えが繰り返し行なわれるように構
成されたことを特徴とする、蓄電装置。
【請求項３】該蓄電手段が蓄電池であって、該蓄電装
置が、該蓄電池を複数個直列に接続されてなり電気自動
車用電源として用いられる組電池であることを特徴とす
る、請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】上記の第１及び第２の接続モードの切り
換えが繰り返されるように該接続切換手段を制御して上
記の各蓄電手段の電位差を等しくさせる制御手段をそな
えていることを特徴とする、請求項１〜３のいすれかに
記載の蓄電装置。