JPWO2012090473A1 - 電池モジュールの充電システム - Google Patents

Abstract

本発明の電池モジュールの充電システムは、交流電力を送電する一次コイル（６）を含む送電装置（６０）と、一次コイルから送電される交流電力を電磁誘導により受電する二次コイル（７）を含み、受電した交流電力を直流電力に変換する受電ユニット（７０，８）と、送電装置が受電ユニットに着脱可能なように、且つ送電装置が装着されたときに一次コイルを二次コイルと電磁結合可能なように位置決めするように構成された位置決め機構（６０ａ，７０ａ）と、二次電池である複数のセルを互いに直列に接続してなる電池モジュール（Ｂ）の複数のセルに直流電力を選択的に充電可能なように構成された選択回路（２１，２５，２９）と、を備える。

Description

本発明は、複数のセルを互いに直列に接続してなる電池モジュールの充電システムに関し、詳しくは、電池モジュールを構成する複数のセルをセルごとに充電する充電システムに関する。

充電式の単電池(single cell)は、充電により再使用可能な単体の二次電池であり、その充電可能な電圧は一般的に数ボルト以下と低い。このため、高電圧の二次電池が必要となる場合には、複数の単電池を互いに直列に接続してなる組電池(assembled battery)が採用されている。なお、単電池は、素電池（unit cell）若しくはセル(cell)と称されることがあり、本願では、これらの称呼のうちセルを用いるとともに、充電式のセルを単にセルと呼んで説明する。また、組電池は、電池パック（battery pack）、電池システム（battery system）若しくは電池モジュール(battery module)と称されることがあり、本願では、これらの称呼のうち電池モジュールを用いるとともに、充電式の電池モジュールを単に電池モジュールと呼んで説明する。

電池モジュールを構成するセルの充電システムに関しては、例えば以下の特許文献１乃至４の提案がある。

特許文献１には、電池モジュールをセルごとに充電する充電装置に関する技術が開示されている。すなわち、充電装置と電圧監視装置とが共にセルごとに配設されており、該電圧監視装置により監視された充電対象セルの電圧に応じて、該充電装置による該充電対象セルの充電が行われる。

特許文献２には、電池モジュールをセルごとに充電する充電装置に関する技術が開示されている。すなわち、充電装置がセルごとに配設されるとともに、電圧監視装置が電池モジュールごとに配設されており、該電圧監視装置により監視された電池モジュールの電圧に応じて、該充電装置による充電対象セルの充電が行われる。さらに、特許文献２には、充電装置の電源が電池モジュールごとに配設されることが開示されている。もっとも、充電装置の電源は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成され、一次側と二次側との間で絶縁はされているが、いわゆる非接触充電（contactless charging）の形態ではない。

特許文献３には、充電装置と充電制御装置とがセルごとに配設されており、セルごとに非接触充電する技術が開示されている。

特許文献４には、充電装置と電圧監視装置とがセルごとに配設されており、セルごとに非接触充電する技術が開示されている。

以上のように、特許文献１乃至４には、電池モジュールを構成する複数のセルをセルごとに充電する充電装置に関する技術、非接触充電に関する技術、及び各セルの間で共通の充電制御を行う技術が開示されている。また、これらの技術は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などといった特定の二次電池を前提とはしておらず、つまり電池タイプの限定が無いものである。さらに、これらの技術に適用される電池モジュールの用途として、特許文献１には何も限定が無く、特許文献２には非常用電源又は移動体向けとの例示があり、特許文献３にはゲーム制御器又は携帯電話機向けとの例示があり、特許文献４には電気自動車向けとの例示がある。なお、これらの用途の場合の電池モジュールの端子電圧は高々数十Ｖ〜数百Ｖである。

特表２００５−５３４２７６号公報 特開２００５−１５１７２０号公報 特開２０１０−２０６８７１号公報 特開平１０−２５７６８２号公報

複数のセルからなる電池モジュールを充電する場合、電池モジュール内の充電状態（ＳＯＣ；State Of Charge）が不均一になる場合がある。この場合、電池モジュール内で充電が十分ではないセルが存在すると、電池モジュール全体の使用可能容量が目減りしたり、充電が十分でないセルの端子電圧が低くなるので、電池モジュール全体としての性能が低下することとなる。

電池モジュール内の各セルの充電状態の不均一を解消するために、電池モジュール全体を過充電して電池モジュール内の各セルの端子電圧を揃える方法（この方法を過充電法と呼ぶ）と、電池モジュールから電圧の低いセルを取り出して該セルを充電する方法（この方法をセル充電法と呼ぶ）と、電池モジュール内の各セルをセルごとに充電する方法（特許文献１乃至４に開示された技術）がある。

過充電法の場合には、正常なセルであるにも関わらず過充電によってその内部抵抗の増加やその充電容量の減少を引き起こす点、電池モジュールとしての寿命が短くなる点などの問題がある。セル充電法の場合には、充電が不十分なセルを充電のために取り出すために電池モジュールをあえて分解する必要があり、手間と時間とを要する。さらに、密閉構造を有した電池モジュールにおいては、分解する際に密閉構造が破壊されてしまいアルカリ性の電解液が漏れるおそれがある。したがって、過充電法及びセル充電法は、電池モジュール内の各セルの充電状態の不均一を解消する対策として採用することが困難であった。

一方、特許文献１乃至４に開示された技術の場合、充電装置がセルごとに必要であったり（特許文献１乃至４）、充電を制御するため制御回路がセルごとに必要であったりする（特許文献１、３、４）。このように、電池モジュール内のセルの個数分の充電装置乃至制御回路が必要となり、構成部品が増加する点、並びに、これらの構成部品の増加に伴って配線が複雑化する点などにより、充電システムが複雑且つ高価になるという問題がある。

さらに、ニッケル水素電池のようにＳＯＣの変動に対する電圧変化の小さい電池モジュールの場合、電池モジュール内の各セルを均一に充電するためには充電制御を精度良く行わなければならないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電池モジュールを構成する複数の（多数の）セルを均一に且つ安定的に充電する充電システムの構成を簡素化することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電池モジュールの充電システムは、交流電力を送電する一次コイルを含む送電装置と、前記一次コイルから送電される交流電力を電磁誘導により受電する二次コイルを含み、受電した交流電力を直流電力に変換する受電ユニットと、前記送電装置が前記受電ユニットに着脱可能なように、且つ前記送電装置が装着されたときに前記一次コイルを前記二次コイルと電磁結合可能なように位置決めするように構成された位置決め機構と、二次電池である複数のセルを互いに直列に接続してなる電池モジュールの当該複数のセルに前記直流電力を選択的に充電可能なように構成された選択回路と、を備えるものである。

前記構成によれば、選択回路によって電池モジュール内の全てのセルを充電対象セルとすることができる。この結果、１度に充電を行える充電対象セルは電池モジュール内の１つのセルのみとなるが、電池モジュール内の全てのセルを充電するのに必要な機器のコストと占有面積とを抑制することができ、省スペース化と低コスト化とを図ることが可能となる。

また、送電装置の一次コイルと受電ユニットの二次コイルとの間が電気的に分離されるので、絶縁の確保が容易となる。つまり、電池モジュールや複数の電池モジュールを直列に接続して構成される電池スタック内の各セルの対地間電位を考慮に入れる必要がなくなる。

さらに、受電ユニットに対し送電装置が装着されたときに一次コイルを二次コイルと電磁結合可能なように位置決めする位置決め機構を有することにより、一次コイルに発生させた磁束を二次コイルに無駄なく鎖交させることができ、送電装置から受電ユニットへの電力伝送効率を向上させることができる。

以上のように、電池モジュールを構成する複数の（多数の）セルを均一に且つ安定的に充電する充電システムの構成を簡素化することができる。しかも、位置決め機構は、送電装置が受電ユニットに着脱可能なように構成されているので、複数の電池モジュールに対して送電装置の共用化を図ることができる。

前記電池モジュールの充電システムにおいて、複数の前記電池モジュールが互いに直列に接続されており、各前記電池モジュールは前記受電ユニットと前記位置決め機構と前記選択回路とを備えるとともに、複数の前記電池モジュールに対し１個の前記送電装置を備える、としてもよい。

前記構成によれば、受電ユニットに対し送電装置が着脱可能であるため、複数の電池モジュールが互いに直列に接続されて電池スタックを構成する場合には、受電ユニットについては電池モジュールごとに設ける必要があるが、送電装置については電池スタック全体に対して１つ設けるだけで済む。したがって、送電装置及び該送電装置に電力を供給する励磁電源の個数の削減が可能となるので、充電システム全体の小型化や低コスト化を図ることが容易となる。

前記電池モジュールの充電システムにおいて、前記受電ユニットは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間のエアギャップと前記二次コイルとの間に配設される絶縁材を備える、としてもよい。

前記構成によれば、絶縁材は、例えばアクリル板に貼付された高耐圧の絶縁フィルムであって、該絶縁材を取り換えることにより、任意の絶縁耐力の調整が容易となる。

前記電池モジュールの充電システムにおいて、前記電池モジュールを構成する複数の前記セルの状態を示す状態信号を監視する状態監視装置と、前記状態監視装置により監視された前記セルの状態信号に基づいて前記セルへの充電の開始及び終了を制御する充電制御回路と、をさらに備え、前記充電制御回路は、前記受電ユニットと前記前記選択回路との間に配設され、前記電池モジュールの複数の前記セルの状態信号を前記状態監視装置にそれぞれ伝達する複数の信号配線の途中に、前記選択回路から前記電池モジュールの複数の前記セルへそれぞれ充電するための複数の充電配線がそれぞれ接続されている、としてもよい。

前記構成によれば、各信号配線における各充電配線との接続点と各セルとの間の部分は、信号配線と充電配線とが互いに重複した部分となっており、セルの状態信号の伝達用に用いられるとともにセルの充電用としても用いられるので、充電システム全体の配線を簡素化できる。

前記電池モジュールの充電システムにおいて、各前記信号配線における各前記充電配線との接続点と各前記セルとの間の部分に前記セルへの充電電流が流れることで生じる電圧降下に基づいて、前記セルの状態信号として前記状態監視装置に伝達された前記セルの端子電圧を補正する補正回路をさらに備える、としてもよい。

前記構成によれば、充電配線と信号配線とが互いに重複した部分にセルへの充電電流が流れることで生じる電圧降下によってセルの状態信号としてのセルの端子電圧の計測誤差が発生することとなる。しかしながら、その電圧降下に基づいてセルの端子電圧の計測結果を補正するようにしたことにより、補正後のセルの端子電圧の計測結果に応じてセルへの充電の開始及び終了を精度良く制御することが可能となる。

前記電池モジュールの充電システムにおいて、前記セルはニッケル水素電池である、としてもよい。

前記構成によれば、例えば、ニッケル水素電池はＳＯＣの変動に対して、常用域では電圧変化が小さいという特性があるので、ニッケル水素電池の端子電圧を正確に計測することにより、セルへの充電の開始及び終了を精度良く制御することが可能となる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明によれば、電池モジュールを構成する複数の（多数の）セルを均一に且つ安定的に充電する充電システムの構成を簡素化することができる。

図１Ａは単体の電池モジュールの構成例を示す図である。 図１Ｂは複数の電池モジュールを用いて構成された電池スタックの構成例を示す図である。 図２は本発明に係る電池モジュールの充電システムの構成例を示す図である。 図３Ａは本発明における非接触充電装置の主要部の構造例を説明するための図である。 図３Ｂは本発明における非接触充電装置の主要部の構造例を説明するための図である。 図３Ｃは本発明における非接触充電装置の主要部の構造例を説明するための図である。 図４は本発明における状態監視装置の構成例を示す図である。 図５は本発明における電池スタックの点検作業時の処理フロー例を表すフローチャートである。 図６Ａは電池モジュール内の奇数番セルを充電する場合の充電システム全体の状態を示す図である。 図６Ｂは電池モジュール内の偶数番セルを充電する場合の充電システム全体の状態を示す図である。 図７は各種蓄電装置のＳＯＣに対する電圧変化を示すＳＯＣ特性図である。 図８Ａは充電対象セルの充電停止中のセル選択回路の状態を説明するための図である。 図８Ｂは充電対象セルを充電中のセル選択回路の状態を説明するための図である。 図９は電池モジュールの両端のいずれか一方のセルの充電を行う場合のセル選択回路の状態を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

＜電池モジュールの形態＞
図１Ａ，図１Ｂを用いて、本発明における電池モジュールの形態を説明する。なお、図１Ａは単体の電池モジュールの構成例を示す図であり、図１Ｂは、複数の電池モジュールを用いて構成された電池スタックの構成例を示す図である。

図１Ａに示す電池モジュールＢは、充放電が可能であり且つ出力電圧がＶ１であるｎ（自然数）個のセルＣを互いに直列に接続して構成されている。また、同図に示す電池モジュールＢは積層型二次電池の構造を採用しており、隣り合う２つのセルＣ間の電気的な接続は、一方のセルＣの正極と他方のセルＣの負極との直接的且つ物理的な接触により実現されている。したがって、同図において隣り合う２つのセルＣ間の接続のための配線が省略されている。

なお、隣り合う２つのセルＣの間には、セルＣで発生する熱の放熱を行う放熱板を介在させてもよい。たとえば、この放熱板は導電性の金属板、好ましくはニッケルメッキを施したアルミニウム板であって、放熱板には空気の流通孔を設けて、ファン等からの空気により放熱を行う。また、この放熱板は、隣り合う２つのセルＣを電気的に接続可能な部材を用いて形成されている。

また、電池モジュールＢは、セルＣを積層して組み立てた後にボルト締結して、セルＣの密閉を確保した密閉構造を有してもよい。密閉構造とすることにより、電解液の漏れをなくすとともに、電解液の補給を不要とすることができ、このため、メンテナンスフリーとすることが可能となる。

また、複数の電池モジュールＢを用いて後述の電池スタックＳを構成するために、電池モジュールＢの両端はそれぞれケーブル５３を介してモジュール接続端子５１と接続されている。なお、電池モジュールＢを構成するセルＣの個数ｎは用途や仕様により異なる。本実施の形態では、電池モジュールＢを構成するセルＣの個数ｎは３０である。したがって、セルＣの出力電圧Ｖ１が１．２Ｖならば、電池モジュールＢの出力電圧（ｎ×Ｖ１）は３６Ｖとなる。

図１Ｂに示す電池スタックＳは、ｍ（自然数）ユニットの図１Ａに示す電池モジュールＢを互いに直列に接続して１列の電池モジュール群を構成した上で、ｌ（自然数）組の電池モジュール群を並列に接続して構成されている。つまり、隣り合う２つの電池モジュールＢはケーブル５３及びモジュール接続端子５１を介して互いに接続されている。電池スタックＳの両端はそれぞれスタック出力端子５２を介して遮断器５４などの外部機器に接続されている。

なお、電池スタックＳを構成する電池モジュールＢの直列接続数ｍ及び並列接続数ｌはシステム上求められる使用電圧と電池容量とに基づいて決定される。例えば、電池スタックＳは、鉄道システムにおいて電気車両が減速時に発生する回生電力を再利用するための蓄電設備や、自然エネルギー発電システムにおいて不安定な発電電力の変動を吸収するための蓄電設備に用いられる。なお、鉄道システム向けの蓄電設備の場合、該蓄電設備の出力電圧は一般的に直流１５００Ｖである。この場合、セルＣの出力電圧Ｖ１が例えば１．２Ｖならば、必要なセルＣの個数ｎは１２５０個となる。そして、電池モジュールＢを構成するセルＣの個数ｎが３０ならば、電池スタックＳの一列の電池モジュールＢの直列接続数ｍは４２となる。

＜電池モジュールの充電システムの構成例＞
図２は、本発明に係る電池モジュールの充電システムの構成例を示す図である。

同図に示す充電システム１は、電池モジュールＢに対し、非接触充電装置３と、状態監視装置１０と、極性選択回路２１と、セル選択回路２５と、ＣＰＵ２９とからなる。

同図に示す電池モジュールＢは、計２ｎ＋２個のセルＣを互いに接続してなる。また、電池スタックＳを構成するために、電池モジュールＢはモジュール接続端子５１を介して前側（紙面上側）に配置される電池モジュールＢと後側（紙面下側）に配置される電池モジュールＢとにそれぞれ直列に接続される。各セルＣのプラス極は前側に配置される電池モジュールＢの側にあり、各セルＣのマイナス極は後側に配置される電池モジュールＢの側にある。以下では、説明の都合上、前側に配置される電池モジュールＢから後側に配置される電池モジュールＢに向けて、各セルＣには昇順の識別番号（１〜２ｎ＋２）が付与されているものとする。

非接触充電装置３は、励磁電源５と、一次コイル６を含む送電装置６０と、二次コイル７を含む受電装置７０と、整流器８と、充電制御回路９とからなる。また、受電装置７０及び整流器８が受電ユニットを構成している。

励磁電源５は商用系統などの外部電源４から交流電力の供給を受けると、高周波の伝送周波数（例えば１２５ｋＨｚ）を有する交流電力を出力する。なお、伝送周波数は１２５ｋＨｚに限らず、充電対象に応じて適切な値が用いられる。一次コイル６と二次コイル７とが電磁結合可能なように送電装置６０が受電装置７０に装着された状態で、励磁電源５からの高周波電力が一次コイル６に供給されると、二次コイル７は一次コイル６から送電された交流電力を電磁誘導により受電する。二次コイル７において受電された交流電力は整流器８により直流電力に変換され、その直流電力は電池モジュールＢの充電対象セルを充電するための電力として充電制御回路９に供給される。充電制御回路９の回路構成は周知であるので、その説明を省略する。

充電制御回路９は、整流器８から供給された直流電力を充電対象セルの充電に適した電圧／電流に変換する制御を行う。セルＣの充電方式としては、一定の電圧で充電を行う定電圧充電方式が用いられる。その他に、一定の電流で充電を行う定電流充電方式、又は一定の電流で充電を行った後に一定の電圧で充電を行う定電流−定電圧充電方式などを用いてもよい。

さらに、充電制御回路９は、充電対象セルＣの電圧が充電により所定の電圧に到達した時点を契機として該セルＣの充電を終了するよう制御を行う。その他に、充電対象セルの充電開始から所定の時間が経過した時点、もしくは充電対象セルＣのＳＯＣが所定の値に到達した時点などを契機として、該セルＣの充電を終了するよう制御を行ってもよい。なお、極性選択回路２１及びセル選択回路２５を介して電池モジュールＢの充電対象セルＣの正極側及び負極側それぞれに対して電気的な充電経路を形成するための正極側配線１７及び負極側配線１８が、充電制御回路９の出力側から延設されている。

状態監視装置１０は、電池モジュールＢの各セルＣの状態として電圧を監視するための装置であり、１台の親機１０ａと電池モジュールＢ毎に設けられた複数台の子機１０ｂとにより構成されている。親機１０ａと複数の子機１０ｂとは互いに通信回線２により接続されている。子機１０ｂは、ＣＰＵ１１と、Ａ／Ｄ変換器１２を含む計測回路１５と、親機１０ａとの間の通信インタフェースなどを備えた情報処理装置である。親機１０ａは、ＣＰＵと、記憶器と、複数台の子機１０ｂとの間の通信インタフェースと、電池監視結果を表示する表示装置を備えた情報処理装置である。親機１０ａは、たとえば、従来のパーソナルコンピュータおよびその周辺機器から構成してもよい。

極性選択回路２１及びセル選択回路２５は、充電制御回路９と電池モジュールＢとの間に配設されている。極性選択回路２１及びセル選択回路２５は、電池モジュールＢを構成する各セルＣのうち充電対象セルを選択して、充電制御回路９から選択された充電対象セルへの充電配線を形成するよう構成されている。具体的には、極性選択回路２１及びセル選択回路２５はつぎのように構成されている。

極性選択回路２１は、その一端が充電制御回路９の正極側配線１７と接続される２つのスイッチＳＷ＿Ｄ１，ＳＷ＿Ｄ３と、その一端が充電制御回路９の負極側配線１８と接続される２つのスイッチＳＷ＿Ｄ２，ＳＷ＿Ｄ４とからなる計４つのスイッチ２２を含む。スイッチ２２は好ましくは半導体スイッチとして構成される。なお、正極側配線１７と接続されるスイッチＳＷ＿Ｄ１及び負極側配線１８と接続されるスイッチＳＷ＿Ｄ４の他端はセル選択回路２５の第一端子２３に接続される。負極側配線１８と接続されるスイッチＳＷ＿Ｄ２及び正極側配線１７と接続されるスイッチＳＷ＿Ｄ３の他端はセル選択回路２５の第二端子２４に接続される。４つのスイッチ２２それぞれのオン／オフの切り替え制御において、ＣＰＵ２９からの指令に基づいて、スイッチＳＷ＿Ｄ１，ＳＷ＿Ｄ３のペアと、スイッチＳＷ＿Ｄ２，ＳＷ＿Ｄ４のペアとが相補的にオンオフするように実行される。

ここで、正極側配線１７に接続された２つのスイッチＳＷ＿Ｄ１，ＳＷ＿Ｄ３のうちスイッチＳＷ＿Ｄ１をオンするとともに、負極側配線１８に接続された２つのスイッチＳＷ＿Ｄ２，ＳＷ＿Ｄ４のうちスイッチＳＷ＿Ｄ２をオンする場合を考える。この場合、セル選択回路２５の第一端子２３は充電制御回路９の正極側配線１７と接続され、セル選択回路２５の第二端子２４は充電制御回路９の負極側配線１８と接続される。

逆に、正極側配線１７に接続された２つのスイッチＳＷ＿Ｄ１，ＳＷ＿Ｄ３のうちスイッチＳＷ＿Ｄ３をオンするとともに、マイナス極側配線１８に接続された２つのスイッチＳＷ＿Ｄ２，ＳＷ＿Ｄ４のうちスイッチＳＷ＿Ｄ４をオンする場合を考える。この場合、セル選択回路２５の第一端子２３は充電制御回路９の負極側配線１８と接続され、セル選択回路２５の第二端子２４は充電制御回路９の正極側配線１７と接続される。つまり、スイッチ２２の切り換え制御によって、セル選択回路２５の第一端子２３及び第二端子２４において充電電流の流れる向き（極性）を反転させることができる。

セル選択回路２５は、その一端が第一端子２３に接続され、且つその他端が電池モジュールＢの奇数番号のセル２ｋ−１（ｋ＝１〜ｎ＋１）の正極側及び最終番号のセル２ｎ＋２の負極側にそれぞれ接続されたスイッチＳＷ＿Ｃ０，ＳＷ＿Ｃ２，・・・，ＳＷ＿Ｃ２ｎ，ＳＷ＿Ｃ２ｎ＋２と、その一端が第二端子２４に接続され、且つその他端が電池モジュールＢの偶数番号のセル２ｋ（ｋ＝１〜ｎ＋１）の正極側に接続されたスイッチＳＷ＿Ｃ１，ＳＷ＿Ｃ３，・・・，ＳＷ＿Ｃ２ｎ＋１とからなる計２ｎ＋３個のスイッチ２６を含む。スイッチ２６は好ましくは半導体スイッチで構成される。つまり、スイッチ２６の個数は電池モジュールＢを構成するセルＣの個数よりも１つ多くなっている。

セル選択回路２５と電池モジュールＢとの間は配線２７により接続されている。すなわち、配線２７の一端はセル選択回路２５のスイッチ２６に接続され、配線２７の他端は電池モジュールＢの隣り合うセルＣ間の接触端（contact end）及びモジュール全体の両端(both ends)にそれぞれ接続されている。ここで、配線２７は、充電制御回路９から電池モジュールＢの充電対象セルへの充電配線の一部であるとともに、電池モジュールＢのセルＣの状態信号を状態監視装置１０に伝達する信号配線の一部となっている。また、上記のとおり、電池モジュールＢは積層型二次電池の構造を採用しており、隣り合う２つのセルＣ間の接触端は、各セルＣの正極側又は負極側である。この他に、隣り合う２つのセルＣの間に放熱板が介在する場合には、放熱板にタップを設けることで、該タップをセルＣ間の接触端とすることもできる。

子機１０ｂの計測回路１５と電池モジュールＢの各セルＣとを接続させる配線１４の電池モジュールＢ側の一端は、好ましくは、セル選択回路２５のスイッチ２６の電池モジュールＢ側の一端と接続される。たとえば、図２においては、電池モジュールＢの各セルと接続された配線２７から分岐した配線１４が、子機１０ｂの計測回路１５と接続されている。

ＣＰＵ２９は、極性選択回路２１と回線Ｌ３を介して電気的に接続され、セル選択回路２５と回線Ｌ４を介して電気的に接続され、状態監視装置１０の子機１０ｂのＣＰＵ１１と回線Ｌ２を介して電気的に接続される。ＣＰＵ２９は、ＣＰＵ１１からの信号に基づいて、記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムを実行し、極性選択回路２１及びセル選択回路２５の統括制御（たとえば、スイッチ２２およびスイッチ２６の切り替え制御）を行う。ここで、スイッチ２２および２６の切り替え制御を含むＣＰＵ２９による統括制御は、従来の制御技術を用いて実現してもよい。

＜非接触充電装置について＞
図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃは、それぞれ本発明における非接触充電装置の主要部の構造例を説明するための図である。

非接触充電装置３は、電磁誘導方式の非接触電力伝送技術を利用した充電装置である。電磁誘導方式の非接触電力伝送技術を詳細に説明すると、送電装置６０の一次コイル６と受電装置７０の二次コイル７とが電磁結合可能なように向かい合った場合、一次コイル６に交流を流して磁束を発生させるとともに、一次コイル６に発生させた磁束を二次コイル７に鎖交させることにより、二次コイル７には交流電圧が誘起され、この結果、送電装置６０から受電装置７０に向けて電力伝送が行われる技術である。

また、非接触充電装置３は、図３Ａ，図３Ｂに示すように、二次側の受電装置７０に対し一次側の送電装置６０が着脱可能となるよう構成されている。つまり、励磁側の送電装置６０と受電側の受電装置７０とがそれぞれ別体となっている。運転員が、電池モジュールＢや電池スタックＳの点検作業を行う場合には、送電装置６０を手で持って、一次コイル６と二次コイル７とが電磁結合可能となるように送電装置６０と受電装置７０とを位置決めすることとなる。この位置決め機構は、例えば、送電装置６０に形成された凸部６０ａとこの凸部６０ａに嵌合するよう受電装置７０に形成された凹部７０ａとで構成されている。この凸部６０ａ及び凹部７０ａは模式的に示してあり、具体的構成は種々想定される。また、凸部が受電装置に形成され、凹部が送電装置に形成されてもよい。また、位置決め機構は、送電装置６０が受電装置７０に着脱可能なように、且つ送電装置６０が装着されたときに一次コイル６を二次コイル７と電磁結合可能なように位置決めするように構成されておれば、どのような構成であってもよい。

上記のような非接触充電装置３を採用した目的は、外部電源４と電池モジュールＢとの間の絶縁を確保する点と、充電システム１を構成する部品点数を削減する点とである。

まず、絶縁を確保する点について説明する。

電池モジュールＢや電池スタックＳが鉄道システムや自然エネルギー発電システムなどに向けた大容量の蓄電設備に用いられる場合には、電池モジュールＢや電池スタックＳを構成するセルＣをセルごとに充電する際に、地絡（漏電）に伴う感電事故の対策が必要となる。例えば、鉄道システム向けの蓄電設備の場合、電池モジュールＢの端子電圧は一般的に１５００Ｖになり、電池モジュールＢを構成するセルＣの端子電圧が例えば１．２Ｖとすると、必要なセルＣの個数は１２５０個となる。この場合、最も電位が低いセルを充電対象とする場合には該セルの対地間電圧を考慮する必要はないが、最も電位が高いセルを充電対象とする場合、該セルの対地間電圧を考慮する必要がある。例えば、図３Ｃに示した例では、最も電位が高いセルの両端電位は、１４４０（Ｖ），１４３８．８（Ｖ）であり、携帯機器や電気自動車向けの電池モジュールの端子電圧（高々数十Ｖ〜数百Ｖ）と比べると非常に高電位となっている。

非接触充電装置３においては、送電装置６０の一次コイル６と受電装置７０の二次コイル７との間が電気的に分離されるので、絶縁の確保が容易である。つまり、電池モジュールＢや電池スタックＳを構成する各セルＣの対地間電位を考慮に入れる必要がなくなる。さらに、受電装置７０は、一次コイル６と二次コイル７との間に生じるエアギャップと二次コイル７との間に絶縁材９０を介挿している。絶縁材９０は、例えばアクリル板に貼付された高耐圧の絶縁フィルムである。この高耐圧の絶縁フィルムは、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムや、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルムである。また、絶縁材９０として、陶器材料やポリマー材料を用いてもよい。さらに、絶縁材９０は、必要な絶縁耐力に応じて、種々の絶縁材を用いることができる。このように様々な種類がある絶縁材９０を適宜取り換えることにより、任意の絶縁耐力の調整が容易となる。この結果、非接触充電装置３は、外部電源４と電池モジュールＢとの間の絶縁を十分に確保でき、地絡に伴う感電事故を防止することができる。 つぎに、充電システム１の部品点数を削減する点について説明する。

受電装置７０に対し送電装置６０が着脱可能であるため、複数の電池モジュールＢが互いに直列に接続されて電池スタックＳを構成する場合、図３Ｂに示すように、受電装置７０は電池モジュールＢごとに設ける必要があるが、送電装置６０は電池スタックＳ全体に対して１つ設けるだけで済む。したがって、一次コイル６を含む送電装置６０及び励磁電源５の個数の削減が可能となるので、充電システム１全体の小型化や低コスト化を図ることが容易となる。

さらに、非接触充電装置３は、受電装置７０に対し送電装置６０が装着されたときに一次コイル６を二次コイル７と電磁結合可能なように位置決めする位置決め機構を有する。図３Ａ〜図３Ｃにおいて、位置決め機構は、送電装置６０の外観を凸型とし、且つ受電装置７０の外観を凹型とすることで構成される。つまり、送電装置６０の凸部６０ａが受電装置７０の凹部７０ａに嵌合されることにより、一次コイル６と二次コイル７とが電磁結合可能なように受電装置７０に対して送電装置６０の位置決めがなされる。この結果、一次コイル６に発生させた磁束を二次コイル７に無駄なく鎖交させることができ、送電装置６０から受電装置７０への電力伝送効率を向上させることができる。

＜状態監視装置による充電制御例＞
図４は、状態監視装置１０の構成例を示す図である。図面の簡略化のため、同図に示す電池モジュールＢを構成するセルＣの個数は５としている。

本実施の形態の子機１０ｂの計測回路１５は、電池モジュールＢ内の各セルＣの端子電圧が計測可能となるよう構成されている。詳しくは、電池モジュールＢ内の各セルＣの電圧は配線１４を介して子機１０ｂの計測回路１５に印加される。子機１０ｂの計測回路１５に印加された各セルＣの電圧（アナログ値）はＡ／Ｄ変換器１２により一定の周期で順次Ａ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された各セルＣの電圧（デジタル値）はＣＰＵ１１に読み込まれて親機１０ａへ通信回線２を介して送信される。

親機１０ａのＣＰＵは、記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムを実行し、各セルＣの電圧に基づいて、たとえば、各セルＣの充電状態や、電池モジュールＢが正常に動作しているか否か、を判別する。また、親機１０ａのＣＰＵは、子機１０ｂのＣＰＵ１１及び回線Ｌ１を介して充電制御回路９と電気的に接続されるとともに、子機１０ｂのＣＰＵ１１及び回線Ｌ２を介してＣＰＵ２９と電気的に接続される。親機１０ａのＣＰＵは、記憶装置に記憶されたプログラムを実行し、セルＣへの充電開始処理や、セルＣへの充電終了処理や、電池モジュールＢの充放電の停止処理（たとえば、インターロック処理）などが必要であると判別したときは、子機１０ｂのＣＰＵ１１を介して、充電制御回路９およびＣＰＵ２９に対して、充電開始信号、充電終了信号、及び充放電停止信号などの所定の信号を送信する。充放電制御回路９およびＣＰＵ２９は、これらの信号を受信して、スイッチ２２および２６の切り替え制御などを行い、セルＣへの充電開始処理、セルＣへの充電終了処理、及び電池モジュールＢの充放電の停止処理などを実行する。

なお、状態監視装置１０は、電池モジュールＢの各セルＣの電圧を監視するよう構成されているが、各セルＣの電圧の他にも、各セルＣの温度や圧力などを監視するように構成されてもよい。親機１０ａは、子機１０ｂから収集した各セルＣの電圧、温度、圧力などのデータに基づいて、電池モジュールＢが正常に動作しているか否か、特に故障の度合を判別する。親機１０ａが電池モジュールＢに故障が発生したと判別した場合には、その判別した結果を親機１０ａの表示装置に表示することで、運転員に通知する。さらに、親機１０ａが電池モジュールＢに発生した故障の度合が深刻なレベルであると判別した場合には、上述のように、充電システム１全体若しくは電池スタックＳの一列の電池モジュール群の充放電を自動的に停止させるようにインターロック処理を遂行する。

なお、親機１０ａが複数台の子機１０ｂを集中制御する他に、親機１０ａを設けずに、複数台の子機１０ｂそれぞれが独立的に制御するようにしてもよい。この場合は、子機１０ｂのＣＰＵ１１が、記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムを実行し、各セルＣの電圧に基づいて、たとえば、各セルＣの充電状態や、電池モジュールＢが正常に動作しているか否か、を判別し、セルＣへの充電開始処理、セルＣへの充電終了処理、及び電池モジュールＢの充放電の停止処理などが必要であると判別したときは、充電制御回路９およびＣＰＵ２９に所定の信号を送信する。

＜電池スタックの点検作業時の処理フロー例＞
図５は、電池スタックＳの点検作業時の処理フロー例を表すフローチャートである。

まず、不具合セルの判別時の充電前の準備として、状態監視装置１０（親機１０ａ，子機１０ｂ）は、電池スタックＳを構成する電池モジュールＢごとにその電池モジュールＢを構成する各セルＣの端子電圧を計測し、その計測結果に基づいて各セルＣの充電状態を監視する（ステップＳ１０）。なお、各セルＣの充電状態は親機１０ａの表示装置に表示される。このとき、親機１０ａは、各セルＣの電圧（端子間電圧）にバラツキがあることを判別したとき（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、不具合セルの識別番号とその計測された電圧を出力するよう警報を発する（ステップＳ１２）。なお、最も小さい電圧が計測されたセルＣを不具合セルと判定する。

運転員は、電池スタックＳの両端にあるスタック出力端子５２にそれぞれ接続されている遮断器５４を操作することにより、電池スタックＳを適用したシステム１から電池スタックＳを解列する。さらに、運転員は、警報が発せられた不具合セルを含む電池モジュールＢの正極側及び負極側のケーブル５３それぞれを電池スタックＳのモジュール接続端子５１から取り外す（ステップＳ１３）。なお、上記のとおり、非接触充電装置３の送電側と受電側との間で絶縁が確保されているため、遮断器５４の解列操作をしなくてもよいが、安全面を考慮に入れれば遮断器５４の解列操作をすることがより好ましい。

以上のような不具合セルの判別時の充電前の準備が完了すると、運転員は、送電装置６０の凸部を受電装置７０の凹部に嵌合させることにより、送電装置６０を受電装置７０に装着する。この結果、送電装置６０の一次コイル６と受電装置７０の二次コイル７とが電磁結合可能な状態となる。つまり、一次コイル６に交流を流して磁束を発生させることが可能な状態となるとともに、一次コイル６に発生させた磁束を二次コイル７に鎖交させることが可能な状態となる（ステップＳ１４）。この状態で、運転員は、外部電源４をオンにして、外部電源４から送電装置６０の励磁電源５に交流電力を供給する。

親機１０ａは、子機１０ｂのＣＰＵ１１を介して、ＣＰＵ２９と充電制御回路９とに対して、充電開始信号を送信する（ステップＳ１５）。ＣＰＵ２９は、充電開始信号を受信して、極性選択回路２１のスイッチ２２とセル選択回路２５のスイッチ２６とに対してそれぞれ不具合セルへの充電が可能となるようにスイッチ切り替え制御を行う（ステップＳ１６）。この結果、不具合セルには充電電流が流れることとなる。

充電により不具合セルの電圧の計測結果が正常になったと親機１０ａが判別すると（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、親機１０ａは、子機１０ｂのＣＰＵ１１を介して、ＣＰＵ２９と充電制御回路９とに対して、充電終了信号を送信する（ステップＳ１８）。この結果、不具合セルの充電が終了する。ＣＰＵ２９は、充電終了信号を受信して、極性選択回路２１のスイッチ２２とセル選択回路２５のスイッチ２６とをすべてオフにするリセット制御を行う（ステップＳ１９）。

運転員は、送電装置６０の凸部と受電装置７０の凹部との嵌合を解除して、送電装置６０を受電装置７０から脱着する（ステップＳ２０）。運転員は、始業点検を実施して、特に異常がなければ（ステップＳ２１：正常）、運転員は、今回の点検で充電対象となったセルＣを含む電池モジュールＢの正極側及び負極側のケーブル５３それぞれを電池スタックＳのモジュール接続端子５１に接続することにより、該電池モジュールＢを復列する（ステップＳ２２）。

なお、ステップＳ１７において、不具合セルから計測された電圧が所望の電圧に到達したときに該不具合セルの充電を終了しているが、該不具合セルのＳＯＣが他のセルＣのＳＯＣと等しくなったとき、所定の蓄電容量分の充電を終えたとき、若しくはあらかじめ指定した充電時間を経過したとき等を契機として、該不具合セルの充電を終了してもよい。

また、各セルＣの中で相対的に複数のセルの電圧が低くなった場合には、最も電圧の低いセルＣの充電を終了した後に、２番目以降の電圧の低いセルＣの充電を順に行うようにしてもよい。このように、電圧の低いセルＣから順次充電を行うようにすれば、電池モジュールＢ内のセルＣの電圧のバラツキが次第に解消されるので、電池モジュールＢ内のセルＣの電圧の均一化を図ることができる。

また、以上の一連の処理は、始業点検（ステップＳ２１）を除いて、運転員の負担軽減が図られるように自動化してもよい。

＜極性選択回路及びセル選択回路の詳細な動作例＞
図６Ａ、図６Ｂを用いて、極性選択回路２１及びセル選択回路２５の詳細な動作例を説明する。なお、図６Ａは、電池モジュールＢ内の奇数番号のセル２ｎ＋１を充電する場合の充電システム全体の状態を示す図であり、図６Ｂは、電池モジュールＢ内の偶数番号のセル２ｎを充電する場合の充電システム全体の状態を示す図である。

まず、電池モジュールＢ内の奇数番号のセル２ｎ＋１の電圧が他のセルＣの電圧よりも低くなった場合について説明する。

電池モジュールＢ内の各セルＣの電圧は、子機１０ｂから親機１０ａの順に伝達されて、親機１０ａの表示装置において表示される。親機１０ａが自動的に若しくは運転員の選択操作により電池モジュールＢ内の各セルＣの中で最も電圧が低下している奇数番号のセル２ｎ＋１（不具合セル、充電対象セル）を選択すると、親機１０ａは、子機１０ｂのＣＰＵ１１を介して、ＣＰＵ２９と充電制御回路９とに対して、選択された奇数番号のセル２ｎ＋１への充電開始信号を出力する。

すると、ＣＰＵ２９は、充電開始信号を受信して、極性選択回路２１に対して、スイッチＳＷ＿Ｄ１及びスイッチＳＷ＿Ｄ２がオンするようにスイッチ切り替え制御を行うとともに、セル選択回路２５に対して奇数番号のセル２ｎ＋１の両端に接続されたスイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ及びスイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ＋１がオンするようにスイッチ切り替え制御を行う。このとき、図６Ａの太線部として示されるように、外部電源４から奇数番号のセル２ｎ＋１までの充電配線が形成され、該充電配線を介して奇数番号のセル２ｎ＋１に充電電流が流れることにより、奇数番号のセル２ｎ＋１の充電が開始される。なお、充電制御回路９から奇数番号のセル２ｎ＋１までの充電配線は、充電制御回路９の正極側配線１７、スイッチＳＷ＿Ｄ１、セル選択回路２５の第一端子２３、スイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ、奇数番号のセル２ｎ＋１、スイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ＋１、セル選択回路２５の第二端子２４、スイッチＳＷ＿Ｄ２、充電制御回路９の負極側配線１８を順に経由するように形成される。

つぎに、電池モジュールＢ内の偶数番号のセル２ｎの電圧が他のセルＣの電圧よりも低くなった場合について説明する。

奇数番号のセル２ｎ＋１と同様に、親機１０ａが自動的に若しくは運転員の選択操作により電池モジュールＢ内の各セルＣの中で最も電圧が低下した偶数番号のセル２ｎ（不具合セル、充電対象セル）を選択すると、親機１０ａは、子機１０ｂのＣＰＵ１１を介して、ＣＰＵ２９と充電制御回路９とに対して、選択された偶数番号のセル２ｎへの充電開始信号を送信する。

すると、ＣＰＵ２９は、極性選択回路２１に対して、スイッチＳＷ＿Ｄ３及びスイッチＳＷ＿Ｄ４がオンするようにスイッチ切り替え制御を行うとともに、セル選択回路２５に対して偶数番号のセル２ｎの両端に接続されたスイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ−１及びスイッチＳＷ＿Ｃ２ｎがオンするようにスイッチ切り替え制御を行う。このとき、図６Ｂの太線部として示されるように、外部電源４から偶数番号のセル２ｎまでの充電配線が形成され、該充電配線を介して偶数番号のセル２ｎに充電電流が流れることにより、偶数番号のセル２ｎの充電が開始される。なお、充電制御回路９から偶数番号のセル２ｎまでの充電配線は、充電制御回路９の正極側配線１７、スイッチＳＷ＿Ｄ３、セル選択回路２５の第二端子２４、スイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ−１、偶数番号のセル２ｎ、スイッチＳＷ＿Ｃ２ｎ、セル選択回路２５の第一端子２３、スイッチＳＷ＿Ｄ４、充電制御回路９の負極側配線１８を順に経由するように形成される。

図６Ａの太線部と図６Ｂの太線部とを対比すると、偶数番号のセル２ｎと奇数番号のセル２ｎ＋１の接触端とスイッチＳＷ＿Ｃ２ｎの一端との間の配線２７を流れる電流の向き（極性）が反転していることがわかる。

以上、受電装置７０と整流器８と充電制御回路９とは１つの電池モジュールＢに対して１組設置する必要があるが、極性選択回路２１とセル選択回路２５とを１対設置すれば、電池モジュールＢ内の全てのセルＣを充電対象セルとすることができる。この結果、１度に充電を行えるセルは電池モジュールＢ内の１つのセルのみとなるが、電池モジュールＢ内の全てのセルＣを充電するのに必要な機器のコストと占有面積とを抑制することができ、省スペース化と低コスト化とを図ることが可能となる。なお、電池スタックＳ内の複数の電池モジュールＢ内のセルＣを充電する場合には、複数の送電装置６０を使用してもよい。

＜配線の一部共用化に伴うセルの計測電圧の補正例＞
図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図９を用いて、セルＣの充電配線とセルＣの電圧の出力経路とが互いに重複した配線１７を有することに伴うセルＣの電圧の補正方法を説明する。図７は、各種蓄電装置のＳＯＣに対する電圧変化を示すＳＯＣ特性図である。図８Ａは、充電対象セルｍが充電停止中のときのセル選択回路の状態を説明するための図であり、図８Ｂは、充電対象セルｍが充電中のときのセル選択回路の状態を説明するための図である。図９は、電池モジュールＢの両端のいずれか一方のセルとしてセル１の充電を行う場合のセル選択回路２５の状態を説明するための図である。

図６Ｂにおいて、偶数番号のセル２ｎの充電を行っているが、このとき、親機１０ａは偶数番号のセル２ｎの電圧を実際の電圧よりも高い電圧で表示するとともに、偶数番号のセル２ｎの隣接セル（２ｎ−１，２ｎ＋１）の電圧を実際の電圧よりも小さい電圧で表示する現象が生じる。この現象は、充電配線である配線２７を計測の経路に流用したことに伴って生じるものである。具体的には、この現象は、偶数番号のセル２ｎから計測回路１５と接続された配線１４に分岐するまでの配線２７に充電電流が流れることに伴って生じ、配線２７の電気抵抗に起因するものである。親機１０ａは、充電制御のために偶数番号のセル２ｎの電圧を正確に検出する必要があるが、偶数番号のセル２ｎが充電中にあるときには、充電対象である偶数番号のセル２ｎとその隣接セル（２ｎ−１，２ｎ＋１）の電圧を正確に計測することができず、それゆえに適切な充電制御を行えない。この現象は、図６Ａにおいて奇数番号のセル２ｎ＋１に充電を行う場合についても同様に発生する。

特に、セルＣとしてニッケル水素電池を採用する場合の問題を図７を用いて考察する。なお、図７において、曲線ａはニッケル水素電池の電圧変化、曲線ｂは鉛蓄電池の電圧変化、曲線ｃはリチウムイオン電池の電圧変化、曲線ｄは電気二重層キャパシタの電圧変化を表す。ＳＯＣの変動に対する電圧変化（ΔＶ／ΔＳＯＣ）は、ニッケル水素電池の場合には約０．１、リチウムイオン電池の場合には約２、電気二重層キャパシタの場合には約３である。ここで、それぞれの場合の電圧変化が同じとすれば、ニッケル水素電池のＳＯＣの変動は、リチウムイオン電池のＳＯＣの変動の２０倍に相当する。したがって、ニッケル水素電池を採用した場合には、他の種類の二次電池と比べると、その充電終了電圧の変化が微小であったとしても、そのＳＯＣの変動に大きな影響を与えることになる。このため、セルＣの過充電を防ぎつつ、１００％のＳＯＣで充電することを実現するためには、精密なセルの電圧の測定が必要となる。

そこで、充電電流による配線２７の電圧降下を考慮してセルＣの計測電圧の補正を行うことにより、該セルＣが充電中の場合において、該セルＣの電圧をより正確に計算することとする。すなわち、充電対象セルｍ（ｍはセル番号）の充電開始前にその隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の子機計測端電圧（Ｖｍ−１，Ｖｍ＋１）をあらかじめ記憶しておき、それらと充電対象セルｍが充電中のときの隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の子機計測電圧（Ｖｍ−１’，Ｖｍ＋１’）と偏差（Ｖｍ−１−Ｖｍ−１’，Ｖｍ＋１−Ｖｍ＋１’）から、充電対象セルｍの両極と接続された配線２７の電圧降下（Δｖｍ−１，Δｖｍ）を算出し、算出した電圧降下（Δｖｍ−１，Δｖｍ）を用いて子機計測端電圧（Ｖｍ−１，Ｖｍ＋１）の補正を行うことで、充電対象セルｍの電圧をより正確に計算するものである。この補正方法を、図８Ａ，図８Ｂを用いて具体的に説明する。

図８Ａのように、充電対象セルｍの充電を停止しているときには、充電対象セルｍから子機１０ｂへの配線には電流が流れないので、次式のとおり、子機１０ｂの計測端電圧Ｖｍと充電対象セルｍの端子電圧Ｅｍとが一致する。

（数１）
Ｅｍ−１＝Ｖｍ−１ ・・・（１−１）
Ｅｍ＝Ｖｍ ・・・（１−２）
Ｅｍ＋１＝Ｖｍ＋１ ・・・（１−３）
一方、図８Ｂのように、充電対象セルｍの充電を開始するときには、充電対象セルｍから子機１０ｂへ向かう配線２７に電流が流れるので、配線２７において電圧降下（Δｖｍ−１，Δｖｍ）が発生し、これに伴い子機１０ｂの計測端電圧が変化する。このような変化が起こるセルは、充電対象セルｍとその隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の計３セルである。そこで、図８Ａのように充電対象セルｍの充電開始前に、隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の電圧（Ｖｍ−１，Ｖｍ＋１）を計測し、計測した電圧（Ｖｍ−１，Ｖｍ＋１）を記憶する。

図８Ｂに示すように、充電対象セルｍの充電を開始したときには、隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の子機計測端電圧（Ｖｍ−１’，Ｖｍ＋１’）は低下し、充電対象セルｍの子機計測端電圧Ｖｍ’は上昇することになるが、その偏差ΔＶｍ−１（＝Ｖｍ−１−Ｖｍ−１’），ΔＶｍ＋１（＝Ｖｍ＋１−Ｖｍ＋１’）は、充電対象セルｍの充電に伴う配線２７の電圧降下（Δｖｍ−１，Δｖｍ）と等しくなっている。ここで、充電対象セルｍの充電によってその隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の電圧が変動することは考えられない。したがって、充電対象セルｍとその隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の子機計測端電圧（Ｖｍ−１’，Ｖｍ’，Ｖｍ＋１’）と、充電時における充電対象セルｍの両極と接続された配線２７の電圧降下（Δｖｍ−１，Δｖｍ）とを用いて、充電対象セルｍとその隣接セル（ｍ−１，ｍ＋１）の正確な電圧（Ｅｍ−１’，Ｅｍ’，Ｅｍ＋１’）を、以下に示す式により、計算によりリアルタイムで求めることができる。

（数２）
Ｅｍ−１’＝Ｖｍ−１’＋Δｖｍ−１ ・・・（２−１）
Ｅｍ’＝Ｖｍ’−Δｖｍ−１−Δｖｍ ・・・（２−２）
Ｅｍ＋１’＝Ｖｍ＋１’＋Δｖｍ ・・・（２−３）
なお、充電前と充電中との隣接セルの子機計測端電圧の偏差により充電対象セルｍの両極と接続された配線２７の電圧降下を計算する以外に、配線抵抗と充電電流との積により充電対象セルｍの両極と接続された配線２７の電圧降下を計算するようにしてもよい。

また、充電対象セルｍが電池モジュールＢの両端のいずれか一方にある場合であっても、上記の計算方法に基づいてその充電対象セルｍの電圧を正確に計算することができる。図９に示すように、セル１の負極側の配線２７の電圧降下Δｖ１は上記と同様に計算できるが、セル１の正極側の配線２７の電圧降下Δｖ０は、隣接するセルがないので、上記の計算方法を用いることができない。ここで、セル選択回路２５からセル１の正極側と負極側それぞれの配線長ｌ０，ｌ１の間の関係としてｌ０≒ｌ１が成立するものとし、且つそれらの配線抵抗ｒ０，ｒ１が等しいと仮定すると、充電電流ｉｃは変わらないので、次式が成立する。

（数３）
Δｖｏ ≒ Δｖ１ ・・・（３）
したがって、充電対象セルｍが電池モジュールＢの両端のいずれか一方にある場合であっても、以下に示す式により、正確なセルＣの電圧をリアルタイムで計算することができ、この結果、適切な充電制御を実現することが可能となる。

（数４）
Ｅ１’＝Ｖ１’−Δｖ０−Δｖ１
≒Ｖ１’−２Δｖ１ ・・・（４−１）
Ｅ２’＝Ｖ２’＋Δｖ１ ・・・（４−２）
なお、配線２７の電気抵抗ｒが０．０４（Ω）であり、充電電流ｉｃが３（Ａ）であるとすると、配線２７の電圧降下Δｖは０．１２（Ｖ）となる。これは、セルＣとして１．２Ｖの端子電圧を有するニッケル水素電池を採用したとき、その端子電圧の１０％に相当する。ニッケル水素電池の電圧変動は、図７を用いて説明したように、他のタイプの蓄電装置と比べると小さいので、微小な電圧の計測誤差によって充電制御に対して大きな影響が及ぼされる。特に、所定の電圧の１０％を超えて充電を行うとすると、電池は過充電状態となり、電池を損傷することとなる。なお、損傷に至らなくても、過充電を繰り返せば電池寿命に悪影響を及ぼしかねない。したがって、上記のように正確なセルＣの電圧をリアルタイムで計算することにより、各種蓄電装置、好ましくは二次電池、より好ましくはニッケル水素電池の適切な充電制御を実現することが可能となる。

なお、セルＣの計測電圧を補正する計算は、さまざまな手段により実現可能である。たとえば、セルＣの電圧は、配線１４を介して子機１０ｂに印加されるが、計測回路１５に上記補正計算を行う制御回路を設けて補正を行ってもよい。たとえば、Ａ／Ｄ変換器１２を介して得たセルＣの電圧の補正計算をリアルタイムで行うように最適化されたＤＳＰ（Digital Signal Processor）を制御回路として用いてもよい。また、記憶装置（図示せず）に上記補正計算を行うプログラムを記憶させ、ＣＰＵ１１がＡ／Ｄ変換器１２を介して得たセルＣの電圧をこの記憶装置に一時的に記憶させた上で、このプログラムを実行することでセルＣの電圧の補正計算を行ってもよい。このセルＣの電圧の補正計算は、子機１０ｂのＣＰＵ１１のほか、親機１０ａのＣＰＵが行ってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、複数のセルを互いに直列に接続してなる電池モジュールの充電システム、特に、電池モジュールを構成する複数のセルをセルごとに充電する充電システムとして有用である。

Ｃ…セル
Ｂ…電池モジュール
Ｓ…電池スタック
５１…モジュール接続端子
５２…スタック出力端子
５３…ケーブル
５４…遮断器
１…電池モジュールの充電システム
２…通信回線
３…非接触充電装置
４…外部電源
５…励磁電源
６…一次コイル
６０…送電装置
６０ａ…凸部
７…二次コイル
７０…受電装置
７０ａ…凹部
９０…絶縁材
８…整流器
９…充電制御回路
１０…状態監視装置
１０ａ…親機
１０ｂ…子機
１１…ＣＰＵ
１２…Ａ／Ｄ変換器
１４…配線
１５…計測回路
１７…正極側配線
１８…負極側配線
２１…極性選択回路
２２…スイッチ
２３…第一端子
２４…第二端子
２５…セル選択回路
２６…スイッチ
２７…配線
２９…ＣＰＵ

Claims (6)

1. 交流電力を送電する一次コイルを含む送電装置と、
   前記一次コイルから送電される交流電力を電磁誘導により受電する二次コイルを含み、受電した交流電力を直流電力に変換する受電ユニットと、
   前記送電装置が前記受電ユニットに着脱可能なように、且つ前記送電装置が装着されたときに前記一次コイルを前記二次コイルと電磁結合可能なように位置決めするように構成された位置決め機構と、
   二次電池である複数のセルを互いに直列に接続してなる電池モジュールの当該複数のセルに前記直流電力を選択的に充電可能なように構成された選択回路と、
   を備える電池モジュールの充電システム。
2. 複数の前記電池モジュールが互いに直列に接続されており、各前記電池モジュールは前記受電ユニットと前記位置決め機構と前記選択回路とを備えるとともに、複数の前記電池モジュールに対し１個の前記送電装置を備える、請求項１に記載の電池モジュールの充電システム。
3. 前記受電ユニットは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間のエアギャップと前記二次コイルとの間に配設される絶縁材を備える、請求項１に記載の電池モジュールの充電システム。
4. 前記電池モジュールを構成する複数の前記セルの状態を示す状態信号を監視する状態監視装置と、
   前記状態監視装置により監視された前記セルの状態信号に基づいて前記セルへの充電の開始及び終了を制御する充電制御回路と、をさらに備え、
   前記充電制御回路は、
   前記受電ユニットと前記前記選択回路との間に配設され、
   前記電池モジュールの複数の前記セルの状態信号を前記状態監視装置にそれぞれ伝達する複数の信号配線の途中に、前記選択回路から前記電池モジュールの複数の前記セルへそれぞれ充電するための複数の充電配線がそれぞれ接続されている、請求項１に記載の電池モジュールの充電システム。
5. 各前記信号配線における各前記充電配線との接続点と各前記セルとの間の部分に前記セルへの充電電流が流れることで生じる電圧降下に基づいて、前記セルの状態信号として前記状態監視装置に伝達された前記セルの端子電圧を補正する補正回路をさらに備える、請求項４に記載の電池モジュールの充電システム。
6. 前記セルはニッケル水素電池である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池モジュールの充電システム。

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