車両用電源装置
【課題】組電池の電池セルの容量にばらつきが生じた状態で上記装置によって組電池を充電する場合、電池セルの全てを満充電状態とすることが困難となる。
【解決手段】高電圧バッテリ１０を構成する各モジュールＭ１〜Ｍｍは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに接続されている。モジュール間コンデンサＣｍは、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎ，ＰＦＣ回路１２を介して商用電源１４に接続されている。商用電源１４の電気エネルギは、モジュール間コンデンサＣｍを介してモジュールＭ１〜Ｍｍへ個別に充電される。
【解決手段】高電圧バッテリ１０を構成する各モジュールＭ１〜Ｍｍは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに接続されている。モジュール間コンデンサＣｍは、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎ，ＰＦＣ回路１２を介して商用電源１４に接続されている。商用電源１４の電気エネルギは、モジュール間コンデンサＣｍを介してモジュールＭ１〜Ｍｍへ個別に充電される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用される車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用電源装置としては、外部電源に接続される車両内の充電器を用いて組電池を充電するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、組電池の各電池セルの充電率（ＳＯＣ）にはばらつきが生じうる。一方、上記装置は、組電池を構成する全電池セルに一括して充電するものである。このため、組電池の電池セルの端子電圧にばらつきが生じた状態で上記装置によって組電池を充電する場合、電池セルの全てを満充電状態とすることが困難となる。ここで、組電池の充電処理時において、端子電圧の高い電池セルを放電させることで電池セル同士の端子電圧の調節を併せ行なうことも考えられるが、この場合、端子電圧の高い電池セルの電力が捨てられることから、充電効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用される新たな車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用され、車両内において電力供給源として利用可能な前記組電池とは別の電源、および前記組電池の電気エネルギが入力される手段であって且つ該組電池の監視装置を構成しない入力手段のいずれかである車載充放電装置との間の電気エネルギの授受対象を、前記組電池のうちの一部の電池セルである部分電池に限定する限定手段を備え、前記部分電池は、単一の電池セルまたは前記組電池を構成する一部且つ互いに隣接する複数の電池セルであることを特徴とする。
【０００８】
車両内において組電池の端子電圧は、車載充放電装置の電源としては過度に大きいことがある。また、充放電装置からの電気エネルギを組電池に充電する場合には、組電池を構成する電池セルに一括して充電することで不都合が生じうることについては上述したとおりである。この点、上記発明では、限定手段を備えることで、こうした問題に適切に対処することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記限定手段は、前記部分電池と前記車載充放電装置とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、開閉手段を備えることで、部分電池と充放電装置との間の電気エネルギの授受を開閉手段の操作によって制御したり、部分電池と充放電装置との電位差に起因した電圧が部分電池や充放電装置に印加されることを回避したりすることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、蓄電手段を備え、前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、部分電池と充放電装置との間の電気エネルギの授受に際し、蓄電手段を用いることで、部分電池と充放電装置とが直接電気的に接続されることを回避することができる。このため、部分電池と充放電装置との間の電位差が大きい場合であっても、部分電池や充放電装置に要求される耐圧が上昇することを回避することが可能となる。また、部分電池の端子電圧と充放電装置の出力電圧とに大きな差がある場合であっても、過度に大きな電流が流れる事態を回避することも可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記充放電装置は、前記別の電源であり、前記別の電源は、車両の外部から電気エネルギを供給される電力変換回路であることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、車両の外部から供給される電気エネルギを部分電池に限って充電することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記別の電源との間を選択的に開閉する機能を有し、前記複数の部分電池を構成する電池セルは、前記組電池を構成する全電池セルであり、前記開閉手段の操作によって、前記別の電源の電気エネルギの充電対象となる前記部分電池を切り替えることで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電する組電池充電手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、外部からの電気エネルギを組電池に充電するに際し、部分電池毎に充電を行なうことができる。このため、部分電池の充電量を個別に調整することができる。これにより、外部の電源からの電気エネルギによる組電池の充電量を最大化することが容易となり、また、充電効率を向上させることもできる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、蓄電手段を備え、前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備え、前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段と前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれとの間を選択的に開閉する機能を有し、前記組電池充電手段は、前記装置側開閉手段の操作によって前記別の電源からの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する蓄電側充電処理と、前記電池側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記部分電池に充電する電池側充電処理とを行なうことで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電することを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、別の電源の電気エネルギを部分電池に充電するに際し、蓄電手段を用いることで、部分電池と別の電源とが直接電気的に接続されることを回避することができる。このため、部分電池と別の電源との間の電位差が大きい場合であっても、部分電池や別の電源に要求される耐圧が上昇することを回避することが可能となる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記別の電源の電気エネルギを前記組電池の全電池セルに一括して充電する全セル充電手段をさらに備え、前記組電池充電手段は、前記全セル充電手段による充電処理の後に前記組電池を構成する前記部分電池への個別の充電処理を行なうことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、全セル充電手段による充電処理の後に部分電池への個別の充電処理を行なうことで、部分電池に許容最大量の電気エネルギを容易に充電することができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記充放電装置は、前記入力手段であり、前記入力手段は、車載補機バッテリであることを特徴とする。
【００２２】
補機バッテリは、組電池と比較して端子電圧が低い傾向にある。このため、組電池から補機バッテリに電気エネルギを供給するに際しては、通常、電力変換回路が用いられる。しかし、この場合、電気エネルギを供給するに際して電力変換回路の変換効率に応じた損失が生じる。この点、上記発明では、部分電池と補機バッテリとの電位差を小さくすることで、電力変換回路を用いることなく電気エネルギを供給することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記電池側開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記蓄電手段との間を選択的に開閉する機能を有し、前記電池側開閉手段の操作によって前記部分電池の電気エネルギを前記蓄電手段に充電する処理と、前記装置側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する処理とを行なうことで、前記組電池の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する補機バッテリ充電手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、補機バッテリに電気エネルギを供給する部分電池を選択することができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記補機バッテリ充電手段は、前記蓄電手段に電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することで、特定の部分電池の蓄電エネルギ量が過度に小さくなる事態を回避することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする機能をさらに備え、前記電池側開閉手段を操作して前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする可変手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
補機バッテリの端子電圧は、通常、変動しうる。このため、蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を固定する場合、蓄電手段の充電電圧が補機バッテリの端子電圧以下となる事態も生じうる。こうした事態を回避すべく、部分電池の電池セル数を多くすると、補機バッテリの端子電圧が低い場合に、蓄電手段の充電電圧が補機バッテリの端子電圧を過度に上回ることが懸念される。さらに、補機バッテリの充電電力は状況に応じて可変とすることが望ましい。この点、上記発明では、蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とすることで、蓄電手段の充電電圧を補機バッテリの端子電圧や補機バッテリの充電要求電力に応じた適切な値にすることができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記充放電装置は、前記入力手段であり、前記入力手段の基準電位は、前記限定手段による電気エネルギの授受対象となる部分電池の正極電位または負極電位であることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、特定の部分電池の正極電位または負極電位を充放電装置の基準電位とすることで、組電池から入力手段への電気エネルギの供給が容易になる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜３，１２のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池を構成する部分電池のうち前記授受対象となる部分電池以外の部分電池と、前記授受対象となる部分電池との電気エネルギの授受を行なう電力授受手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
限定手段によって充放電装置との電力の授受対象となる電池セルを組電池を構成する一部の電池セルに限定する場合、一部の電池セルと他の電池セルとの間の充電率や端子電圧等のばらつきが顕在化しやすい。上記発明では、この点に鑑み、電力授受手段を備えることで、充電率や端子電圧の高いものの電気エネルギを浪費することなく、充電率や端子電圧等のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記限定手段は、前記車載充放電装置としての前記入力手段と前記部分電池とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備え、前記電力授受手段は、蓄電手段と、前記組電池を構成する部分電池のうち、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池とそれ以外の部分電池とのそれぞれを、前記蓄電手段に接続する選択接続手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３４】
上記発明では、選択接続手段によって、上記それ以外の部分電池の電気エネルギを蓄電手段に充電し、蓄電手段の蓄電エネルギを、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池に充電することができる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の発明において、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記入力手段とが接続される状況下、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記蓄電手段とを接続すべく、前記選択接続手段を操作する操作手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３６】
上記発明では、上記それ以外の部分電池の電気エネルギについても、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池を介すことなく入力手段に充電することができる。このため、充電速度が、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池の端子電圧に応じて一義的に定まらないため、充電制御の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図３】同実施形態にかかる高電圧バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図４】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図５】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図６】同実施形態にかかる補機バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図７】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図８】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図９】第４の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１０】第５の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１１】同実施形態にかかる補機バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図１２】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる車両用電源装置を車載２次電池を備えるシステムに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３９】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００４０】
図示される高電圧バッテリ１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの直列接続体としての組電池であり、その端子電圧がたとえば百Ｖ以上となるものである。高電圧バッテリ１０の正極および負極は、車載主機に接続される電力変換回路の入力端子に接続される。電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン等の２次電池である。電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成である。すなわち、充電率（ＳＯＣ：満充電量に対する実際の充電量の比率）に対する開放端電圧の関係や、満充電量、内部抵抗値等が互いに等しいものである。
【００４１】
高電圧バッテリ１０の負極電位は、車体電位とは相違する電位に設定されている。詳しくは、本実施形態では、高電圧バッテリ１０の正極電位と負極電位との中央値が車体電位となるように設定されている。これは、高電圧バッテリ１０の正極および負極間に一対のコンデンサの直列接続体や一対の抵抗体の直列接続体を接続するとともに、上記コンデンサ同士または抵抗体同士の接続点を車体に接続することで行なうことができる。
【００４２】
電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、互いに隣接するｎ（＞２）個ずつが同一グループとされモジュール化されている。ここで、第ｉモジュールＭｉは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎからなる。
【００４３】
モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに電気的に接続可能とされている。ここで、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣは、単位電源（モジュール）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール間コンデンサＣｍ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐｍ，ＱＭｎ１〜ＱＭｎｍを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００４４】
ここで、スイッチング素子ＱＭｐｉは、第ｉモジュールＭｉの正極とモジュール間コンデンサＣｍの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＭｎｉは、第ｉモジュールＭｉの負極とモジュール間コンデンサＣｍの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのそれぞれを、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。ここで、一対のトランジスタを用いるのは、それらのボディーダイオード同士の順方向が互いに逆となるように接続することで、トランジスタのオン操作指令がなされていないときにボディーダイオードを介して電流が流れることを阻止するための設定である。詳しくは、本実施形態では、一対のトランジスタのソース同士を互いに接続する。これは、トランジスタがソースに対するゲートの電位差に応じて駆動されることに鑑み、１つの信号で一対のトランジスタを容易に駆動するための設定である。
【００４５】
上記一対のトランジスタのソース同士、ゲート同士は互いに短絡され、ソースおよびゲートのそれぞれは、フォトカプラＰＭｐ１〜ＰＭｐｍ，ＰＭｎ１〜ＰＭｎｍの２次側の一対の端子のそれぞれに接続されている。本実施形態では、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉとして、電圧を出力するタイプのものを採用している。これは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの２次側にスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉを駆動するための電源を設けないための設定である。
【００４６】
上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの１次側には、電子制御装置（ＥＣＵ２０）が接続されている。ＥＣＵ２０は、高電圧バッテリ１０よりも端子電圧の低い補機バッテリ３０を電源とするものであり、その動作の基準電位を、高電圧バッテリ１０の負極電位とは相違する電位とする。詳しくは、車体電位を基準電位とする。
【００４７】
上記モジュール間コンデンサＣｍの静電容量は、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、高電圧バッテリ１０よりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が高電圧バッテリ１０の「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの高電圧バッテリ１０の充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００４８】
また、モジュール間コンデンサＣｍは、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを介して、車両外部の商用電源１４の交流電力を直流電力に変換するＰＦＣ回路１２に接続されている。これらスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎは、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同一構成のものであり、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉと同一構成のフォトカプラＰｐ，Ｐｎを介してＥＣＵ２０に接続されている。
【００４９】
ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介してモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍのそれぞれから出力される信号を受信し、これに基づき、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣやスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを操作する。また、ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介して、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍに、充電状態を調整する旨の指令信号を出力する。なお、インターフェース２２は、フォトカプラ等によって構成すればよい。
【００５０】
図２に、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍの構成を示す。
【００５１】
図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉは、モジュール内コンデンサＣｃとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えている。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量は、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、単一のモジュールＭｉよりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が単一のモジュールＭｉの「１／１０万」以下、望ましくは、「１／１００万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの単一のモジュールＭｉの充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５２】
一方、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣは、単位電源（電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎ）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール内コンデンサＣｃ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００５３】
ここで、スイッチング素子ＱＣｐｊは、電池セルＣｉｊの正極とモジュール内コンデンサＣｃの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＣｎｊは、電池セルＣｉｊの負極とモジュール内コンデンサＣｃの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのそれぞれを、上記スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同様、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。そして、それらのソースおよびゲート間に、フォトカプラＰＣｐ１〜ＰＣｐｎ，ＰＣｎ１〜ＰＣｎｎの２次側を接続する。これらフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊも、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉ同様、電圧を出力するタイプのものである。
【００５４】
ここで、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを構成するスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉよりも低耐圧のものを使用している。また、上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊは、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉよりも低耐圧のものを用いている。
【００５５】
上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊの１次側には、マイクロコンピュータ（マイコン４０）が接続されている。マイコン４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４６）を備えるソフトウェア処理手段である。マイコン４０は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のそれぞれを検出すべく、それらの正極および負極のそれぞれと接続されている。すなわち、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの正極は、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してマイコン４０に接続され、電池セルＣｉｎの負極は、抵抗体を介すことなくマイコン４０に接続されている。また、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれには、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してコンデンサＣ１〜Ｃｎのそれぞれが接続されている。これら、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊは、ローパスフィルタの機能を有するＲＣ回路（図中、ＬＰＦ）を構成する。
【００５６】
ここで、ＲＣ回路は、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるものと、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜Ｃｎからなるものとがある。そして、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるＲＣ回路は、電池セルＣｉｊの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４２によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。一方、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜ＣｎからなるＲＣ回路は、モジュールＭｉの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。ＣＰＵ４６では、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの端子電圧やモジュールＭｉの端子電圧（デジタル信号）を、先の図１に示したインターフェース２２を介してＥＣＵ２０に出力する。
【００５７】
なお、アナログデジタル変換器４２の耐圧は、モジュールＭｉの端子電圧の最大値よりも低くなっている。そこで、アナログデジタル変換器４２を過度に高い電圧から保護すべく、コンデンサＣ１〜ＣｎのそれぞれにツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのそれぞれが並列接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのブレークダウン電圧は、電池セルＣｉｊの端子電圧の想定される最大値よりも大きくて且つ、アナログデジタル変換器４２の耐圧よりも低い値に設定されている。
【００５８】
図３に、商用電源１４を用いた高電圧バッテリ１０の充電処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５９】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理（均等化処理）と、モジュール毎の充電処理とを行なう。
【００６０】
ここで、モジュール内の均等化処理は、次に示す蓄電側充電処理および電池側充電処理を有した処理とすればよい。すなわち、蓄電側充電処理は、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを操作して端子電圧の高い電池セルとこれに隣接する電池セルとをモジュール内コンデンサＣｃに接続することで、これを充電する処理である。また、電池側充電処理は、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを操作して端子電圧の低い電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続することで、端子電圧の低い電池セルを充電する処理である。これら一対の処理と、電池セルの電圧を新たに検出し、端子電圧の低い電池セルと端子電圧の高い電池セルとを特定する処理とを繰り返すことで、端子電圧の高い電池セルと端子電圧の低い電池セルとの電圧差を低減することができる。
【００６１】
上記蓄電側充電処理時においてモジュール内コンデンサＣｃに流入する電流量は、電池セルの内部抵抗やスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの導通抵抗、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧によって制限される。ここで、流入する電流量が過度に大きくならないのは、モジュール内コンデンサＣｃの上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール内コンデンサＣｃに接続される複数の電池セルの端子電圧と等しい充電電圧となるときのモジュール内コンデンサＣｃの蓄電エネルギ量を接続される複数の電池セルの蓄電エネルギ量よりも十分に小さくすることで、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、モジュール内コンデンサＣｃの充電経路の抵抗値が小さい場合であっても、流入する電流量が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊを、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００６２】
一方、モジュール毎の充電処理は、商用電源１４を用いたモジュール間コンデンサＣｍの充電処理である蓄電側充電処理と、モジュールＭｉの充電処理である電池側充電処理とを有した処理とすればよい。すなわち、蓄電側充電処理は、先の図１に示したスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオン操作することで、商用電源１４（正確にはＰＦＣ回路１２）とモジュール間コンデンサＣｍとを接続し、商用電源１４の電力をモジュール間コンデンサＣｍに充電する処理となる。一方、電池側充電処理は、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフ操作した状態で、マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、モジュールＭ１〜Ｍｍのうちの１つとモジュール間コンデンサＣｍとを接続し、接続されたモジュールＭｉにモジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギを充電する処理である。
【００６３】
なお、図３のステップＳ１０におけるモジュール毎の充電処理と、モジュール間の均等化処理とは、同時平行で行ってもよく、また、時分割で行ってもよい。
【００６４】
続くステップＳ１２においては、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに一括して商用電源１４の電気エネルギを充電する。この処理は、商用電源１４を用いたモジュール間コンデンサＣｍの充電処理である蓄電側充電処理と、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギを高電圧バッテリ１０に充電する電池側充電処理とを有した処理とすればよい。ここで、電池側充電処理は、スイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作することで行なうことができる。このステップＳ１２の処理は、高電圧バッテリ１０の充電電圧が上限電圧近傍となるまで実行される。
【００６５】
続くステップＳ１４では、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の均等化処理と、モジュール毎の充電処理とを行なう。この処理は、高電圧バッテリ１０に充電される商用電源１４からの電気エネルギ量を最大化するためのものである。すなわち、ステップＳ１２の処理によって電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの少なくとも１つの端子電圧が上限電圧に達するまで高電圧バッテリ１０を充電し、上限電圧に達することで充電処理を終了する場合、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのうち端子電圧が上限電圧に達していないものについては、充電が可能であるにもかかわらず充電が停止されることとなる。これに対し本実施形態では、ステップＳ１４においてモジュール毎に商用電源１４からの電気エネルギを充電することで、端子電圧の低いモジュールについて極力電気エネルギを充電することができる。さらに、モジュール内で電池セルを均等化する処理を併せ行なうことで、電池セルのうち端子電圧の高いものと低いものとの差を低減することができ、ひいては全電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの端子電圧が上限電圧に近い状態まで充電処理を行なうことができる。
【００６６】
なお、ステップＳ１４の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００６７】
図４は、上記処理の技術的意義を示す実験データである。ここでは、図８（ａ）に、６個の電池セルの直列接続体を組電池として、電池セル毎に個別に充電を行った場合を示し、図８（ｂ）に、６個の電池セルを一括充電する場合を示す。図示されるように、６個の電池セルを一括充電する場合、端子電圧が最も高い電池セルの端子電圧が上限電圧となることで充電を停止することとなり、６個の電池セルの充電エネルギ総量が図８（ａ）の場合と比較して小さくなる。
【００６８】
一方、図４（ｂ）は、始めに端子電圧の高い電池セルを放電させることで端子電圧を均等化した後、６個の電池セルに一括充電した場合を示す。この場合、充電に要する時間が伸長する。また、均等化処理によって電気エネルギが浪費されるため、充電効率が低下する。
【００６９】
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。
【００７０】
（１）商用電源１４の電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍに充電し、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギをモジュールＭ１〜Ｍｍに各別に充電した。これにより、高電圧バッテリ１０への商用電源１４の充電エネルギ総量を大きくすることが容易となる。
【００７１】
（２）高電圧バッテリ１０への一括充電の後、モジュールＭｉ毎の充電を行なうことで、充電エネルギ総量を大きくしつつも、充電処理を簡素化することができる。
【００７２】
（３）商用電源１４の電気エネルギの充電対象をモジュールＭｉとすることで、個々の電池セルＣｉｊとする場合と比較して、充電に要する時間を低減することが容易となる。
【００７３】
（４）モジュールＭｉ毎の充電処理に加えて、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の均等化処理を行った。これにより、充電エネルギ総量をよりいっそう大きくすることができる。
【００７４】
（５）スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを備えることで、ＰＦＣ回路１２とモジュールＭ１〜Ｍｍとの電位差に起因した電圧がＰＦＣ回路１２に印加されることを回避することができる。
【００７５】
（６）モジュール内調整ユニットＵｉを備えることで、電気エネルギのロスを極力低減しつつ電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００７６】
（７）モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを各別に設けることで、高耐圧部品（スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ）の数を低減することができる。
【００７７】
（８）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのソース同士（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのソース同士）を短絡した。これにより、単一の操作信号によって一対のスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）を容易に操作することができる。
【００７８】
（９）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）に操作信号を出力する絶縁通信手段として、電圧を出力するタイプのものを用いた。これにより、２次側に電源を備えることなく、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）をオン・オフ操作することができる。
＜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。
【００７９】
図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図１に示す部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００８０】
図示されるように、本実施形態では、高電圧バッテリの負極電位を車体電位とする。そして、補機バッテリ３０と、第ｍモジュールＭｍとの間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎを備える。すなわち、スイッチング素子Ｓｂｐは、補機バッテリ３０の正極と第ｍモジュールＭｍの正極（電池セルＣｍ１の正極）との間を開閉するものであり、スイッチング素子Ｓｂｎは、補機バッテリ３０の負極と第ｍモジュールＭｍの負極（電池セルＣｍｎの負極）との間を開閉するものである。これらスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎは、フォトカプラＰｂｐ，Ｐｂｎを介してＥＣＵ２０によってオン・オフ操作される。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎは、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（ｉ＝１〜ｍ）と同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ，Ｐｂｎは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉと同一構成である。
【００８１】
また、本実施形態では、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧が補機バッテリ３０の正常時の端子電圧の最大値以上となるように、モジュールＭ１〜Ｍｍの電池セルの数（「ｎ」個）を設定する。
【００８２】
図６に、本実施形態にかかる補機バッテリ３０の充電処理の手順を示す。この処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【００８３】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、補機バッテリ３０の充電要求があるか否かを判断する。そして、充電要求があると判断される場合、ステップＳ２２において、通常の充電要求であるか否かを判断する。この判断は、補機バッテリ３０に第ｍモジュールＭｍの端子電圧を印加することによって実現される充電速度の充電でよいか、それ以上の急速充電が要求されるのかを特定するためのものである。そして、上記ステップＳ２２において肯定判断される場合、第ｍモジュールの端子電圧を印加することによる充電によって要求が満たされるとして、ステップＳ２４において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオン操作する。これにより、補機バッテリ３０には、第ｍモジュールＭｍの端子電圧が印加され、第ｍモジュールＭｍの電気エネルギが充電される。
【００８４】
一方、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２６〜Ｓ３６の処理を行なう。ステップＳ２６〜Ｓ３６の処理は、モジュール間コンデンサＣｍの利用により補機バッテリ３０を充電するための処理である。すなわち、まずステップＳ２６では、モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュールの数（利用数Ｎｃ（＞２））を選択する。ここでは、要求される充電速度が大きいほど利用数Ｎｃを大きくする。続くステップＳ２８では、マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、利用数Ｎｃ個のモジュールとモジュール間コンデンサＣｍとを接続する。これは、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオン操作することで実現できる（ただし、「１≦ｋ≦ｍ−Ｎｃ−１」）。なお、ここで充電に用いられるモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）は、たとえば、利用数Ｎｃ個の隣接するモジュールのうち、平均端子電圧が最も大きくなるものとすればよい。
【００８５】
ここで、モジュール間コンデンサＣｍに流れる電流は、モジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。この際、モジュール間コンデンサＣｍの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧がモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量がモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）よりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００８６】
上記ステップＳ２８の処理は、所定時間Ｔａの間行われる（ステップＳ３０）。ここで、所定時間Ｔａは、利用数Ｎｃ個のモジュールによるモジュール間コンデンサＣｍの充電処理が完了すると想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔａが経過すると、ステップＳ３２において、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオフ操作して且つ、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオン操作する。これにより、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が第ｍモジュールＭｍの端子電圧よりも高いために、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギが補機バッテリ３０に充電される。しかも、この際の充電電流は、ステップＳ２４の処理のものと比較して大きくなる。ステップＳ３２の処理は、所定時間Ｔｂに渡って行われる（ステップＳ３４）。ここで、所定時間Ｔｂは、モジュール間コンデンサＣｍによる補機バッテリ３０の充電処理が完了すると想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔｂが経過すると、ステップＳ３６において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオフ操作する。
【００８７】
一方、ステップＳ２０において否定判断される場合、ステップＳ３８において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオフ操作する。
【００８８】
なお、ステップＳ２４、Ｓ３６，Ｓ３８の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００８９】
こうした構成によれば、高電圧バッテリ１０から補機バッテリ３０への充電を、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎのオン操作によって行なうことができ、降圧コンバータ等を用いる必要が生じない。このため、コンバータによる電力変換効率に応じた損失が生じないため、高効率で補機バッテリ３０を充電することができる。また、充電時には、スイッチング素子Ｓｂｎ，Ｓｂｎは常時オンとなり、急速充電時にモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング状態の切り替えがなされるのみであるため、スイッチング周波数をコンバータのチョッパ制御の場合と比較して低くすることもできる。
【００９０】
さらに、補機バッテリ３０の給電手段を、基本的には第ｍモジュールＭｍとすることで、各モジュールで要求電力が相違する設定となるものの、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを用いて第１モジュールＭ１から第ｍ−１モジュールＭｍ−１の電気エネルギを第ｍモジュールＭｍに充電することができ、端子電圧や充電率のばらつきを低減することができる。
【００９１】
図７（ａ）に、上記通常充電とモジュール間の均等化処理とを行いつつ、車載主機によって高電圧バッテリ１０の電気エネルギを消費させた場合について、第１モジュールＭ１の電池セルＣ１１の端子電圧と第ｍモジュールＭｍの電池セルＣｍ１の端子電圧との推移を示す。図示されるように、電池セルＣ１１と電池セルＣｍ１とで端子電圧のばらつきは十分に抑制されている。これに対し、図７（ｂ）は、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣによるモジュール間均等化処理を用いない場合を示す。
＜第３の実施形態＞
以下、第３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。
【００９２】
図８に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図８において、先の図５に示す部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００９３】
図示されるように、本実施形態では、補機バッテリ３０と第ｍモジュールＭｍとの間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１に加えて、補機バッテリ３０とＰＦＣ回路１２との間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２を備えている。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１は、先の第２の実施形態（図５）のスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎと同一であり、スイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２は、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１と同一構成である。なお、図８では、スイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２とＥＣＵ２０との信号の伝達経路を省略しているが、これについても、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１とＥＣＵ２０との信号の伝達経路と同様である。
【００９４】
こうした構成によれば、補機バッテリ３０を商用電源１４によって直接充電することも可能である。
＜第４の実施形態＞
以下、第４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。
【００９５】
図９に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｋ（１≦ｋ≦ｍ：ｋは特定の数）の構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００９６】
本実施形態では、第ｋモジュールＭｋの単一の電池セルＣｋｎと補機バッテリ５０との間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３を備える。そして、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３は、フォトカプラＰｂｐ３，Ｐｂｎ３を介してマイコン４０に接続されている。上記スイッチング素子Ｓｂｐ３、Ｓｂｎ３は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ３，Ｐｂｎ３は、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【００９７】
ここで、補機バッテリ５０は、端子電圧が電池セルＣｉｊの端子電圧以下となるものである。補機バッテリ５０は、たとえば車両内の時計や、盗難防止装置等に内蔵される２次電池である。
【００９８】
こうした構成によれば、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３のオン操作によって電池セルＣｋｎから補機バッテリ５０への充電処理を行なうことができる。また、急速充電を行いたい場合には、上記第２の実施形態の要領で、モジュール内コンデンサＣｃを用いて行なうこともできる。
【００９９】
また、補機バッテリ５０の給電手段を、基本的には単一の電池セルＣｋｎとすることで、電池セルＣｋｍとそれ以外とで要求電力が相違する設定となるものの、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを用いて電池セルＣｋ１〜Ｃｋ（ｎ−１）の電気エネルギを電池セルＣｋｎに充電することができ、端子電圧や充電率のばらつきを低減することができる。
＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態について、先の第４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。
【０１００】
図１０に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｋ（１≦ｋ≦ｍ：ｋは特定の数）の構成を示す。なお、図１０において、先の図９に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【０１０１】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４を介してモジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とを接続する。そして、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４は、フォトカプラＰｂｐ４，Ｐｂｎ４を介してマイコン４０に接続されている。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ４、Ｓｂｎ４は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ４，Ｐｂｎ４は、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【０１０２】
図１１に、本実施形態にかかる補機バッテリ５０の充電処理の手順を示す。この処理は、マイコン４０によって、補機バッテリ５０の充電要求が生じる都度くり返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ４０において、要求充電電力を算出する。続くステップＳ４２においては、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セルの利用数ｎｃを設定する。続くステップＳ４４では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎ（ｊ＋ｎｃ−１）をオン操作する。これにより、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）とモジュール内コンデンサＣｃとが接続される。続くステップＳ４６では、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）とモジュール内コンデンサＣｃとが接続されてから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）によるモジュール内コンデンサＣｃの充電が完了したか否かを判断するためのものである。そして、所定時間Ｔ１が経過したと判断される場合、モジュール内コンデンサＣｃの充電が完了したとして、ステップＳ４８に移行する。
【０１０４】
ステップＳ４８では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎ（ｊ＋ｎｃ−１）をオフ操作するとともに、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４をオン操作する。これにより、モジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とが接続される。続くステップＳ５０では、モジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とが接続されてから所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する。この処理は、モジュール内コンデンサＣｃによる補機バッテリ５０の充電が完了したか否かを判断するためのものである。そして、所定時間Ｔ２が経過したと判断される場合、補機バッテリ５０の充電が完了したとして、ステップＳ５２において、補機バッテリ５０の充電要求に変更があるか否かを判断する。ここで、充電要求の変更とは、充電要求の解消や、充電速度の変更がある。そして、ステップＳ５２において否定判断される場合、ステップＳ５４において、変数ｊを変更し、ステップＳ４４に戻る。これに対し、ステップＳ５２において肯定判断される場合、この一連の処理を一旦終了する。
【０１０５】
上記ステップＳ５４の処理は、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セルを変更するためのものである。本実施形態では、モジュール内の電池セル数が６であって且つ利用数ｎｃが４である場合について図１２（ａ）に例示するように、端部となる電池セルを１つずつずらすパターンによって、電池セルを変更する。すなわち、パターンの第１番目には、電池セルＣｋ１〜Ｃｋ４を用い、第２番目には、電池セルＣｋ２〜Ｃｋ５を用い、第３番目には、電池セルＣｋ３〜Ｃｋ６を用いる。こうしたパターンに従うことで、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎ間で電気エネルギの消費量に生じる差を抑制することができる。
【０１０６】
図１２（ｂ）に、補機バッテリ５０と電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎとの端子電圧の推移を示す。図示されるように、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎによって補機バッテリ５０を充電することで、補機バッテリ５０の端子電圧を維持することができる。また、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの端子電圧のばらつきも好適に抑制される。
【０１０７】
なお、図１２において、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの端子電圧が補機バッテリ５０の端子電圧よりも低下した後も、補機バッテリ５０の端子電圧が変化しないのは、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎのうちの複数を用いてモジュール内コンデンサＣｃを一旦充電することで、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの電気エネルギを補機バッテリ３０に充電しているからである。
＜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。
【０１０８】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉや、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊとしては、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体に限らない。たとえば一対のＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体であってもよい。この場合であっても、ソース同士をショートさせるようにして直列接続することが望ましい。もっとも、スイッチング素子のオン・オフに際しての開閉制御端子（ゲート）の電位の基準を定める端子（ソース）同士をショートさせるものに限らず、ドレイン同士をショートさせるものであってもよい。この場合、一対のスイッチング素子を駆動する駆動回路を共通とすることが困難となるものの、ボディーダイオードを介して貫通電流が流れることを回避することはできる。
【０１０９】
さらに、電界効果トランジスタにも限らず、たとえば一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれらのそれぞれに逆並列接続されたダイオードとからなるものであってもよい。ちなみに、この場合のダイオードは、マトリックスコンバータにおいて電流を双方向に流すことができるようにするための手段となる。
【０１１０】
「モジュール内及びモジュール間のマトリックスコンバータについて」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉの耐圧を、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの耐圧よりも高くする設定に限らない。これらの耐圧が同一であったとしても、モジュール毎の管理とモジュール内の管理とを行なうことによるメリットを享受できる。このメリットとしては、たとえば外部の商用電源の電気エネルギの充電対象をモジュール単位の電池とすることが容易となることがある。すなわち、充電対象の電池の容量があまりに小さい場合等にあっては、充電速度に制約が生じやすい等のデメリットがあるため、モジュールを充電対象とすることが有効である。
【０１１１】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子の駆動手段について」
１次側と２次側とを絶縁しつつ１次側の電圧信号を２次側に電圧信号として出力する絶縁通信手段（電圧を出力するタイプの絶縁通信手段）としては、特定のフォトカプラに限らない。たとえばトランスであってもよい。この場合であっても、スイッチング素子のオン状態またはオフ状態のうちトランスの２次側電圧が要求される方の時間が長くならない制御設計をするなら、駆動手段の回路規模が上記実施形態と比較して過度に大きくなることはない。
【０１１２】
また、電圧を出力するタイプの絶縁通信手段にも限らない。
【０１１３】
「電池側開閉手段、選択接続手段（マトリックスコンバータ）について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとの双方を備えるものに限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれとコンデンサとの間を開閉する単一のマトリックスコンバータを備えてもよい。また、これに代えて、１のモジュールを構成する各電池セルおよびこのモジュールに隣接する電池セルのそれぞれと、モジュール内コンデンサＣｃとの間を開閉するモジュール毎のマトリックスコンバータを備えるものであってもよい。ここで、各マトリックスコンバータが対応するモジュールに隣接する電池セルに接続されるのは、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全ての端子電圧や充電率、充電量を等しくする等、高電圧バッテリ１０の充電状態の調整を可能とするための設定である。
【０１１４】
また、組電池と充放電装置との間で双方向に電流が流れることが可能なものに限らない。たとえば上記第１の実施形態において、ＰＦＣ回路１２から高電圧バッテリ１０への電気エネルギの供給のみを実現する上では、蓄電手段（モジュール間コンデンサＣｍ）から高電圧バッテリ１０への充電電流を許容して且つ逆方向の電流を阻止する構成であってもよい。またたとえば、上記第２の実施形態（図５）において、蓄電手段（モジュール間コンデンサＣｍ）から第ｍモジュールＭｍへの充電電流を許容して且つ逆方向の電流を阻止するものであってもよい。
【０１１５】
「装置側開閉手段およびその駆動手段について」
スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎ，Ｓｂｐ，ＳｂｎやフォトカプラＰｐ，Ｐｎ，Ｐｂｐ，Ｐｂｎに限らないことについては、電源側開閉手段やその駆動手段と同様である。なお、充放電装置側の耐圧が十分に高い場合には、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｂｐと低電位側のスイッチング素子Ｓｎ，Ｓｂｎとのいずれか一方のみを備えることも可能である。
【０１１６】
「車両の外部からの電気エネルギの充電に際しての蓄電手段との接続対象について」
高電圧バッテリ１０を構成するモジュールの全てと蓄電手段とが接続可能とされるものに限らない。たとえば、上記第２の実施形態において、第ｋモジュールのみをＰＦＣ回路１２に接続可能としてもよい。これにより、補機バッテリ３０による電力消費を好適に補うことができる。なお、ＰＦＣ回路１２の電気エネルギを電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに供給する場合には、第ｋモジュールＭｋの電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍを介して他のモジュールに供給すればよい。また、これに代えて、ＰＦＣ回路１２の出力端子と高電圧バッテリ１０の正極および負極とを接続可能とすることで、全電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの一括充電処理を行ってもよい。
【０１１７】
「別の電源について」
車両の外部の電源に限らない。たとえば補機バッテリ３０であってもよい。この場合、マトリックスコンバータや蓄電手段を備えることで、特定のモジュールや特定の電池セルに補機バッテリ３０の電気エネルギを充電することができる。
【０１１８】
「入力手段について」
補機バッテリ３０や、盗難防止装置、時計に内蔵される補機バッテリ５０に限らない。たとえば、内部にバッテリを備えない負荷（電子機器）であってもよい。
【０１１９】
「組電池充電手段について」
モジュール間コンデンサＣｍを介して１度に１つのモジュールにＰＦＣ回路１２からの電気エネルギを供給するものに限らない。たとえば、モジュールを備えることなく、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれと蓄電手段（コンデンサ）との間を開閉するマトリックスコンバータを備えるものである場合、ＰＦＣ回路１２からの電気エネルギをコンデンサに蓄えた後、適宜の数の電池セルの直列接続体にコンデンサを接続し、それらに電気エネルギを充電してもよい。この際、直列接続体（部分電池）を構成する電池セル数は可変としてもよい。
【０１２０】
また、蓄電手段を介して電気エネルギを充電するものに限らない。たとえば、商用電源１４に接続される絶縁コンバータの２次側をフローティング電位とし、この２次側をモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介して各モジュールＭｉに接続可能とするなら、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣの操作によって、充電対象とするモジュールと上記２次側とを選択的に接続する手段とすることもできる。
【０１２１】
「全セル充電手段について」
モジュール間コンデンサＣｍに充電されたエネルギを高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに一括して充電するものに限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０の正極および負極と電力変換回路（ＰＦＣ回路１２）とによって形成されるループ経路と、これを開閉する開閉手段とを備えるものであってもよい。
【０１２２】
「補機バッテリ充電手段について」
上記第５の実施形態（図１０）では、モジュール内コンデンサＣｃに電気エネルギを充電する電池セルの組み合わせについての上記利用数ｎｃから定まる全てを順次実行するパターンを採用したがこれに限らない。モジュール内コンデンサＣｃに電気エネルギを充電する処理を１度行なう毎に、利用数ｎｃを変更してもよい。
【０１２３】
たとえば、モジュール間コンデンサＣｍと補機バッテリ３０との間を開閉するスイッチング素子を備え、モジュールＭ１〜Ｍｍの電気エネルギを補機バッテリ３０に充電するようにしてもよい。この際、モジュール間コンデンサＣｍへの電気エネルギの供給源は、組電池を構成するモジュールＭ１〜Ｍｍのすべてに限らない。たとえば特定のモジュールに限って負荷が接続される構成の場合、これについては補機バッテリへの電気エネルギの供給を行なわない設定としてもよい。
【０１２４】
「電位設定について」
上記第２の実施形態において、高電圧バッテリ１０の負極電位と正極電位との中央値を車体電位とし、車体電位に対応するモジュールに補機バッテリ３０を接続してもよい。
【０１２５】
「電力授受手段について」
選択接続手段に限らない。たとえば特開平１１−１７６４８３号公報に記載されているように、電池セル毎にトランスの各別の２次側コイルを接続し、これと磁気結合した単一の１次側コイルに組電池の端子電圧を印加することで、組電池を構成する電池セル同士で電気エネルギを授受するものであってもよい。
【０１２６】
「限定手段について」
限定手段にとって、マトリックスコンバータが必須ではないことについては、「電力授受手段について」の欄や、「組電池充電手段について」の欄に記載したとおりである。ちなみに、「電力授受手段について」の欄の記載では、たとえば上記第２の実施形態のように、入力手段（補機バッテリ３０）との電力の授受対象を特定の部分電池（第ｍモジュールＭｍ）に限定する限定手段にとって、マトリックスコンバータが必須でないことを指摘している。
【０１２７】
「開閉手段について」
上記第２の実施形態（図５）においてスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎのいずれか一方を削除してもよく、また双方とも設けなくてもよい。同様に、上記第４の実施形態（図９）において、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３を設けなくてもよい。ただし、この場合、補機バッテリ５０と電池セルＣｉｊとを同一仕様のものとすることが望ましい。
【０１２８】
「均等化処理について」
蓄電手段に電気エネルギを放電する電池セル数（モジュール数）が２個で、蓄電手段の蓄電エネルギが充電される電池セル数（モジュール数）が１個となるものに限らない。
【０１２９】
端子電圧のばらつきを低減するものに限らず、充電率や充電量のばらつきを低減するものであってもよい。
【０１３０】
また、均等化処理としては、マトリックスコンバータを用いるものに限らず、たとえば特開平１１−１７６４８３号公報に記載された上記電力授受手段を用いてもよい。
【０１３１】
さらに、たとえば充電率や端子電圧が高いものの蓄電エネルギを放電抵抗によって熱エネルギとして捨てる手段であってもよい。
【０１３２】
「充電処理の完了について」
上記各実施形態では、所定時間の経過を充電の完了としたが、これに限らず、端子電圧の検出値に基づき充電の完了の有無を判断してもよい。
【０１３３】
「蓄電手段の静電容量の設定について」
上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、モジュールＭｉとモジュール内コンデンサＣｃとを接続することでモジュールＭｉの電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに放電する場合に放電電流が過度に大きくなるおそれがあるなら、モジュール内コンデンサＣｃに接続する電池セル数を制限してもよい。また、これに代えて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを継続してオン状態とする代わりに、ＰＷＭ処理することで放電電流が過度に大きくなることを回避してもよい。さらに、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを流れることのできる電流と放電電流とが一致する領域でスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎをオン操作すべく、開閉制御端子（ゲート）の電位を調整することで、放電電流を制限してもよい。
【０１３４】
「そのほか」
組電池を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成のものに限らない。たとえば、上記第２の実施形態において、第ｍモジュールＭｍを構成する電池セルＣｍ１〜Ｃｍｎの満充電量が他と比較して大きいものであってもよい。
【０１３５】
たとえば、上記第４の実施形態（図９）において、電池セルを２次電池とする代わりに燃料電池等としてもよい。ただし、この場合、電池セルＣｋｎの蓄電量が他よりも多くなるようにすることが望ましい。
【０１３６】
組電池としては、電力変換回路を介して車載主機に接続されるものに限らない。
【０１３７】
たとえば、アナログデジタル変換器の耐圧が十分なら、ツェナーダイオードＺＤを省いてもよい。また、たとえば、ノイズの影響が無視できるなら、フィルタ回路ＬＰＦを省いてもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…高電圧バッテリ（組電池の一実施形態）、Ｃｍ…モジュール間コンデンサ、ＭＭＣ…モジュール間マトリックスコンバータ、Ｃｃ…モジュール内コンデンサ、ＭＣＣ…モジュール内マトリックスコンバータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用される車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用電源装置としては、外部電源に接続される車両内の充電器を用いて組電池を充電するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、組電池の各電池セルの充電率（ＳＯＣ）にはばらつきが生じうる。一方、上記装置は、組電池を構成する全電池セルに一括して充電するものである。このため、組電池の電池セルの端子電圧にばらつきが生じた状態で上記装置によって組電池を充電する場合、電池セルの全てを満充電状態とすることが困難となる。ここで、組電池の充電処理時において、端子電圧の高い電池セルを放電させることで電池セル同士の端子電圧の調節を併せ行なうことも考えられるが、この場合、端子電圧の高い電池セルの電力が捨てられることから、充電効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用される新たな車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用され、車両内において電力供給源として利用可能な前記組電池とは別の電源、および前記組電池の電気エネルギが入力される手段であって且つ該組電池の監視装置を構成しない入力手段のいずれかである車載充放電装置との間の電気エネルギの授受対象を、前記組電池のうちの一部の電池セルである部分電池に限定する限定手段を備え、前記部分電池は、単一の電池セルまたは前記組電池を構成する一部且つ互いに隣接する複数の電池セルであることを特徴とする。
【０００８】
車両内において組電池の端子電圧は、車載充放電装置の電源としては過度に大きいことがある。また、充放電装置からの電気エネルギを組電池に充電する場合には、組電池を構成する電池セルに一括して充電することで不都合が生じうることについては上述したとおりである。この点、上記発明では、限定手段を備えることで、こうした問題に適切に対処することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記限定手段は、前記部分電池と前記車載充放電装置とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、開閉手段を備えることで、部分電池と充放電装置との間の電気エネルギの授受を開閉手段の操作によって制御したり、部分電池と充放電装置との電位差に起因した電圧が部分電池や充放電装置に印加されることを回避したりすることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、蓄電手段を備え、前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、部分電池と充放電装置との間の電気エネルギの授受に際し、蓄電手段を用いることで、部分電池と充放電装置とが直接電気的に接続されることを回避することができる。このため、部分電池と充放電装置との間の電位差が大きい場合であっても、部分電池や充放電装置に要求される耐圧が上昇することを回避することが可能となる。また、部分電池の端子電圧と充放電装置の出力電圧とに大きな差がある場合であっても、過度に大きな電流が流れる事態を回避することも可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記充放電装置は、前記別の電源であり、前記別の電源は、車両の外部から電気エネルギを供給される電力変換回路であることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、車両の外部から供給される電気エネルギを部分電池に限って充電することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記別の電源との間を選択的に開閉する機能を有し、前記複数の部分電池を構成する電池セルは、前記組電池を構成する全電池セルであり、前記開閉手段の操作によって、前記別の電源の電気エネルギの充電対象となる前記部分電池を切り替えることで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電する組電池充電手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、外部からの電気エネルギを組電池に充電するに際し、部分電池毎に充電を行なうことができる。このため、部分電池の充電量を個別に調整することができる。これにより、外部の電源からの電気エネルギによる組電池の充電量を最大化することが容易となり、また、充電効率を向上させることもできる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、蓄電手段を備え、前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備え、前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段と前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれとの間を選択的に開閉する機能を有し、前記組電池充電手段は、前記装置側開閉手段の操作によって前記別の電源からの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する蓄電側充電処理と、前記電池側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記部分電池に充電する電池側充電処理とを行なうことで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電することを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、別の電源の電気エネルギを部分電池に充電するに際し、蓄電手段を用いることで、部分電池と別の電源とが直接電気的に接続されることを回避することができる。このため、部分電池と別の電源との間の電位差が大きい場合であっても、部分電池や別の電源に要求される耐圧が上昇することを回避することが可能となる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記別の電源の電気エネルギを前記組電池の全電池セルに一括して充電する全セル充電手段をさらに備え、前記組電池充電手段は、前記全セル充電手段による充電処理の後に前記組電池を構成する前記部分電池への個別の充電処理を行なうことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、全セル充電手段による充電処理の後に部分電池への個別の充電処理を行なうことで、部分電池に許容最大量の電気エネルギを容易に充電することができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記充放電装置は、前記入力手段であり、前記入力手段は、車載補機バッテリであることを特徴とする。
【００２２】
補機バッテリは、組電池と比較して端子電圧が低い傾向にある。このため、組電池から補機バッテリに電気エネルギを供給するに際しては、通常、電力変換回路が用いられる。しかし、この場合、電気エネルギを供給するに際して電力変換回路の変換効率に応じた損失が生じる。この点、上記発明では、部分電池と補機バッテリとの電位差を小さくすることで、電力変換回路を用いることなく電気エネルギを供給することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記電池側開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記蓄電手段との間を選択的に開閉する機能を有し、前記電池側開閉手段の操作によって前記部分電池の電気エネルギを前記蓄電手段に充電する処理と、前記装置側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する処理とを行なうことで、前記組電池の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する補機バッテリ充電手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、補機バッテリに電気エネルギを供給する部分電池を選択することができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記補機バッテリ充電手段は、前記蓄電手段に電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することで、特定の部分電池の蓄電エネルギ量が過度に小さくなる事態を回避することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする機能をさらに備え、前記電池側開閉手段を操作して前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする可変手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
補機バッテリの端子電圧は、通常、変動しうる。このため、蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を固定する場合、蓄電手段の充電電圧が補機バッテリの端子電圧以下となる事態も生じうる。こうした事態を回避すべく、部分電池の電池セル数を多くすると、補機バッテリの端子電圧が低い場合に、蓄電手段の充電電圧が補機バッテリの端子電圧を過度に上回ることが懸念される。さらに、補機バッテリの充電電力は状況に応じて可変とすることが望ましい。この点、上記発明では、蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とすることで、蓄電手段の充電電圧を補機バッテリの端子電圧や補機バッテリの充電要求電力に応じた適切な値にすることができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記充放電装置は、前記入力手段であり、前記入力手段の基準電位は、前記限定手段による電気エネルギの授受対象となる部分電池の正極電位または負極電位であることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、特定の部分電池の正極電位または負極電位を充放電装置の基準電位とすることで、組電池から入力手段への電気エネルギの供給が容易になる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜３，１２のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池を構成する部分電池のうち前記授受対象となる部分電池以外の部分電池と、前記授受対象となる部分電池との電気エネルギの授受を行なう電力授受手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
限定手段によって充放電装置との電力の授受対象となる電池セルを組電池を構成する一部の電池セルに限定する場合、一部の電池セルと他の電池セルとの間の充電率や端子電圧等のばらつきが顕在化しやすい。上記発明では、この点に鑑み、電力授受手段を備えることで、充電率や端子電圧の高いものの電気エネルギを浪費することなく、充電率や端子電圧等のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記限定手段は、前記車載充放電装置としての前記入力手段と前記部分電池とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備え、前記電力授受手段は、蓄電手段と、前記組電池を構成する部分電池のうち、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池とそれ以外の部分電池とのそれぞれを、前記蓄電手段に接続する選択接続手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３４】
上記発明では、選択接続手段によって、上記それ以外の部分電池の電気エネルギを蓄電手段に充電し、蓄電手段の蓄電エネルギを、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池に充電することができる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の発明において、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記入力手段とが接続される状況下、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記蓄電手段とを接続すべく、前記選択接続手段を操作する操作手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３６】
上記発明では、上記それ以外の部分電池の電気エネルギについても、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池を介すことなく入力手段に充電することができる。このため、充電速度が、開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池の端子電圧に応じて一義的に定まらないため、充電制御の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図３】同実施形態にかかる高電圧バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図４】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図５】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図６】同実施形態にかかる補機バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図７】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【図８】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図９】第４の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１０】第５の実施形態にかかるモジュール内調整ユニットの構成を示す回路図。
【図１１】同実施形態にかかる補機バッテリの充電処理の手順を示す流れ図。
【図１２】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる車両用電源装置を車載２次電池を備えるシステムに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３９】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００４０】
図示される高電圧バッテリ１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの直列接続体としての組電池であり、その端子電圧がたとえば百Ｖ以上となるものである。高電圧バッテリ１０の正極および負極は、車載主機に接続される電力変換回路の入力端子に接続される。電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン等の２次電池である。電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成である。すなわち、充電率（ＳＯＣ：満充電量に対する実際の充電量の比率）に対する開放端電圧の関係や、満充電量、内部抵抗値等が互いに等しいものである。
【００４１】
高電圧バッテリ１０の負極電位は、車体電位とは相違する電位に設定されている。詳しくは、本実施形態では、高電圧バッテリ１０の正極電位と負極電位との中央値が車体電位となるように設定されている。これは、高電圧バッテリ１０の正極および負極間に一対のコンデンサの直列接続体や一対の抵抗体の直列接続体を接続するとともに、上記コンデンサ同士または抵抗体同士の接続点を車体に接続することで行なうことができる。
【００４２】
電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、互いに隣接するｎ（＞２）個ずつが同一グループとされモジュール化されている。ここで、第ｉモジュールＭｉは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎからなる。
【００４３】
モジュールＭ１〜Ｍｍのそれぞれは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介してモジュール間コンデンサＣｍに電気的に接続可能とされている。ここで、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣは、単位電源（モジュール）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール間コンデンサＣｍ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＭｐ１〜ＱＭｐｍ，ＱＭｎ１〜ＱＭｎｍを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００４４】
ここで、スイッチング素子ＱＭｐｉは、第ｉモジュールＭｉの正極とモジュール間コンデンサＣｍの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＭｎｉは、第ｉモジュールＭｉの負極とモジュール間コンデンサＣｍの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのそれぞれを、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。ここで、一対のトランジスタを用いるのは、それらのボディーダイオード同士の順方向が互いに逆となるように接続することで、トランジスタのオン操作指令がなされていないときにボディーダイオードを介して電流が流れることを阻止するための設定である。詳しくは、本実施形態では、一対のトランジスタのソース同士を互いに接続する。これは、トランジスタがソースに対するゲートの電位差に応じて駆動されることに鑑み、１つの信号で一対のトランジスタを容易に駆動するための設定である。
【００４５】
上記一対のトランジスタのソース同士、ゲート同士は互いに短絡され、ソースおよびゲートのそれぞれは、フォトカプラＰＭｐ１〜ＰＭｐｍ，ＰＭｎ１〜ＰＭｎｍの２次側の一対の端子のそれぞれに接続されている。本実施形態では、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉとして、電圧を出力するタイプのものを採用している。これは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの２次側にスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉを駆動するための電源を設けないための設定である。
【００４６】
上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉの１次側には、電子制御装置（ＥＣＵ２０）が接続されている。ＥＣＵ２０は、高電圧バッテリ１０よりも端子電圧の低い補機バッテリ３０を電源とするものであり、その動作の基準電位を、高電圧バッテリ１０の負極電位とは相違する電位とする。詳しくは、車体電位を基準電位とする。
【００４７】
上記モジュール間コンデンサＣｍの静電容量は、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、高電圧バッテリ１０よりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が高電圧バッテリ１０の正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が高電圧バッテリ１０の「１／１０万」以下、望ましくは、「１／百万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの高電圧バッテリ１０の充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００４８】
また、モジュール間コンデンサＣｍは、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを介して、車両外部の商用電源１４の交流電力を直流電力に変換するＰＦＣ回路１２に接続されている。これらスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎは、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同一構成のものであり、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉと同一構成のフォトカプラＰｐ，Ｐｎを介してＥＣＵ２０に接続されている。
【００４９】
ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介してモジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍのそれぞれから出力される信号を受信し、これに基づき、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣやスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを操作する。また、ＥＣＵ２０は、インターフェース２２を介して、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍに、充電状態を調整する旨の指令信号を出力する。なお、インターフェース２２は、フォトカプラ等によって構成すればよい。
【００５０】
図２に、モジュール内調整ユニットＵ１〜Ｕｍの構成を示す。
【００５１】
図示されるように、モジュール内調整ユニットＵｉは、モジュール内コンデンサＣｃとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを備えている。ここで、モジュール内コンデンサＣｃの静電容量は、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、単一のモジュールＭｉよりも充電エネルギ量が小さくなるように設定されている。詳しくは、本実施形態では、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧が単一のモジュールＭｉの正常時の端子電圧に一致する際、充電エネルギ量が単一のモジュールＭｉの「１／１０万」以下、望ましくは、「１／１００万」以下となるように設定されている（また、「１／３億」以上とすることが望ましい）。なお、ここでの単一のモジュールＭｉの充電エネルギ量は、正常時の端子電圧において想定される最小値とする。
【００５２】
一方、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣは、単位電源（電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎ）のそれぞれと、組電池外電源（モジュール内コンデンサＣｃ）との間を開閉する双方向のスイッチング素子ＱＣｐ１〜ＱＣｐｎ，ＱＣｎ１〜ＱＣｎｎを備えて構成される。そしてこれにより、組電池外電源との間で双方向の電気エネルギの授受を行なう単一の単位電源または隣接する複数個の単位電源を選択可能な機能を有する。
【００５３】
ここで、スイッチング素子ＱＣｐｊは、電池セルＣｉｊの正極とモジュール内コンデンサＣｃの一方の端子との間を開閉するものであり、スイッチング素子ＱＣｎｊは、電池セルＣｉｊの負極とモジュール内コンデンサＣｃの他方の端子との間を開閉するものである。本実施形態では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのそれぞれを、上記スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉと同様、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタにて構成する。そして、それらのソースおよびゲート間に、フォトカプラＰＣｐ１〜ＰＣｐｎ，ＰＣｎ１〜ＰＣｎｎの２次側を接続する。これらフォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊも、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉ同様、電圧を出力するタイプのものである。
【００５４】
ここで、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを構成するスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊは、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを構成するスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉよりも低耐圧のものを使用している。また、上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊは、上記フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉよりも低耐圧のものを用いている。
【００５５】
上記フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊの１次側には、マイクロコンピュータ（マイコン４０）が接続されている。マイコン４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４６）を備えるソフトウェア処理手段である。マイコン４０は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のそれぞれを検出すべく、それらの正極および負極のそれぞれと接続されている。すなわち、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの正極は、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してマイコン４０に接続され、電池セルＣｉｎの負極は、抵抗体を介すことなくマイコン４０に接続されている。また、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれには、抵抗体Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれを介してコンデンサＣ１〜Ｃｎのそれぞれが接続されている。これら、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊは、ローパスフィルタの機能を有するＲＣ回路（図中、ＬＰＦ）を構成する。
【００５６】
ここで、ＲＣ回路は、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるものと、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜Ｃｎからなるものとがある。そして、抵抗体ＲｊおよびコンデンサＣｊからなるＲＣ回路は、電池セルＣｉｊの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４２によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。一方、抵抗体Ｒ１およびコンデンサＣ１〜ＣｎからなるＲＣ回路は、モジュールＭｉの端子電圧を出力する手段となり、その出力電圧は、マイコン４０内のアナログデジタル変換器４４によってデジタルデータに変換され、ＣＰＵ４６に取り込まれる。ＣＰＵ４６では、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの端子電圧やモジュールＭｉの端子電圧（デジタル信号）を、先の図１に示したインターフェース２２を介してＥＣＵ２０に出力する。
【００５７】
なお、アナログデジタル変換器４２の耐圧は、モジュールＭｉの端子電圧の最大値よりも低くなっている。そこで、アナログデジタル変換器４２を過度に高い電圧から保護すべく、コンデンサＣ１〜ＣｎのそれぞれにツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのそれぞれが並列接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎのブレークダウン電圧は、電池セルＣｉｊの端子電圧の想定される最大値よりも大きくて且つ、アナログデジタル変換器４２の耐圧よりも低い値に設定されている。
【００５８】
図３に、商用電源１４を用いた高電圧バッテリ１０の充電処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ２０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５９】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減する処理（均等化処理）と、モジュール毎の充電処理とを行なう。
【００６０】
ここで、モジュール内の均等化処理は、次に示す蓄電側充電処理および電池側充電処理を有した処理とすればよい。すなわち、蓄電側充電処理は、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを操作して端子電圧の高い電池セルとこれに隣接する電池セルとをモジュール内コンデンサＣｃに接続することで、これを充電する処理である。また、電池側充電処理は、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを操作して端子電圧の低い電池セルをモジュール内コンデンサＣｃに接続することで、端子電圧の低い電池セルを充電する処理である。これら一対の処理と、電池セルの電圧を新たに検出し、端子電圧の低い電池セルと端子電圧の高い電池セルとを特定する処理とを繰り返すことで、端子電圧の高い電池セルと端子電圧の低い電池セルとの電圧差を低減することができる。
【００６１】
上記蓄電側充電処理時においてモジュール内コンデンサＣｃに流入する電流量は、電池セルの内部抵抗やスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの導通抵抗、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧によって制限される。ここで、流入する電流量が過度に大きくならないのは、モジュール内コンデンサＣｃの上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール内コンデンサＣｃに接続される複数の電池セルの端子電圧と等しい充電電圧となるときのモジュール内コンデンサＣｃの蓄電エネルギ量を接続される複数の電池セルの蓄電エネルギ量よりも十分に小さくすることで、モジュール内コンデンサＣｃの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、モジュール内コンデンサＣｃの充電経路の抵抗値が小さい場合であっても、流入する電流量が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊを、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００６２】
一方、モジュール毎の充電処理は、商用電源１４を用いたモジュール間コンデンサＣｍの充電処理である蓄電側充電処理と、モジュールＭｉの充電処理である電池側充電処理とを有した処理とすればよい。すなわち、蓄電側充電処理は、先の図１に示したスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオン操作することで、商用電源１４（正確にはＰＦＣ回路１２）とモジュール間コンデンサＣｍとを接続し、商用電源１４の電力をモジュール間コンデンサＣｍに充電する処理となる。一方、電池側充電処理は、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフ操作した状態で、マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、モジュールＭ１〜Ｍｍのうちの１つとモジュール間コンデンサＣｍとを接続し、接続されたモジュールＭｉにモジュール間コンデンサＣｍの蓄電エネルギを充電する処理である。
【００６３】
なお、図３のステップＳ１０におけるモジュール毎の充電処理と、モジュール間の均等化処理とは、同時平行で行ってもよく、また、時分割で行ってもよい。
【００６４】
続くステップＳ１２においては、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに一括して商用電源１４の電気エネルギを充電する。この処理は、商用電源１４を用いたモジュール間コンデンサＣｍの充電処理である蓄電側充電処理と、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギを高電圧バッテリ１０に充電する電池側充電処理とを有した処理とすればよい。ここで、電池側充電処理は、スイッチング素子ＱＭｐ１，ＱＭｎｍをオン操作することで行なうことができる。このステップＳ１２の処理は、高電圧バッテリ１０の充電電圧が上限電圧近傍となるまで実行される。
【００６５】
続くステップＳ１４では、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の均等化処理と、モジュール毎の充電処理とを行なう。この処理は、高電圧バッテリ１０に充電される商用電源１４からの電気エネルギ量を最大化するためのものである。すなわち、ステップＳ１２の処理によって電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの少なくとも１つの端子電圧が上限電圧に達するまで高電圧バッテリ１０を充電し、上限電圧に達することで充電処理を終了する場合、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのうち端子電圧が上限電圧に達していないものについては、充電が可能であるにもかかわらず充電が停止されることとなる。これに対し本実施形態では、ステップＳ１４においてモジュール毎に商用電源１４からの電気エネルギを充電することで、端子電圧の低いモジュールについて極力電気エネルギを充電することができる。さらに、モジュール内で電池セルを均等化する処理を併せ行なうことで、電池セルのうち端子電圧の高いものと低いものとの差を低減することができ、ひいては全電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの端子電圧が上限電圧に近い状態まで充電処理を行なうことができる。
【００６６】
なお、ステップＳ１４の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００６７】
図４は、上記処理の技術的意義を示す実験データである。ここでは、図８（ａ）に、６個の電池セルの直列接続体を組電池として、電池セル毎に個別に充電を行った場合を示し、図８（ｂ）に、６個の電池セルを一括充電する場合を示す。図示されるように、６個の電池セルを一括充電する場合、端子電圧が最も高い電池セルの端子電圧が上限電圧となることで充電を停止することとなり、６個の電池セルの充電エネルギ総量が図８（ａ）の場合と比較して小さくなる。
【００６８】
一方、図４（ｂ）は、始めに端子電圧の高い電池セルを放電させることで端子電圧を均等化した後、６個の電池セルに一括充電した場合を示す。この場合、充電に要する時間が伸長する。また、均等化処理によって電気エネルギが浪費されるため、充電効率が低下する。
【００６９】
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。
【００７０】
（１）商用電源１４の電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍに充電し、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギをモジュールＭ１〜Ｍｍに各別に充電した。これにより、高電圧バッテリ１０への商用電源１４の充電エネルギ総量を大きくすることが容易となる。
【００７１】
（２）高電圧バッテリ１０への一括充電の後、モジュールＭｉ毎の充電を行なうことで、充電エネルギ総量を大きくしつつも、充電処理を簡素化することができる。
【００７２】
（３）商用電源１４の電気エネルギの充電対象をモジュールＭｉとすることで、個々の電池セルＣｉｊとする場合と比較して、充電に要する時間を低減することが容易となる。
【００７３】
（４）モジュールＭｉ毎の充電処理に加えて、モジュール内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧の均等化処理を行った。これにより、充電エネルギ総量をよりいっそう大きくすることができる。
【００７４】
（５）スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを備えることで、ＰＦＣ回路１２とモジュールＭ１〜Ｍｍとの電位差に起因した電圧がＰＦＣ回路１２に印加されることを回避することができる。
【００７５】
（６）モジュール内調整ユニットＵｉを備えることで、電気エネルギのロスを極力低減しつつ電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの端子電圧のばらつきを低減することができる。
【００７６】
（７）モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとを各別に設けることで、高耐圧部品（スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ）の数を低減することができる。
【００７７】
（８）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉのソース同士（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊのソース同士）を短絡した。これにより、単一の操作信号によって一対のスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）を容易に操作することができる。
【００７８】
（９）スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）に操作信号を出力する絶縁通信手段として、電圧を出力するタイプのものを用いた。これにより、２次側に電源を備えることなく、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊ）をオン・オフ操作することができる。
＜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。
【００７９】
図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図１に示す部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００８０】
図示されるように、本実施形態では、高電圧バッテリの負極電位を車体電位とする。そして、補機バッテリ３０と、第ｍモジュールＭｍとの間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎを備える。すなわち、スイッチング素子Ｓｂｐは、補機バッテリ３０の正極と第ｍモジュールＭｍの正極（電池セルＣｍ１の正極）との間を開閉するものであり、スイッチング素子Ｓｂｎは、補機バッテリ３０の負極と第ｍモジュールＭｍの負極（電池セルＣｍｎの負極）との間を開閉するものである。これらスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎは、フォトカプラＰｂｐ，Ｐｂｎを介してＥＣＵ２０によってオン・オフ操作される。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎは、スイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉ（ｉ＝１〜ｍ）と同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ，Ｐｂｎは、フォトカプラＰＭｐｉ，ＰＭｎｉと同一構成である。
【００８１】
また、本実施形態では、モジュールＭ１〜Ｍｍの端子電圧が補機バッテリ３０の正常時の端子電圧の最大値以上となるように、モジュールＭ１〜Ｍｍの電池セルの数（「ｎ」個）を設定する。
【００８２】
図６に、本実施形態にかかる補機バッテリ３０の充電処理の手順を示す。この処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【００８３】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、補機バッテリ３０の充電要求があるか否かを判断する。そして、充電要求があると判断される場合、ステップＳ２２において、通常の充電要求であるか否かを判断する。この判断は、補機バッテリ３０に第ｍモジュールＭｍの端子電圧を印加することによって実現される充電速度の充電でよいか、それ以上の急速充電が要求されるのかを特定するためのものである。そして、上記ステップＳ２２において肯定判断される場合、第ｍモジュールの端子電圧を印加することによる充電によって要求が満たされるとして、ステップＳ２４において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオン操作する。これにより、補機バッテリ３０には、第ｍモジュールＭｍの端子電圧が印加され、第ｍモジュールＭｍの電気エネルギが充電される。
【００８４】
一方、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２６〜Ｓ３６の処理を行なう。ステップＳ２６〜Ｓ３６の処理は、モジュール間コンデンサＣｍの利用により補機バッテリ３０を充電するための処理である。すなわち、まずステップＳ２６では、モジュール間コンデンサＣｍの充電に用いるモジュールの数（利用数Ｎｃ（＞２））を選択する。ここでは、要求される充電速度が大きいほど利用数Ｎｃを大きくする。続くステップＳ２８では、マトリックスコンバータＭＭＣを操作することで、利用数Ｎｃ個のモジュールとモジュール間コンデンサＣｍとを接続する。これは、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオン操作することで実現できる（ただし、「１≦ｋ≦ｍ−Ｎｃ−１」）。なお、ここで充電に用いられるモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）は、たとえば、利用数Ｎｃ個の隣接するモジュールのうち、平均端子電圧が最も大きくなるものとすればよい。
【００８５】
ここで、モジュール間コンデンサＣｍに流れる電流は、モジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の内部抵抗や、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）の導通抵抗によって制限される。この際、モジュール間コンデンサＣｍの充電電流が過度に大きくならないのは、上述した静電容量の設定のためである。すなわち、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧がモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）の端子電圧に等しい場合、その蓄電エネルギ量がモジュールＭｋ〜Ｍ（ｋ＋Ｎｃ−１）よりも十分に小さくなるようにすることで、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧の変化速度を大きくすることができる。そしてこれにより、充電電流が過度に大きくなることを回避することができる。ちなみに、本実施形態では、損失を低減すべく、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）を、流せる最大電流よりも実際の電流が小さくなる領域で使用している。
【００８６】
上記ステップＳ２８の処理は、所定時間Ｔａの間行われる（ステップＳ３０）。ここで、所定時間Ｔａは、利用数Ｎｃ個のモジュールによるモジュール間コンデンサＣｍの充電処理が完了すると想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔａが経過すると、ステップＳ３２において、スイッチング素子ＱＭｐｋ，ＱＭｎ（ｋ＋Ｎｃ−１）をオフ操作して且つ、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオン操作する。これにより、モジュール間コンデンサＣｍの充電電圧が第ｍモジュールＭｍの端子電圧よりも高いために、モジュール間コンデンサＣｍの充電エネルギが補機バッテリ３０に充電される。しかも、この際の充電電流は、ステップＳ２４の処理のものと比較して大きくなる。ステップＳ３２の処理は、所定時間Ｔｂに渡って行われる（ステップＳ３４）。ここで、所定時間Ｔｂは、モジュール間コンデンサＣｍによる補機バッテリ３０の充電処理が完了すると想定される時間に設定される。そして、所定時間Ｔｂが経過すると、ステップＳ３６において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオフ操作する。
【００８７】
一方、ステップＳ２０において否定判断される場合、ステップＳ３８において、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎをオフ操作する。
【００８８】
なお、ステップＳ２４、Ｓ３６，Ｓ３８の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
【００８９】
こうした構成によれば、高電圧バッテリ１０から補機バッテリ３０への充電を、スイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎのオン操作によって行なうことができ、降圧コンバータ等を用いる必要が生じない。このため、コンバータによる電力変換効率に応じた損失が生じないため、高効率で補機バッテリ３０を充電することができる。また、充電時には、スイッチング素子Ｓｂｎ，Ｓｂｎは常時オンとなり、急速充電時にモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング状態の切り替えがなされるのみであるため、スイッチング周波数をコンバータのチョッパ制御の場合と比較して低くすることもできる。
【００９０】
さらに、補機バッテリ３０の給電手段を、基本的には第ｍモジュールＭｍとすることで、各モジュールで要求電力が相違する設定となるものの、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを用いて第１モジュールＭ１から第ｍ−１モジュールＭｍ−１の電気エネルギを第ｍモジュールＭｍに充電することができ、端子電圧や充電率のばらつきを低減することができる。
【００９１】
図７（ａ）に、上記通常充電とモジュール間の均等化処理とを行いつつ、車載主機によって高電圧バッテリ１０の電気エネルギを消費させた場合について、第１モジュールＭ１の電池セルＣ１１の端子電圧と第ｍモジュールＭｍの電池セルＣｍ１の端子電圧との推移を示す。図示されるように、電池セルＣ１１と電池セルＣｍ１とで端子電圧のばらつきは十分に抑制されている。これに対し、図７（ｂ）は、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣによるモジュール間均等化処理を用いない場合を示す。
＜第３の実施形態＞
以下、第３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。
【００９２】
図８に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図８において、先の図５に示す部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００９３】
図示されるように、本実施形態では、補機バッテリ３０と第ｍモジュールＭｍとの間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１に加えて、補機バッテリ３０とＰＦＣ回路１２との間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２を備えている。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１は、先の第２の実施形態（図５）のスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎと同一であり、スイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２は、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１と同一構成である。なお、図８では、スイッチング素子Ｓｂｐ２，Ｓｂｎ２とＥＣＵ２０との信号の伝達経路を省略しているが、これについても、スイッチング素子Ｓｂｐ１，Ｓｂｎ１とＥＣＵ２０との信号の伝達経路と同様である。
【００９４】
こうした構成によれば、補機バッテリ３０を商用電源１４によって直接充電することも可能である。
＜第４の実施形態＞
以下、第４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。
【００９５】
図９に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｋ（１≦ｋ≦ｍ：ｋは特定の数）の構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００９６】
本実施形態では、第ｋモジュールＭｋの単一の電池セルＣｋｎと補機バッテリ５０との間を開閉するスイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３を備える。そして、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３は、フォトカプラＰｂｐ３，Ｐｂｎ３を介してマイコン４０に接続されている。上記スイッチング素子Ｓｂｐ３、Ｓｂｎ３は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ３，Ｐｂｎ３は、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【００９７】
ここで、補機バッテリ５０は、端子電圧が電池セルＣｉｊの端子電圧以下となるものである。補機バッテリ５０は、たとえば車両内の時計や、盗難防止装置等に内蔵される２次電池である。
【００９８】
こうした構成によれば、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３のオン操作によって電池セルＣｋｎから補機バッテリ５０への充電処理を行なうことができる。また、急速充電を行いたい場合には、上記第２の実施形態の要領で、モジュール内コンデンサＣｃを用いて行なうこともできる。
【００９９】
また、補機バッテリ５０の給電手段を、基本的には単一の電池セルＣｋｎとすることで、電池セルＣｋｍとそれ以外とで要求電力が相違する設定となるものの、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣを用いて電池セルＣｋ１〜Ｃｋ（ｎ−１）の電気エネルギを電池セルＣｋｎに充電することができ、端子電圧や充電率のばらつきを低減することができる。
＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態について、先の第４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。
【０１００】
図１０に、本実施形態にかかるモジュール内調整ユニットＵｋ（１≦ｋ≦ｍ：ｋは特定の数）の構成を示す。なお、図１０において、先の図９に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【０１０１】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４を介してモジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とを接続する。そして、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４は、フォトカプラＰｂｐ４，Ｐｂｎ４を介してマイコン４０に接続されている。ここで、スイッチング素子Ｓｂｐ４、Ｓｂｎ４は、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊと同一構成であり、フォトカプラＰｂｐ４，Ｐｂｎ４は、フォトカプラＰＣｐｊ，ＰＣｎｊと同一構成である。
【０１０２】
図１１に、本実施形態にかかる補機バッテリ５０の充電処理の手順を示す。この処理は、マイコン４０によって、補機バッテリ５０の充電要求が生じる都度くり返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ４０において、要求充電電力を算出する。続くステップＳ４２においては、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セルの利用数ｎｃを設定する。続くステップＳ４４では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎ（ｊ＋ｎｃ−１）をオン操作する。これにより、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）とモジュール内コンデンサＣｃとが接続される。続くステップＳ４６では、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）とモジュール内コンデンサＣｃとが接続されてから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｋｊ，…Ｃｋ（ｊ＋ｎｃ−１）によるモジュール内コンデンサＣｃの充電が完了したか否かを判断するためのものである。そして、所定時間Ｔ１が経過したと判断される場合、モジュール内コンデンサＣｃの充電が完了したとして、ステップＳ４８に移行する。
【０１０４】
ステップＳ４８では、スイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎ（ｊ＋ｎｃ−１）をオフ操作するとともに、スイッチング素子Ｓｂｐ４，Ｓｂｎ４をオン操作する。これにより、モジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とが接続される。続くステップＳ５０では、モジュール内コンデンサＣｃと補機バッテリ５０とが接続されてから所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する。この処理は、モジュール内コンデンサＣｃによる補機バッテリ５０の充電が完了したか否かを判断するためのものである。そして、所定時間Ｔ２が経過したと判断される場合、補機バッテリ５０の充電が完了したとして、ステップＳ５２において、補機バッテリ５０の充電要求に変更があるか否かを判断する。ここで、充電要求の変更とは、充電要求の解消や、充電速度の変更がある。そして、ステップＳ５２において否定判断される場合、ステップＳ５４において、変数ｊを変更し、ステップＳ４４に戻る。これに対し、ステップＳ５２において肯定判断される場合、この一連の処理を一旦終了する。
【０１０５】
上記ステップＳ５４の処理は、モジュール内コンデンサＣｃの充電に用いる電池セルを変更するためのものである。本実施形態では、モジュール内の電池セル数が６であって且つ利用数ｎｃが４である場合について図１２（ａ）に例示するように、端部となる電池セルを１つずつずらすパターンによって、電池セルを変更する。すなわち、パターンの第１番目には、電池セルＣｋ１〜Ｃｋ４を用い、第２番目には、電池セルＣｋ２〜Ｃｋ５を用い、第３番目には、電池セルＣｋ３〜Ｃｋ６を用いる。こうしたパターンに従うことで、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎ間で電気エネルギの消費量に生じる差を抑制することができる。
【０１０６】
図１２（ｂ）に、補機バッテリ５０と電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎとの端子電圧の推移を示す。図示されるように、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎによって補機バッテリ５０を充電することで、補機バッテリ５０の端子電圧を維持することができる。また、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの端子電圧のばらつきも好適に抑制される。
【０１０７】
なお、図１２において、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの端子電圧が補機バッテリ５０の端子電圧よりも低下した後も、補機バッテリ５０の端子電圧が変化しないのは、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎのうちの複数を用いてモジュール内コンデンサＣｃを一旦充電することで、電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの電気エネルギを補機バッテリ３０に充電しているからである。
＜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。
【０１０８】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉや、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊとしては、一対のＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体に限らない。たとえば一対のＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタの直列接続体であってもよい。この場合であっても、ソース同士をショートさせるようにして直列接続することが望ましい。もっとも、スイッチング素子のオン・オフに際しての開閉制御端子（ゲート）の電位の基準を定める端子（ソース）同士をショートさせるものに限らず、ドレイン同士をショートさせるものであってもよい。この場合、一対のスイッチング素子を駆動する駆動回路を共通とすることが困難となるものの、ボディーダイオードを介して貫通電流が流れることを回避することはできる。
【０１０９】
さらに、電界効果トランジスタにも限らず、たとえば一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれらのそれぞれに逆並列接続されたダイオードとからなるものであってもよい。ちなみに、この場合のダイオードは、マトリックスコンバータにおいて電流を双方向に流すことができるようにするための手段となる。
【０１１０】
「モジュール内及びモジュール間のマトリックスコンバータについて」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣのスイッチング素子ＱＭｐｉ，ＱＭｎｉの耐圧を、モジュール内マトリックスコンバータＭＣＣのスイッチング素子ＱＣｐｊ，ＱＣｎｊの耐圧よりも高くする設定に限らない。これらの耐圧が同一であったとしても、モジュール毎の管理とモジュール内の管理とを行なうことによるメリットを享受できる。このメリットとしては、たとえば外部の商用電源の電気エネルギの充電対象をモジュール単位の電池とすることが容易となることがある。すなわち、充電対象の電池の容量があまりに小さい場合等にあっては、充電速度に制約が生じやすい等のデメリットがあるため、モジュールを充電対象とすることが有効である。
【０１１１】
「マトリックスコンバータのスイッチング素子の駆動手段について」
１次側と２次側とを絶縁しつつ１次側の電圧信号を２次側に電圧信号として出力する絶縁通信手段（電圧を出力するタイプの絶縁通信手段）としては、特定のフォトカプラに限らない。たとえばトランスであってもよい。この場合であっても、スイッチング素子のオン状態またはオフ状態のうちトランスの２次側電圧が要求される方の時間が長くならない制御設計をするなら、駆動手段の回路規模が上記実施形態と比較して過度に大きくなることはない。
【０１１２】
また、電圧を出力するタイプの絶縁通信手段にも限らない。
【０１１３】
「電池側開閉手段、選択接続手段（マトリックスコンバータ）について」
モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣとモジュール内マトリックスコンバータＭＣＣとの双方を備えるものに限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれとコンデンサとの間を開閉する単一のマトリックスコンバータを備えてもよい。また、これに代えて、１のモジュールを構成する各電池セルおよびこのモジュールに隣接する電池セルのそれぞれと、モジュール内コンデンサＣｃとの間を開閉するモジュール毎のマトリックスコンバータを備えるものであってもよい。ここで、各マトリックスコンバータが対応するモジュールに隣接する電池セルに接続されるのは、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全ての端子電圧や充電率、充電量を等しくする等、高電圧バッテリ１０の充電状態の調整を可能とするための設定である。
【０１１４】
また、組電池と充放電装置との間で双方向に電流が流れることが可能なものに限らない。たとえば上記第１の実施形態において、ＰＦＣ回路１２から高電圧バッテリ１０への電気エネルギの供給のみを実現する上では、蓄電手段（モジュール間コンデンサＣｍ）から高電圧バッテリ１０への充電電流を許容して且つ逆方向の電流を阻止する構成であってもよい。またたとえば、上記第２の実施形態（図５）において、蓄電手段（モジュール間コンデンサＣｍ）から第ｍモジュールＭｍへの充電電流を許容して且つ逆方向の電流を阻止するものであってもよい。
【０１１５】
「装置側開閉手段およびその駆動手段について」
スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎ，Ｓｂｐ，ＳｂｎやフォトカプラＰｐ，Ｐｎ，Ｐｂｐ，Ｐｂｎに限らないことについては、電源側開閉手段やその駆動手段と同様である。なお、充放電装置側の耐圧が十分に高い場合には、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｂｐと低電位側のスイッチング素子Ｓｎ，Ｓｂｎとのいずれか一方のみを備えることも可能である。
【０１１６】
「車両の外部からの電気エネルギの充電に際しての蓄電手段との接続対象について」
高電圧バッテリ１０を構成するモジュールの全てと蓄電手段とが接続可能とされるものに限らない。たとえば、上記第２の実施形態において、第ｋモジュールのみをＰＦＣ回路１２に接続可能としてもよい。これにより、補機バッテリ３０による電力消費を好適に補うことができる。なお、ＰＦＣ回路１２の電気エネルギを電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに供給する場合には、第ｋモジュールＭｋの電池セルＣｋ１〜Ｃｋｎの電気エネルギをモジュール間コンデンサＣｍを介して他のモジュールに供給すればよい。また、これに代えて、ＰＦＣ回路１２の出力端子と高電圧バッテリ１０の正極および負極とを接続可能とすることで、全電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの一括充電処理を行ってもよい。
【０１１７】
「別の電源について」
車両の外部の電源に限らない。たとえば補機バッテリ３０であってもよい。この場合、マトリックスコンバータや蓄電手段を備えることで、特定のモジュールや特定の電池セルに補機バッテリ３０の電気エネルギを充電することができる。
【０１１８】
「入力手段について」
補機バッテリ３０や、盗難防止装置、時計に内蔵される補機バッテリ５０に限らない。たとえば、内部にバッテリを備えない負荷（電子機器）であってもよい。
【０１１９】
「組電池充電手段について」
モジュール間コンデンサＣｍを介して１度に１つのモジュールにＰＦＣ回路１２からの電気エネルギを供給するものに限らない。たとえば、モジュールを備えることなく、高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎのそれぞれと蓄電手段（コンデンサ）との間を開閉するマトリックスコンバータを備えるものである場合、ＰＦＣ回路１２からの電気エネルギをコンデンサに蓄えた後、適宜の数の電池セルの直列接続体にコンデンサを接続し、それらに電気エネルギを充電してもよい。この際、直列接続体（部分電池）を構成する電池セル数は可変としてもよい。
【０１２０】
また、蓄電手段を介して電気エネルギを充電するものに限らない。たとえば、商用電源１４に接続される絶縁コンバータの２次側をフローティング電位とし、この２次側をモジュール間マトリックスコンバータＭＭＣを介して各モジュールＭｉに接続可能とするなら、モジュール間マトリックスコンバータＭＭＣの操作によって、充電対象とするモジュールと上記２次側とを選択的に接続する手段とすることもできる。
【０１２１】
「全セル充電手段について」
モジュール間コンデンサＣｍに充電されたエネルギを高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの全てに一括して充電するものに限らない。たとえば、高電圧バッテリ１０の正極および負極と電力変換回路（ＰＦＣ回路１２）とによって形成されるループ経路と、これを開閉する開閉手段とを備えるものであってもよい。
【０１２２】
「補機バッテリ充電手段について」
上記第５の実施形態（図１０）では、モジュール内コンデンサＣｃに電気エネルギを充電する電池セルの組み合わせについての上記利用数ｎｃから定まる全てを順次実行するパターンを採用したがこれに限らない。モジュール内コンデンサＣｃに電気エネルギを充電する処理を１度行なう毎に、利用数ｎｃを変更してもよい。
【０１２３】
たとえば、モジュール間コンデンサＣｍと補機バッテリ３０との間を開閉するスイッチング素子を備え、モジュールＭ１〜Ｍｍの電気エネルギを補機バッテリ３０に充電するようにしてもよい。この際、モジュール間コンデンサＣｍへの電気エネルギの供給源は、組電池を構成するモジュールＭ１〜Ｍｍのすべてに限らない。たとえば特定のモジュールに限って負荷が接続される構成の場合、これについては補機バッテリへの電気エネルギの供給を行なわない設定としてもよい。
【０１２４】
「電位設定について」
上記第２の実施形態において、高電圧バッテリ１０の負極電位と正極電位との中央値を車体電位とし、車体電位に対応するモジュールに補機バッテリ３０を接続してもよい。
【０１２５】
「電力授受手段について」
選択接続手段に限らない。たとえば特開平１１−１７６４８３号公報に記載されているように、電池セル毎にトランスの各別の２次側コイルを接続し、これと磁気結合した単一の１次側コイルに組電池の端子電圧を印加することで、組電池を構成する電池セル同士で電気エネルギを授受するものであってもよい。
【０１２６】
「限定手段について」
限定手段にとって、マトリックスコンバータが必須ではないことについては、「電力授受手段について」の欄や、「組電池充電手段について」の欄に記載したとおりである。ちなみに、「電力授受手段について」の欄の記載では、たとえば上記第２の実施形態のように、入力手段（補機バッテリ３０）との電力の授受対象を特定の部分電池（第ｍモジュールＭｍ）に限定する限定手段にとって、マトリックスコンバータが必須でないことを指摘している。
【０１２７】
「開閉手段について」
上記第２の実施形態（図５）においてスイッチング素子Ｓｂｐ，Ｓｂｎのいずれか一方を削除してもよく、また双方とも設けなくてもよい。同様に、上記第４の実施形態（図９）において、スイッチング素子Ｓｂｐ３，Ｓｂｎ３を設けなくてもよい。ただし、この場合、補機バッテリ５０と電池セルＣｉｊとを同一仕様のものとすることが望ましい。
【０１２８】
「均等化処理について」
蓄電手段に電気エネルギを放電する電池セル数（モジュール数）が２個で、蓄電手段の蓄電エネルギが充電される電池セル数（モジュール数）が１個となるものに限らない。
【０１２９】
端子電圧のばらつきを低減するものに限らず、充電率や充電量のばらつきを低減するものであってもよい。
【０１３０】
また、均等化処理としては、マトリックスコンバータを用いるものに限らず、たとえば特開平１１−１７６４８３号公報に記載された上記電力授受手段を用いてもよい。
【０１３１】
さらに、たとえば充電率や端子電圧が高いものの蓄電エネルギを放電抵抗によって熱エネルギとして捨てる手段であってもよい。
【０１３２】
「充電処理の完了について」
上記各実施形態では、所定時間の経過を充電の完了としたが、これに限らず、端子電圧の検出値に基づき充電の完了の有無を判断してもよい。
【０１３３】
「蓄電手段の静電容量の設定について」
上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、モジュールＭｉとモジュール内コンデンサＣｃとを接続することでモジュールＭｉの電気エネルギをモジュール内コンデンサＣｃに放電する場合に放電電流が過度に大きくなるおそれがあるなら、モジュール内コンデンサＣｃに接続する電池セル数を制限してもよい。また、これに代えて、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを継続してオン状態とする代わりに、ＰＷＭ処理することで放電電流が過度に大きくなることを回避してもよい。さらに、スイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎを流れることのできる電流と放電電流とが一致する領域でスイッチング素子ＱＣｐ１，ＱＣｎｎをオン操作すべく、開閉制御端子（ゲート）の電位を調整することで、放電電流を制限してもよい。
【０１３４】
「そのほか」
組電池を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｍｎは、個体差を除き、互いに等しい構成のものに限らない。たとえば、上記第２の実施形態において、第ｍモジュールＭｍを構成する電池セルＣｍ１〜Ｃｍｎの満充電量が他と比較して大きいものであってもよい。
【０１３５】
たとえば、上記第４の実施形態（図９）において、電池セルを２次電池とする代わりに燃料電池等としてもよい。ただし、この場合、電池セルＣｋｎの蓄電量が他よりも多くなるようにすることが望ましい。
【０１３６】
組電池としては、電力変換回路を介して車載主機に接続されるものに限らない。
【０１３７】
たとえば、アナログデジタル変換器の耐圧が十分なら、ツェナーダイオードＺＤを省いてもよい。また、たとえば、ノイズの影響が無視できるなら、フィルタ回路ＬＰＦを省いてもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…高電圧バッテリ（組電池の一実施形態）、Ｃｍ…モジュール間コンデンサ、ＭＭＣ…モジュール間マトリックスコンバータ、Ｃｃ…モジュール内コンデンサ、ＭＣＣ…モジュール内マトリックスコンバータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用され、
車両内において電力供給源として利用可能な前記組電池とは別の電源、および前記組電池の電気エネルギが入力される手段であって且つ該組電池の監視装置を構成しない入力手段のいずれかである車載充放電装置との間の電気エネルギの授受対象を、前記組電池のうちの一部の電池セルである部分電池に限定する限定手段を備え、
前記部分電池は、単一の電池セルまたは前記組電池を構成する一部且つ互いに隣接する複数の電池セルであることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記限定手段は、前記部分電池と前記車載充放電装置とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備えることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
蓄電手段を備え、
前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記充放電装置は、前記別の電源であり、
前記別の電源は、車両の外部から電気エネルギを供給される電力変換回路であることを特徴とする請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記別の電源との間を選択的に開閉する機能を有し、
前記複数の部分電池を構成する電池セルは、前記組電池を構成する全電池セルであり、
前記開閉手段の操作によって、前記別の電源の電気エネルギの充電対象となる前記部分電池を切り替えることで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電する組電池充電手段を備えることを特徴とする請求項４記載の車両用電源装置。
【請求項６】
蓄電手段を備え、
前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備え、
前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段と前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれとの間を選択的に開閉する機能を有し、
前記組電池充電手段は、前記装置側開閉手段の操作によって前記別の電源からの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する蓄電側充電処理と、前記電池側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記部分電池に充電する電池側充電処理とを行なうことで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電することを特徴とする請求項５記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記別の電源の電気エネルギを前記組電池の全電池セルに一括して充電する全セル充電手段をさらに備え、
前記組電池充電手段は、前記全セル充電手段による充電処理の後に前記組電池を構成する前記部分電池への個別の充電処理を行なうことを特徴とする請求項５または６記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記充放電装置は、前記入力手段であり、
前記入力手段は、車載補機バッテリであることを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記電池側開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記蓄電手段との間を選択的に開閉する機能を有し、
前記電池側開閉手段の操作によって前記部分電池の電気エネルギを前記蓄電手段に充電する処理と、前記装置側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する処理とを行なうことで、前記組電池の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する補機バッテリ充電手段をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記補機バッテリ充電手段は、前記蓄電手段に電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することを特徴とする請求項９記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする機能をさらに備え、
前記電池側開閉手段を操作して前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする可変手段を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記充放電装置は、前記入力手段であり、
前記入力手段の基準電位は、前記限定手段による電気エネルギの授受対象となる部分電池の正極電位または負極電位であることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
前記組電池を構成する部分電池のうち前記授受対象となる部分電池以外の部分電池と、前記授受対象となる部分電池との電気エネルギの授受を行なう電力授受手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３，１２のいずれか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項１４】
前記限定手段は、前記車載充放電装置としての前記入力手段と前記部分電池とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備え、
前記電力授受手段は、
蓄電手段と、
前記組電池を構成する部分電池のうち、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池とそれ以外の部分電池とのそれぞれを、前記蓄電手段に接続する選択接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項１３記載の車両用電源装置。
【請求項１５】
前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記入力手段とが接続される状況下、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記蓄電手段とを接続すべく、前記選択接続手段を操作する操作手段をさらに備えることを特徴とする請求項１４記載の車両用電源装置。
【請求項１】
複数の電池セルの直列接続体である車載組電池を搭載した車両に適用され、
車両内において電力供給源として利用可能な前記組電池とは別の電源、および前記組電池の電気エネルギが入力される手段であって且つ該組電池の監視装置を構成しない入力手段のいずれかである車載充放電装置との間の電気エネルギの授受対象を、前記組電池のうちの一部の電池セルである部分電池に限定する限定手段を備え、
前記部分電池は、単一の電池セルまたは前記組電池を構成する一部且つ互いに隣接する複数の電池セルであることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記限定手段は、前記部分電池と前記車載充放電装置とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備えることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
蓄電手段を備え、
前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記充放電装置は、前記別の電源であり、
前記別の電源は、車両の外部から電気エネルギを供給される電力変換回路であることを特徴とする請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記別の電源との間を選択的に開閉する機能を有し、
前記複数の部分電池を構成する電池セルは、前記組電池を構成する全電池セルであり、
前記開閉手段の操作によって、前記別の電源の電気エネルギの充電対象となる前記部分電池を切り替えることで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電する組電池充電手段を備えることを特徴とする請求項４記載の車両用電源装置。
【請求項６】
蓄電手段を備え、
前記開閉手段は、前記部分電池と前記蓄電手段との間を開閉する電池側開閉手段と、前記蓄電手段と前記充放電装置との間を電気的に開閉する装置側開閉手段とを備え、
前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段と前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれとの間を選択的に開閉する機能を有し、
前記組電池充電手段は、前記装置側開閉手段の操作によって前記別の電源からの電気エネルギを前記蓄電手段に充電する蓄電側充電処理と、前記電池側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記部分電池に充電する電池側充電処理とを行なうことで、前記組電池に前記別の電源からの電気エネルギを充電することを特徴とする請求項５記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記別の電源の電気エネルギを前記組電池の全電池セルに一括して充電する全セル充電手段をさらに備え、
前記組電池充電手段は、前記全セル充電手段による充電処理の後に前記組電池を構成する前記部分電池への個別の充電処理を行なうことを特徴とする請求項５または６記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記充放電装置は、前記入力手段であり、
前記入力手段は、車載補機バッテリであることを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記電池側開閉手段は、前記組電池を構成する複数の部分電池のそれぞれと前記蓄電手段との間を選択的に開閉する機能を有し、
前記電池側開閉手段の操作によって前記部分電池の電気エネルギを前記蓄電手段に充電する処理と、前記装置側開閉手段の操作によって前記蓄電手段の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する処理とを行なうことで、前記組電池の電気エネルギを前記補機バッテリに充電する補機バッテリ充電手段をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記補機バッテリ充電手段は、前記蓄電手段に電気エネルギを供給する部分電池を周期的に変更することを特徴とする請求項９記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記電池側開閉手段は、前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする機能をさらに備え、
前記電池側開閉手段を操作して前記蓄電手段に接続される部分電池の電池セル数を可変とする可変手段を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記充放電装置は、前記入力手段であり、
前記入力手段の基準電位は、前記限定手段による電気エネルギの授受対象となる部分電池の正極電位または負極電位であることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
前記組電池を構成する部分電池のうち前記授受対象となる部分電池以外の部分電池と、前記授受対象となる部分電池との電気エネルギの授受を行なう電力授受手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３，１２のいずれか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項１４】
前記限定手段は、前記車載充放電装置としての前記入力手段と前記部分電池とが接続される電気経路を開閉する開閉手段を備え、
前記電力授受手段は、
蓄電手段と、
前記組電池を構成する部分電池のうち、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池とそれ以外の部分電池とのそれぞれを、前記蓄電手段に接続する選択接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項１３記載の車両用電源装置。
【請求項１５】
前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記入力手段とが接続される状況下、前記開閉手段を介して前記入力手段に接続される部分電池と前記蓄電手段とを接続すべく、前記選択接続手段を操作する操作手段をさらに備えることを特徴とする請求項１４記載の車両用電源装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９０３５４（Ｐ２０１３−９０３５４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５６３８（Ｐ２０１１−２２５６３８）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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