(57)【要約】      （修正有）【課題】構成の簡素化を図ることが可能な充放電装置を提供する。【解決手段】それぞれが対応する単電池２の充放電を管理する複数の充放電管理ユニット３０と、充放電管理ユニット３０のそれぞれを制御して各単電池２の充放電を調整する充放電調整ユニット２０とが、各単電池２の充放電を行うトランス４０を介して信号伝達を行う。【選択図】図１
2011155722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う充放電装置において、
前記単電池のそれぞれに対して設けられており、それぞれが対応する単電池の充放電を管理する複数の充放電管理手段と、
前記充放電管理手段のそれぞれを制御し、各単電池の充放電を調整する充放電調整手段とを有し、
前記充放電調整手段と前記複数の充放電管理手段とは、前記トランスを介して信号伝達を行うことを特徴とする充放電装置。
【請求項２】
前記充放電管理手段のそれぞれは、対応する単電池の電圧を検出する電圧センサを有し、
当該電圧センサによって検出された電圧値を示す電圧信号を、前記トランスを介して前記充放電調整手段に送信することを特徴とする請求項１に記載された充放電装置。
【請求項３】
前記充放電管理手段のそれぞれは、前記電圧信号とともに、単電池の所在を示すアドレス信号を送信することを特徴とする請求項２に記載された充放電装置。
【請求項４】
前記充放電管理手段のそれぞれは、
自己に対応する単電池と前記トランスの巻線との間に介在されたスイッチング手段と、
当該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とをさらに有し、
前記制御手段のそれぞれは、前記スイッチング手段をオンオフ制御することにより、前記トランスを介して前記充放電調整手段に信号送信を行うとともに、当該信号送信時、前記単電池の電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数で前記スイッチング手段をオンオフ制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された充放電装置。
【請求項５】
前記充放電調整手段は、前記単電池のそれぞれを判断対象として、充電すべき単電池および放電すべき単電池を決定し、当該決定に基づく充放電の指示を、充放電の対象となる単電池と対応する充放電管理手段に送信することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された充放電装置。
【請求項６】
前記充放電調整手段は、充放電の対象となる単電池の所在を示すアドレス信号および充放電の指示を示す指示信号を送信することを特徴とする請求項５に記載された充放電装置。
【請求項７】
前記指示信号は、充電を行うかまたは放電を行うかを示す充放電信号と、充放電量を示す充放電量信号とを含むことを特徴とする請求項６に記載された充放電装置。
【請求項８】
前記充放電調整手段は、
電源と、
当該電源と前記トランスの巻線との間に介在されたメインスイッチング手段と、
前記メインスイッチング手段をオンオフ制御するメイン制御手段とを含み、
前記メイン制御手段は、前記メインスイッチング手段をオンオフ制御することにより、前記トランスを介して前記充放電管理手段に信号送信を行うとともに、当該信号送信時、電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数で前記メインスイッチング手段をオンオフ制御することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載された充放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う充放電装置に係り、特に、各単電池の充電量を最適化する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された複数の単電池と、複数の単電池のそれぞれの電圧に応じた信号を出力する複数の単電池回路と、出力された信号の各々の電圧レベルを変換する複数の電位変換回路とを備えた充放電装置が提案されている。この充放電装置において、電圧レベルが変換された信号は処理回路に入力される。処理回路は、入力された信号に基づいて均等化制御等の処理を行う。
【０００３】
また、処理回路は、単電池を制御するための制御信号を生成する。制御信号は電位変換回路によって電位レベルを変換されてから、複数の単電池回路に入力される。入力された信号に基づいて、単電池回路は、例えばバイパス回路によって各単電池の電圧をバランスさせるように単電池を制御する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された手法では、電位変換回路を介して単電池回路からの電圧信号を処理回路に送信すると共に、電位変換回路を介して処理回路からの制御信号を単電池回路に送信している。このように、特許文献１に記載の充放電装置では、電位変換回路を通じて信号の伝達を行っているため、単電池の数に応じた数の電位変換回路が必要となり、構成が複雑化してしまう。また、電位変換を行わず信号伝達を行う場合であっても、単電池の数に応じた信号線が必要となり、構成が複雑化してしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成の簡素化を図ることが可能な充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、複数の単電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う充放電装置を提供する。この充放電装置は、単電池のそれぞれに対して設けられており、それぞれが対応する単電池の充放電を管理する複数の充放電管理手段と、充放電管理手段のそれぞれを制御し、各単電池の充放電を調整する充放電調整手段とを有し、充放電調整手段と複数の充放電管理手段とは、トランスを介して信号伝達を行う。
【０００８】
ここで、本発明において、充放電管理手段のそれぞれは、対応する単電池の電圧を検出する電圧センサを有し、この電圧センサによって検出された電圧値を示す電圧信号を、トランスを介して充放電調整手段に送信することが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、充放電管理手段のそれぞれは、電圧信号とともに、単電池の所在を示すアドレス信号を送信することが望ましい。
【００１０】
本発明において、充放電管理手段のそれぞれは、自己に対応する単電池とトランスの巻線との間に介在されたスイッチング手段と、このスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とをさらに有する。ここで、制御手段のそれぞれは、スイッチング手段をオンオフ制御することにより、トランスを介して充放電調整手段に信号送信を行うとともに、この信号送信時、単電池の電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチング手段をオンオフ制御する。
【００１１】
本発明において、充放電調整手段は、単電池のそれぞれを判断対象として、充電すべき単電池および放電すべき単電池を決定し、この決定に基づく充放電の指示を、充放電の対象となる単電池と対応する充放電管理手段に送信することが望ましい。ここで、充放電調整手段は、充放電の対象となる単電池の所在を示すアドレス信号および充放電の指示を示す指示信号を送信することが望ましい。この場合、指示信号は、充電を行うかまたは放電を行うかを示す充放電信号と、充放電量を示す充放電量信号とを含んでもよい。なお、指示信号は、目標とする充電量（ＳＯＣ：state of charge）を示す充電量信号をさらに含むこともできる。
【００１２】
また、本発明において、充放電調整手段は、電源と、この電源とトランスの巻線との間に介在されたメインスイッチング手段と、メインスイッチング手段をオンオフ制御するメイン制御手段とを含むことが好ましい。この場合、メイン制御手段は、メインスイッチング手段をオンオフ制御することにより、トランスを介して充放電管理手段に信号送信を行うとともに、この信号送信時、電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でメインスイッチング手段をオンオフ制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電力の授受を行うトランスを介して、充放電調整手段と充放電管理手段との間の信号伝達を行うことができる。これにより、充放電調整手段と充放電管理手段との間に通信に必要な信号線などを設ける必要もないので、装置構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態にかかる充放電装置１０が適用されたハイブリッド自動車の構成を示す模式図
【図２】充放電調整ユニット２０の構成を模式的に示す説明図
【図３】充放電管理ユニット３０の構成を模式的に示す説明図
【図４】第１の実施形態にかかる充放電装置１０の動作を説明する説明図
【図５】通信フレームＦＭ，ＦＳの説明図
【図６】第１の実施形態にかかる充放電装置１０の動作を説明する説明図
【図７】第１の実施形態の充放電装置１０の変形例としての動作を説明する説明図
【図８】第２の実施形態にかかる充放電装置１０の構成の要部を示す模式図
【図９】第２の実施形態にかかる充放電装置１０の変形例としての構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる充放電装置１０が適用されたハイブリッド自動車の構成を示す模式図である。このハイブリッド自動車において、バッテリとして機能する組電池１からの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３において電圧変換された上でインバータ４へと出力され、インバータ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から与えられる直流電力を三相交流電力に変換してモータ５に出力する。また、図示しないエンジン等の動力により駆動される発電機６によって発電された三相交流電力、または、モータ５の回生動作によって発電された三相交流電力は、インバータ４により直流電力に変換され、この直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により電圧変換された上で、組電池１に充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、組電池１との間には、充電回路７が設けられており、この充電回路７は、個々の単電池２が過充電とならないように上限の充電電圧を制御したり、組電池１に供給される電流が一定以上とならないような制御を行う。
【００１６】
ここで、組電池１は、複数の単電池２が直列接続されて構成されており、個々の単電池２としては、たとえばリチウムイオン電池を用いることができる。本実施形態において、単電池２は、単一の電池要素から構成されているが、互いに並列または直列接続された複数の電池要素によって構成されてもよい。
【００１７】
本実施形態にかかる充放電装置１０は、複数の電池のそれぞれにトランスを介して充放電を行う装置であり、本実施形態では、バッテリとしての組電池１を対象として、当該組電池１を構成する複数の単電池２に関する充放電を制御する。具体的には、充放電装置１０は、発電機６による発電電力、あるいは、モータ５による回生電力を組電池１に充電する充電動作時を除く非充電動作時において、任意の単電池２間で電力の授受を行うことにより、各単電池２の充電量（ＳＯＣ：state of charge）を調整し、これにより、各単電池２の充電量を最適化する。
【００１８】
充放電装置１０は、充放電調整ユニット２０と、複数の充放電管理ユニット３０と、トランス４０とを主体に構成されている。複数の充放電調整ユニット２０は、組電池１を構成する各単電池２と一対一の関係となるように、個々の単電池２に対応して設けられている。トランス４０の共通の磁芯には、各充放電管理ユニット３０に対応する複数の巻線４１および充放電調整ユニット２０に対応する巻線４２がそれぞれ巻回されている。
【００１９】
ここで、個々の充放電管理ユニット３０の巻線４１は、互いに同じ極性（巻方向）となるように巻回されており、各巻線４１は互いに磁気的に結合している。また、充放電調整ユニット２０の巻線４２は、各充放電管理ユニット３０の巻線４１と同じ極性となるように巻回されて、各巻線４１と磁気的に結合している。個々の巻線４１は、自己に接続する単電池２から他の単電池２または電源２１に電力を出力する際の一次巻線として機能するとともに、他の単電池２または電源２１から自己に接続する単電池２に電力を入力する際の二次巻線としても機能する。一方、巻線４２は、電源２１から単電池２に電力を出力する際の一次巻線として機能するとともに、単電池２から電源２１に電力を入力する際の二次巻線としても機能する。また、これらの巻線４１，４２は、充放電調整ユニット２０と各充放電管理ユニット３０との間で信号伝達を行うための通信経路としての機能も担っている。
【００２０】
図２は、充放電調整ユニット２０の構成を模式的に示す説明図である。充放電調整ユニット２０は、個々の充放電管理ユニット３０の動作を統括的に制御する。具体的には、充放電調整ユニット２０は、トランス４０を介して各充放電管理ユニット３０との間で信号伝達を行うことにより、各充放電管理ユニット３０に対応付けられた単電池２の状態をそれぞれ取得したり、この取得結果に基づいて、個々の充放電管理ユニット３０を制御して、各単電池２の充電量を最適化する。
【００２１】
また、充放電調整ユニット２０は、必要に応じて、トランス４０を介して電力の授受を行う。これにより、充放電調整ユニット２０は、いずれかの単電池２からの電力を電源２１に充電したり、電源２１に充電されている電力をいずれかの単電池２における充電用電力として出力したりすることができる。
【００２２】
充放電調整ユニット２０は、電源２１と、スイッチング部（メインスイッチング手段）２３と、制御部（充放電調整手段）２４と、電圧検出部２５とを有している。
【００２３】
電源２１は、直流電源であり、充放電可能な二次電池である。この電源２１は、いずれかの単電池２から放電された電力を充電したり、いずれかの単電池２に対する充電用電力として自己に充電されている電力を放電することができる。電源２１としては、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されている低電圧系のバッテリ（例えば、１２Ｖの鉛蓄電池）を用いることができる。この電源２１の正負極の両端子には、電力線がそれぞれ接続されており、一対の電力線を介して電源２１と巻線４２とが相互に接続されている。
【００２４】
なお、正極側の電力線と負極側の電力線との間には、電源２１の電源電圧を平滑化するためのコンデンサＣが設けられており、また、各電力線には、高周波ノイズを除去するためのインダクタＬが設けられている。
【００２５】
スイッチング部２３は、電源２１と巻線４２との間の電力線に設けられており、当該電力線を開閉することにより（オンオフ動作）、導通状態の切替えを行う。このスイッチング部２３は、４つのトランジスタＴr1〜Ｔr4（例えば、ＦＥＴ：Field effect transistor）からなるブリッジ回路で構成されている。このブリッジ回路において、トランジスタＴr1，Ｔr2間に電源２１の正極側が接続され、トランジスタＴr3，Ｔr4間に電源２１の負極側が接続される。また、トランジスタＴr1，Ｔr3間に巻線４２の一方の端子側が接続され、トランジスタＴr2，Ｔr4間に巻線４２の他方の端子側が接続される。また、個々のトランジスタＴr1〜Ｔr4には、ボディダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列に接続されて内蔵されている。個々のトランジスタＴr1〜Ｔr4は、制御部２４とそれぞれ接続されており、制御部２４からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
【００２６】
制御部２４は、スイッチング部２３を制御することにより、個々の充放電管理ユニット３０とそれぞれ通信したり、必要に応じて、任意の単電池２との間で電力の授受を行ったりする。この制御部２４としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部２４は、電源２１から供給される電力によって動作する。
【００２７】
制御部２４には、電圧検出部２５によって検出される検出信号が入力されている。この電圧検出部２５は、例えば、ヒステリシス付きのコンパレータであり、巻線４２に並列接続されている。電圧検出部２５は、巻線４２に現れる巻線電圧に応じて出力電圧が変化することにより、巻線電圧に応じた検出信号（パルス信号）を出力する。電圧検出部２５から出力される検出信号は、二系統に分岐した後に、制御部２４に入力される。一方の系統を通る検出信号は、そのまま制御部２４に入力され、他方の系統を通る検出信号は、フィルタ回路２６を通過した後に制御部２４に入力される。フィルタ回路２６は、ハイパスフィルタとしての機能を担っており、電圧検出部２５から出力される検出信号のうち、所定周波数以上の周波数成分の信号を通過させる。フィルタ回路２６はバンドパスフィルタでもよく、信号は変調されていてもよい。
【００２８】
制御部２４は、これを機能的に捉えた場合、受信部２４ａと、位相検出部２４ｂと、充放電調整部２４ｃと、送信部２４ｄと、スイッチ制御部２４ｅとを有している。
【００２９】
受信部２４ａは、フィルタ回路２６を通過した高周波成分の検出信号を受信し、この受信結果を充放電調整部２４ｃに対して出力する。後述するように、電圧検出部２５から出力される検出信号のうち、高周波成分に対応する検出信号は、充放電管理ユニット３０側から送信される信号に対応している。
【００３０】
位相検出部２４ｂは、電圧検出部２５から出力される検出信号に基づいて、検出信号の電圧の立ち上がりまたは立ち下がりを検出し、この検出結果を充放電調整部２４ｃに出力する。
【００３１】
充放電調整部２４ｃは、受信部２４ａから出力される受信結果、すなわち、充放電管理ユニット３０からの信号に基づいて、個々の充放電管理ユニット３０によって検出された単電池２の状態をそれぞれ把握する。そして、充放電調整部２４ｃは、単電池２のそれぞれを判断対象として、当該単電池２を充電させるか、放電させるか、それとも充放電の双方を行わないかを判断する。この判断は、各単電池２の充電量を最適化するといった観点から、組電池１を構成する全ての単電池２の状態を考慮した上で行われる。例えば、この最適化は、すべての単電池２の充電量を均一化する、あるいは、複数の単電池２をその容量に応じて分類し、当該分類されたグループ毎に、グループに属する各単電池２の充電量を均一化するといった如くである。
【００３２】
また、充放電調整部２４ｃは、充電対象となる単電池２については充電量も判断するとともに、放電対象となる単電池２については放電量も判断する。この充放電量は、充放電対象となる単電池２の現在の充電量（ＳＯＣ）を基準とした充電量の増減量を示すパラメータであるが、充放電の対象となる単電池２の目標となる充電量（ＳＯＣ）といったように、充放電量を規定することができる種々の間接的なパラメータであってもよいし、これらを複合的に含んでもよい。充放電調整部２４ｃは、基本的に、単電池２間、すなわち、充電対象の単電池２と、放電対象の単電池２との間で電力授受を行うこととし、両者の充放電量が対応するように充放電量を判断する。充電対象の単電池２および放電対象の単電池２とは、一対一の関係であるのみならず、一対多または多対多の関係であってもよく、この場合、トータルの放電量および充電量が対応するように設定される。そして、充放電調整部２４ｃは、送信部２４ｄを介して、複数の充放電管理ユニット３０のそれぞれに対して、判断結果を送信する。
【００３３】
なお、充放電調整部２４ｃは、位相検出部２４ｂの検出結果に応じて、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３を制御することにより、単電池２からの電力を電源２１に充電したり、電源２１に貯えられた電力を単電池２に対して出力したりする。これにより、充放電対象の単電池２間の電圧差が小さく巻線誤差に起因して単電池２間で電力の授受を行うことが不適切もしくは非効率な場合に、単電池２間の電力授受を電源２１を経由して行ったり、単電池２側の充電量または放電量に偏りがある場合に、この充放電量の偏りを電源２１の電圧もしくは電力で効率的にカバーすることができる。
【００３４】
送信部２４ｄは、充放電調整部２４ｃから出力される送信情報に基づいて、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３をオンオフ制御する。送信部２４ｄは、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３を例えばＰＷＭ変調することにより、送信情報に応じたパルス信号を生成し、これにより、トランス４０を介して、個々の充放電管理ユニット３０に各種の情報を信号として送信する。
【００３５】
スイッチ制御部２４ｅは、充放電調整部２４ｃからの指示、または、送信部２４ｄからの指示に応じて、スイッチング部２３をオンオフ制御する。具体的には、スイッチ制御部２４ｅは、トランジスタＴr1，Ｔr4をオン制御することにより、当該トランジスタＴr1，Ｔr4にドレイン電流が流れ、これにより、巻線４２に電圧が印加される（正相オン制御）。一方、トランジスタＴr1，Ｔr4をオフ制御した場合、当該トランジスタＴr1，Ｔr4にはドレイン電流が流れないため、巻線４２に電圧は印加されない（正相オフ制御）。これに対して、トランジスタＴr2，Ｔr3にオン制御することにより、当該トランジスタＴr2，Ｔr3にドレイン電流が流れ、これにより、巻線４２に逆極性の電圧が印加される（逆相オン制御）。一方、トランジスタＴr2，Ｔr3をオフ制御した場合、当該トランジスタＴr2，Ｔr3にはドレイン電流が流れないため、巻線４２に電圧は印加されない（逆相オフ制御）。
【００３６】
図３は、充放電管理ユニット３０の構成を模式的に示す説明図である。充放電管理ユニット３０は、自己に対応付けられた単電池２の状態を検出したり、トランス４０を介して単電池２の充放電を行ったりする。また、充放電管理ユニット３０は、トランス４０を介して充放電調整ユニット２０との間で信号の送受信を行う。この信号の送受信を通じて、充放電管理ユニット３０は、検出した単電池２の状態を充放電調整ユニット２０に通知したり、充放電制御の前提となる情報を充放電調整ユニット２０から取得したりする。
【００３７】
充放電管理ユニット３０は、スイッチング部（スイッチング手段）３２と、制御部（充放電管理手段）３３と、状態検出部３４と、電圧検出部３５とを有している。この充放電管理ユニット３０において、単電池２の正負極の両端子には、電力線がそれぞれ接続されており、一対の電力線を介して単電池２と巻線４１とが相互に接続されている。また、正極側の電力線と負極側の電力線との間には、単電池２の電源電圧を平滑化するためのコンデンサＣが設けられており、また、各電力線には、高周波ノイズを除去するためのインダクタＬが設けられている。
【００３８】
スイッチング部３２は、単電池２と巻線４１との間の電力線に設けられており、当該電力線を開閉することにより（オンオフ動作）、導通状態の切替えを行う。このスイッチング部３２は、上述したスイッチング部２３と同様に、４つのトランジスタＴr1〜Ｔr4（例えば、ＦＥＴ：Field effect transistor）からなるブリッジ回路で構成されている。個々のトランジスタＴr1〜Ｔr4は、制御部３３とそれぞれ接続されており、制御部３３からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
【００３９】
制御部３３は、スイッチング部３２を制御することにより、充放電調整ユニット２０と通信したり、他の単電池２または電源２１との間で電力の授受を行ったりする。この制御部３３としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部３３は、自己に対応付けられた単電池２から供給される電力によって動作する。
【００４０】
制御部３３には、状態検出部３４および電圧検出部３５によって検出される検出信号が入力されている。状態検出部３４は、単電池２の状態を検出する。本実施形態にかかる状態検出部３４が検出する単電池２の状態としては、代表的には、電圧であり、この状態検出部３４は、電圧センサ（図示しない）を含む構成となっている。また、電圧検出部３５は、充放電調整ユニット２０の電圧検出部２５と同様に、巻線４１に現れる巻線電圧に応じて出力電圧が変化することにより、巻線電圧変化に応じた検出信号（パルス信号）を出力する。電圧検出部２５から出力される検出信号は、そのまま制御部３３に入力されるとともに、フィルタ回路３６を通過した後に制御部３３に入力される。このフィルタ回路３６は、ハイパスフィルタとしての機能を担っており、電圧検出部３５から出力される検出信号のうち、所定周波数以上の周波数成分の信号を通過させる。フィルタ回路３６はバンドパスフィルタでもよく、信号は変調されていてもよい。
【００４１】
制御部３３は、これを機能的に捉えた場合、受信部３３ａと、位相検出部３３ｂと、充放電制御部３３ｃと、送信部３３ｄと、スイッチ制御部３３ｅとを有している。これらの機能的な要素のうち、受信部３３ａ、位相検出部３３ｂ、送信部３３ｄおよびスイッチ制御部３３ｅは、上述した充放電調整ユニット２０の制御部２４を構成する機能的な要素のうちの受信部２４ａ、位相検出部２４ｂ、送信部２４ｄおよびスイッチ制御部２４ｅと同様の機能を担っており、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
充放電制御部３３ｃは、受信部３３ａから出力された受信結果、すなわち、充放電調整ユニット２０からの信号に基づいて、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２を制御することにより、自己に対応づけられた単電池２の充放電を制御する。充放電の制御にあたり、充放電制御部３３ｃは、必要に応じて、位相検出部３３ｂから出力される検出結果を参照する。
【００４３】
また、充放電制御部３３ｃは、送信部３３ｄを介して、充放電調整ユニット２０に対して、状態検出部３４の検出結果を信号として送信したり、充放電調整ユニット２０からの信号を受信したことの応答信号を送信したりする。
【００４４】
以下、本実施形態にかかる充放電装置１０の動作について説明する。充放電装置１０による各単電池２の充電量の最適化動作は、充放電調整ユニット２０と各充放電管理ユニット３０との間で行われる通信プロセスと、この通信プロセスに引き続き行われる単電池２間の充放電プロセスとで構成されており、各単電池２の充電量の最適化の必要性に応じて、両プロセスをセットとして、この動作が繰り返し行われる。
【００４５】
なお、充放電装置１０の動作説明にあたり、便宜上、組電池１を構成する複数の単電池２のうち、任意の２つの単電池２について充電量の最適化の必要があると仮定し、一方の単電池２を充電対象、他方の単電池２を放電対象とした上で、当該単電池２間の電力授受に関する動作を説明する。また、充電対象となる単電池２に接続する充放電管理ユニット３０を「充電側充放電管理ユニット３０」といい、放電対象となる単電池２に接続する充放電管理ユニット３０を「放電側充放電管理ユニット３０」という。
【００４６】
図４は、本実施形態にかかる充放電装置１０の動作を説明する説明図である。同図において、（ａ）は、電力と信号とを合成した電圧波形図である。また、（ｂ）は、充放電調整ユニット２０が備える巻線４２の電圧出力波形を示し、（ｃ）は、放電側充放電管理ユニット３０が備える巻線４１の電圧出力波形を示し、（ｄ）は、充電側充放電管理ユニット３０の巻線４１とインターフェースするスイッチング部３２のＦＥＴのゲート入力電圧を模擬した波形を示す。
【００４７】
通信プロセスについて説明する。この通信プロセスでは、充放電調整ユニット２０と各充放電管理ユニット３０との間で通信を行うことにより、各単電池２の電圧状態把握と、充放電対象となる単電池２に接続する充放電管理ユニット３０への充放電指示が行われる。まず、充放電調整ユニット２０と充放電管理ユニット３０との間の基本的な通信形態について説明する。なお、この通信プロセスにおいて、各ユニット２０，３０が備えるスイッチング部２３，３２は、後述する信号送信に起因するスイッチング動作以外は、オフ状態（トランジスタＴr1〜Ｔr4のすべてオフ）に制御されている。
【００４８】
まず、充放電調整ユニット２０が充放電管理ユニット３０へ信号を送信する場合、充放電調整ユニット２０は、各種の情報を含む通信フレームＦＭ（ＦＭ：ＦＭ１〜ＦＭ３を総称する）を充放電管理ユニット３０に送信する。図５（ａ）に示すように、通信フレームＦＭは、同期パターンデータ、アドレスデータおよび制御信号データを含む。ここで、図５（ｂ）に示すように、同期パターンデータは、充放電調整ユニット２０と充放電管理ユニット３０との同期をとるためのデータであり、例えば、通信フレームＦＭの上位１２ビットがこれに該当する。アドレスデータは、通信フレームＦＭの送信先および送信元を識別するアドレス情報およびチェックビットを含むデータであり、例えば、通信フレームＦＭの同期パターンデータに続く１２ビットがこれに該当する。制御信号データは、充放電管理ユニット３０への制御内容およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームＦＳの下位１８ビットがこれに該当する。
【００４９】
充放電調整ユニット２０において、充放電調整部２４ｃは、送信先となる充放電管理ユニット３０のアドレスおよび送信元である自己のアドレスと、その制御内容とを送信情報として送信部２４ｄに出力する。送信部２４ｄは、この送信情報に基づいて、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３をＰＷＭ制御することにより、パルス電圧を巻線４２に印加する。これにより、送信部２４ｄは、トランス４０を介して、送信情報に対応した通信フレームＦＭを各充放電管理ユニット３０に送信する。
【００５０】
一方、充放電管理ユニット３０は、トランス４０を介して、充放電調整ユニット２０が送信した通信フレームＦＭを受信する。具体的には、充放電調整ユニット２０から通信フレームＦＭが送信されると、巻線４１の電圧が、通信フレームＦＭに対応する電圧変化として現れるため、この電圧変化が電圧検出部３５によって検出される。電圧検出部３５は通信フレームＦＭに対応する検出信号を出力し、これがフィルタ回路３６を通過して受信部３３ａによって受信される。受信部３３ａは、電圧検出部３５からの検出信号を受信すると、検出信号から通信フレームＦＭに対応する各データを抽出し、この受信結果を充放電制御部３３ｃに対して出力する。充放電制御部３３ｃは、受信結果に基づいて、その通信フレームＦＭの送信先が自己のアドレスと対応する場合には、その制御信号データに基づいて各種の処理を行う。
【００５１】
また、充放電管理ユニット３０は、充放電調整ユニット２０への返信を行うべく、各種の情報を含む通信フレームＦＳ（ＦＳ：ＦＳ１〜ＦＳ３を総称する）を充放電調整ユニット２０に送信する。図５（ａ）に示すように、通信フレームＦＳは、アドレスデータおよび制御信号データを含む。ここで、図５（ｃ）に示すように、アドレスデータは、情報の送信先および送信元を識別するアドレス情報およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームＦＳの上位１２ビットがこれに該当する。制御信号データは、充放電調整ユニット３０への返信内容およびチェックビットを含むデータであり、通信フレームＦＳの下位１８ビットがこれに該当する。
【００５２】
充放電管理ユニット３０において、充放電制御部３３ｃは、送信先となる充放電調整ユニット２０のアドレスおよび送信元である自己のアドレスと、その返信内容とを送信情報として送信部３３ｄに出力する。送信部３３ｄは、この送信情報に基づいて、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２をＰＷＭ制御することにより、パルス電圧を巻線４１に印加する。これにより、送信部３３ｄは、トランス４０を介して、送信情報に対応した通信フレームＦＳを充放電調整ユニット２０に送信する。
【００５３】
そして、充放電調整ユニット２０は、トランス４０を介して、充放電管理ユニット３０が送信した通信フレームＦＳを受信する。なお、通信フレームＦＳを受信した際の充放電調整ユニット２０の動作は、充放電管理ユニット３０が通信フレームＦＭを受信した際の動作と対応するため、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
なお、通信プロセスにおいて、各ユニット２０，３０の制御部２４，３３は、後述する充放電プロセス時に実行するスイッチング周波数よりも高い周波数（例えば、基本周波数２ＭＨｚ）にて各スイッチング部２３，３２をオンオフ制御している。本実施形態では、電力授受および通信がトランス４０を介してそれぞれ行われるため、スイッチング周波数を充放電シーンと、通信シーンとで異ならせることにより、両者の切り分けを行うようにしている。また、本実施形態において、各スイッチング部２３，３２が４つのトランジスタＴr1〜Ｔr4からなるブリッジ回路で構成されている関係上、正相側のオンオフ制御と逆相側のオンオフ制御とを反転制御し、各巻線４１，４２に両極性のパルス電圧を印加することにより、信号のバイポーラ出力を可能にしている。
【００５５】
再び図４を参照するに、上記のような通信形態に基づいて、各単電池２の電圧状態把握では、充放電調整ユニット２０は、以下に示すように、信号の送受信を各充放電管理ユニット３０に対して順次行うことにより、組電池１を構成する全ての単電池２の電圧状態を把握する。まず、充放電調整ユニット２０は、単電池２の状態検出および検出結果の返信を制御内容（制御信号データ）とする通信フレームＦＭ１を、対象となる充放電管理ユニット３０に送信する。充放電管理ユニット３０は、充放電調整ユニット２０からの通信フレームＦＭ１を受信すると、充放電調整ユニット２０からの指示に応じて単電池２の電圧状態を検出する。そして、充放電管理ユニット３０は、検出結果（単電池２の電圧状態）を返信内容（制御信号データ）とする通信フレームＦＳ１を充放電調整ユニット２０に対して送信する。
【００５６】
充放電調整ユニット２０は、各充放電管理ユニット３０との通信を通じて、各単電池２の電圧状態を把握すると、単電池２のそれぞれを判断対象として、当該単電池２を充電させるか、放電させるか、または充放電の双方を行わないかを判断する。これにより、組電池１を構成する各単電池２について、充放電の双方を行わないものと、充電対象となるものおよびその充電量と、放電対象となるものおよびその放電量とが決定される。上述の如く、任意の２つの単電池２について充電量の最適化の必要があると仮定した場合、複数の単電池２のうち、一つの単電池２が充電対象となり、別の一つの単電池２が放電対象となり、残りの単電池２は充放電の双方を行わないものとして決定される。
【００５７】
つぎに、充放電調整ユニット２０は、放電対象であることおよびその放電量を制御内容（制御信号データ）とする通信フレームＦＭ２を放電側充放電管理ユニット３０に対して送信する。ここで、制御内容に含まれ放電量は、放電を行う電力量そのものであってもよいが、これと対応するパラーメタ（例えば、周期的な放電回数や、一回の放電に必要な放電時間や、放電対象となる単電池２が目標とする充電量（ＳＯＣ））であってもよく、それらを複合した情報であってもよい。そして、放電側充放電管理ユニット３０は、通信フレームＦＭ２を受信したことを示す情報（例えば、送信された制御信号データ（エコーバック））を返信内容（制御信号データ）とする通信フレームＦＳ２を充放電調整ユニット２０に対して送信するとともに、充放電調整ユニット２０からの制御内容に応じて、以下に述べる充放電プロセスを実行する。
【００５８】
一方、充放電調整ユニット２０は、放電側充放電管理ユニット３０から通信フレームＦＭ２を受信すると、充電対象であることおよびその充電量を制御内容（制御信号データ）とする通信フレームＦＭ３を充電側充放電管理ユニット３０に対して送信する。充電側充放電管理ユニット３０は、通信フレームＦＭ３を受信したことを示す情報（例えば、送信された制御信号データ）を返信内容とする通信フレームＦＳ３を充放電調整ユニット２０に対して送信するとともに、充放電調整ユニット２０からの制御内容に応じて、以下に述べる充放電プロセスを実行する。   
【００５９】
つぎに、充放電プロセスについて説明する。この充放電プロセスでは、トランス４０を介して、放電対象の単電池２と充電対象の単電池２との間で電力の授受を行う。本実施形態において、トランス４０を介した電力の授受は、電力を出力する一次巻線側の回路のオンスイッチング時に電力の授受を行うフォワード方式により行われる。
【００６０】
放電側充放電管理ユニット３０において、充放電制御部３３ｃは、通信プロセスの終了から所定期間Ｔａの経過を判断した場合には、単電池２の放電動作を開始する。この放電動作は、充放電調整ユニット２０から送信される放電量に基づいて行われる。具体的には、充放電制御部３３ｃは、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２をオン制御することにより、巻線４１に所定期間（例えば、１００μsec）継続的に電圧を印加する。そして、充放電制御部３３ｃは、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２をオンオフ制御することにより、バースト的な電圧印加動作を放電量に応じた回数だけ所定周期（例えば１１０μsec周期）で繰り返し実行する。本実施形態では、充放電制御部３３ｃは、スイッチング部３２のオン制御時、正相オン制御と逆相オン制御とを交互に行うことにより、正負の極性を交互に反転させながら巻線４１への電圧印加を行うこととしている。
【００６１】
一方、充電側充放電管理ユニット３０において、充放電制御部３３ｃは、通信プロセスの終了から所定期間Ｔａの経過を判断した場合には、単電池２の充電動作を開始する。具体的には、充放電制御部３３ｃは、位相検出部３３ｂからの検出結果に基づいて、電圧検出部２５からの検出信号の出力パルスの立ち上がりを判断した場合には、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３をオン制御し、また、検出信号の出力パルスの立ち下がりを判断した場合には、スイッチ制御部２４ｅを介してスイッチング部２３をオフ制御する。これにより、放電側充放電管理ユニット３０のスイッチング部２３のオンオフ制御と同期して、充電側充放電管理ユニット３０のスイッチング部２３のオンオフ制御を行うことができる。なお、充放電制御部３３ｃは、巻線４１に交互に現れる電圧極性と対応するように、正相側または逆相側のオンオフ制御を行う。
【００６２】
このような電力授受が終了すると、充放電調整ユニット２０において、充放電調整部２４ｃは、位相検出部２４ｂからの情報に基づいて、電力授受の終了から所定期間Ｔｂの経過を判断し、上述した通信プロセスへ移行する。なお、上述したように、周期的に実行される充放電時間は、例えば、１００μsecであるが、充電量の最適化が目標とする単電池２の充電量の調整は±０．２％程度で行えば十分な場合が多いので、巻線効率が高い大きな電力で巻線を駆動しても、最適化のためには十分に細かい分解能で電力の授受を行うことができる。
【００６３】
このように本実施形態によれば、それぞれが対応する単電池２の充放電を管理する複数の充放電管理ユニット３０と、充放電管理ユニット３０のそれぞれを制御して各単電池２の充放電を調整する充放電調整ユニット２０とが、各単電池２の充放電を行うトランス４０を介して信号伝達を行う。
【００６４】
かかる構成によれば、電力の授受を行うトランス４０を介して、充放電調整ユニット２０と充放電管理ユニット３０との間の信号伝達を行うことができる。これにより、ユニット２０，３０間に通信に必要な信号線などを設ける必要もないので、装置構成の簡素化とユニット２０，３０の交換といったメンテナンスの向上を図ることができる。また、トランス４０の巻線によって耐圧を持たせることができるので、各ユニット２０，３０として高耐圧の回路やＩＣを用いる必要がないので、廉価な装置構成を実現することができる。また、個々の充放電管理ユニット３０は互いに並列接続されているため、単電池２または充放電管理ユニット３０のいずれか一つが故障したとしても、すべてが直列接続されている構成と比較して、全体的な機能を失うといった可能性が低く、装置としての信頼性の向上を図ることができる。
【００６５】
また、本実施形態において、充放電管理ユニット３０のそれぞれは、対応する単電池２の電圧を検出する状態検出部（電圧センサ）３４を有し、この検出された電圧値を示す電圧信号（通信フレームＦＳ１の制御信号データに相当）を、トランス４０を介して充放電調整ユニット２０に送信する。この場合、充放電管理ユニット３０のそれぞれは、電圧信号とともに、単電池２の所在を示すアドレス信号（通信フレームＦＳ１のアドレスデータに相当）を送信する。
【００６６】
かかる構成によれば、各充放電管理ユニット３０から対応する単電池２の電圧状態が充放電調整ユニット２０に送信されるため、充放電調整ユニット２０が、各単電池２を充電させるか、放電させるかを決定するにあたり必要となる情報をトランス４０を介して取得することができる。また、各単電池２の電圧信号とともにアドレス信号が送信されることにより、通信経路をトランス４０によって共通する形態において、充放電調整ユニット２０において単電池２の所在と電圧状態との対応関係が明確となる。これにより、単電池２の電圧状態の混同を回避することができるので、充放電を好適に行うことができる。
【００６７】
また、本実施形態において、充放電管理ユニット３０のそれぞれは、自己に対応する単電池２とトランス４０の巻線４１との間に介在されたスイッチング部３２と、このスイッチング部３２をオンオフ制御する制御部３３とをさらに有する。この場合、制御部３３のそれぞれは、スイッチング部３２をオンオフ制御することにより、トランス４０を介して充放電調整ユニット２０に信号送信を行うとともに、この信号送信時、単電池２の電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチング部３２をオンオフ制御する。
【００６８】
かかる構成によれば、複数の充放電管理ユニット３０により、個々のスイッチング部２３を独立して制御可能であるため、電力の授受を行う必要がある任意の単電池２に対応するスイッチング部２３を選択的に制御することができる。組電池に相当する全てのスイッチング部を一括的に制御した場合には、動作させる必要のないスイッチング部も併せて動作させてしまう可能性があるが、本実施形態によれば、このような事態を抑制することができる。したがって、電力授受にともない動作させるスイッチング部２３の個数を最小限に抑えることができる。これにより、スイッチング動作に伴う電力損失の低減、電力授受の効率向上および発熱の低減を図ることができるとともに、電磁波干渉（ＥＭＩ）の抑制を図ることができる。また、電力授受にともない巻線４１を通過する電力を大きくすることができるので、トランス４０のコア損失（鉄損）を抑えることができる。これにより、組電池１を構成する各単電池２の充電量の最適化を高効率に行うことでき、組電池１の安全性の向上と長寿命化を図ることができる。
【００６９】
また、電力授受（単電池２の電力の充放電）と通信との切り分けを明確に区別することができるので、電力授受と通信とをトランス４０を介して両立することができる。また、通信のスイッチング周波数が高いことから、トランス４０の自己インダクタンスの効果でトランス４０に入力される通信電力を少なくすることができ、また、スイッチング周波数が低い電力授受の場合よりもトランスコアの透磁率が下がるためトランス４０を通過する通信電力が少なくなるので、ＥＭＩ対策を簡単な回路構成で実現することができる。
【００７０】
また、本実施形態において、充放電調整ユニット２０は、単電池２のそれぞれを判断対象として、充電すべき単電池および放電すべき単電池を決定し、この決定に基づく充放電の指示を、充放電の対象となる単電池２と対応する充放電管理ユニット３０に送信する。
【００７１】
かかる構成によれば、複数の充放電管理ユニット３０によりスイッチング部２３を個別的に制御する関係上、充放電調整ユニット２０を設けることにより、これらの充放電管理ユニット３０を統括的に制御することが可能となり、各単電池２の充電量の最適化を行うことができる。また、複数の充放電管理ユニット３０から対応する単電池２の情報を取得することができるので、単電池２の状態をフィードバックしつつ各単電池２の充電量を最適化することができる。これにより、組電池１を構成する各単電池２の充電量をトータル的に判断して、その最適化を精度よく行うことができる。
【００７２】
また、本実施形態において、充放電調整ユニット２０は、充放電の対象となる単電池２の所在を示すアドレス信号（通信フレームＦＭ２，ＦＭ３のアドレスデータに相当）および充放電の指示を示す指示信号（通信フレームＦＭ２，ＦＭ３の制御信号データに相当）を送信する。この場合、指示信号は、充電を行うかまたは放電を行うかを示す充放電信号と、充放電量を示す充放電量信号とを含む。
【００７３】
かかる構成によれば、アドレス信号と指示信号が送信されることにより、充放電管理ユニット３０において単電池２の所在と電圧状態との対応関係が明確となる。これにより、通信経路をトランス４０によって共通する形態において、充放電管理ユニット３０が自己に対する信号か、他の充放電管理ユニット３０への信号かを混同するといった事態を回避することができるので、充放電を好適に行うことができる。また、充放電管理ユニット３０は、充電を行うか、放電を行うかのみならず、その充放電量についても知ることができ、充放電を良好に行うことができる。また、充放電管理ユニット３０は、本実施形態の充放電装置１０の上位機器に対して、組電池１中の単電池２の個々の状態を詳細に創出することができる。
【００７４】
また、本実施形態において、充放電調整ユニット２０は、電源２１と、この電源２１とトランス４０の巻線４２との間に介在されたスイッチング部２３と、スイッチング部２３をオンオフ制御する制御部２４とを含む。この場合、制御部２４は、スイッチング部２３をオンオフ制御することにより、トランス４０を介して充放電管理ユニット３０に信号送信を行うとともに、この信号送信時、電力の充放電時におけるスイッチング周波数よりも高い周波数でスイッチング部２３をオンオフ制御する。
【００７５】
かかる構成によれば、電力授受（単電池２の電力の充放電）と通信との切り分けを明確に区別することができるので、電力授受と通信とをトランス４０を介して両立することができる。
【００７６】
また、本実施形態において、充放電管理ユニット３０のそれぞれは、充放電調整ユニット２０からアドレス信号および指示信号を受信した場合、受信した指示信号（通信フレームＦＳ２，ＦＳ３の制御信号データに相当）を充放電調整ユニット２０に返信する。
【００７７】
かかる構成によれば、各充放電管理ユニット３０にて返信を行うことで、充放電調整ユニット２０側からの通信が、所望とする充放電管理ユニット３０に確実に送信されたか否かを判断することができる。
【００７８】
また、本実施形態において単電池２同士の電力授受は、フォワード方式により行われる。フォワード方式によれば、大電流を取り出すことができるので、電力授受を高効率に行うことができる。
【００７９】
また、各ユニット２０，３０において、スイッチング部２３，３２は４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成されている。かかる構成によれば、極性の異なる電圧を巻線４１，４２に印加することができるので、巻線４１，４２の極性（巻き方向）を実質的に切り替えることができる。これにより、電力授受の方式をフォワード方式と、後述するフライバック方式とで切り替えるといったことが可能となる。これにより、電力授受を精度よく行うことができる。
【００８０】
なお、上述した実施形態では、充放電管理ユニット３０のそれぞれは、状態検出部３４が電圧センサを含むものであるが、対応する単電池２の温度および電流値の少なくとも一方を検出する補助センサを含んでもよい。この場合、充放電管理ユニット３０は、補助センサによって検出された検出結果を示す検出信号を、トランス４０を介して充放電調整ユニットに送信する。そして、充放電調整ユニットは、単電池２の電圧状態のみならず、補助センサによる検出信号を加味して、充電すべき単電池および放電すべき単電池を決定することが好ましい。
【００８１】
かかる構成によれば、単電池２の種々の状態を考慮した上で各単電池２の充放電の必要性を判断することができるので、各単電池２の充電量の最適化を広範な観点から実現することができる。
【００８２】
なお、上述した実施形態では、充放電装置１０において、充放電調整ユニット２０を独立した構成としているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、充放電調整ユニット２０の機能を、少なくても１個の充放電管理ユニット３０に持たせて、当該機能を充放電管理ユニット３０が自己の機能とともに実行してもよい。また、電源２１の機能を単電池２の少なくても１個に持たせてもよい。
【００８３】
また、上述した実施形態では、充放電プロセスにおいて、放電側充放電管理ユニット３０が、放電動作を周期的に行い、放電タイミングを主体的に決定する構成であるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、充放電調整ユニット２０がトリガー信号Ｓtgを出力することで、充電側充放電管理ユニット３０は、このトリガー信号Ｓtgと同期して、放電動作を実行してもよい。
【００８４】
また、上述した実施形態では、充放電プロセスにおいて、単電池２間の電力授受の手法について説明した。しかしながら、放電対象となる単電池２の電力は、充電対象の単電池２で直接的に充電するのみならず、充放電調整ユニット２０の電源２１に一旦充電させた上で、この電源２１の電力を充電対象の単電池２に充電してもよい。また、充電対象の単電池２に対する充電電力が不足する場合には、電源２１の電力を充電対象の単電池２に充電してもよく、逆に、放電対象の単電池２に関する放電量が充電量を上回る場合には、余剰分の電力を電源２１に充電してもよい。この場合、充放電調整ユニット２０は、充放電管理ユニット３０の充放電動作と同様に、スイッチング部２３を制御することにより、電源２１の充放電を行うことができる。
【００８５】
上述した充放電プロセスの説明では、トランス４０を介した電力授受をフォワード方式で行っているが、電力授受の方式は、電力を出力する一次巻線側の回路のオフスイッチング時に電力の授受を行うフライバック方式で行ってもよい。以下、フライバック方式を用いた充放電プロセスについて説明する。
【００８６】
図７は、本実施形態の充放電装置１０の変形例としてのフライバック方式の動作を説明する説明図である。同図において、（ａ）は、充放電調整ユニット２０に対応する巻線４２の電圧出力波形を示し、（ｂ）は、放電側充放電管理ユニット３０のスイッチング波形を示し、（ｃ）は、充電側充放電管理ユニット３０のスイッチング波形を示す。また、（ｄ）は、トランス４０における磁束波形を示し、（ｅ）は、放電対象の単電池２の放電電流を示し、（ｆ）は、充電対象の単電池２の充電電流を示す。
【００８７】
放電側充放電管理ユニット３０において、充放電制御部３３ｃは、通信プロセスの終了から所定期間Ｔａの経過を判断した場合には、単電池２の放電動作を開始する。この放電動作は、充放電調整ユニット２０から送信される放電量に基づいて行われる。具体的には、充放電制御部３３ｃは、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２をオン制御することにより、巻線４１に所定期間（例えば、１００μsec）継続的に電流を流し、その後、スイッチング部３２をオン制御と対応した期間継続的にオフ制御する。充放電制御部３３ｃは、このようなオンオフ制御を放電量に応じた回数だけ繰り返し実行する。なお、本実施形態では、充放電制御部３３ｃは、スイッチング部３２のオンオフ制御を、例えば、正相側のオンオフ制御のみで行っている。
【００８８】
一方、充電側充放電管理ユニット３０において、充放電制御部３３ｃは、通信プロセスの終了から所定期間Ｔａの経過を判断した場合には、単電池２の充電動作を開始する。具体的には、充放電制御部３３ｃは、スイッチ制御部３３ｅを介してスイッチング部３２を所定期間（上述した放電側充放電管理ユニット３０のオン制御期間と対応する期間）継続的にオフ制御し、その後、スイッチング部３２をオン制御することにより、巻線４１にオフ制御と対応した期間継続的に電流を流す。充放電制御部３３ｃは、このようなオンオフ制御を充電量に応じた回数だけ繰り返し実行する。なお、本実施形態では、充電側の巻線４１と放電側の巻線４１との巻線方向が同じであるため、充放電制御部３３ｃは、スイッチング部３２のオンオフ制御を、例えば、逆相側のオンオフ制御のみで行う。
【００８９】
このような形態によれば、単電池２同士（または、電源２１と単電池２との間）の電力授受は、フライバック方式により行われる。電力を出力する一次巻線電圧にかかわらず、電力を入力する二次巻線の電圧を設定することができるので、単電池２同士の電圧差が小さくなってフォワード方式では電力授受の制御が困難となるといった場合や、目標充電量に近づいて微細な量の電力授受を行う場合に、フライバック方式を用いる長所がある。
【００９０】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態にかかる充放電装置１０の構成の要部を示す模式図である。第２の実施形態に充放電装置１０が、第１の実施形態のそれと相違する点は、充放電調整ユニット２０のスイッチング部２３および充放電管理ユニット３０のスイッチング部３２の構成である。
【００９１】
本実施形態において、各スイッチング部２３，３２は、電力線に設けられた１つのトランジスタＴｒ（例えば、ＦＥＴ：Field effect transistor）から構成されている。このトランジスタＴｒには、ボディダイオードＤが逆並列に接続されて内蔵されている。個々のユニット２０，３０において、トランジスタＴｒは、制御部２４，３３とそれぞれ接続されており、制御部２４，３３からの信号により、オンオフ制御されるようになっている。
【００９２】
さらに、本実施形態では、個々のユニット２０，３０には、回路における急激な電圧上昇を抑制するために、ダイオードＤに対してコンデンサＣと抵抗Ｒとの並列回路を直列接続したスナバ回路が、巻線４１．４２に対して並列に接続されている。
【００９３】
また、充放電調整ユニット２０において、電源２１とスイッチング部２３との間には、巻線４２側から電源２１側への電力供給時、出力電圧が基準電圧（例えば、電源２１の電圧）よりも高くなるように昇圧動作を行う昇圧回路２７が接続されている。この昇圧回路２７は、各単電池２の電圧に対して電源２１の電圧が高いといったケースでも、単電池２から電源２１への充電動作を実現させるために設けられている。また、このケースでは、電源２１側から単電池２側の電力供給時、過大な電圧が単電池２側に印加されることを抑制するために、降圧動作を行う降圧回路を設けることが好ましい。しかしながら、本実施形態では、スイッチング部２３を降圧レギュレータのチョッパスイッチとして動作させることにより、この降圧回路を省略した構成としている。
【００９４】
また、本実施形態において、充放電調整ユニット２０に対応する巻線４２と、充放電管理ユニット３０に対応する巻線４１とは、すべて同じ極性となるようにトランス４０に巻回されている。このケースでは、単電池２間の電力授受、および、単電池２と電源２１との間の電力授受は、上述したフォワード方式で実行される。
【００９５】
このように本実施形態によれば、スイッチング部２３，３２の構成を簡素化することができる。
【００９６】
なお、各ユニット２０，３０のスイッチング部２３，３２の構成は、本実施形態で示すように単一のスイッチから構成してもよいし（単一スイッチ構成）、第１の実施形態で示したように４つのスイッチからなるブリッジ回路で構成してもよい（フルブリッジ構成）。また、複数の充放電管理ユニット３０のスイッチング部３２についても、単一スイッチ構成であっても、フルブリッジ構成であってもよい。この場合、各ユニット２０，３０に対応する巻線４１，４２の極性と、スイッチング部２３，３２の構成との組み合わせに応じて、２者間の電力授受の方式が決定されることととなる。
【００９７】
具体的には、各ユニット２０，３０に対応する巻線４１，４２がそれぞれ同じ極性である場合、単電池２間、および、電源２１と単電池２との間の電力授受の方式は、各ユニット２０，３０のスイッチング部２３，３２の構成に応じて、下表に示すように選択することができる。
【表１】
2011155722.tif 000003
【００９８】
同表に示すように、充放電対象に接続する巻線４１，４２がそれぞれ正相の場合、スイッチング部２３，３２の構成に応じて、電力授受の方式が決定されることなる。具体的には、ユニット２０，３０が備えるスイッチング部２３，３２が双方とも単一スイッチ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式となる。これに対して、スイッチング部２３，３２のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。
【００９９】
これに対して、各充放電管理ユニット３０のそれぞれに対応する巻線４１に対して、充放電調整ユニット２０に対応する巻線４２が逆の極性である場合、単電池２間、および、電源２１と単電池２との間の電力授受の方式は、各ユニット２０，３０のスイッチング部２３，３２の構成に応じて、下表に示すように選択することができる。
【表２】
2011155722.tif 000004
【０１００】
同表に示すように、単電池２間の電力授受の場合、充放電対象に接続する充放電管理ユニット３０が備えるスイッチング部３２が双方ともに単一スイッチ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式となる。これに対して、スイッチング部３２のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。また、単電池２と電源２１との電力授受の場合、充放電対象に接続するユニット２０，３０が備えるスイッチング部２３，３２が双方ともに単一スイッチ構成である場合、充放電対象の電力授受の方式はフライバック方式となる。これに対して、スイッチング部２３，３２のいずれか一方または双方がフルブリッジ構成である場合、充放電対象の電力授受の方式はフォワード方式またはフライバック方式のいずれかを選択することができる。
【０１０１】
また、図９に示すように、複数の充放電管理ユニット３０を二つのグループＧａ，Ｇｂに分割し、一方のグループＧａに属する各充放電管理ユニット３０の巻線４１と、他方のグループＧａに属する各充放電管理ユニット３０の巻線４１とを逆の極性となるようにしてもよい。この場合、スイッチング部３２を単一スイッチ構成とした場合であっても、グループＧａに属する単電池２とグループＧｂに属する単電池２との間の電力授受をフライバック方式で行うことができる。また、この場合、充放電調整ユニット２０のスイッチング部２３をフルブリッジ構成とすることで、電源２１と各単電池２との間の電力授受をフライバック方式とフォワード方式の都合が良い方を選択することができる。
【０１０２】
以上、本発明の実施形態にかかる充放電装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、充放電装置は、ハイブリッド自動車のバッテリ以外にも、電気自動車、パソコンといった種々の機器のバッテリとして機能する組電池について、各単電池の充放電を最適化することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１      組電池
２      単電池
３      ＤＣ／ＤＣコンバータ
４      インバータ
５      モータ
６      発電機
７      充電回路
１０      充放電装置
２０      充放電調整ユニット
２１      電源
２３      スイッチング部
２４      制御部
２４ａ      受信部
２４ｂ      位相検出部
２４ｃ      充放電調整部
２４ｄ      送信部
２４ｅ      スイッチ制御部
２５      電圧検出部
２６      フィルタ回路
２７      昇圧回路
３０      充放電管理ユニット
３２      スイッチング部
３３      制御部
３３ａ      受信部
３３ｂ      位相検出部
３３ｃ      充放電制御部
３３ｄ      送信部
３３ｅ      スイッチ制御部
３４      状態検出部
３５      電圧検出部
３６      フィルタ回路
４０      トランス
４１      巻線
４２      巻線
【図１】
2011155722.tif 000005
【図２】
2011155722.tif 000006
【図３】
2011155722.tif 000007
【図４】
2011155722.tif 000008
【図５】
2011155722.tif 000009
【図６】
2011155722.tif 000010
【図７】
2011155722.tif 000011
【図８】
2011155722.tif 000012
【図９】
2011155722.tif 000013