(57)【要約】【課題】複数の蓄電モジュールの直列から並列への切り替えに際し、損失の発生や接点の寿命低下を回避しつつ、複数の蓄電モジュールの電圧を均衡化する蓄電システムを提供する。【解決手段】蓄電システム４０１は、「それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュール」としてのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、リレーＲＹ１−ＲＹ７、電力変換器としての車載充電器２０、及び制御回路４５を備える。リレーＲＹ１−ＲＹ３は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の接続状態を直列及び並列に切り替え可能である。車載充電器２０は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間で電力を授受させる。制御回路４５は、リレーＲＹ１−ＲＹ７及び車載充電器２０を制御する。制御回路４５は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の並列切り替えに先立ち、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電位差が所定の閾値以下となるように車載充電器２０を動作させる電圧均衡化処理を実施した後、リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンする。【選択図】図１
2019080473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む複数の蓄電モジュール（ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３）と、
複数の前記蓄電モジュールの接続状態を直列及び並列に切り替え可能な直並列切り替え器（ＲＹ１−ＲＹ１０）と、
複数の前記蓄電モジュールのうち任意の二つ以上の前記蓄電モジュール間で電力を授受させる電力変換器（２０１、２０２、５０、６１、６２）と、
前記直並列切り替え器及び前記電力変換器を制御する制御回路（４５）と、
を備え、
前記制御回路は、複数の前記蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、複数の前記蓄電モジュール間の電位差が所定の閾値以下となるように前記電力変換器を動作させる電圧均衡化処理を実施した後、前記直並列切り替え器を切り替える蓄電システム。
【請求項２】
前記電力変換器は、複数の前記蓄電モジュールに接続される複数の入出力端とは別に、前記蓄電モジュール以外の対象に接続される一つ以上の入出力端を有する請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記電力変換器（２０１）は、
複数の前記蓄電モジュールにそれぞれ接続される入出力ポートを一端に有し、当該入出力ポート間で電力を双方向に通電可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（３０１、３０２）を含む請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記電力変換器（２０２、５０）は、
一つの一次巻線（３１）と、前記複数の蓄電モジュールがそれぞれ接続される複数の二次巻線（３２１、３２２）とが一つのコア（３３）に巻回されたトランスを有し、前記複数の二次巻線の入出力ポート間で電力を双方向に通電可能なＤＣ／ＤＣコンバータ（３０３）を含む請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記電力変換器は、外部の交流電源（１５）から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路（２１）を含み、当該ＡＣ／ＤＣ変換回路が出力する直流電力を前記蓄電モジュールに充電可能な充電器（２０１、２０２）であり、
一つ以上の前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記蓄電モジュールに接続される入出力端とは反対側の一端は、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路の出力であるＤＣバスに接続される請求項３または４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記電力変換器（５０）は、一つ以上の前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記蓄電モジュールに接続される入出力端とは反対側の一端が、前記蓄電モジュールとは別の、直列接続又は並列接続が固定された他の蓄電モジュールに接続される請求項３または４に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記電力変換器は、入力された直流電力を交流電力に変換して負荷（６５）に出力する複数のインバータ（６１、６２）により構成され、
前記蓄電モジュールは、それぞれ対応する前記インバータの入力端に接続され、
複数のうち一部の前記インバータは、接続された前記蓄電モジュールの直流電力を消費して前記負荷にエネルギー供給するように力行動作し、
複数のうち他の前記インバータは、前記負荷のエネルギーを、接続された前記蓄電モジュールに戻すように回生動作する請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項８】
複数の前記インバータの共通の負荷は、複数の巻線組（６３、６４）への通電により、単一の機械出力を発生する交流電動機（６５）であり、各前記インバータの出力端は、互いに異なる前記巻線組に接続される請求項７に記載の蓄電システム。
【請求項９】
前記蓄電モジュールに直流電力を充電可能な外部充電器（１０）に接続される外部充電接続部（１１、１２）をさらに備え、
前記制御回路は、前記外部充電器による外部充電要求があるとき、前記外部充電器から通信された前記外部充電器の出力可能電圧の情報に基づき、前記蓄電モジュールの直列又は並列の切り替えを決定する請求項１〜８のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
前記蓄電モジュールに直流電力を充電可能な外部充電器（１０）に接続される外部充電接続部（１１、１２）をさらに備え、
前記制御回路は、複数の前記蓄電モジュールを直列接続した状態での外部充電中に前記電圧均衡化処理を実施する請求項１〜９のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１１】
前記蓄電モジュールの電圧を監視するモジュール電圧監視部（４３）をさらに備え、
前記制御回路は、前記モジュール電圧監視部が検出した電圧検出値に基づいて前記電力変換器を制御する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１２】
前記蓄電モジュールの異常を検出する異常検出部（４３、４４）をさらに備え、
前記異常検出部により前記蓄電モジュールの異常が検出されたとき、
前記制御回路は、異常が検出された前記蓄電モジュールと充電器、負荷、又は前記電力変換器との接続を遮断する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の蓄電モジュールを直列及び並列に切り替え可能とした蓄電システムが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示された産業機械用電池システムは、高電圧下における急速充電が可能で且つ低電圧系のコンポーネントを使用可能とすることを目的とするものである。このシステムは、電池ユニットと充電入力部又は電力負荷との接続状態を択一的に切り替えるための充放電切り替え手段、及び、複数の電池ユニット間の電気的な接続を並列または直列に択一的に切り替えるための並列／直列切り替え手段等を備える。
【０００４】
このシステムの放電制御フローでは、複数の電池ユニットを並列に接続した状態で、複数の電池ユニットから電力負荷への放電を行う。また充電制御フローでは、複数の電池ユニットを直列に接続した状態で、急速充電器から充電入力部を介して複数の電池ユニットに充電を行う。充電完了後、複数の電池ユニット間の電圧差が閾値以上である場合、電圧差をなくすための電圧ユニット間バランス処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の電圧ユニット間バランス処理では、抵抗が設けられた経路を介して二つの電池ユニット間に電流を流すため、抵抗による損失が発生する。また、抵抗により電流が抑えられるためバランス化に時間を要する。なお、特許文献１のシステムでは、電圧ユニット間バランス処理の完了後、待機状態としており、バランス化に要する時間は問題にしていないものと推定される。
【０００７】
以下、本明細書では、特許文献１の電池ユニットを含む上位概念の用語として「蓄電モジュール」を用いる。特許文献１の技術を電気自動車やプラグインハイブリッド自動車の外部充電に適用する場合、直列での充電完了後、複数の蓄電モジュールを並列接続に切り替え、負荷としての主機モータに放電して走行する状況が想定される。仮に、複数の蓄電モジュール間の電位差が大きいままで例えばリレーを操作して接続を切り替えると、接点のアークや短絡電流によりリレーの寿命が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の蓄電モジュールの直列から並列への切り替えに際し、損失の発生や接点の寿命低下を回避しつつ、複数の蓄電モジュールの電圧を均衡化する蓄電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓄電システムは、複数の蓄電モジュール（ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３）と、直並列切り替え器（ＲＹ１−ＲＹ１０）と、電力変換器（２０１、２０２、５０、６１、６２）と、制御回路（４５）と、を備える。複数の蓄電モジュールは、それぞれが一つ以上の蓄電セルを含む。直並列切り替え器は、複数の蓄電モジュールの接続状態を直列及び並列に切り替え可能である。電力変換器は、複数の蓄電モジュールのうち任意の二つ以上の蓄電モジュール間で電力を授受させる。制御回路は、直並列切り替え器及び電力変換器を制御する。
【００１０】
制御回路は、複数の蓄電モジュールの並列切り替えに先立ち、複数の蓄電モジュール間の電位差が所定の閾値以下となるように電力変換器を動作させる「電圧均衡化処理」を実施した後、直並列切り替え器を切り替える。
【００１１】
本発明では、電力変換器を介して、任意の蓄電モジュール間でエネルギーを還流させて充放電させることにより、蓄電モジュールの電圧を均衡化する。これにより、リレー等の直並列切り替え器の接点を接続したとき突入電流を抑制することができるため、直並列切り替え器の信頼性や寿命を向上させることができる。また、抵抗を介して蓄電モジュール間に電流を流す従来技術に比べ、損失を低減することができる。
【００１２】
好ましくは、電力変換器は、複数の蓄電モジュールに接続される複数の入出力端とは別に、蓄電モジュール以外の対象に接続される一つ以上の入出力端を有する。
【００１３】
例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のような電動車両に搭載される蓄電システムでは、主機バッテリが蓄電モジュールに相当する。電動車両には、交流電源から供給される交流電力を主機バッテリに充電する充電器の内部回路として用いられるＤＣ／ＤＣコンバータ、補機バッテリ用のＤＣ／ＤＣコンバータ、主機モータやエアコンを駆動するインバータ等の電力変換器が既に搭載されている。これらの電力変換器を電圧均衡化処理に活用することで、機器の数を減らし、また、機器の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１、第２実施形態の蓄電システムの構成図。
【図２】蓄電モジュールのバッテリ電圧監視構成を示す構成図。
【図３】充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す図。
【図４】直列から並列への切り替え時における課題を説明する図。
【図５】開閉時電流に対するリレー接点寿命の特性例を示す図。
【図６】電圧均衡化処理の原理を説明する図（１）。
【図７】電圧均衡化処理の原理を説明する図（２）。
【図８】並列接続処理のフローチャート。
【図９】並列解除処理のフローチャート。
【図１０】第１実施形態の電力変換器である、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列配置した車載充電器の構成図。
【図１１】第２実施形態の電力変換器である、マルチポートＤＣ／ＤＣコンバータを用いた車載充電器の構成図。
【図１２】第３実施形態の蓄電システムの構成図。
【図１３】第３実施形態による外部充電時の直並列選択処理のフローチャート。
【図１４】図１３のフローチャートの続き。
【図１５】第４実施形態の蓄電システムの構成図。
【図１６】第４実施形態による外部充電中の電圧均衡化処理のフローチャート。
【図１７】第５実施形態の蓄電システムの構成図。
【図１８】第５実施形態の電力変換器である補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータの構成図。
【図１９】第６実施形態の蓄電システムの構成図。
【図２０】第６実施形態の電力変換器であるエアコンコンプレッサ用インバータの構成図。
【図２１】第７実施形態の蓄電システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、複数の蓄電モジュールを備える蓄電システムの実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。第１〜第７実施形態を包括して「本実施形態」という。ここで、各蓄電モジュールは一つ以上の蓄電セルを含む。本実施形態における蓄電モジュールは、一つ以上のバッテリセルを含むバッテリモジュールである。特に本実施形態では、電気自動車やプラグインハイブリッド車において車両の動力源となる主機バッテリモジュールを備える車載の蓄電システムを想定する。なお、他の実施形態では、蓄電モジュールとしてキャパシタ等が用いられてもよい。
【００１６】
複数の蓄電モジュールは、直並列切り替え器によって、接続状態が直列及び並列に切り替えられる構成となっている。直並列切り替え器は、典型的に、機械式リレー又は半導体スイッチにより構成されるリレーである。さらに本実施形態の蓄電システムは、複数の蓄電モジュールのうち任意の二つ以上の蓄電モジュールの間で電力を授受させる電力変換器と、直並列切り替え器及び電力変換器を制御する制御回路とを備える。以下の各実施形態は、電力変換器の構成や蓄電モジュールの充放電に係る構成が異なる。
【００１７】
（第１、第２実施形態）
最初に図１を参照し、第１、第２実施形態に共通する蓄電システム４０１の構成を説明する。蓄電システム４０１は、「複数の蓄電モジュール」としての二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、「直並列切り替え器」としてのリレーＲＹ１−ＲＹ７、「電力変換器」としての車載充電器２０、及び、制御回路４５を備える。バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な、例えば４００Ｖの高圧バッテリモジュールである。以下、「バッテリモジュール」を省略して「バッテリ」という。また、後述の第５実施形態では低圧（例えば１２Ｖ）の「補機バッテリ」について言及するが、それ以外の「バッテリ」は、いずれも高圧バッテリの意味で用いる。
【００１８】
蓄電システム４０１においてバッテリＢＴ１、ＢＴ２は、外部充電接続部１１、１２と負荷８０との間に設けられる。負荷８０としては、電気自動車やプラグインハイブリッド車で一般に用いられる機器を例示する。リレーＲＹ１及びＲＹ３は、それぞれバッテリＢＴ１、ＢＴ２の正極同士の間、及び、負極同士の間の経路を開閉する。リレーＲＹ２は、バッテリＢＴ１の負極と、バッテリＢＴ２の正極との間の経路を開閉する。リレーＲＹ４及びＲＹ５は、それぞれバッテリＢＴ２の正極及び負極と負荷８０との間の経路を開閉する。リレーＲＹ６は、バッテリＢＴ１の正極と外部充電接続部の正極端子１１との間の経路を開閉する。リレーＲＹ７は、バッテリＢＴ２の負極と外部充電接続部の負極端子１２との間の経路を開閉する。
【００１９】
外部充電接続部１１、１２には、第３、第４実施形態で説明する外部充電器が接続される。外部充電接続部１１、１２を経由する外部充電において、８００Ｖ対応の外部充電器を用いる場合、バッテリＢＴ１、ＢＴ２を二直列に接続した状態で直列充電が行われる。一方、４００Ｖ対応の外部充電器を用いる場合、バッテリＢＴ１、ＢＴ２を二並列に接続した状態で並列充電が行われる。
【００２０】
以下のリレー開閉パターンの説明で、ＲＹ１−ＲＹ７のうちの「あるリレーがオン」という場合、「それ以外のリレーはオフ」であるものとする。二直列充電時にはリレーＲＹ２、ＲＹ６、ＲＹ７がオンされる。二並列充電時にはリレーＲＹ１、ＲＹ３、ＲＹ６、ＲＹ７がオンされる。バッテリＢＴ１、ＢＴ２から負荷８０に４００Ｖの電力を供給する二並列放電時にはリレーＲＹ１、ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５がオンされる。これらのリレー開閉は、制御回路４５の指令により操作される。
【００２１】
車載充電器２０は、一般的な機能として、外部の商用電源からＡＣ電源接続部１６、１７を介して供給された交流電力を直流電力に変換しバッテリＢＴ１、ＢＴ２に充電する。第１、第２実施形態の蓄電システム４０１においては、車載充電器２０の入出力ポートＰ１にはバッテリＢＴ１の正極及び負極が接続され、入出力ポートＰ２にはバッテリＢＴ２の正極及び負極が接続される。バッテリＢＴ１、ＢＴ２と車載充電器２０の入出力ポートＰ１、Ｐ２との間の経路を均衡化電流経路という。破線Ｇで示すように、均衡化電流経路の負側接続先を負荷８０側とし、リレーを共用してもよい。また、バッテリＢＴ１、ＢＴ２と車載充電器２０との間の経路を開閉するリレー２８は無くてもよい。
【００２２】
ここで、ＡＣ電源接続部１６、１７に接続される車載充電器２０の入力端は、「複数の蓄電モジュールに接続される複数の入出力端とは別の、蓄電モジュール以外の対象に接続される一つ以上の入出力端」に相当する。また、車載充電器２０の動作は、制御回路４５により制御される。車載充電器２０の動作の詳細については後述する。
【００２３】
次に図２を参照し、各実施形態に共通する制御回路４５の情報入力に関する構成について補足する。制御回路４５は、バッテリ電圧監視部４３から、バッテリＢＴ１のバッテリ電圧Ｖｂ１と、バッテリＢＴ２のバッテリ電圧Ｖｂ２とのバッテリ電圧偏差（以下「電位差」ともいう）ΔＶｂ（＝｜Ｖｂ１−Ｖｂ２｜）の情報を取得する。バッテリ電圧監視部４３は「モジュール電圧監視部」に相当する。制御回路４５は、バッテリ電圧監視部４３が検出した電圧検出値に基づいて、すなわち現在の電圧偏差がフィードバックされることにより、電力変換器である車載充電器２０の動作を制御する。詳しくは、制御回路４５は、電圧偏差ΔＶｂ、及びリレーＲＹ１、ＲＹ３を流れるリレー電流Ｉｒｙの情報に基づいて、後述する並列化処理及び並列解除処理等を行う。
【００２４】
バッテリ電圧監視部４３は、電圧センサ７１、７２により、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の端子間電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を検出し、その差の絶対値であるΔＶｂを算出してもよい。或いはバッテリ電圧監視部４３は、電圧センサ７３により、リレーＲＹ１の両端の電圧を電位差ΔＶｂとして検出してもよい。また、バッテリ電圧監視部４３は、リレー電流Ｉｒｙを電位差ΔＶｂから換算して求めてもよいし、電流センサにより検出してもよい。なお、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２は通電時の内部抵抗による損失分を含む電圧とする。したがって、図６、図７における開放電圧Ｖｏ＿１、Ｖｏ＿２とは異なる記号を用いる。
【００２５】
また、バッテリ電圧監視部４３は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧が正常範囲外である場合に異常を検出し、制御回路４５に伝える。その他、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の温度Ｔｂ１、Ｔｂ２に基づき温度異常を検出し、制御回路４５に伝えるバッテリ温度監視部４４が設けられてもよい。制御回路４５は、異常が検出されたバッテリと充電器、負荷、又は電力変換器との接続を遮断する。すなわち、バッテリ電圧監視部４３及びバッテリ温度監視部４４は、「異常検出部」として機能する。
【００２６】
続いて、各実施形態の具体的構成や作用効果の説明に移る前に、本実施形態の背景及び課題について図３〜図５を参照して説明する。図３に、蓄電モジュール用の充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す。ここで、蓄電モジュールの電圧が標準的に４００Ｖ級であると仮定する。また、充電スタンド等の充電インフラには４００Ｖ級対応及び８００Ｖ級対応の２種類が存在し、使用される負荷も４００Ｖ級で駆動されるものと８００Ｖ級で駆動されるものの２種類が存在すると仮定する。４００Ｖ級で負荷を駆動する蓄電モジュールに４００Ｖ級の充電インフラで充電する場合や、８００Ｖ級で負荷を駆動する蓄電モジュールに８００Ｖ級の充電インフラで充電する場合、何ら問題は無い。
【００２７】
一方、負荷駆動電圧とは異なる電圧の充電インフラで蓄電モジュールを充電する場合を考える。すると、４００Ｖ級の負荷を駆動する蓄電モジュールを充電時に二つ直列接続すれば、８００Ｖ級の充電インフラで充電可能である。そして、負荷駆動時すなわち放電時には並列接続に切り替えて４００Ｖ級で使用することができる。逆に、並列接続状態で４００Ｖ級の充電インフラで充電した蓄電モジュールを、負荷駆動時に二直列接続に切り替えれば、８００Ｖ級で使用することができる。このように複数の蓄電モジュールの接続状態を直列及び並列に切り替え可能とすることで、多くの充電インフラに対応可能となる。
【００２８】
具体的には、電動自動車やプラグインハイブリッド車の主機モータや補機等の車両機器及び充電インフラは、充電時間短縮等のため、現状の４００Ｖ級から将来は８００Ｖ級に移行すると予想される。すると、特に移行の過渡期には車両仕様と充電インフラの仕様とがマッチングしない状況が生じ得る。そこで、充電時と負荷駆動時、つまり主機モータの駆動の場合には走行時とで、バッテリモジュールの直並列を切り替え可能とすることが求められる。そのためには必然的に、機械式リレーや半導体スイッチで構成されるリレー等の直並列切り替え器が回路に設けられる。
【００２９】
図４を参照し、内部抵抗等のばらつきに起因して、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２間に電位差が生じている状況を想定する。二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２を直列接続したときの電圧を１００％としたとき、例えばバッテリＢＴ１の電圧が５２％、バッテリＢＴ２の電圧が４８％であると仮定する。なお、太線の矢印は細線の矢印よりも電圧が高いことを意味する。そして、外部充電器時での直流充電後にリレーをオンし並列接続に切り替えたとき、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電位差による短絡電流が流れ、リレー接点にアークが発生する。
【００３０】
図５に、リレーの開閉時電流と開閉耐久回数、言い換えればリレー接点寿命との関係を示す。横軸及び縦軸は対数スケールである。図５からわかるように、開閉時電流が大きいほど開閉耐久回数が少なくなる。したがって、機器の設計寿命を考慮すると、予め定めた耐久回数とリレーの特性とに基づき、開閉時電流をある安全値以下に抑える必要がある。そのためには、並列接続する前にバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を均衡化し電位差を解消してから並列化することが必要となる。
【００３１】
ここで、特許文献１（特許第５６１１４００号公報）に開示された従来技術では、抵抗が設けられた経路を介して二つの電池ユニット間に電流を流すため、抵抗による損失が発生する。また、抵抗により電流が抑えられるためバランス化に時間を要するという問題がある。また、特開２００５−１５１６７９号公報に開示された組電池の調整方法も、抵抗を介してモジュール間に電流を流すものであり、特許文献１の技術と同様の問題がある。そこで、本実施形態は、損失の発生や接点の寿命低下を回避しつつ、蓄電モジュール間の電位差を短時間で均衡化することを目的とする。
【００３２】
この目的を達成するため本実施形態では、並列接続する複数のバッテリ、例えば図１の例ではバッテリＢＴ１とバッテリＢＴ２を電力変換器に接続する。そして、直列から並列への切り替えに先立ち、電力変換器を動作させて、端子間電圧が異なるバッテリ間で電力を授受させる。すなわち、電力変換器により複数のバッテリ間でエネルギーを還流させ、端子間電圧に電圧降下、電圧上昇を起こさせることによって複数のバッテリの端子間電圧の電位差を所定の閾値以下にする。そして、電位差が閾値以下となっている状態で、並列接続用のリレー（図１の例ではＲＹ１及びＲＹ３）をオンする。以下、本実施形態によるこの処理を「電圧均衡化処理」という。
【００３３】
本実施形態では、電圧均衡化処理により、過大な突入電流を生じることなく並列接続用リレーの接点をオンすることができ、ひいてはリレーの信頼性や寿命を向上させることができる。また、従来技術のように抵抗を介して電流を流す構成ではないため、損失を低減し、且つ、複数のバッテリ間の電圧を短時間で均衡化することができる。
【００３４】
次に、電圧均衡化処理の原理について図６、図７を参照して説明する。図６には、並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３がオフの状態で電力変換器を用いてバッテリＢＴ１、ＢＴ２間に均衡化電流を流す状態を示し、図７には、並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンした並列接続後の状態を示す。図６に長破線で示す突入電流、及び、図７に短破線で示す還流電流は、電圧が高い側から低い側へ流れる。
【００３５】
［バッテリ電圧差による課題］
バッテリＢＴ１、ＢＴ２を直列から並列へ切り替える時、並列接続するバッテリＢＴ１、ＢＴ２間に電圧のばらつきが生じることがある。例えば、バッテリ容量のばらつきや、並列接続前に各バッテリが異なる負荷に対して使用されていたこと等がその要因として考えられる。
【００３６】
バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、開放電圧Ｖｏ、直列等価抵抗Ｒ０、分極モデルＲｎ及び容量Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を用いた等価回路で表すことができる。Ｎの値はモデル再現レベルにより選択されるが、ここでは、ｎ＝１、２として図示する。バッテリＢＴ１については各記号の末尾を「＿１」、バッテリＢＴ２については各記号の末尾を「＿２」と記す。
【００３７】
例えば、開放電圧Ｖｏ＿１＝４１０Ｖ、Ｖｏ＿２＝３９０Ｖ、等価直列抵抗Ｒ０＿１＝１０ｍΩ、Ｒ０＿２＝１０ｍΩと仮定する。このまま並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンすると、下式で算出されるように非常に大きな突入電流が流れ、リレーＲＹ１、ＲＹ３の接点の信頼性が著しく悪化する。
（４１０Ｖ−３９０Ｖ）／（１０ｍΩ＋１０ｍΩ）＝１０００Ａ
【００３８】
［電力変換器の動作］
例えばバッテリＢＴ１の電圧がバッテリＢＴ２の電圧より高い場合を想定する。本実施形態の蓄電システムは、バッテリＢＴ１、ＢＴ２に接続された電力変換器を用い、相対的に電圧の高いバッテリＢＴ１から、相対的に電圧の低いバッテリＢＴ２に電力を還流させる。このとき、バッテリＢＴ１は放電電流が流れ、バッテリＢＴ２は充電電流が流れる。この電流により、直列等価抵抗Ｒ０及び分極Ｒｎ／Ｃｎに電圧降下が生じることに加え、開放電圧Ｖｏの偏差がゼロに近づく。したがって、並列化リレーＲＹ１及びＲＹ３に掛かる電圧が小さくなる。
【００３９】
このように本実施形態では、電力変換器を用いてバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電位差が小さくなるように電流を流し、電位差が閾値以下となった状態で並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンする。これにより突入電流を抑制でき、リレーＲＹ１、ＲＹ３、及び、蓄電システム４０１全体の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
［電圧均衡化について］
電圧均衡化処理では、開放電圧Ｖｏが厳密に等しくなるまで充放電させる必要はない。バッテリの内部抵抗Ｒ０や分極Ｒｎ／Ｃｎに電圧降下を生じさせることで、あくまで、並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３を閉じる際の突入電流が軽減されればよい。これは、リレー信頼性に与える影響は、リレーの連続通電時の許容電流よりも開閉時電流の方が支配的なためである。
【００４１】
要するに、リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンする瞬間のバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電位差が所定の閾値以下であればよく、オン動作前後の限られた短い時間のみ電力変換器を動作させることも可能である。したがって、電力変換器の連続定格電流よりも大きい電流を短時間通電するという操作も可能である。これにより、より短時間にバッテリＢＴ１、ＢＴ２の並列化を完了させることができる。
【００４２】
図７に示すように、並列接続後にも開放電圧Ｖｏが均衡化するまで還流電流が流れる。しかし、上述の通り、一般にリレーの連続通電許容電流は開閉電流に対して十分大きいため、バッテリやリレーの信頼性に影響を与えるものではない。
【００４３】
［電力変換器について］
電圧均衡化処理のための電力変換器は専用に設けられる必要はない。例えば電動車両に搭載された車載充電器、補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ、電動エアコンコンプレッサ、或いはそれらを組み合わせて用いることで、バッテリ間の電位差を小さくするように電流が流れればよい。これらの電力変換器を用いる構成は、各実施形態で順次説明する。主に電圧均衡化以外の機能で連続的に用いられるこれらの電力変換器を、バッテリの並列接続化の前後にのみ電圧均衡化処理に活用することで、機器の数を減らし、また、機器の利用効率を高めることができる。
【００４４】
次に、直並列の切り替えにおける基本的動作である並列化処理及び並列解除処理について、図８、図９のフローチャートを参照して説明する。この並列化処理及び並列解除処理は、図１３、図１６のフローチャートにおいて定義済みステップＳ３０及びＳ４０として引用される。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを示す。
【００４５】
図８に示す並列化処理では、まずＳ３１で並列接続要求があると判断されると、Ｓ３２に移行する。Ｓ３２では、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電位差が閾値以下であるか否か判断される。電位差が閾値以下であり、Ｓ３２でＹＥＳと判定された場合、Ｓ３５に移行する。電位差が閾値を超えており、Ｓ３２でＮＯと判定された場合、Ｓ３３に移行する。Ｓ３３では、制御回路４５は、電力変換器による電圧均衡化動作を開始する。この動作は、Ｓ３４で電位差が閾値以下であると判定されるまで継続される。Ｓ３２又はＳ３４で電位差が閾値以下であると判定されると、Ｓ３５に移行し、制御回路４５は並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３をオンする。そして制御回路４５は、Ｓ３６で電力変換器の動作を停止する。
【００４６】
図９に示す並列解除処理では、まずＳ４１で並列解除要求があると判断されると、Ｓ４２に移行する。Ｓ４２では、リレーＲＹ１、ＲＹ３を流れるリレー電流が閾値以下であるか否か判断される。リレー電流が閾値以下であり、Ｓ４２でＹＥＳと判定された場合、Ｓ４５に移行する。リレー電流が閾値を超えており、Ｓ４２でＮＯと判定された場合、Ｓ４３に移行する。Ｓ４３では、制御回路４５は、電力変換器による電圧均衡化動作を開始する。この動作は、Ｓ４４でリレー電流が閾値以下であると判定されるまで継続される。Ｓ４２又はＳ４４でリレー電流が閾値以下であると判定されると、Ｓ４５に移行し、制御回路４５は並列化リレーＲＹ１、ＲＹ３をオフする。そして制御回路４５は、Ｓ４６で電力変換器の動作を停止する。
【００４７】
ここで、並列接続直後に再び並列接続を解除する場合に並列解除処理を実行する意義を説明する。電力変換器によりバッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電位差を解消して並列化した直後は、バッテリ開放電圧Ｖｏ＿１、Ｖｏ＿２が均衡化するまでバッテリＢＴ１、ＢＴ２間に還流電流が流れる。バッテリＢＴ１、ＢＴ２の内部抵抗や分極の時定数が大きい場合、時間を要することがある。還流電流が流れている状態で再び直列接続する場合や、全リレーをオフしてシステム停止状態とする場合、そのままリレーＲＹ１、ＲＹ３を遮断すると還流電流を遮断することとなり、リレーＲＹ１、ＲＹ３の接点の信頼性を低下させるおそれがある。したがって、そのままでは即時遮断できない。
【００４８】
そこでこの問題に対し、リレーＲＹ１、ＲＹ３に還流電流が流れている場合は、リレーＲＹ１、ＲＹ３をオフする前に電力変換器で還流電流を通流させ、リレーＲＹ１、ＲＹ３を流れる電流が閾値以下となった状態で遮断する。これにより、並列解除要求があり、且つ、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間で還流電流が流れている場合も、均衡化電流の減衰を待たずにリレーＲＹ１、ＲＹ３を遮断することが可能となる。
【００４９】
次に車載充電器２０の具体的な構成について２通りの形態を、第１実施形態及び第２実施形態として図１０、図１１に示す。ここで、第１、第２実施形態の車載充電器の符号をそれぞれ「２０１」、「２０２」とする。
【００５０】
図１０に示す第１実施形態の車載充電器２０１は、例えばＰＦＣとして構成されるＡＣ／ＤＣ変換回路２１、及び複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、３０２を内部回路として含む。ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、入力端がＡＣ電源接続部１６、１７を介して商用電源１５に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、３０２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の出力端である共通のＤＣバスに並列に接続される。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、３０２は、トランス式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えばデュアルアクティブブリッジ式等の回路形式が適用される。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、コア３３１、一次巻線３１１及び二次巻線３２１、並びに、一次側のスイッチング回路３４１及び二次側のスイッチング回路３５１を含む。各一つの一次巻線３１１及び二次巻線３２１が一つのコア３３１に巻回される。スイッチング回路３４１、３５１は、巻線３１１、３２１に流れる電流の向きを周期的に交替させる。
【００５２】
同様に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、コア３３２、一次巻線３１２及び二次巻線３２２、並びに、一次側のスイッチング回路３４２及び二次側のスイッチング回路３５２を含む。各一つの一次巻線３１２及び二次巻線３２２が一つのコア３３２に巻回される。スイッチング回路３４２、３５２は、巻線３１２、３２２に流れる電流の向きを周期的に交替させる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２とは、同一の仕様、又は、少なくとも一次巻線３１１、３１２と二次巻線３２１、３２２との巻線比が同一に設定される。
【００５３】
電圧均衡化処理では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、３０２の二次側出力ポートＰ１、Ｐ２に、それぞれバッテリＢＴ１、ＢＴ２が接続される。そして、太線矢印で示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の二次側から一次側を通り、共通のＤＣバスを経由して第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の一次側から二次側を通る経路で、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力が還流される。
【００５４】
図１１に示す第２実施形態の車載充電器２０２は、例えばＰＦＣとして構成されるＡＣ／ＤＣ変換回路２１、及びマルチポート式の一つのＤＣ／ＤＣコンバータ３０３を内部回路として含む。ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、入力端がＡＣ電源接続部１６、１７を介して商用電源１５に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の出力端であるＤＣバスに接続される。
【００５５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３は、トランス式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えばトリプルアクティブブリッジ式等の回路形式が適用される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３は、コア３３、一次巻線３１、及び、二つの二次巻線３２１、３２２、並びに、一次側のスイッチング回路３４及び二次側のスイッチング回路３５１、３５２を含む。一つの一次巻線３１及び二つの二次巻線３２１、３２２が一つのコア３３に巻回される。スイッチング回路３４、３５１、３５２は、巻線３１、３２１、３２２に流れる電流の向きを周期的に交替させる。
【００５６】
電圧均衡化処理では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３の二つの二次側出力ポートＰ１、Ｐ２に、それぞれバッテリＢＴ１、ＢＴ２が接続される。そして、太線矢印で示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の二次側から第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の二次側を通る経路で、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力が還流される。この構成では、第１実施形態の車載充電器２０１に比べ、電力還流経路が短縮され、損失が低減する。また、一次巻線の数が少なくなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータの体格を小さくすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
第３、第４実施形態では、直列又は並列に接続された二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２に外部充電器１０から直流電力を充電する構成について説明する。例えば充電スタンドにおいて電気自動車やプラグインハイブリッド車に給電する状況を想定する。二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の直列接続状態では例えば８００Ｖ、並列接続状態では例えば４００Ｖの直流電圧が外部充電されることが要求される。しかし、外部充電器１０の充電能力が常に十分であるとは限らないため、外部充電開始前に確認する必要がある。
【００５８】
第３実施形態について図１２〜図１４を参照して説明する。図１２に示すように、車両内の蓄電システム４０１は、外部充電接続部としての正極端子１１及び負極端子１２を備える。外部充電の実施時、外部充電器１０は、電力線を介して外部充電接続部１１、１２に接続される。また、外部充電器１０の出力可能電圧の情報は、有線又は無線の通信により制御回路４５に伝達される。
【００５９】
なお、第３実施形態の主題ではないが、車載充電器２０への外部充電についても併せて図１２に示す。商用電源供給装置１５はＡＣ電源接続部１６、１７に接続され、１００Ｖ又は２００Ｖの交流電圧を蓄電システム４０１の車載充電器２０に充電可能である。この構成においても、商用電源供給装置１５が出力能力の管理及び通信機能を有する場合は、充電時に制御回路４５に情報通信するようにしてもよい。
【００６０】
第３実施形態による外部充電時の直並列選択処理を図１３、図１４のフローチャートに示す。二つのフローチャートは点Ａ、Ｂ、Ｃで連結されている。Ｓ３０の並列化処理、及び、Ｓ４０の並列解除処理は、図８、図９に詳細が示される。Ｓ５０の外部充電開始処理は、通信等に基づき外部充電器１０との接続リレーＲＹ６、ＲＹ７をオンし、指令に基づき外部充電器１０の出力電流を流す、等の一般的な処理であり、詳細な記載を省略する。
【００６１】
最初に制御回路４５は、Ｓ１１で、バッテリ電圧監視部４３からの電圧情報やバッテリ温度監視部４４からの温度情報等に基づき、バッテリＢＴ１、ＢＴ２が異常であるか判断する。異常の場合、充電不可であるため処理を終了する。ただし、バッテリＢＴ１、ＢＴ２のいずれか一方が正常で他方が異常の場合、制御回路４５は、例えばマトリクス状のリレーを用いることで、正常なバッテリのみを充電器もしくは負荷に接続して充電もしくは放電させることが可能である。つまり、異常と判断したバッテリのみ切り離すことも可能である。バッテリＢＴ１、ＢＴ２が異常でなく、Ｓ１２で外部充電要求があると判断されると、Ｓ１３に移行する。
【００６２】
制御回路４５は外部充電器１０からの情報に基づき、Ｓ１３で、外部充電器１０の最大電圧がバッテリ並列時の最大電圧（例えば４００Ｖ）を超えているか判断する。ＮＯの場合、外部充電不可と判断し処理を終了する。Ｓ１３でＹＥＳの場合、制御回路４５は、Ｓ１４で、外部充電器１０の最大電圧が現在のバッテリ直列電圧の演算値、すなわち、現在のバッテリ直列接続時相当の電圧を超えているか判断する。この場合、単純に各バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧の和を算出してもよいし、和の値に補正を加えてもよい。Ｓ１４でＹＥＳの場合、直列充電が決定され、Ｓ１５に移行する。Ｓ１４でＮＯの場合、並列充電が決定され、Ｓ２５に移行する。
【００６３】
直列充電が決定されたとき、制御回路４５は、Ｓ１５で現在並列状態であると判断すると、Ｓ４０で並列解除処理を行う。並列解除処理の後、又は、Ｓ１５で現在並列状態でないと判断したとき、制御回路４５は、Ｓ１６で直列化リレーＲＹ２をオンし、Ｓ５０で外部充電開始処理を行う。
【００６４】
直列充電が実施されると、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の直列での電圧は次第に上昇する。そこで制御回路４５は、外部充電中、Ｓ１８で、現在のバッテリ直列電圧が外部充電器１０の最大電圧に達していないか繰り返し判断する。現在のバッテリ直列電圧が外部充電器１０の最大電圧を超えると、Ｓ１８でＮＯと判定される。そして、Ｓ２５のＮＯ判定を経てＳ３０に移行し、並列化処理後、並列での外部充電が継続される。この場合、直列で充電を開始し、バッテリ電圧の上昇に伴って途中から並列充電に切り替えることが可能となる。直列充電の実施後、Ｓ１９で外部充電終了条件が成立すると判断されると、制御回路４５は、Ｓ３０の並列化処理を行った後、処理を終了する。
【００６５】
並列充電が決定されたとき、制御回路４５は、Ｓ２５で現在並列状態でないと判断すると、Ｓ３０で並列化処理を行う。並列化処理の後、又は、Ｓ２５で現在並列状態でないと判断したとき、制御回路４５は、Ｓ５０で外部充電開始処理を行う。なお、並列での外部充電中、現在のバッテリ並列電圧が外部充電器１０の最大電圧に達していないことを監視するステップは省略する。なお、Ｓ１８と同様のステップを実施し、現在のバッテリ並列電圧が外部充電器１０の最大電圧を超えた場合、定電圧での充電（ＣＶ充電）を継続するか、充電継続不可により処理を終了してもよい。その後、Ｓ２９で外部充電終了条件が成立すると判断されると、制御回路４５は処理を終了する。
【００６６】
このように第３実施形態では、外部充電器１０から通信される出力可能電圧の情報に基づいて、制御回路４５が直列充電又は並列充電を切り替える。仮に外部充電器１０の出力可能電圧が直列充電可能なレベルであれば、制御回路４５が直列充電を選択することで急速充電が可能となる。一方、外部充電器１０の出力可能電圧が直列充電には不足するが並列充電可能なレベルであれば、制御回路４５が並列充電を選択することで外部充電要求に応えられる。したがって、外部充電器１０の状況に応じて適切な外部充電を実施することができる。
【００６７】
（第４実施形態）
次に、第３実施形態を応用した第４実施形態について、図１５、図１６を参照して説明する。図１５は、図１２のリレーＲＹ２、ＲＹ６、ＲＹ７、すなわち直列化リレーをオンした状態を示す。第４実施形態では、直列充電中にバッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力還流により電圧均衡化処理を行うものである。
【００６８】
バッテリＢＴ１、ＢＴ２の内部抵抗が大きい場合や電圧均衡化処理に用いられる電力変換器の電流定格が低い場合、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電圧偏差が大きいと、電圧均衡化処理において並列化リレーをオンするまでの時間を要する。そこで第４実施形態では、外部充電器１０による直列での外部充電中に、併行して車内の電力変換器によるバッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電圧均衡化処理を行う。図１５に示す蓄電システム４０１の例では、電力変換器として車載充電器２０が用いられる。
【００６９】
第４実施形態による外部充電中の電圧均衡化処理を、図１６のフローチャートに示す。図１６においてＳ１７以外のステップは、図１３、図１４と実質的に同一であるため説明を省略する。また、図１３におけるＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１８については記載を省略する。Ｓ１４でＹＥＳと判定されて直流充電が決定され、Ｓ１６の直列化リレーオン後、Ｓ５０で外部充電が開始されると、続いてＳ１７で、電力変換器による電圧均衡化動作が開始される。その後、Ｓ１９で外部充電終了条件が成立すると判断されると、制御回路４５は、Ｓ３０の並列化処理を行った後、処理を終了する。
【００７０】
第４実施形態では、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の容量や内部抵抗等の違いに起因して生じる電圧偏差を、外部充電の実行中に並列化動作に先立って低減することができる。したがって、直列での外部充電終了後、並列への切り替え動作をするまでに電圧均衡化に要する時間を短縮する、又は、充電終了後ただちに並列に切り替えることが可能となる。
【００７１】
（第５実施形態）
第５、第６実施形態では、上記実施形態に対し、車載充電器２０以外の電力変換器が電圧均衡化処理に用いられる。第５実施形態について図１７、図１８を参照して説明する。第５実施形態の蓄電システム４０５では、電圧均衡化処理の電力変換器として補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が用いられる。補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の高電圧を１２Ｖ又は４８Ｖ等の低電圧に降圧し、補機バッテリ５５に供給する。補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の補機バッテリ５５側の出力端は「複数の蓄電モジュールに接続される複数の入出力端とは別の、蓄電モジュール以外の対象に接続される一つ以上の入出力端」に相当する。
【００７２】
図１７に示すように、バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、それぞれ補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の入出力ポートＰ１、Ｐ２に接続される。充電時及び放電時における各リレーＲＹ１−ＲＹ７の開閉パターンは第１、第２実施形態と同様である。なお、車載充電器２０は、負荷８０の一種として扱われる。
【００７３】
図１８に示すように、補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、例えば第２実施形態と同様のマルチポート式ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３の構成を有する。バッテリＢＴ１に接続された二次巻線３４１とバッテリＢＴ２に接続された二次巻線３４２との間で電力が還流される。なお、補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、第１実施形態と同様に、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、３０２が並列配置される構成としてもよい。
【００７４】
ここで、補機バッテリ５５は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２とは異なり、直並列が切り替えられない蓄電モジュール、すなわち「直列接続又は並列接続が固定された他の蓄電モジュール」に相当する。補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２に接続される入出力端とは反対側の一端が、「直列接続又は並列接続が固定された他の蓄電モジュール」である補機バッテリ５５に接続される。これにより、車載機器を有効に活用して電圧均衡化処理を実施することができる。
【００７５】
（第６実施形態）
第６実施形態について図１９、図２０を参照して説明する。第６実施形態の蓄電システム４０６では、電圧均衡化処理用の電力変換器として、電動エアコンコンプレッサ６０の複数のインバータ６１、６２が用いられる。インバータ６１、６２は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の直流電力を例えば三相交流電力に変換し、交流電動機６５の複数の巻線組６３、６４に供給する。インバータ６１、６２の交流出力端は「複数の蓄電モジュールに接続される複数の入出力端とは別の、蓄電モジュール以外の対象に接続される一つ以上の入出力端」に相当する。
【００７６】
図１９に示すように、バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、それぞれ電動エアコンコンプレッサ６０の入出力ポートＰ１、Ｐ２、すなわちインバータ６１、６２の入力端に接続される。破線Ｇで示すように、均衡化電流経路の負側接続先を負荷８０側とし、リレーを共用してもよい。また、バッテリＢＴ１、ＢＴ２と電動エアコンコンプレッサ６０との間の経路を開閉するリレー６８は無くてもよい。充電時及び放電時における各リレーＲＹ１−ＲＹ７の開閉パターンは第１、第２実施形態と同様である。なお、車載充電器２０は、負荷８０の一種として扱われる。
【００７７】
図２０に示す交流電動機６５には、共通のステータコアに二組の三相巻線組６３、６４が巻回される。交流電動機６５は、各巻線組６３、６４への通電により、共通の出力軸を回転させ単一の機械出力を発生する。第１インバータ６１の出力端は一方の巻線組６３に接続され、第２インバータ６２の出力端は他方の巻線組６４に接続される。すなわち、各インバータ６１、６２の出力端は、互いに異なる巻線組６３、６４に接続される。一方のバッテリＢＴ１は、第１巻線組６３に電力供給する第１インバータ６１の入力端に接続される。他方のバッテリＢＴ２は、第２巻線組６４に電力供給する第２インバータ６２の入力端に接続される。
【００７８】
例えばバッテリＢＴ１の電圧がバッテリＢＴ２の電圧より高い場合、制御回路４５は、第１インバータ６１を力行動作させ、第２インバータ６１を回生動作させるように位相を制御する。したがって、第１インバータ６１は、バッテリＢＴ１の電力を消費して交流電動機６５にエネルギー供給し、出力軸にトルクを発生させするように力行動作する。第２インバータ６２は、交流電動機６５の出力軸の回転による逆起電力のエネルギーをバッテリＢＴ２に戻すように回生動作する。
【００７９】
こうして二つのインバータ６１、６２の間で電力の還流が実現される。このように第６実施形態では、車両に既設の電動エアコンコンプレッサ６０を有効に活用して電圧均衡化処理を実施することができる。
【００８０】
なお、複数のインバータの一方を力行動作、他方を回生動作させて電力還流させる構成は、上述のように単一の機械出力を生成する交流電動機の構成に限らない。例えば、一方のインバータの力行動作により生成された機械出力がガス圧力に変換され、そのガス圧力が再変換された機械入力により他方のインバータが回生動作する構成としてもよい。
【００８１】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について図２１を参照して説明する。第７実施形態の蓄電システム４０７は、電力変換器として車載充電器２０を用い三つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３の直並列を切り替えるものである。図１の蓄電システム４０１に対し、バッテリＢＴ３及びリレーＲＹ８−ＲＹ１０が追加されている。蓄電システム４０１と同様に、均衡化電流経路の負側接続先を負荷８０側とし、リレーを共用してもよい。また、バッテリＢＴ１、ＢＴ２と車載充電器２０との間の経路を開閉するリレー２８は無くてもよい。
【００８２】
リレー開閉パターンについて、三直列充電時にはリレーＲＹ２、ＲＹ９、ＲＹ６、ＲＹ７がオンされる。三並列充電時にはリレーＲＹ１、ＲＹ３、ＲＹ８、ＲＹ１０、ＲＹ６、ＲＹ７がオンされる。三並列放電時にはリレーＲＹ１、ＲＹ３、ＲＹ８、ＲＹ１０、ＲＹ４、ＲＹ５がオンされる。
【００８３】
このように、三つ以上の蓄電モジュールを備える蓄電システムにおいても上記実施形態と同様の電圧均衡化処理により同様の作用効果が得られる。ここで、複数の蓄電モジュールの電圧均衡化処理では、基本的に、複数の蓄電モジュールが電力変換器に同時に接続されることを想定する。
【００８４】
ただし、例えばマトリクス状のリレーを用いることで、各蓄電モジュールを時分割で電力変換器に接続することも理論的には可能である。したがって、三つ以上の蓄電モジュールを備える蓄電システムでは、電力変換器は全ての蓄電モジュールに同時に接続されなくてもよい。つまり、複数の蓄電モジュールのうち任意の二つ以上の蓄電モジュールが電力変換器に接続可能な構成であればよい。
【００８５】
（その他の実施形態）
制御回路４５は、バッテリ電圧監視部４３により検出される電圧検出値に基づいて電力変換器をフィードバック制御する構成に限らず、例えば動作開始時の初期電圧と動作時間とから電力変換器をフィードフォワード制御してもよい。また、バッテリ電圧の検出値を用いるのでなく、他のパラメータから推定される電圧推定値に基づいて電力変換器を制御してもよい。
【００８６】
図３では、充電インフラ及び負荷駆動電圧を４００Ｖ級、８００Ｖ級の２つに大別して例示したが、これに限らず、本発明は、例えば２００Ｖ級の負荷電圧を持つシステムにも適用可能である。より具体的には、負荷駆動時には蓄電モジュールを並列に接続して２００Ｖ級で使用し、充電時には蓄電モジュールを直列に接続して４００Ｖ級の充電インフラで充電するように構成してもよい。
【００８７】
本発明の蓄電システムは、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載されるものに限らず、複数の蓄電モジュールの直並列の接続状態を切り替え可能などのようなシステムにも適用可能である。上述の通り、蓄電モジュールはバッテリモジュールに限らず、キャパシタ等が用いられてもよい。また、例えば電動車両以外で用いられる場合、電圧均衡化処理の電力変換器として活用可能な機器が既にあるとは限らないため、電圧均衡化処理専用の電力変換器を設置してもよい。
【００８８】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０・・・外部充電器（充電器）、
２０（２０１、２０２）・・・車載充電器（充電器）、
４０１、４０５、４０６、４０７・・・蓄電システム、
４５・・・制御回路、
５０・・・補機バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）、
６１、６２・・・インバータ（電力変換器）、
ＢＴ１−ＢＴ３・・・バッテリ（蓄電モジュール）、
ＲＹ１−ＲＹ１０・・・リレー（直並列切り替え器）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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