(57)【要約】  電池モジュールＭＤ１に設けられたセルストリングＳＴ１は大き目の許容電流値を示し、電池モジュールＭＤ２およびＭＤ３ａにそれぞれ設けられたセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａは小さ目の許容電流値を示す。また、電池モジュールＭＤ２には、セルストリングＳＴ２の充放電電流を制限する電流制限回路１４が設けられる。電流センサ２０によって検出される電流値がゼロを示せば、スイッチＳＷ１がオフされる。この状態においてセルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違すれば、スイッチＳＷ２ａは、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの間に電流制限回路１４を介在させるべく、電池モジュールＭＤ２およびＭＤ３ａの接続を切り替える。
2015186536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１許容電流値を示す第１蓄電池を有し、負荷量が動的に変化する負荷に接続される第１電池モジュール、
前記第１許容電流値よりも小さい第２許容電流値を示す第２蓄電池と前記第２蓄電池の充放電電流を制限する制限回路とを有し、前記第１電池モジュールに並列接続される第２電池モジュール、および
前記第２許容電流値に等しい第３許容電流値を示しかつ前記第２蓄電池に並列接続される第３蓄電池を有する第３電池モジュールを備える電池パックであって、
特定状態において前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの並列接続を遮断する遮断回路、および
前記遮断回路の動作に関連して前記第２蓄電池と前記第３蓄電池との間に前記制限回路を介在させるべく前記第２電池モジュールと前記第３電池モジュールとの接続状態を切り替える第１切り替え回路を備える、電池パック。
【請求項２】
前記負荷は回生エネルギーを発生するモータを含む、請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記特定状態は前記第２電池モジュールに対する入出力電流の値がゼロを示す状態である、請求項１または２記載の電池パック。
【請求項４】
前記第１切り替え回路は前記第３蓄電池の端子電圧値が前記第２蓄電池の端子電圧値と相違する第１特定時期に前記制限回路を前記第２蓄電池と前記第３蓄電池との間に介在させ、
前記遮断回路は前記第１特定時期の後に前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの並列接続を確立する、請求項１ないし３のいずれかに記載の電池パック。
【請求項５】
前記第１切り替え回路は前記第３電池モジュールに設けられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の電池パック。
【請求項６】
前記第２許容電流値に等しい第４許容電流値を示しかつ前記第２蓄電池に並列接続される第４蓄電池を有する第４電池モジュール、
前記遮断回路の動作に関連して前記第２蓄電池と前記第４蓄電池との間に前記制限回路を介在させるべく前記第２電池モジュールと前記第４電池モジュールとの接続状態を切り替える第２切り替え回路、および
前記第１切り替え回路によって切り換えられた接続状態が元に戻された後に前記第２切り替え回路を起動する起動制御回路をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の電池パック。
【請求項７】
前記第２切り替え回路は前記第４蓄電池の端子電圧値が前記第２蓄電池の端子電圧値と相違する第２特定時期に前記制限回路を前記第２蓄電池と前記第４蓄電池との間に介在させ、
前記遮断回路は前記第２特定時期の後に前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの並列接続を確立する、請求項６記載の電池パック。
【請求項８】
前記第２切り替え回路は前記第４電池モジュールに設けられる、請求項６または７記載の電池パック。
【請求項９】
前記制限回路は、前記充放電電流が導通する電源ラインを断続するスイッチング素子、および前記充放電電流を整流する整流回路を含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の電池パック。
【請求項１０】
前記整流回路は前記電源ラインに設けられた前記インダクタを含み、
前記スイッチング素子は、前記インダクタの一方端側で前記電源ライン上に設けられた第１トランジスタ、および前記インダクタの他方端側で前記電源ライン上に設けられた第２トランジスタを含む、請求項９記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単独の電池セルまたは直列接続された複数の電池セル（以下、「セルストリング等」という）を含みかつリチウムイオン電池が電池セルとして採用された電池パックに関し、特に、複数のセルストリング等を並列に接続する構成を含む電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の電池セルが発生する電圧は、これを構成する活物質によって決まり、せいぜい数ボルト程度の低い値を示すに留まる。このため、所望の電圧を出力する電池パックを構成する際、通常は、セルストリングが電池パックに収められる。【０００３】
また、電流容量の大きな電池セルの製造は容易でないことや安全性上の問題を生じやすいといった技術的な理由、ならびに極端に電流容量の大きな電池セルは用途が限定されやすく市場性が低いといった経済的な理由より、大きな電流容量の電池パックが必要な場合には、複数のセルストリング等が電池パックにおいて並列接続される。【０００４】
なお、複数のセルストリング等を電池パックにおいて並列接続した先行技術の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数のセルストリング等を並列に接続する構成を含む電池パックにおいては、並列接続時に各セルストリング等の電位を正確に一致させる必要がある。さもなければ、電位の高いセルストリング等から電位の低いセルストリング等へ無制限に電流が流れ込み、発火等の危険が存在するからである。しかし、数Ａｈ以上の電流容量を備えた比較的大容量のセルストリング等の電位を一致させるには、具体的には、抵抗器を挟んでセルストリング等を並列接続し、長時間放置するなどの作業が必要となり、電池パックの製造コストが増大する。【０００７】
また、複数のセルストリング等は、実質的に同じ電気特性を有するものでなければならない。そもそも、セルストリング等の充電電圧・放電電圧が一致しなければこれらを並列接続できないことは言うまでもないことであり、必然的に同じ種類の電池セルを同じ数だけ直列接続したセルストリング等を使用しなければならない。【０００８】
さらに、仮に、電池パックにおいて内部抵抗の高いセルストリング等と内部抵抗の低いセルストリング等とが並列接続された場合、充放電電流は内部抵抗の低いセルストリングに多く流れるという不均衡が生じるため、電池パック全体としての電流容量は、電池パックを構成するセルストリング等の電流容量の合計よりも相当に低い値に設定しなければならない。【０００９】
このような理由から、異種のセルストリング等を混合使用できないのみならず、新品のセルストリング等と中古品のセルストリング等を混用することも好ましくない。セルストリング等の性能は、使用や時間の経過とともに劣化してしまうものだからである。好ましくは、セルストリング等に用いる電池セルは、同一生産ロットのものからさらに近い電気特性を有するものを選別して得るべきである。【００１０】
このように、電池パックの製造コストの増大、一部のセルストリング等の故障時の保守の困難さ、中古電池活用の困難さなどが、複数のセルストリング等が並列接続された電池パックを製造する際の課題となっている。また、複数のセルストリングに後から新たなセルストリングを追加または交換したい場合、単純にセルストリング同士を並列接続するとセルストリング間の電圧の大小によって急激な電流が流れ込み異常過熱するといった課題が予想される。【００１１】
それゆえに、この発明の主たる目的は、互いに異なる特性を示す複数の二次電池（蓄電離）が収められた電池パックの生産性と取り扱い性を高めることができる、電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従う電池パック(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、第１許容電流値を示す第１蓄電池(ST1)を有し、負荷量が動的に変化する負荷(LD1)に接続される第１電池モジュール(MD1)、第１許容電流値よりも小さい第２許容電流値を示す第２蓄電池(ST2)と第２蓄電池の充放電電流を制限する制限回路(14)とを有し、第１電池モジュールに並列接続される第２電池モジュール(MD2)、および第２許容電流値に等しい第３許容電流値を示しかつ第２蓄電池に並列接続される第３蓄電池(ST3a)を有する第３電池モジュール(MD3a)を備える電池パックであって、特定状態において第１電池モジュールと第２電池モジュールとの並列接続を遮断する遮断回路(SW1)、および遮断回路の動作に関連して第２蓄電池と第３蓄電池との間に制限回路を介在させるべく第２電池モジュールと第３電池モジュールとの接続状態を切り替える第１切り替え回路(SW2a)を備える。【００１３】
好ましくは、負荷は回生エネルギーを発生するモータ(24)を含む。【００１４】
好ましくは、特定状態は第２電池モジュールに対する入出力電流の値がゼロを示す状態である。【００１５】
好ましくは、第１切り替え回路は第３蓄電池の端子電圧値が第２蓄電池の端子電圧値と相違する第１特定時期に制限回路を第２蓄電池と第３蓄電池との間に介在させ、遮断回路は第１特定時期の後に第１電池モジュールと第２電池モジュールとの並列接続を確立する。【００１６】
好ましくは、第１切り替え回路は第３電池モジュールに設けられる。【００１７】
好ましくは、第２許容電流値に等しい第４許容電流値を示しかつ第２蓄電池に並列接続される第４蓄電池(ST3b)を有する第４電池モジュール(MD3b)、遮断回路の動作に関連して第２蓄電池と第４蓄電池との間に制限回路を介在させるべく第２電池モジュールと第４電池モジュールとの接続状態を切り替える第２切り替え回路(SW2b)、および第１切り替え回路によって切り換えられた接続状態が元に戻された後に第２切り替え回路を起動する起動制御回路(S11~S13)がさらに備えられる。【００１８】
或る局面では、第２切り替え回路は第４蓄電池の端子電圧値が第２蓄電池の端子電圧値と相違する第２特定時期に制限回路を第２蓄電池と第４蓄電池との間に介在させ、遮断回路は第２特定時期の後に第１電池モジュールと第２電池モジュールとの並列接続を確立する。【００１９】
他の局面では、第２切り替え回路は第４電池モジュールに設けられる。【００２０】
好ましくは、制限回路は、充放電電流が導通する電源ライン(LN21, LN22)を断続するスイッチング素子(TR1, TR2)、および充放電電流を整流する整流回路(14rc)を含む。【００２１】
さらに好ましくは、整流回路は電源ラインに設けられたインダクタ(L1)を含み、スイッチング素子は、インダクタの一方端側で電源ライン上に設けられた第１トランジスタ(TR1)、およびインダクタの他方端側で電源ライン上に設けられた第２トランジスタ(TR2)を含む。
【発明の効果】
【００２２】
負荷が増大すると、第１蓄電池から放電された大電流が負荷に供給されるとともに、第２蓄電池および第３蓄電池から放電されかつ制限回路によって制限された小電流が負荷に供給される。ただし、第１蓄電池の電流容量は小さいため、第１蓄電池から放電される大電流は、負荷が安定するまでにほぼ枯渇する。負荷が安定した後は、第２蓄電池および第３蓄電池から放電された小電流によって負荷が駆動される。【００２３】
回生エネルギーが負荷から発生すると、回生エネルギーに基づく電流は第１蓄電池，第２蓄電池および第３蓄電池に供給される。第２蓄電池および第３蓄電池には制限回路によって制限された電流が分配され、第１蓄電池には残りの電流が分配される。これによって、第１蓄電池，第２蓄電池および第３蓄電池が充電される。回生エネルギーが枯渇すると、第１蓄電池から放電された電流が制限回路を経て第２蓄電池および第３蓄電池に供給される。これによって、第２蓄電池および第３蓄電池が充電される。【００２４】
これを踏まえて、特定状態では、第１電池モジュールと第２電池モジュールとの並列接続が遮断され、第２蓄電池と第３蓄電池との間に制限回路が介在される。第２蓄電池および第３蓄電池の間での充放電は制限回路を介して実行され、最終的には両者の端子電圧が互いに一致する。これによって、発火等の危険が回避され、ひいては互いに異なる特性を示す複数の二次電池（蓄電池）が収められた電池パックの生産性が向上する。また、ユーザーの用途によっては標準的に用意した電池容量では容量が不足し電池モジュールを追加したい場合や、電池モジュールの劣化により交換したい場合、安全に取り扱いを行うことができる。【００２５】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この実施例の電池パックの構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す電池パックに設けられたセルストリングの特性の一例を示す図解図である。
【図３】（Ａ）はセルストリングＳＴ２の端子電圧がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧と相違するときの回路構成を示す等価回路図であり、（Ｂ）はセルストリングＳＴ２の端子電圧がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧と一致するときの回路構成を示す等価回路図である。
【図４】図１に示す電池パックに設けられたＣＰＵの動作の一例を示すフロー図である。
【図５】図１に示す電池パックの動作の一部を示す図解図である。
【図６】図１に示す電池パックの動作の他の一部を示す図解図である。
【図７】図１に示す電池パックの動作のその他の一部を示す図解図である。
【図８】図１に示す電池パックの動作のさらにその他の一部を示す図解図である。
【図９】他の実施例の電池パックの構成を示す回路図である。
【図１０】（Ａ）はセルストリングＳＴ２の端子電圧がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧と相違するときの回路構成を示す等価回路図であり、（Ｂ）はセルストリングＳＴ２の端子電圧がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧と一致しかつセルストリングＳＴ３ｂの端子電圧と相違するときの回路構成を示す等価回路図であり、（Ｃ）はセルストリングＳＴ２の端子電圧がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧およびセルストリングＳＴ３ｂの端子電圧の各々と一致するときの回路構成を示す等価回路図である。
【図１１】図９に示す電池パックに設けられたＣＰＵの動作の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照して、この実施例の電池パック１０は、電池モジュールＭＤ１，ＭＤ２およびＭＤ３ａを含む。ここで、電池モジュールＭＤ１は、セルストリングＳＴ１を有する。また、電池モジュールＭＤ２は、セルストリングＳＴ２，電圧検出回路１２および電流制限回路１４を有する。さらに、電池モジュールＭＤ３ａは、セルストリングＳＴ３ａ，電圧検出回路１６ａ，電圧比較回路１８ａおよびスイッチＳＷ２ａを有する。
【００２８】
セルストリングＳＴ１，ＳＴ２およびＳＴ３ａの各々は、直列接続された複数の電池セルによって形成される。また、これらの電池セルはいずれも、リチウムイオン電池のような二次電池（蓄電池）である。
【００２９】
ただし、セルストリングＳＴ１を形成する各電池セルの出力はセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａを形成する各電池セルの出力よりも高く、セルストリングＳＴ１を形成する各電池セルの容量はセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａを形成する各電池セルの容量よりも少ない。また、セルストリングＳＴ２を形成する各電池セルの出力および容量は、セルストリングＳＴ３ａを形成する各電池セルの出力および容量と一致する。
【００３０】
したがって、セルストリングＳＴ１は高出力型の組電池をなし、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの各々は高容量型の組電池をなす。
【００３１】
図２に示すように、定常状態における開放電圧特性は、セルストリングＳＴ１，ＳＴ２およびＳＴ３ａの間で一致する。つまり、セルストリングＳＴ１の開放電圧の最大値および最小値をそれぞれ“Ｖｍａｘ１”および“Ｖｍｉｎ１”と定義し、セルストリングＳＴ２の開放電圧の最大値および最小値をそれぞれ“Ｖｍａｘ２”および“Ｖｍｉｎ２”と定義し、セルストリングＳＴ３ａの開放電圧の最大値および最小値をそれぞれ“Ｖｍａｘ３ａ”および“Ｖｍｉｎ３ａ”と定義すると、最大値Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２およびＶｍａｘ３ａは互いに一致し、最小値Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２およびＶｍｉｎ３ａもまた互いに一致する。
【００３２】
なお、セルストリングＳＴ１の代わりに単一の電池セルを電池モジュールＭＤ１に設け、セルストリングＳＴ２の代わりに単一の電池セルを電池モジュールＭＤ２に設け、セルストリングＳＴ３ａの代わりに単一の電池セルを電池モジュールＭＤ３ａに設けるようにしてもよい。また、電池モジュールＭＤ２およびＭＤ３ａは、好ましくは、図示しないコネクタによって着脱自在に電池パック１０に装着される。これによって、外部電源によってセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａを簡便に充電することができ、或いは電池パック１０のエネルギー量（電流容量）を用途に応じて調整することができる。
【００３３】
図１に戻って、セルストリングＳＴ１のプラス端子は電源ラインＬＮ１１によって負荷ＬＤ１のプラス側端子と接続され、セルストリングＳＴ１のマイナス端子は電源ラインＬＮ１２によって負荷ＬＤ１のマイナス側端子と接続される。
【００３４】
また、セルストリングＳＴ２のプラス端子は電源ラインＬＮ２１によって電源ラインＬＮ１１と接続され、セルストリングＳＴ２のマイナス端子は電源ラインＬＮ２２によって電源ラインＬＮ１２と接続される。ただし、電源ラインＬＮ２１には、電圧検出回路１２と、電流制限回路１４をなすトランジスタＴＲ１，インダクタＬ１およびトランジスタＴＲ２と、電流センサ２０と、スイッチＳＷ１とが設けられる。
【００３５】
電圧検出回路１２は、セルストリングＳＴ２の端子電圧値を検出する。また、電流制限回路１４は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２およびインダクタＬ１に加えて、ダイオードＤ１およびＤ２を含む。詳しくは、電流制限回路１４は次のように構成される。
【００３６】
トランジスタＴＲ１およびＴＲ２はいずれも、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタである。トランジスタＴＲ１のドレインは電圧検出回路１２に接続され、トランジスタＴＲ１のソースはインダクタＬ１の一方端に接続され、トランジスタＴＲ１のゲートは図示しない第１パルス発生器に接続される。トランジスタＴＲ２のドレインはインダクタＬ１の他方端に接続され、トランジスタＴＲ２のソースは電流センサ２０に接続され、トランジスタＴＲ２のゲートは図示しない別の第２パルス発生器に接続される。
【００３７】
ダイオードＤ１のカソードはインダクタＬ１の一方端と接続され、ダイオードＤ１のアノードは電源ラインＬＮ２２と接続される。ダイオードＤ２のカソードはインダクタＬ１の他方端と接続され、ダイオードＤ２のアノードは電源ラインＬＮ２２と接続される。
【００３８】
トランジスタＴＲ１は、第１パルス発生器から出力されたパルスがＨレベルを示すときオンされ、第１パルス発生器から出力されたパルスがＬレベルを示すときオフされる。同様に、トランジスタＴＲ２は、第２パルス発生器から出力されたパルスがＨレベルを示すときオンされ、第２パルス発生器から出力されたパルスがＬレベルを示すときオフされる。
【００３９】
セルストリングＳＴ３ａのプラス端子は電源ラインＬＮ３１０ａ，ＬＮ３１１ａおよびＬＮ３１２ａによって電源ラインＬＮ２１と接続され、セルストリングＳＴ３ａのマイナス端子は電源ラインＬＮ３２ａによって電源ラインＬＮ２２と接続される。
【００４０】
より詳しくは、電源ラインＬＮ３１０ａ上には、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値を検出する電圧検出回路１６ａが設けられる。セルストリングＳＴ３ａのプラス端子は、電圧検出回路１６ａを介してスイッチＳＷ２ａの共通端子Ｔ０ａに接続される。
【００４１】
電源ラインＬＮ３１１ａの一方端はスイッチＳＷ２ａの切替端子Ｔ１ａに接続され、電源ラインＬＮ３１１ａの他方端はトランジスタＴＲ２のソースに接続される。また、電源ラインＬＮ３１２ａの一方端はスイッチＳＷ２ａの切替端子Ｔ２ａと接続され、電源ラインＬＮ３１２ａの他方端はトランジスタＴＲ１のドレインに接続される。
【００４２】
電圧比較回路１８ａは、電圧検出回路１６ａによって検出されたセルストリングＳＴ３ａの端子電圧値を電圧検出回路１２によって検出されたセルストリングＳＴ２の端子電圧値と比較し、比較結果に応じてスイッチＳＷ２ａの設定を切り替える。スイッチＳＷ２ａは、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違するときに切替端子Ｔ１ａを選択し、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と一致するときに切替端子Ｔ２ａを選択する。なお、電圧比較回路１８ａがオフされているとき、スイッチＳＷ２ａは浮遊端子Ｔ３ａを選択する。
【００４３】
負荷ＬＤ１は、インバータ２２およびモータ２４によって形成される。インバータ２２の一方端は負荷ＬＤ１のプラス側端子と接続され、インバータ２２の他方端はモータ２４の一方端と接続される。モータ２４の他方端は、負荷ＬＤ１のマイナス側端子と接続される。
【００４４】
電流センサ２０は、電源ラインＬＮ２１を導通する電流値を検出し、検出した電流値をＣＰＵ２６に与える。ＣＰＵ２６は、与えられた電流値が“０”を示すとき、スイッチＳＷ１をオフし、電圧比較回路１８ａをオンする。
【００４５】
セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違すれば、電圧比較回路１８ａは、スイッチＳＷ２ａを切替端子Ｔ１ａに接続する。この結果、図３（Ａ）に示す接続状態（セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの間に電流制限回路１４が介在する状態）が確立される。
【００４６】
この状態において、セルストリングＳＴ２の端子電圧値がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ２が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ１が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ３ａがセルストリングＳＴ２によって充電される。
【００４７】
詳しくは、セルストリングＳＴ２からの放電電流は、トランジスタＴＲ１がオン状態にあるときに、インダクタＬ１およびトランジスタＴＲ２を介してセルストリングＳＴ３ａに供給される。供給電流値が高くなりすぎるとトランジスタＴＲ１がオフされ、セルストリングＳＴ２からの放電が停止される。
【００４８】
ただし、インダクタＬ１およびダイオードＤ１の作用によって、セルストリングＳＴ３ａへの電流の供給は継続される。インダクタＬ１の作用が弱まることで供給電流値が小さくなると、トランジスタＴＲ１が再度オンされる。このような動作が繰り返された結果、セルストリングＳＴ３ａがセルストリングＳＴ２によって充電される。
【００４９】
一方、図３（Ａ）に示す接続状態において、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ１が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ２が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ２がセルストリングＳＴ３ａによって充電される。
【００５０】
詳しくは、セルストリングＳＴ３ａからの放電電流は、トランジスタＴＲ２がオン状態にあるときに、インダクタＬ１およびトランジスタＴＲ１を介してセルストリングＳＴ２に供給される。供給電流値が高くなりすぎるとトランジスタＴＲ２がオフされ、セルストリングＳＴ３ａからの放電が停止される。
【００５１】
ただし、インダクタＬ１およびダイオードＤ２の作用によって、セルストリングＳＴ２への電流の供給は継続される。インダクタＬ１の作用が弱まることで供給電流値が小さくなると、トランジスタＴＲ２が再度オンされる。このような動作が繰り返された結果、セルストリングＳＴ２がセルストリングＳＴ３ａによって充電される。
【００５２】
セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と一致すると、スイッチＳＷ２ａが電圧比較回路１８ａによって切替端子Ｔ２ａに接続され、スイッチＳＷ１がＣＰＵ２６によってオンされる。この結果、図３（Ｂ）に示す接続状態が確立される。
【００５３】
この状態では、セルストリングＳＴ３ａがセルストリングＳＴ２と並列接続される。セルストリングＳ２およびＳＴ３ａからの放電電流は、上述の要領で動作する電流制限回路１４を介して電源ラインＬＮ１１およびＬＮ１２に供給される。また、電源ラインＬＮ１１およびＬＮ１２からの充電電流も、上述の要領で動作する電流制限回路１４を介してセルストリングＳ２およびＳＴ３ａに供給される。
【００５４】
セルストリングＳＴ１は高出力型の組電池であり、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａは高容量型の組電池である。換言すれば、セルストリングＳＴ１は許容電流値が大きくかつ電流容量が小さいという特性を示す一方、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａは許容電流値が小さくかつ電流容量が大きいという特性を示す。
【００５５】
したがって、負荷ＬＤ１が一時的に増大し、電池パック１０から大電流を一時的に出力する必要がある場合、出力電流の多くはセルストリングＳＴ１によって賄われる。負荷ＬＤ１が低目に安定し、電池パック１０からの出力電流を定常的に抑制できる場合、出力電流の多くはセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａによって賄われる。
【００５６】
これは、負荷ＬＤ１の変動に関係なく、電池モジュールＭＤ２およびＭＤ３ａからの出力電流を所定値以下に制限できることを意味する。このような理由から、電池モジュールＭＤ２に電流制限回路１４が設けられる。
【００５７】
また、負荷ＬＤ１から回生エネルギーが発生すると、この回生エネルギーに基づく電流によってセルストリングＳＴ１，ＳＴ２およびＳＴ３ａが充電される。したがって、しばらく時間が経過すると、次の大電流放電が可能となる。
【００５８】
上述のように、許容電流値が大きいセルストリングＳＴ１では電流容量が小さく、逆に許容電流値が小さいセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａでは電流容量が大きいというトレードオフの関係が存在するところ、この実施例のような構成を採用することで、短時間の大電流放電（パワー性能）と長時間の小電流放電（エネルギー性能）とが両立される。
【００５９】
図３（Ａ）に示す回路構成から図３（Ｂ）に示す回路構成へ遷移するときのＣＰＵ２６の処理を、図４を参照して説明する。なお、この処理は、周期的に実行される。
【００６０】
ステップＳ１では電流センサ２０によって検出された電流値がゼロを示すか否かを判別し、判別結果がＮＯであれば処理を終了する一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ３に進む。ステップＳ３ではスイッチＳＷ１をオフし、ステップＳ５では電圧比較回路１８ａをオンする。ステップＳ７では、スイッチＳＷ２ａが切替端子Ｔ２ａを選択したか否か（図３（Ｂ）に示す接続状態が確立されたか否か）を繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ９でスイッチＳＷ１をオンし、その後に処理を終了する。
【００６１】
負荷ＬＤ１の大きさと充放電電流の流れとの関係を、図５〜図８を参照してより詳しく説明する。前提として、負荷ＬＤ１の量は、モータ２４が回転し始める一時期において増大し、モータ２４の回転速度が安定すると低目で安定する。また、セルストリングＳＴ１は高出力型の組電池であり、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａは高容量型の組電池である。
【００６２】
モータ２４が回転し始めた当初は、トランジスタＴＲ１が繰り返しオン／オフされ、トランジスタＴＲ２が継続的にオンされる。この結果、セルストリングＳＴ１から放電された大電流が負荷ＬＤ１に供給されるとともに、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａから放電されかつ電流制限回路１４によって制限された小電流が負荷ＬＤ１に供給される（図５参照）。
【００６３】
ただし、セルストリングＳＴ１の電流容量は小さいため、セルストリングＳＴ１から放電される大電流は、モータ２４の回転速度が安定するまでにほぼ枯渇する。モータ２４の回転速度が安定した後は、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａから放電された小電流によってモータ２４が駆動される（図６参照）。
【００６４】
モータ２４を停止させようとすると、回生エネルギーがモータ２４から発生する。このとき、トランジスタＴＲ１は継続的にオンされ、トランジスタＴＲ２は繰り返しオン／オフされ、回生エネルギーに基づく電流はセルストリングＳＴ１，ＳＴ２およびＳＴ３ａに供給される。セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａには電流制限回路１４によって制限された電流が供給され、セルストリングＳＴ１には残りの電流が供給される。これによって、セルストリングＳＴ１，ＳＴ２およびＳＴ３ａが充電される（図７参照）。
【００６５】
トランジスタＴＲ１が継続的にオンされかつトランジスタＴＲ２が繰り返しオン／オフされる状態は、モータ２４が完全に停止した後も維持される。セルストリングＳＴ１から放電された電流は電流制限回路１４を経てセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａに供給され、これによってセルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａが充電される（図８参照）。
【００６６】
以上の説明から分かるように、電池モジュールＭＤ１は、大き目の許容電流値を示すセルストリングＳＴ１を有し、負荷量が動的に変化する負荷ＬＤ１に接続される。電池モジュールＭＤ２は、小さ目の許容電流値を示すセルストリングＳＴ２とその充放電電流を制限する電流制限回路１４とを有し、電池モジュールＭＤ１に並列接続される。電池モジュールＭＤ３ａは、セルストリングＳＴ２の許容電流値に等しい許容電流値を示すセルストリングＳＴ３ａを有する。セルストリングＳＴ３ａは、定常状態においてセルストリングＳＴ２と並列接続される。
【００６７】
電流センサ２０によって検出される電流値がゼロを示す特定状態においては、スイッチＳＷ１がオフされる。これによって、電池モジュールＭＤ１およびＭＤ２の並列接続が遮断される。この特定状態においてセルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違すれば、スイッチＳＷ２ａは、セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの間に電流制限回路１４を介在させるべく、電池モジュールＭＤ２およびＭＤ３ａの接続を切り替える。
【００６８】
セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの間での充放電は電流制限回路１４を介して実行され、最終的には両者の端子電圧値が互いに一致する。これによって、発火等の危険が回避され、ひいては電池パック１０の生産性が向上する。
【００６９】
なお、この実施例では、高容量型の単一の電池モジュールＭＤ２を高出力型の電池モジュールＭＤ１に並列接続するようにしている。しかし、高容量型の複数の電池モジュールを高出力型の電池モジュールＭＤ１に並列接続するようにしてもよく、さらには高容量型の電池モジュールを個別に着脱できるようにしてもよい。この場合、電池パック１０は図９に示すように構成される。ただし、図９に示す電池パック１０の構成は、図１に示す電池パック１０とほぼ同じであるため、同様の構成についての重複した説明は省略する。
【００７０】
電池モジュールＭＤ３ｂは、セルストリングＳＴ３ｂ，電圧検出回路１６ｂ，電圧比較回路１８ｂおよびスイッチＳＷ２ｂを有する。セルストリングＳＴ３ｂもまた、直列接続された複数の電池セルによって形成される。各電池セルはリチウムイオン電池のような二次電池（蓄電池）であり、その出力および容量はセルストリングＳＴ３ａを形成する各電池セルの出力および容量と一致する。したがって、セルストリングＳＴ３ｂは、セルストリングＳＴ３ａと同様、高容量型の組電池をなす。
【００７１】
セルストリングＳＴ３ｂのプラス端子は電源ラインＬＮ３１０ｂ，ＬＮ３１１ｂおよびＬＮ３１２ｂによって電源ラインＬＮ２１と接続され、セルストリングＳＴ３ｂのマイナス端子は電源ラインＬＮ３２ｂによって電源ラインＬＮ２２と接続される。
【００７２】
より詳しくは、電源ラインＬＮ３１０ｂ上には、セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値を検出する電圧検出回路１６ｂが設けられる。セルストリングＳＴ３ｂのプラス端子は、電圧検出回路１６ｂを介してスイッチＳＷ２ｂの共通端子Ｔ０ｂに接続される。
【００７３】
電源ラインＬＮ３１１ｂの一方端はスイッチＳＷ２ｂの切替端子Ｔ１ｂに接続され、電源ラインＬＮ３１１ｂの他方端はトランジスタＴＲ２のソースに接続される。また、電源ラインＬＮ３１２ｂの一方端はスイッチＳＷ２ｂの切替端子Ｔ２ｂと接続され、電源ラインＬＮ３１２ｂの他方端はトランジスタＴＲ１のドレインに接続される。
【００７４】
電圧比較回路１８ｂは、電圧検出回路１６ｂによって検出されたセルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値を電圧検出回路１２によって検出されたセルストリングＳＴ２の端子電圧値と比較し、比較結果に応じてスイッチＳＷ２ｂの設定を切り替える。スイッチＳＷ２ｂは、セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違するときに切替端子Ｔ１ｂを選択し、セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と一致するときに切替端子Ｔ２ｂを選択する。なお、電圧比較回路１８ｂがオフされているとき、スイッチＳＷ２ｂは浮遊端子Ｔ３ｂを選択する。
【００７５】
図１に示す電池パック１０と同様、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違すれば、電圧比較回路１８ａは、スイッチＳＷ２ａを切替端子Ｔ１ａに接続する。この結果、図１０（Ａ）に示す接続状態（セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ａの間に電流制限回路１４が介在する状態）が確立される。
【００７６】
この状態において、セルストリングＳＴ２の端子電圧値がセルストリングＳＴ３ａの端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ２が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ１が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ３ａがセルストリングＳＴ２によって充電される。一方、セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ１が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ２が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ２がセルストリングＳＴ３ａによって充電される。
【００７７】
セルストリングＳＴ３ａの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と一致すると、電圧比較回路１８ａがオフされ、代わりに電圧比較回路１８ｂがオンされる。スイッチＳＷ２ａは、電圧比較回路１８ａのオフによって浮遊端子Ｔ３ａを選択する。
【００７８】
セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と相違すれば、電圧比較回路１８ｂは、スイッチＳＷ２ｂを切替端子Ｔ１ｂに接続する。この結果、図１０（Ｂ）に示す接続状態（セルストリングＳＴ２およびＳＴ３ｂの間に電流制限回路１４が介在する状態）が確立される。
【００７９】
この状態において、セルストリングＳＴ２の端子電圧値がセルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ２が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ１が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ３ｂがセルストリングＳＴ２によって充電される。一方、セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値よりも高ければ、トランジスタＴＲ１が継続的にオンされ、トランジスタＴＲ２が繰り返しオン／オフされる。この結果、セルストリングＳＴ２がセルストリングＳＴ３ｂによって充電される。
【００８０】
セルストリングＳＴ３ｂの端子電圧値がセルストリングＳＴ２の端子電圧値と一致すると、スイッチＳＷ２ｂが電圧比較回路１８ｂによって切替端子Ｔ２ｂに接続される。さらに、電圧比較回路１８ａおよびスイッチＳＷ１がＣＰＵ２６によってオンされる。この結果、図１０（Ｃ）に示す接続状態が確立される。
【００８１】
この状態では、セルストリングＳＴ３ａおよびＳＴ３ｂがセルストリングＳＴ２と並列接続される。セルストリングＳ２，ＳＴ３ａおよびＳＴ３ｂからの放電電流は、上述の要領で動作する電流制限回路１４を介して電源ラインＬＮ１１およびＬＮ１２に供給される。また、電源ラインＬＮ１１およびＬＮ１２からの充電電流も、上述の要領で動作する電流制限回路１４を介してセルストリングＳ２，ＳＴ３ａおよびＳＴ３ｂに供給される。
【００８２】
回路構成が図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）の間で遷移するときのＣＰＵ２６の処理を、図１１を参照して説明する。ただし、この処理もまた、図４に示す処理とほぼ同じであるため、同様の処理についての重複した説明は省略する。
【００８３】
ステップＳ７の処理が完了すると、ステップＳ１１で電圧比較回路１８ａをオフし、ステップＳ１３で電圧比較回路１８ｂをオンする。ステップＳ１５ではスイッチＳＷ２ｂが切替端子Ｔ２ｂを選択したか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ１７で電圧比較回路１８ａをオンし、その後にステップＳ９に進む。
【００８４】
この実施例においても、セルストリングＳＴ２，ＳＴ３ａおよびＳＴ３ｂの間での充放電は電流制限回路１４を介して実行され、最終的には両者の端子電圧値が互いに一致する。これによって、発火等の危険が回避され、ひいては電池パック１０の生産性が向上する。
【００８５】
なお、この実施例では、セルストリングＳＴ２に並列接続されるセルストリングの数は２つであるが、３つ以上のセルストリングをセルストリングに並列接続するようにしてもよい。この場合、セルストリングＳＴ２との間で端子電圧の比較を行うセルストリングを選択する順序は、電圧値が低い順としてもよく、或いは電圧値が高い順としてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０  …電池パック
１４  …電流制限回路（制限回路）
１４ｒｃ  …整流回路
２６  …ＣＰＵ
ＳＴ１  …セルストリング（第１蓄電池）
ＳＴ２  …セルストリング（第２蓄電池）
ＳＴ３ａ  …セルストリング（第３蓄電池）
ＳＴ３ｂ  …セルストリング（第４蓄電池）
ＭＤ１  …電池モジュール（第１電池モジュール）
ＭＤ２  …電池モジュール（第２電池モジュール）
ＭＤ３ａ  …電池モジュール（第３電池モジュール）
ＭＤ３ｂ  …電池モジュール（第４電池モジュール）
ＬＤ１  …負荷
ＴＲ１  …トランジスタ（スイッチング素子，第１トランジスタ）
ＴＲ２  …トランジスタ（スイッチング素子，第２トランジスタ）
Ｌ１  …インダクタ
ＳＷ１  …スイッチ（遮断回路）
ＳＷ２ａ  …スイッチ（第１切り替え回路）
ＳＷ２ｂ  …スイッチ（第２切り替え回路）
ＬＮ２１，ＬＮ２２  …電源ライン
【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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【国際調査報告】
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