(57)【要約】【課題】バッテリセルと周期電源との間に発生するコモンモードノイズの影響を少なくし、任意のバッテリセルに充電する。【解決手段】複数の蓄電器セル（Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅｎ）が直列接続され、何れかの前記蓄電器セルの極を基準電位点とする蓄電器（２０）と、前記各蓄電器セルの何れか一方の極と前記複数の蓄電器セルの何れかの他方の極との電位に、整流手段（Ｄ１１，Ｄ１２）を介して一端の電位が固定される単数あるいは複数のコンデンサ（Ｃ１）と、前記複数のコンデンサの任意の他端と前記蓄電器の基準電位点との間に接続され、繰り返し信号を生成する前記バッテリの基準電位点に接続された周期電源（３０）とを備える。【選択図】図１
2008092717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電器セルが直列接続され、何れかの前記蓄電器セルの極を基準電位点とする蓄電器と、
前記各蓄電器セルの何れか一方の極と前記複数の蓄電器セルの何れかの他方の極との電位に、整流手段を介して一端の電位が固定される単数あるいは複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサの任意の他端と前記蓄電器の基準電位点との間に接続され、繰り返し信号を生成する周期電源と
を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記周期電源は、高い瞬時電圧と低い瞬時電圧とを交互に出力する矩形波電源であり、
前記整流手段は、前記矩形波電源の瞬時電圧が高いときに前記一方の極と前記他方の極とで高い方の電位に前記コンデンサの一端の電位を固定し、前記矩形波電源の瞬時電圧が低いときに前記一方の極と前記他方の極とで電位が低い方に前記コンデンサの一端の電位を固定することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記周期電源は、第１の周期電源と、この第１の周期電源に対して位相が反転している第２の周期電源とからなり、
前記コンデンサは、他端の電位が前記第１の周期電源の電圧に固定されている第１のコンデンサと、他端の電位が前記第２の周期電源の電圧に固定されている第２のコンデンサとからなることを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
複数の蓄電器セルを直列に接続した蓄電器の、任意の前記蓄電器セルに充電可能な蓄電器の充電装置であって、
１つのコンデンサの一端に対して、第１のダイオードのアノード側及び第２のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第１のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第２のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続されるサブ回路を前記蓄電器セル毎に複数具備した充電回路と、
前記充電回路が具備する任意のサブ回路のコンデンサの他端に矩形波を印加する矩形波電源と
を有することを特徴とする充電装置。
【請求項５】
複数の蓄電器セルを直列に接続した蓄電器の、任意の前記蓄電器セルに充電可能な蓄電器の充電装置であって、
第１のコンデンサの一端に対して、第１のダイオードのアノード側及び第２のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第１のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第２のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続され、第２のコンデンサの一端に対して、第３のダイオードのアノード側及び第４のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第３のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第４のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続されるサブ回路を前記蓄電器セル毎に複数具備した充電回路と、
前記充電回路が具備する任意のサブ回路の第１のコンデンサの他端に矩形波電圧を印加し、第２のコンデンサの他端に前記矩形波電圧を反転した反転電圧を印加する矩形波電源と
を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項６】
前記矩形波電圧の中心電圧と前記反転電圧の中心電圧とは一定の電位差を有することを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
何れかの前記蓄電器セルの極と、前記矩形波電源の基準電位とが同電位であることを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の充電装置。
【請求項８】
前記蓄電器と前記矩形波電源との通電経路上に抵抗器もしくはインダクタの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電器セルが直列接続された蓄電器の充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境への配慮、低騒音化、ガソリン消費の低減のため電気自動車、燃料電池自動車及びハイブリッド自動車といった電動車両が実用化されており、これらの電動車両には、走行用モータを駆動する高圧バッテリが搭載されている。この高圧バッテリは、通常の低圧のバッテリセルを複数直列接続することにより、高圧化したものであり、バッテリの高圧化により、走行用モータに流れる電流が低減され、低電圧・同出力の走行用モータに比較して、電線の重量を低減することができる。
【０００３】
ところで、直列接続された複数のバッテリセルは、充放電を繰り返すとバッテリセルの特性ばらつきにより、バッテリセル毎の充電量は徐々に差が発生する。何れかのバッテリセルが充電量上限に達した時点で他のセルが満充電でなくとも充電動作を停止させなければならず、何れかのバッテリセルが充電量下限に達した時点で放電動作を停止させなければならない。すなわち、直列接続全体での充電上限あるいは充電下限に早期に到達するため使用できる充電容量が事実上少なくなる。また、バッテリの故障形態の一つとして微短絡があり、この微短絡が発生すると故障したバッテリセルのみ放電が進行することになる。
【０００４】
そこで、バッテリセルの充電量を平準化するために、抵抗器と半導体スイッチとの直列回路を各バッテリセルの両端に各々接続し、適宜放電させる方法が開示されている（特許文献１，２，３）。また、バッテリセル毎にトランス巻線及びスイッチング素子を接続し、各バッテリセルへの充電電圧を平準化する方法が開示されている（特許文献４，５）。抵抗器で放電させる技術では、高耐圧の半導体スイッチが必要になり、付帯回路も煩雑となる。また、トランスで絶縁する技術では、トランスは電子部品の中では比較的大きなものであり、集積化小型化が困難である。
また、このような問題点を比較的少なくした技術として、各バッテリセルと交流電源との間をコンデンサで絶縁し、交流電源の変動電圧をコンデンサの両端の電圧に重畳させてバッテリセルへの充電を行う方法が開示されている（特許文献６）。
【特許文献１】特開２０００−９２７３２号公報
【特許文献２】特開２００１−３７０７７号公報
【特許文献３】特開２００３−７０１７９号公報
【特許文献４】特開２００２−２２３５２８号公報
【特許文献５】特開２００１−３３９８６５号公報
【特許文献６】特開平１１−３２４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献６に記載の技術は、直列接続されたバッテリセルの両極と交流電源の両極とが絶縁されており、バッテリセルと交流電源（周期電源）との間にコモンモードノイズが印加された場合、ノイズ電圧も含めてバッテリセルに充電されるおそれがある。また、特許文献６に記載の技術は、１つの交流電源を用いて複数のバッテリセル（蓄電器セル）に同時に同電圧を供給している。
【０００６】
そこで、本発明は、蓄電器セルと周期電源との間に発生するコモンモードノイズの影響を少なくし、任意の蓄電器セルに充電することができる充電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の一の手段である請求項１に係る発明の充電装置は、複数の蓄電器セルが直列接続され、何れかの前記蓄電器セルの極を基準電位点とする蓄電器と、前記各蓄電器セルの何れか一方の極と前記複数の蓄電器セルの何れかの他方の極との電位に、整流手段を介して一端の電位が固定される単数あるいは複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの任意の他端と前記蓄電器の基準電位点との間に接続され、繰り返し信号を生成する前記蓄電器の基準電位点に接続された周期電源とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、蓄電器セルの各極と周期電源とがコンデンサを介して絶縁され、このコンデンサに各極の電位と周期電源の出力電圧との電位差に相当する電圧が充電される。このため、周期電源の振幅に相当する電圧がコンデンサ及び整流手段を介して各蓄電器セルに充電される。ここで、周期電源には、交流電源及び矩形波電源が含まれ、蓄電器にはバッテリ及びキャパシタが含まれる。なお、周期電源の出力電圧の振幅は、各蓄電器セルの何れか一方の極と複数の蓄電器セルの何れかの他方の極との電位差よりも大きくするのが好ましい。また、何れかの蓄電器セルの極と、周期電源とが基準電源に接続されているので、コモンモードノイズの影響を受けにくい。
【０００９】
また、請求項２に係る発明の充電装置は、請求項１に記載の充電装置において、前記周期電源は、高い瞬時電圧と低い瞬時電圧とを交互に出力する矩形波電源であり、前記整流手段は、前記矩形波電源の電圧が高いときに前記一方の極と前記他方の極とで高い方の電位に前記コンデンサの一端の電位を固定し、前記矩形波電源の電圧が低いときに前記一方の極と前記他方の極とで電位が低い方に前記コンデンサの一端の電位を固定することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、矩形波電圧の瞬時電圧が高いときに一方の極と他方の極とで高い方の極を介して、この高い方の極と基準電位との間で接続された複数の蓄電器セルに充電される。また、矩形波電源の瞬時電圧が低いときに一方の極と他方の極とで電圧が低い方の極を介して、この低い方の極と基準電位との間で接続された単数あるいは複数の蓄電器セルから放電される。この充電及び放電により、一方の極と他方の極との間に接続された蓄電器セルにのみ充電される。
【００１１】
また、請求項３に係る充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、前記周期電源は、第１の周期電源と、この第１の周期電源に対して位相が反転している第２の周期電源とからなり、前記コンデンサは、他端の電位が前記第１の周期電源の電圧に固定されている第１のコンデンサと、他端の電位が前記第２の周期電源の電圧に固定されている第２のコンデンサとからなることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、第１の矩形波電源と第２の矩形波電源との位相が反転しているから、何れか一方の電位の方が高く、他方の電位の方が低い。このため、電位の高い矩形波電源に接続されているコンデンサは複数の蓄電器セルの各極と他の極とで高い方の電位に固定される。また、電位の低い矩形波電源に接続されているコンデンサは複数の蓄電器セルの各極と他方の極とで低い方の電位に固定される。したがって、電位の高い矩形波電源に接続されたコンデンサ、一方の極と他方の極との間に接続された蓄電器セル、電位の低い矩形波電源に接続されているコンデンサを介して、電位の高い矩形波電源と電位の低い矩形波電源との間で電流が流れる。
【００１３】
本発明の他の手段である請求項４に係る充電装置は、複数の蓄電器セルを直列に接続した蓄電器の、任意の前記蓄電器セルに充電可能な蓄電器の充電装置であって、１つのコンデンサの一端に対して、第１のダイオードのアノード側及び第２のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第１のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第２のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続されるサブ回路を前記蓄電器セル毎に複数具備した充電回路と、前記充電回路が具備する任意のサブ回路のコンデンサの他端に矩形波を印加する矩形波電源とを有することを特徴とする。
【００１４】
矩形波電源の瞬時電圧が高いとき、コンデンサと第１のダイオードとを介して、複数の蓄電器セルに充電される。一方、矩形波電源の出力電圧が低いとき、コンデンサと第２のダイオードとを介して、基準電位に接続されている単数又は複数の蓄電器セルから放電される。この充電及び放電により、第１のダイオードと第２のダイオードとの間に接続されている蓄電器セルのみが充電される。
【００１５】
また、本発明の他の手段である請求項５に係る充電装置は、複数の蓄電器セルを直列に接続した蓄電器（２０）の、任意の前記蓄電器セルに充電可能な蓄電器の充電装置であって、第１のコンデンサの一端に対して、第１のダイオードのアノード側及び第２のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第１のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第２のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続され、第２のコンデンサの一端に対して、第３のダイオードのアノード側及び第４のダイオードのカソード側が接続され、かつ前記第３のダイオードのカソード側が前記各蓄電器セルの陽極に、前記第４のダイオードのアノード側が前記各蓄電器セルの陰極に接続されるサブ回路を前記蓄電器セル毎に複数具備した充電回路と、前記充電回路が具備する任意のサブ回路の第１のコンデンサの他端に矩形波電圧を印加し、第２のコンデンサの他端に前記矩形波電圧を反転した反転電圧を印加する矩形波電源とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、第１の矩形波電源と第２の矩形波電源との位相が反転しているから、何れか一方の電位の方が高く、他方の電位の方が低い。第１の矩形波電源の電位が高いとき、第１のコンデンサと第１のダイオードと蓄電器セルと第４のダイオードと第２のコンデンサとを介して第２の矩形波電源まで電流が流れ、この蓄電器セルを充電する。一方、第２の矩形波電源の電位が高いとき、第２のコンデンサ、第３のダイオード、蓄電器セル、第２のダイオード、第１のコンデンサとを介して第１の矩形波電源まで電流が流れ、この蓄電器セルを充電する。すなわち、第１の矩形波電源と第２の矩形波電源とのいずれの電源の電位が高くても蓄電器セルを充電する。
【００１７】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５に記載の充電装置において、前記矩形波電圧の中心電圧と前記反転電圧の中心電圧とは一定の電位差を有することを特徴とする。これによっても、矩形波電圧の振幅変化と反転電圧の振幅変化とに基づいて蓄電器セルが充電される。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項４又は請求項６に記載の充電装置において、何れかの前記蓄電器セルの極と、前記矩形波電源の基準電位とが同電位であることを特徴とする。これによれば、蓄電器セルと矩形波電源との間に発生するコモンモードノイズの影響が低減される。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項４乃至７の何れか１項に記載の充電装置において、前記蓄電器と前記矩形波電源と通電経路上に抵抗もしくはインダクタンスの少なくとも一方を有することを特徴とする。これによれば、過渡電流を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、蓄電器セルと周期電源との間に発生するコモンモードノイズの影響を少なくし、任意の蓄電器セルに充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態である充電装置を図面を用いて説明する。
図１の構成図において、充電装置１００は、ｎ個のバッテリセル（蓄電器セル）Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅｎが直列接続されたバッテリ（バッテリ）２０と、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎを充電する充電回路１０と、充電回路１０を駆動する矩形波を生成する周期電源（矩形波電源）であるパルス印加回路３０と、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの電圧を測定するセル電圧検出回路２５とを備えている。なお、バッテリ２０は負荷に接続されている。また、パルス印加回路は、絶縁回路を経由して車体に接地された車両制御装置と接続される。バッテリ２０と充電回路１０とパルス印加回路３０との基準電位は車体に接地されず絶縁されている。
【００２２】
バッテリ２０は、代表的にはリチウムイオン電池であり、両端の電位がＶ０とＶｎとに維持され、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの接続点の電位がＶ１，Ｖ２，…，Ｖｎ−１に維持されている。言い換えれば、負荷及びバッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの接続点の電位は、Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ−１，Ｖｎである。セル電圧検出回路２５は、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの電位差を検出するようにｎ個の検出回路から構成されている。各検出回路は、オペアンプ回路ＯＡ１，ＯＡ２，…，ＯＡｎと、各オペアンプ回路ＯＡ１，ＯＡ２，…，ＯＡｎの入力に並列接続されたコンデンサＣ０１，Ｃ０２，…，Ｃ０ｎと、各コンデンサＣ０１，Ｃ０２，…，Ｃ０ｎの両端と各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの各接続点との間に接続された抵抗器ｒ１１，ｒ１２，ｒ２１，ｒ２２，…，ｒｎ１，ｒｎ２とを備えている。このコンデンサＣ０１，Ｃ０２，…，Ｃ０ｎと抵抗器ｒ１１，ｒ１２，ｒ２１，ｒ２２，…，ｒｎ１，ｒｎ２とでノーマルモードノイズを防止している。なお、この各検出回路は、バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの充電量を平準化するために必要になったものであり、平準化を行う必要がない充電装置では不要である。また、オペアンプ回路ＯＡ１，ＯＡ２，…，ＯＡｎは、アイソレーションアンプを用いることが好ましい。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴構成である充電回路１０の構成について説明するが、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎについて同一の回路が形成されているので、バッテリセルＥ１の回路について説明する。バッテリセルＥ１の陽極には電流制限用の抵抗器Ｒ１１を介してダイオードＤ１１のカソードが接続され、バッテリセルＥ１の陰極には抵抗器Ｒ１２を介してダイオードＤ１２のアノードが接続されている。ダイオードＤ１１のアノードとダイオードＤ１２のカソードとはコンデンサＣ１の一端に接続され、コンデンサＣ１の他端にはパルス印加回路３０の出力信号が入力されている。なお、バッテリセルＥｎの陰極を充電装置の基準電位とする。
【００２４】
パルス印加回路３０は、充電回路１０の各コンデンサＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎの他端にパルス電圧を印加する回路が複数設けられている。ここでは、説明の都合上、コンデンサＣ１の他端に接続される回路について説明する。パルス印加回路３０は、Ｈｉ側のスイッチＳ１とＬｏ側のスイッチＳ２との直列回路が基準電位との間で電源電位Ｖｐに維持されており、スイッチＳ１とスイッチＳ２との接続点がコンデンサＣ１の他端に接続されている。スイッチＳ１は制御回路によるパルス電圧により制御され、スイッチＳ２はこのパルス電圧をインバータＩＮＶにより反転した反転信号により制御される。これにより、スイッチＳ１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移し、スイッチＳ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移するときには、コンデンサＣ１の他端が基準電位から電源電位Ｖｐに遷移する。一方、スイッチＳ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移し、スイッチＳ２がＯＦＦ状態からＯＮに遷移するときには、コンデンサＣ１の他端が電源電位Ｖｐから基準電位に遷移する。
【００２５】
次に、図２を参照して充電装置１００の動作を説明する。
図２（ａ）は基準電位から電源電位Ｖｐに遷移し、コンデンサからセル充電するときの動作を説明するための図であり、図２（ｂ）は電源電位Ｖｐから基準電位に遷移し、コンデンサ再充電するときの動作を説明するための図である。
図２（ａ）において、コンデンサＣ１の他端が基準電位から電源電位Ｖｐ（図１）に遷移すると、コンデンサＣ１の電位が全体的に電源電位Ｖｐだけ上昇するため、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１１、及び抵抗器Ｒ１１を介してバッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎに電流ｉ＋が流れる。一方、バッテリセルＥ１の陰極電位Ｖ１は全体的に電源電位Ｖｐだけ上昇したコンデンサＣ１の電位よりも低くなるので、ダイオードＤ１２はＯＦＦ状態となる。これにより、Ｃ１の電荷が放電されダイオードに接続された側のコンデンサ端子の電位はＶ０の電位に収束する。なお、矩形波電圧の瞬時電圧である電源電位Ｖｐは基準電位よりも高い。
【００２６】
また、図２（ｂ）において、コンデンサＣ１の他端が電源電位Ｖｐから基準電位に遷移すると、コンデンサＣ１の電位が全体的に電源電位Ｖｐだけ低下するため、抵抗器Ｒ１２、ダイオードＤ１２、及びコンデンサＣ１を介してバッテリセルＥ２，…，Ｅｎから電流ｉ−が放電する。一方、バッテリセルＥ１の陽極電位Ｖ０は全体的に電源電位Ｖｐだけ低下したコンデンサＣ１の電位よりも高くなるので、ダイオードＤ１１はＯＦＦ状態となる。これにより、Ｃ１に電荷が充電されダイオードに接続された側のコンデンサ端子の電位はＶ１の電位に収束する。
【００２７】
図２（ａ）の状態でバッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎが充電される一方、図２（ｂ）の状態でバッテリセルＥ２，…，Ｅｎの電荷が放電されるので、結果的に、バッテリセルＥ１のみが充電される。
【００２８】
図３は、ｎ＝３の場合であって、中段のバッテリセルＥ２にのみ充電を行う場合の回路動作結果を示す。
パルス印加回路３０（図１）は、図３において、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２との接続回路で構成され、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２１とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２２とのゲートにパルス信号Ｖｓが入力される。なお、ＭＯＳＦＥＴＭ１１，Ｍ１２，Ｍ３１，Ｍ３２のゲートは基準電位に維持されている。
【００２９】
図４（ａ）はバッテリセルＥ１に流れる電流波形であり、図４（ｂ）はバッテリセルＥ２に流れる電流波形であり、図４（ｃ）はバッテリセルＥ３に流れる電流波形である。図３の回路においては、図４（ａ）に示すように、バッテリセルＥ１は充放電がされず、図４（ｂ）に示すように、バッテリセルＥ２にはダイオードＤ２１を介した充電電流のみが流れ、放電電流が流れない。また、図４（ｃ）に示すように、バッテリセルＥ３には、ダイオードＤ２１を介した充電電流とダイオードＤ２２を介した放電電流とが交互に流れ、充電電流と放電電流とがバランスした定常状態では、平均電流がゼロとなる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎ及び負荷の接続点とパルス印加回路３０とがコンデンサＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎを介して絶縁され、このコンデンサに各極の電位とパルス印加回路３０との電位差に相当する電圧が充電される。また、パルス印加回路３０が生成する矩形波電圧の電圧が電源電圧Ｖｐに維持されているときにバッテリセルＥ１の陽極を介して、この陽極と基準電位との間で接続された複数のバッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，…，Ｅｎに充電される。また、矩形波電源の電圧が基準電位に対する電圧であるときにバッテリセルＥ１とバッテリセルＥ２との接続点を介して、この接続点と基準電位との間で接続された単数あるいは複数のバッテリセルＥ２，Ｅ３，…，Ｅｎから電荷が放電される。この充電及び放電により、バッテリセルＥ１にのみ充電される。また、バッテリ２０とパルス印加回路３０とは共通電位で接続されているので、コモンモードノイズがコンデンサＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎに充電されにくい。
【００３１】
（第２実施形態）
前記第１実施形態は、一のバッテリセルＥ１の充電を行うために、他のバッテリセルＥ２，Ｅ３，…，Ｅｎの充放電を行ったが、バッテリセルＥ１のみに充電を行うことができる。本実施形態の充電装置を図５の構成図を用いて説明する。
充電装置１５０は、セル電圧検出回路２５と、バッテリ２０と、充電回路１５と、パルス印加回路３５とを備える。セル電圧検出回路２５とバッテリ２０とは第１実施形態と同様の構成であるので説明を省略し、充電回路１５と、パルス印加回路３５とについて説明する。なお、第１実施形態と同様にバッテリセルＥｎの陰極を基準電位としてパルス印加回路３５が接続されている。
【００３２】
充電回路１５は、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎ毎に充電を行うものであり、同一の複数の回路によって構成されている。たとえば、バッテリセルＥ１を充電する回路は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４とコンデンサＣ１１，Ｃ１２と抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２とを備える。バッテリ２０を構成するバッテリセルＥ１の陽極には、ダイオードＤ１１のカソードとダイオードＤ１３のカソードとが接続され、バッテリセルＥ１の陰極には、ダイオードＤ１２のアノードとダイオードＤ１４のアノードとが接続される。また、ダイオードＤ１１のアノードとダイオードＤ１２のアノードとはコンデンサＣ１１と抵抗器Ｒ１１とを介してパルス信号が入力される。また、ダイオードＤ１３のカソードとダイオードＤ１４のカソードとにはコンデンサＣ１４と抵抗器Ｒ１２とを介してパルス信号を反転した反転信号が入力される。なお、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４は全波整流回路を構成している。
【００３３】
パルス印加回路３５は、充電回路１５の抵抗器Ｒ１１に印加するパルス信号と、このパルス信号の反転信号を生成する。Ｈｉ側のスイッチＳ１１とＬｏ側のスイッチＳ１２との直列回路が基準電位との間で電源電位Ｖｐに維持されており、スイッチＳ２１とスイッチＳ２２との接続点が抵抗器Ｒ１２に接続されている。また、Ｈｉ側のスイッチＳ２１とＬｏ側のスイッチＳ２２との直列回路が基準電位との間で電源電位Ｖｐに維持されており、スイッチＳ２１とスイッチＳ２２との接続点が抵抗器Ｒ１２に接続されている。
【００３４】
スイッチＳ１１は制御回路によるパルス信号により制御され、スイッチＳ１２はこのパルス電圧をインバータＩＮＶ１により反転した反転信号により制御される。また、スイッチＳ２１は制御回路によるパルス信号をインバータＩＮＶ３で反転した信号により制御され、スイッチＳ２２はインバータＩＮＶ３で反転した信号をインバータＩＮＶ２で反転した信号で制御される。これにより、スイッチＳ１１とスイッチＳ１２との接続点の電位は、スイッチＳ２１とスイッチＳ２２との接続点の電位に対して反転する。
【００３５】
次に、図６を参照して、充電装置１５０の動作について説明する。
図６（ａ）は抵抗器Ｒ１１に正のパルス信号を印加し、抵抗器Ｒ１２に反転信号を印加した場合を示し、図６（ｂ）は抵抗器Ｒ１２に正のパルス信号を印加し、抵抗器Ｒ１１に反転信号を印加した場合を示している。
図６（ａ）においては、抵抗器Ｒ１１、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１１、バッテリセルＥ１、ダイオードＤ１４、コンデンサＣ１２、抵抗器Ｒ１２の経路で電流が流れ、バッテリセルＥ１が充電される。なお、この状態では、ダイオードＤ１２，Ｄ１３はＯＦＦ状態にされている。また、図６（ｂ）においては、抵抗器Ｒ１２、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ１３、バッテリセルＥ１、ダイオードＤ１２、コンデンサＣ１１、及び、抵抗器Ｒ１１の経路で電流が流れ、バッテリセルＥ１が充電される。なお、この状態では、ダイオードＤ１１，Ｄ１４はＯＦＦ状態にされている。
【００３６】
次に、本実施形態の回路動作結果について説明する。
図７は、ｎ＝２の場合であって、バッテリセルＥ１にのみ充電を行う場合の回路図であり、図８は各部の電圧および電流波形である。
このとき、ダイオードＤ１１に流れる電流が電流ＩＡであり、ダイオードＤ１３に流れる電流が電流ＩＢであり、バッテリセルＥ１に流れる電流が電流Ｉｃである。
【００３７】
図８（ａ）はパルス信号ＶＡの波形であり、図８（ｂ）は反転信号ＶＢの波形であり、図８（ｃ）は電流ＩＡの波形であり、図８（ｄ）は電流ＩＢの波形であり、図８（ｅ）は電流ＩＣの波形である。これらの波形の横軸は時間Ｔを示している。パルス信号ＶＡが高位相のときに電流ＩＡが流れ、反転信号ＶＢが高位相のときに電流ＩＢが流れている。また、バッテリセルＥ１に流れる電流ＩＣは、ダイオードＤ１１に流れる電流がＩＡとダイオードＤ１３に流れる電流がＩＢとの重ね合わせであり、連続した充電電流が流れる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、スイッチＳ１１，Ｓ１２から構成される矩形波電源とスイッチＳ２１，Ｓ２２から構成される矩形波電源との位相が反転しているから、何れかの矩形波電源の電位の方が高く、他方の電位の方が低い。たとえば、Ｓ１１，Ｓ１２から構成される矩形波電源の方が電位の高い場合には、コンデンサＣ１１は電位が高い方の接続点であるバッテリセルＥ１の陽極の電位に収束し固定される。また、コンデンサＣ１２は、バッテリセルＥ１の陰極の電位に収束し固定される。したがって、コンデンサＣ１１、バッテリセルＥ１、コンデンサＣ１２を介して、矩形波電源と矩形波電源との間で電流が流れる。また、この場合も第１実施形態と同様に、バッテリ２０の陰極をパルス印加回路３５の基準電位としているので、コモンモードノイズがコンデンサＣ１１、Ｃ１２に充電されにくい。
【００３９】
（比較例）
図９を参照して、比較例について説明する。前記各実施形態では、パルス印加回路３０，３５を用いて矩形波電圧を印加していたが、本比較例では交流電源を用いて駆動する。
図９（ａ）の回路図（特許文献６参照）において、本比較例の充電装置は、４つのバッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が直列接続され、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の陽極にダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１のカソードとコンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１の一端とが接続され、各バッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の陰極にダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２のアノードが接続され、ダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ４２のカソードとダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１のアノードと、コンデンサＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２の一端とが接続され、コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１の他端が抵抗器Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１，Ｒ４１を介して交流電源ＡＣ１の一端に接続されている。また、コンデンサＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２の他端が、抵抗器Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２，Ｒ４２を介して交流電源の他端に接続されている。なお、交流電源ＡＣ１と、バッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４とは共通電位で接続されておらず、コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１，Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２によって絶縁されているのみであるので、コモンモードノイズｖｎの影響を受ける。
【００４０】
図９（ｂ）（ｃ）のように、バッテリセルＥ４の陰極と交流電源ＡＣ１の一方とを接続してコモンモードノイズｖｎ（図９（ａ））の影響を回避しようとすることが考えられる。しかしながら、図９（ｂ）のように抵抗器Ｒ１２とバッテリセルＥ４の陰極を共通電位として接続した場合、抵抗器Ｒ１１、コンデンサＣ１１、バッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４を介して交流電流が流れるだけであり、充電が行われない。また、図９（ｃ）のように抵抗器Ｒ１１とバッテリセルＥ４の陰極を共通電位として接続した場合は、ダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１とダイオードＤ１２，Ｄ２２，Ｄ３２，Ｄ３４との接続点に交流電圧が印加されるようにした回路であるが、コンデンサＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２を介して交流電流が流れ、コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１にはいずれの方向の電流も流れない。このため、図９（ｃ）の回路は、実質的に第１実施形態（図１）と同様の回路構成である。
【００４１】
次に、図１０を参照して図９（ａ）の回路を他の視点から検討する。図１０（ａ）（ｂ）は、基準電位に接続された２つの交流電源ＡＣ１，ＡＣ２を設け、図９（ｂ）（ｃ）と同様に、コモンモードノイズｖｎの影響を回避するためにバッテリセルＥ４の陰極を基準電位としている。なお、バッテリセルＥ１に関連する回路のみを示し、他のバッテリセルＥ２，Ｅ３，Ｅ４に関連する回路は省略している。
【００４２】
図１０（ａ）において、交流電源ＡＣ１については、抵抗器Ｒ１１及びコンデンサＣ１１を介してバッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４に交流電流が流れるのみであり、バッテリセルＥ１への充電が行われない。交流電源ＡＣ２については、正の電圧のとき抵抗器Ｒ１２、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ１１を介してバッテリセルＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４に正方向の電流が流れる。また、負の電圧のとき、ダイオードＤ１２、コンデンサＣ１２、抵抗器Ｒ１２を介して負方向の電流が流れ、バッテリセルＥ２，Ｅ３，Ｅ４を放電させる。したがって、バッテリセルＥ１のみが充電され、バッテリセルＥ２，Ｅ３，Ｅ４は充電されない。
【００４３】
図１０（ｂ）においては、コンデンサＣ１１及びダイオードＤ１１とバッテリセルＥ１の陽極との間にダイオードＤ１３が挿入されている。交流電源ＡＣ１と交流電源ＡＣ２との位相差が１８０度であって、交流電源ＡＣ１が正の電位であり、交流電源ＡＣ２が負の電位である場合には、抵抗器Ｒ１１、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１３、バッテリセルＥ１、ダイオードＤ１２、コンデンサＣ１２、抵抗器Ｒ１２の経路で電流が流れる。一方、交流電源ＡＣ１が負の電位であり、交流電源ＡＣ２が正の電位である場合には、抵抗器Ｒ１２、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１、抵抗器Ｒ１１の経路で電流が流れる。したがって、バッテリセルＥ１のみ充電され、バッテリセルＥ２，Ｅ３，Ｅ４は充電されない。
【００４４】
図１０（ｃ）の充電装置は、図１０（ｂ）のダイオードＤ１３を抵抗器Ｒ１に置き換え、Ｄ１２をＲ３に置き換えたものである。交流電源ＡＣ１が正の電位であり、交流電源ＡＣ２が負の電位であるとき、抵抗器Ｒ１１、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１、バッテリセルＥ１、抵抗器Ｒ３、コンデンサＣ２、抵抗器Ｒ１２の経路でバッテリセルＥ１に充電電流が流れる。これに対して、交流電源ＡＣ１が負の電位であり、交流電源ＡＣ２が正の電位であるときは、２つの電流経路が存在する。第１の経路は、抵抗器Ｒ１２、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１１の経路であり、第２の経路は、抵抗器Ｒ１２、コンデンサＣ２、抵抗器Ｒ３、バッテリセルＥ１、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１１の経路である。
【００４５】
この場合は、ダイオードの本数が少ない利点がある一方、第２の経路はバッテリセルＥ１に充電された電荷を放電させることになる。なお、交流電源ＡＣ１と交流電源ＡＣ２との振幅が等しく、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との容量が等しく、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ３との抵抗値が等しく、抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との抵抗値が等しければ、バッテリセルＥ２，Ｅ３，Ｅ４は充電されない。
【００４６】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記第２実施形態は、バッテリセルＥｎの陰極をパルス印加回路３５のスイッチＳ１２，Ｓ２２の基準電位としていたが他のバッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎ−１を基準電位とすることもできる。具体的には、図１１（ａ）は、最大電位であるバッテリセルＥ０の陽極を基準電位としたものであり、図１１（ｂ）は、中間電位であるバッテリセルＥ２の陰極すなわちバッテリセルＥ３の陽極を基準電位としたものである。
（２）前記第２実施形態は、バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎに直接ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４を接続していたため、図８（ｅ）に示したようにバッテリセルＥ１に流れる電流ＩＣはパルス状のノイズ成分を含んでいる。図１２に示すように、バッテリセルＥ１の両端に抵抗器ｒ１，ｒ２の一端を接続し、抵抗器ｒ１，ｒ２の他端にコンデンサＣ０を接続して、ノイズ成分を除去することができる。
（３）前記各実施形態は、パルス印加回路３０，３５が生成した矩形波を用いて充電回路１０を駆動したが、正弦波を用いて充電回路１０を駆動することができる。
（４）前記各実施形態は、通電経路の途中に電流量を制限するための抵抗器を挿入しているが、抵抗器の代わりにインダクタを挿入しても同様の効果が得られる。また、抵抗器とインダクタを直列に接続して挿入することで、より低抵抗の抵抗器でも電流量を制限できるため、抵抗で消費される電力を小さくすることができる。電流量を制限するための抵抗器あるいはインダクタは通電経路上であれば任意の箇所に配置することができ、複数に分割することもできる。また、インダクタとコンデンサとを含む回路の共振周波数と矩形波電圧の周波数とを近似させると、バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎに充電される電圧がパルス印加回路３０，３５が生成する矩形波電圧よりも高くなることがある。この場合には、パルス印加回路３０，３５が生成する矩形波電圧は、バッテリセルＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎの電圧よりも低くても構わない。
（５）前記各実施形態は、蓄電器としてバッテリ２０を用いたが、キャパシタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態である充電装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である充電装置の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態である充電装置の回路図である。
【図４】本発明の一実施形態である充電装置の回路動作結果を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態である充電装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態である充電装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の他の実施形態である充電装置の回路図である。
【図８】本発明の他の実施形態である充電装置の回路動作結果を示す図である。
【図９】本発明の充電装置の比較例を示す図である。
【図１０】本発明の充電装置の比較例を考察するための図である。
【図１１】本発明の充電装置の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の充電装置の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１５  充電回路
２０  バッテリ（蓄電器）
２５  セル電圧検出回路
３０，３５  パルス印加回路
１００，１５０  充電装置
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅｎ  バッテリセル（蓄電器セル）
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ２１，Ｄ２２    ダイオード
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２    コンデンサ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２  スイッチ
ＡＣ１，ＡＣ２  交流電源
【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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