(57)【要約】【課題】外部からの供給電力を所定電圧の直流電力に変換して二次電池を充電する蓄電装置において、電池パックの膨張収縮に伴い発生する騒音を抑制する。【解決手段】第１群の電池モジュール２１に与えられるスイッチングサイクルと第２群の電池モジュール２２に与えられるスイッチングサイクルとの間の位相差を１８０°とする。ある時点で見ると、第１群の電池モジュール２１または第２群の電池モジュール２２のいずれか一方において、収縮による変位を生じるが、電池パック１２０全体として見ると、その変位量は時間的に略一定になっている。すなわち、電池パック１２０全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減できる。そのため、電池パック１２０全体が膨張伸縮することで生じる騒音などを低減できる。【選択図】図６
2007195311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子による周期的なスイッチング動作により、外部からの供給電力をそれぞれ所定電圧の直流電力に変換する第１および第２の直流変換部と、
前記第１および第２の直流変換部からそれぞれ供給される直流電力により充電可能に構成された二次電池と、
前記第１および第２の直流変換部を制御する制御部とを備え、
前記二次電池は、前記第１の直流変換部と接続される第１群の電池モジュールと前記第２の直流変換部と接続される第２群の電池モジュールとからなる、複数の電池モジュールが並置された電池パックを含み、
前記制御部は、それぞれ前記第１および第２の直流変換部に対して、互いに所定の位相差をもつ略同一のスイッチングサイクルに従いスイッチングを行なわせる、蓄電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スイッチングサイクルの位相差が略１８０°となるように、前記第１および第２の直流変換部に対してスイッチングを行なわせる、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記電池パックは、互いに同数の前記第１群および第２群の電池モジュールからなる、請求項１または２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記電池パックは、前記第１群および第２群の電池モジュールが交互に並置されて構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記制御部は、
所定の周波数をもつ第１のキャリア信号を発生するキャリア発振部と、
前記第１のキャリア信号を前記所定の位相だけシフトさせて第２のキャリア信号を発生する移相部と、
前記第１のキャリア信号に基づいて、前記第１の直流変換部へ与えるためのスイッチング指令を生成する第１のスイッチング指令生成部と、
前記第２のキャリア信号に基づいて、前記第２の直流変換部へ与えるためのスイッチング指令を生成する第２のスイッチング指令生成部とからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記第１および第２の直流変換部の各々は、チョッパ回路を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電池モジュールを含む蓄電装置に関し、特に充電時において発生する騒音を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする車両が注目されている。このような車両には、電動機に電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電したりするために、二次電池が搭載されている。
【０００３】
このような車両に用いられる電動機は、制御性やメンテナンス性を考慮して、永久磁石型同期電動機などの交流電動機が一般的に用いられている。そのため、電動機に供給または電動機が発生する電力は交流電力となる。一方、二次電池は、直列に接続された複数の電池セルの各々が化学的作用により電荷を蓄える。そのため、二次電池において充電または放電される電力は直流電力となる。
【０００４】
そこで、二次電池と電動機との電力授受を実現するため、直流電力と交流電力とを相互に変換可能なインバータ・コンバータ装置が設けられる。さらに、近年では、電動機の高回転領域における高い逆起電圧に対しても、交流電力を供給可能なように、二次電池の放電電圧を昇圧した後に、インバータ・コンバータ装置に供給する構成も提案されている。
【０００５】
たとえば、特開２００５−３３８９８号公報（特許文献１）には、二次電池と、二次電池と接続され出力電圧を昇降圧する昇降圧手段とからなる電源ユニットを複数配置した車両の電源装置が開示されている。この車両の電源装置によれば、各々の電源ユニットにおける昇降圧手段による昇降制御、および電源ユニット間の接続変更により、電動機やインバータなどに所定の電圧を供給することができる。
【０００６】
ところで、車両搭載用の二次電池は、高いエネルギー密度を実現するために、複数の電池モジュールが電気的に接続された、１つの電池パックとして構成されることが多い。たとえば、特開２００４−３１３６４号公報（特許文献２）には、少なくとも１つの単電池を有する複数の電池モジュールを電気的に直列または並列に接続して構成された電池パックが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３３８９８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電池モジュールは、複数の電池セルで構成され、各電池セルは、セパレータを介して積層された電極部材を備える。そのため、充電時には、電極部材間に生じる電界により、電極部材間に引力を生じる。そのため、各電池セルにおける引力により生じる変位が合成され、電池モジュール全体として見れば、電圧印加により収縮することになる。
【０００８】
ところで、特許文献１に開示されるような昇降圧手段を用いる構成においては、昇降圧手段において回路のスイッチングが行なわれるため、二次電池に供給される直流電力には、スイッチング周波数に起因した交流電圧成分が重畳される。上述したように、電池モジュールは、電圧印加により収縮し、印加電圧が無くなると復帰（膨張）する。そのため、この重畳される交流電圧成分により、電池モジュールには時間的な変位、すなわち膨張収縮作用が生じる。その結果、複数の電池モジュールで電池パックを構成した場合などにおいては、電池パック全体も膨張収縮し、この膨張収縮により空気振動が生じて、騒音が発生するという問題があった。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部からの供給電力を所定電圧の直流電力に変換して二次電池を充電する蓄電装置において、電池パックの膨張収縮に伴い発生する騒音を抑制する蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、スイッチング素子による周期的なスイッチング動作により、外部からの供給電力をそれぞれ所定電圧の直流電力に変換する第１および第２の直流変換部と、第１および第２の直流変換部からそれぞれ供給される直流電力により充電可能に構成された二次電池と、第１および第２の直流変換部を制御する制御部とを備える蓄電装置である。そして、二次電池は、第１の直流変換部と接続される第１群の電池モジュールと第２の直流変換部と接続される第２群の電池モジュールとからなる、複数の電池モジュールが並置された電池パックを含む。制御部は、それぞれ第１および第２の直流変換部に対して、互いに所定の位相差をもつ略同一のスイッチングサイクルに従いスイッチングを行なわせる。
【００１１】
この発明に係る蓄電装置によれば、第１群の電池モジュールに交流電圧成分を含む直流電力を供給する第１の直流変換部と、第２群の電池モジュールに交流電圧成分を含む直流電力を供給する第２の直流変換部とに対して、制御部が互いに所定の位相差をもつ略同一のスイッチングサイクルに従いスイッチングを行なわせるため、発生する交流電圧成分間にも所定の位相差が生じる。
【００１２】
そのため、印加電圧に応じて発生する第１群および第２群の電池モジュールにおける膨張収縮サイクル間にも所定の位相差が生じる。よって、すべての電池モジュールが同位相で膨張収縮する場合に比較して、その変位量が互いに相殺されるため、電池パック全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減できる。
【００１３】
好ましくは、制御部は、スイッチングサイクルの位相差が略１８０°となるように、第１および第２の直流変換部に対してスイッチングを行なわせる。
【００１４】
また好ましくは、電池パックは、互いに同数の第１群および第２群の電池モジュールからなる。
【００１５】
また好ましくは、電池パックは、第１群および第２群の電池モジュールが交互に並置されて構成される。
【００１６】
また好ましくは、制御部は、所定の周波数をもつ第１のキャリア信号を発生するキャリア発振部と、第１のキャリア信号を所定の位相だけシフトさせて第２のキャリア信号を発生する移相部と、第１のキャリア信号に基づいて、第１の直流変換部へ与えるためのスイッチング指令を生成する第１のスイッチング指令生成部と、第２のキャリア信号に基づいて、第２の直流変換部へ与えるためのスイッチング指令を生成する第２のスイッチング指令生成部とからなる。
【００１７】
また好ましくは、第１および第２の直流変換部の各々は、チョッパ回路を含む。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、電池パックの膨張収縮に伴い発生する騒音を抑制する蓄電装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２０】
図１は、この発明の実施の形態に従う蓄電装置１を搭載した車両のパワーユニット１００の概略構成図である。
【００２１】
図１を参照して、パワーユニット１００は、蓄電装置１と、インバータ・コンバータ（ＩＮＶ／ＣＯＮＶ）２と、モータジェネレータ（ＭＧ）４とからなる。
【００２２】
モータジェネレータ４は、一例として、三相交流回転電機であり、その出力軸がディファレンシャルギア（図示しない）を介して車輪（図示しない）と連結される。そして、モータジェネレータ４は、車両の力行時において、インバータ・コンバータ２から供給される三相交流電力を受けて駆動力を発生する。一方、車両の回生時において、モータジェネレータ４は、車両の運動エネルギーから電力を発生して、インバータ・コンバータ２へ供給する。
【００２３】
インバータ・コンバータ２は、蓄電装置１およびモータジェネレータ４と電気的に接続され、走行状況に応じて、蓄電装置１から供給される直流電力を所定の電圧・周波数・位相をもつ三相交流電力に変換してモータジェネレータ４へ供給し、または、モータジェネレータ４から供給される三相交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１へ供給する。すなわち、インバータ・コンバータ２は、可逆性をもつ交流・直流変換装置である。
【００２４】
蓄電装置１は、インバータ・コンバータ２の動作状態に応じて、インバータ・コンバータ２へ直流電力を供給し、または、インバータ・コンバータ２から受けた直流電力を蓄電する。そして、蓄電装置１は、直流母線１０と、昇降圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣ）１１および１２と、二次電池２０と、制御部１６と、電圧検出部１８とからなる。
【００２５】
直流母線１０は、昇降圧コンバータ１１および１２、ならびにインバータ・コンバータ２と電気的に接続され、相互間で直流電力の授受を行なわせる。
【００２６】
昇降圧コンバータ１１および１２は、それぞれインバータ・コンバータ２から直流電力を受けると、二次電池２０の充電電圧に応じた所定電圧の直流電力に変換し、また、それぞれインバータ・コンバータ２から直流電力を要求されると、二次電池２０から放電される直流電力をインバータ・コンバータ２の入力直流電圧に応じた所定電圧に変換する。そして、昇降圧コンバータ１１および１２は、一例としてチョッパ回路を含み、制御部１６から受けたスイッチング指令に応じて、スイッチング素子の一例であるトランジスタを周期的にスイッチングさせて電圧を変換する。
【００２７】
二次電池２０は、第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２からなる複数の電池モジュールを含む。そして、第１群の電池モジュール２１は、昇降圧コンバータ１１の出力端子間に互いに接続され、一方、第２群の電池モジュール２２は、昇降圧コンバータ１２の出力端子間に互いに接続される。なお、図１においては、一例として、それぞれ２つの第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２からなる二次電池２０を図示するが、この電池モジュールの数は、各電池モジュールの定格電圧およびモータジェネレータ４の逆起電圧などに応じて、任意に設定することができる。さらに、昇降圧コンバータ１１および１２を同一構成とするために、第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２の数は、互いに同数であることが望ましい。
【００２８】
電圧検出部１８は、直流母線１０に生じる直流電圧を検出し、その検出結果を制御部１６へ出力する。
【００２９】
制御部１６は、一例として電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）で構成され、電圧検出部１８から受けた検出結果に応じて、昇降圧コンバータ１１および１２から出力される直流電力が所定電圧となるように、昇降圧コンバータ１１および１２におけるデューティー比を決定する。そして、制御部１６は、後述するように、同一のスイッチングサイクルで、かつ、スイッチングサイクル間に所定の位相差をもったスイッチング指令を、それぞれ昇降圧コンバータ１１および１２に与える。
【００３０】
なお、この発明の実施の形態に従う蓄電装置１を搭載した車両は、電動モータのみを駆源とする電気自動車に限られず、内燃機関および電動モータの少なくともいずれかを駆動源とするハイブリッド自動車、または燃料電池により発電し、電動モータを駆動させて走行する燃料電池車のいずれでもよい。
【００３１】
図２は、この発明の実施の形態に従う昇降圧コンバータ１１の概略構成図である。
図２を参照して、昇降圧コンバータ１１は、チョッパ回路３０と、平滑コンデンサＣとからなる。
【００３２】
チョッパ回路３０は、制御部１６（図１）からのスイッチング指令に応じて、二次電池２０の充電時には、直流母線１０から受けた直流電力を降圧し、二次電池２０の放電時には、二次電池２０から受けた直流電力を昇圧する。そして、チョッパ回路３０は、正母線ＬＮ１と、負母線ＬＮ２と、配線ＬＮ３と、スイッチング素子であるトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、インダクタＬとを含む。
【００３３】
正母線ＬＮ１は、その一方端がトランジスタＱ１のコレクタに接続され、他方端が直流母線１０の正側に接続される。また、負母線ＬＮ２は、その一方端が二次電池２０の負側に接続され、他方端が直流母線１０の負側に接続される。
【００３４】
トランジスタＱ１およびＱ２は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に直列に接続される。そして、トランジスタＱ１のコレクタは正母線ＬＮ１に接続され、トランジスタＱ２のエミッタは負母線ＬＮ２に接続される。また、各トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。さらに、インダクタＬは、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との接続点に接続される。
【００３５】
配線ＬＮ３は、一方端が二次電池２０の正側に接続され、他方端がインダクタＬに接続される。
【００３６】
平滑コンデンサＣは、負母線ＬＮ２と配線ＬＮ３との間に接続され、配線ＬＮ３と負母線ＬＮ２との間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。
【００３７】
以下、昇降圧コンバータ１１の降圧動作および昇圧動作について説明する。制御部１６（図１）は、降圧動作時において、トランジスタＱ１を所定のデューティー比でオン・オフさせ、かつ、トランジスタＱ２をオフ状態に維持させる。トランジスタＱ１のオン期間においては、直流母線１０から正母線ＬＮ１、トランジスタＱ１、インダクタＬ、および配線ＬＮ３を順に介して、充電電流が二次電池２０へ流れる。続いて、トランジスタＱ１がオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬが電流変化を妨げるように磁束を発生するので、充電電流は、ダイオードＤ２、インダクタＬ、および配線ＬＮ３を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、直流母線１０から直流電力が供給されるのはオン期間だけであるので、充電電流が一定であるとすると、昇降圧コンバータ１１から二次電池２０へ供給される直流電力の平均電圧は、直流母線１０の直流電圧にデューティー比を乗じた値となる。
【００３８】
一方、制御部１６は、昇圧動作時において、トランジスタＱ１をオフ状態に維持し、かつ、トランジスタＱ２を所定のデューティー比でオン・オフさせる。トランジスタＱ２のオン期間においては、二次電池２０から配線ＬＮ３、インダクタＬ、ダイオードＤ１、および正母線ＬＮ１を順に介して、放電電流が直流母線１０へ流れる。同時に、二次電池２０から配線ＬＮ３、インダクタＬ、トランジスタＱ２、および負母線ＬＮ２を順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタＬは、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。続いて、トランジスタＱ２がオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬは、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、昇降圧コンバータ１１から直流母線１０へ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタＬに蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
【００３９】
このように、昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子による周期的なスイッチングを行なうことで、直流母線１０からの供給電力を所定電圧の直流電力に変換して、二次電池２０へ供給する。
【００４０】
なお、昇降圧コンバータ１２についても、上述した昇降圧コンバータ１１と同様の構成および動作であるので、詳細な説明は繰返さない。
【００４１】
図３は、二次電池２０の展開模式図である。
図３を参照して、二次電池２０は、電池カバー１０２とロワーケース１２２からなる外装部材の内部に、電池パック１２０が収容された構造を有する。電池パック１２０は、いわゆる角型平板状の複数の電池モジュールが並置されて一体的に構成される。そして、電池パック１２０は、ロワーケース１２２に固定される。この発明の実施の形態に従う電池パック１２０においては、同一構造を有する、第１群の電池モジュール２１と、第２群の電池モジュール２２とが互いに交互に並置される。なお、電池モジュール２１，２２は、一例として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池からなる。
【００４２】
各電池モジュール２１，２２の側面には、当該電池モジュール２１，２２と充放電電流の授受を行なうための端子１２４が形成される。そして、バスバーモジュール１１２および１１４が電池パック１２０の側面に配置される。バスバーモジュール１１２，１１４は、第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２の別に、隣接する電池モジュールの端子１２４間を順次接続し、電気的に直列接続する。
【００４３】
各電池モジュール２１，２２の上部表面上には、当該電池モジュール２１，２２から排出される水素ガスなどを一括して排出するための安全弁を内蔵した排気端子１０８が形成される。そして、電池パック１２０の上部には、各電池モジュール２１，２２の排気端子１０８と接続され、電池モジュール２１，２２から排出される水素ガスなどを二次電池２０の外部へ排出するための排気ホース１０４が配置される。
【００４４】
電池パック１２０の両端側には、拘束プレート１１６および１１８が配置される。拘束プレート１１６，１１８は、拘束パイプ１０６および１１０により互いに接続および固定されている。なお、拘束プレート１１６，１１８は、ロワーケース１２２に固定されている。
【００４５】
図４は、電池モジュール２１，２２の斜視模式図である。
図４を参照して、電池モジュール２１，２２は、モジュール外装部材を成す一体の角型電槽１３８と、角型電槽１３８の内部の隔壁に仕切られて形成される複数の電池セル１３０とからなる。この発明の実施の形態においては、一例として、電気的に直列接続される、６つの電池セル１３０を備える電池モジュール２１，２２について説明する。なお、図４においては、説明の便宜上、排気端子１０８の図示を省略するとともに、電池セル１３０の構造を説明するため、角型電槽１２８の一部を切欠いた状態を示す。
【００４６】
各電池セル１３０は、互いに同様の構成をもち、一例としてシート状の複数の電極部材をセパレータにより絶縁状態に維持しつつ、相互に重ねて構成した積層電極体１３２と、積層電極体１３２を挟むように配置された一対の集電板１３４とからなる。なお、積層電極体１３２には、電解液が含浸あるいは注入される。
【００４７】
再度、図２を参照して、二次電池２０の充電時においては、昇降圧コンバータ１１，１２がスイッチング動作を行なうことで、直流母線１０から受けた直流電力を所定電圧の直流電力に変換する。このとき、昇降圧コンバータ１１，１２から供給される直流電力には、スイッチングに伴う交流電圧成分が重畳される。そのため、各電池モジュール２１，２２および各電池セル１３０に印加される充電電圧にも交流電圧成分が含まれることになる。
【００４８】
再度、図４を参照して、充電時においては、積層電極体１３２を構成する電極部材間には、印加電圧および電極部材間距離に応じた電界が生じる。この電界に起因する静電エネルギーにより、電極部材間には引力が生じる。なお、この電極部材間に生じる引力は、印加電圧の二乗に比例する。
【００４９】
そのため、上述のように、各電池セル１３０に印加される充電電圧に交流電圧成分が含まれることにより、電極部材間に生じる引力の大きさも変化する。その結果、各電池セル１３０は、印加される充電電圧の交流電圧成分に応じて、その短軸方向に膨張伸縮することになる。なお、各電池セル１３０に印加される充電電圧は、対応する電池モジュールに印加される充電電圧をほぼ等分した電圧となるので、各電池セル１３０の膨張伸縮の向きは、互いにほぼ等しい。したがって、それぞれの電池セル１３０の膨張伸縮による変位が互いに加算されて、電池モジュール２１，２２全体の変位として表れることになる。
【００５０】
図５は、従来の蓄電装置における電池パック１２０に生じる変位を示す模式図である。
図５（ａ）は、印加電圧に重畳される交流電圧が最大の場合である。
【００５１】
図５（ｂ）は、印加電圧に重畳される交流電圧が最小の場合である。
図５（ａ）を参照して、昇降圧コンバータ１１に接続される第１群の電池モジュール２１だけからなる電池パック１２０を構成した場合について説明する。なお、説明の便宜上、４つの電池モジュールからなる電池パック１２０について図示するが、電池パック１２０を構成する電池モジュール２１の数には限定されないことは言うまでもない。
【００５２】
昇降圧コンバータ１１からの出力電圧に含まれる交流電圧が最大になると、各電池セル１３０に対する印加電圧も最大となるので、電池パック１２０を構成する各電池モジュール２１が生じる収縮による変位も最大となる。
【００５３】
図５（ｂ）を参照して、昇降圧コンバータ１１からの出力電圧に含まれる交流電圧が最小になると、各電池セル１３０に対する印加電圧も最小となるので、電池パック１２０を構成する各電池モジュール２１が生じる収縮による変位も最小となる。換言すれば、各電池モジュール２１は、最大限に収縮した状態から膨張することになる。
【００５４】
このように、昇降圧コンバータ１１から出力される直流電圧に交流電圧成分が重畳されることで、各電池モジュール２１が一様に膨張・収縮し、その結果、電池パック１２０全体は大きく変位（変形）する。
【００５５】
このような電池パック１２０の変位により、空気振動が生じて、騒音が発生する。さらに、電池パック１２０を固定するロワーケース１２２、拘束プレート１１６，１１８、および拘束パイプ１０６，１１０などに応力が発生し、キシミ音や応力疲労などの発生も危惧される。
【００５６】
そこで、この発明の実施の形態においては、第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２を交互に配置して電池パック１２０を構成する。そして、昇降圧コンバータ１１および１２が、所定の位相差をもつ同一のスイッチングサイクルに従い、回路のスイッチングを行ない、それぞれ第１群の電池モジュール２１および第２群の電池モジュール２２に対して、直流電力を供給する。
【００５７】
図６は、この発明の実施の形態に従う蓄電装置１における電池パック１２０に生じる変位を示す模式図である。なお、一例として、第１群の電池モジュール２１に与えられるスイッチングサイクルと第２群の電池モジュール２２に与えられるスイッチングサイクルとの間の位相差が１８０°（πラジアン）である場合について説明する。
【００５８】
図６（ａ）は、昇降圧コンバータ１１からの印加電圧に重畳される交流電圧が最大の場合である。
【００５９】
図６（ｂ）は、昇降圧コンバータ１１からの印加電圧に重畳される交流電圧が最大の場合である。
【００６０】
図６（ａ）を参照して、昇降圧コンバータ１１に接続される第１群の電池モジュール２１の各々は、印加電圧が最大となるので、収縮による変位も最大となる。一方、昇降圧コンバータ１２に与えられるスイッチングサイクルは、昇降圧コンバータ１１に与えられるスイッチングサイクルと１８０°の位相差をもち、いわゆる「逆位相」である。そのため、この時点において、昇降圧コンバータ１２からの印加電圧に重畳される交流電圧は最小となる。したがって、昇降圧コンバータ１２と接続される第２群の電池モジュール２２の収縮による変位も最小となる。
【００６１】
図６（ｂ）を参照して、昇降圧コンバータ１１に接続される第１群の電池モジュール２１の各々は、印加電圧が最小となるので、収縮による変位も最小となる。一方、この時点において、昇降圧コンバータ１２からの印加電圧に重畳される交流電圧は最大となる。したがって、昇降圧コンバータ１２と接続される第２群の電池モジュール２２の収縮による変位も最大となる。
【００６２】
図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、上述のように、ある時点で見ると、第１群の電池モジュール２１または第２群の電池モジュール２２のいずれか一方において、収縮による変位を生じているが、電池パック１２０全体として見ると、その変位量は時間的に略一定になっている。すなわち、電池パック１２０全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減できることになる。このことは、電池パック１２０全体が膨張伸縮することで生じる騒音などを低減できることを意味する。
【００６３】
このように、この発明の実施の形態においては、昇降圧コンバータ１１および１２に与えるスイッチングサイクルに所定の位相差を設けることで、それぞれの昇降圧コンバータ１１，１２に接続される電池モジュール２１，２２に生じる膨張伸縮サイクルに位相差を与えて、電池パック１２０全体に生じる変位の時間的変化を抑制する。
【００６４】
図７は、制御部１６におけるスイッチング指令の生成を実現するためのブロック図である。
【００６５】
図７を参照して、制御部１６は、キャリア発振部４０と、移相部４２と、比較部４４．１，４４．２とを含む。
【００６６】
キャリア発振部４０は、所定の周波数をもつ第１のキャリア信号を発生する。そして、キャリア発振部４０は、その発生した第１のキャリア信号を比較部４４．１および移相部４２へ与える。なお、キャリア発振部４０は、一例として、デューティー比の制御を容易にするため、周期的に所定のレートで立ち上がるノコギリ波を発生する。
【００６７】
移相部４２は、キャリア発振部４０から受けた第１のキャリア信号を所定の位相だけシフトさせて第２のキャリア信号を発生する。そして、移相部４２は、その発生した第２のキャリア信号を比較部４４．２へ与える。
【００６８】
比較部４４．１は、デューティー比と第１のキャリア信号とを逐次比較し、デューティー比が高い期間だけオンを出力し、それ以外の期間においてはオフを出力する。そして、比較部４４．１は、この出力するオン・オフ信号をスイッチング指令として、昇降圧コンバータ１１へ与える。
【００６９】
同様に、比較部４４．２は、比較部４４．１と共通するデューティー比と第１のキャリア信号とを逐次比較し、デューティー比が高い期間だけオンを出力し、それ以外の期間においてはオフを出力する。そして、比較部４４．２は、この出力するオン・オフ信号をスイッチング指令として、昇降圧コンバータ１２へ与える。
【００７０】
このように、制御部１６は、共通のキャリア発振部４０から、互いに所定の位相差をもつ第１および第２のキャリア信号を生成し、さらに、第１および第２のキャリア信号を共通のデューティー比とそれぞれ比較することで、昇降圧コンバータ１１および１２へ与えるスイッチング指令を生成する。そのため、制御部１６は、所定の位相差をもつ同一のスイッチングサイクルからなるスイッチング指令を、それぞれ昇降圧コンバータ１１および１２に与えることができる。
【００７１】
なお、図７に示すブロック図の機能は、各ブロックに相当する回路を含むように制御部１６を構成してもよいが、多くの場合、制御部１６が予め設定されたプログラムに従って処理ルーチンを実行することで実現される。
【００７２】
図８は、この発明の実施の形態に従う蓄電装置１の各部における時間的な信号波形を示す図である。なお、図８においては、デューティー比を５０％とし、移相部４２がシフトさせる位相は１８０°とする。
【００７３】
図８（ａ）は、第１のキャリア信号を示す。
図８（ｂ）は、第２のキャリア信号を示す。
【００７４】
図８（ｃ）は、昇降圧コンバータ１１へ与えられるスイッチング指令を示す。
図８（ｄ）は、昇降圧コンバータ１２へ与えられるスイッチング指令を示す。
【００７５】
図８（ｅ）は、昇降圧コンバータ１１の出力電圧を示す。
図８（ｆ）は、昇降圧コンバータ１２の出力電圧を示す。
【００７６】
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、キャリア発振部４０が発生する第１のキャリア信号に対して、第２のキャリア信号は１８０°の位相差をもつ。比較部４４．１，４４．２は、それぞれ第１および第２のキャリア信号とデューティー比とを比較し、デューティー比の方が高い期間だけオンを出力する。
【００７７】
図８（ｃ）および図８（ｄ）を参照して、上述したように、第１および第２のキャリア信号は、１８０°の位相差が存在する点を除いて、互いに同一であるので、比較部４４．１，４４．２からそれぞれ出力されるスイッチング指令は、同一のスイッチングサイクルで、かつ、その間に１８０°の位相差をもつ。
【００７８】
図８（ｅ）および図８（ｆ）を参照して、チョッパ回路３０を含む昇降圧コンバータ１１，１２においては、オン期間においては、インダクタＬの自己インダクタンスに応じた時定数をもって出力電圧が指数関数的に増加し、オフ期間においては、インダクタＬの自己インダクタンスに応じた時定数をもって出力電圧が指数関数的に減少する。
【００７９】
このように、昇降圧コンバータ１１および１２がそれぞれ供給する直流電力は、所定の位相差（１８０°）をもつ同一の電圧波形となる。すなわち、昇降圧コンバータ１１および１２が発生する交流電圧成分は、互いに同一で、かつ、所定の位相差をもつことになる。そのため、第１群の電池モジュール２１で生じる膨張収縮による変位と、第２群の電池モジュール２２で生じる膨張収縮による変位とは、互いに相殺され、電池パック１２０全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減できる。
【００８０】
なお、上述の説明においては、膨張収縮に伴う変位の相殺効果が最大となる、スイッチングサイクル間の位相差が１８０°の場合について例示したが、必要な位相差は１８０°に限定されることはない。すなわち、第１群の電池モジュール２１における膨張収縮サイクルと、第２群の電池モジュール２２における膨張収縮サイクルとの間に、所定に位相差が存在すれば、電池パック１２０全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減できる。
【００８１】
また、図８においては、デューティー比が５０％の場合について例示したが、デューティー比が５０％以外の場合であっても同様の効果が生じることは言うまでもない。すなわち、上述したように、第１群の電池モジュール２１における膨張収縮サイクルと、第２群の電池モジュール２２における膨張収縮サイクルとの間に、所定に位相差が存在すればよい。
【００８２】
この発明の実施の形態においては、昇降圧コンバータ１１が「第１の直流変換部」に相当し、昇降圧コンバータ１２が「第２の直流変換部」に相当し、比較部４４．１が「第１のスイッチング指令生成部」に相当し、比較部４４．２が「第２のスイッチング指令生成部」に相当する。
【００８３】
なお、この発明の実施の形態においては、直流電力を所定電圧の直流電力に変換する直流−直流コンバータを用いる場合について説明したが、交流電力を所定電圧の直流電力に変換する交流−直流コンバータを用いた場合においても同様に適用できる。
【００８４】
この発明の実施の形態によれば、互いに異なる昇降圧コンバータとそれぞれ接続される第１群の電池モジュールと第２群の電池モジュールとが、交互に並置されて電池パックが構成される。そして、各昇降圧コンバータは、所定の位相差をもつ同一のスイッチングサイクルに従いスイッチングを行なう。そのため、それぞれ各昇降圧コンバータから第１群および第２群の電池モジュールに印加される充電電圧の交流電圧成分には、所定の位相差が生じ、この位相差に応じて、第１群および第２群の電池モジュールにおける膨張収縮サイクルの間にも所定の位相差が生じる。よって、すべての電池モジュールが同位相で膨張収縮する場合に比較して、電池パック全体としての膨張収縮に伴う変位量を低減でき、電池パックの膨張収縮に伴い発生する騒音を抑制できる。
【００８５】
また、電池パック全体の膨張収縮に伴う変位量を低減することで、二次電池の外装部材に生じるキシミ音や応力疲労なども抑制できる。
【００８６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えら
れるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】この発明の実施の形態に従う蓄電装置を搭載した車両のパワーユニットの概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態に従う昇降圧コンバータの概略構成図である。
【図３】二次電池の展開模式図である。
【図４】電池モジュールの斜視模式図である。
【図５】従来の蓄電装置における電池パックに生じる変位を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態に従う蓄電装置１における電池パックに生じる変位を示す模式図である。
【図７】制御部におけるスイッチング指令の生成を実現するためのブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態に従う蓄電装置の各部における時間的な信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  蓄電装置、２  インバータ・コンバータ（ＩＮＶ／ＣＯＮＶ）、４  モータジェネレータ（ＭＧ）、１０  直流母線、１１，１２  昇降圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣ）、１６  制御部、１８  電圧検出部、２０  二次電池、２１，２２  電池モジュール、３０  チョッパ回路、４０  キャリア発振部、４２  移相部、４４  比較部、１００  パワーユニット、１０２  電池カバー、１０４  排気ホース、１０８  排気端子、１１２，１１４  バスバーモジュール、１１６，１１８  拘束プレート、１２０  電池パック、１２２  ロワーケース、１２４  端子、１２８  角型電槽、１３０  電池セル、１３２  積層電極体、１３４  集電板、１３８  角型電槽、Ｃ  平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｌ  インダクタ、ＬＮ１  正母線、ＬＮ２  負母線、ＬＮ３  配線、Ｑ１，Ｑ２  トランジスタ。
【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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