(57)【要約】  制御部は、セル選択回路を制御して、直列接続されたｎ個のセルの内の放電対象とするセルの両端とインダクタの両端を所定時間、導通させる。次に制御部は、セル選択回路を制御してｎ個のセルとインダクタを電気的に遮断するとともに、クランプスイッチをターンオンさせる。次に制御部は、クランプスイッチをターンオフさせるとともに、セル選択回路を制御してｎ個のセルの内の充電対象とするセルの両端とインダクタの両端を所定時間、導通させる。
2020049909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタと、
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルと前記インダクタ間に設けられ、前記ｎ個のセルのいずれかのセルの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なセル選択回路と、
前記セル選択回路がいずれのセルも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するためのクランプスイッチと、
前記セル選択回路と前記クランプスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルの内の放電対象とするセルの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させ、
前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルと前記インダクタを電気的に遮断するとともに、前記クランプスイッチをターンオンさせ、
前記クランプスイッチをターンオフさせるとともに、前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルの内の充電対象とするセルの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させる、
ことを特徴とするエネルギー移動回路。
【請求項２】
前記セル選択回路は、
前記インダクタの一端に接続される第１配線と、
前記インダクタの他端に接続される第２配線と、
前記直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、前記第１配線間にそれぞれ接続される（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチと、
前記直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、前記第２配線間にそれぞれ接続される（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー移動回路。
【請求項３】
ｎは、５以上の整数であることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー移動回路。
【請求項４】
インダクタと、
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルと前記インダクタ間に設けられ、前記ｎ個のセルのいずれかのセルの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なセル選択回路と、
前記セル選択回路がいずれのセルも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するための、フルブリッジ接続された４個のクランプスイッチと、
前記セル選択回路と前記４個のクランプスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記セル選択回路は、
前記インダクタの一端に接続される第１配線と、
前記インダクタの他端に接続される第２配線と、
前記直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、奇数ノードと前記第１配線との間にそれぞれ接続される複数の第１配線側スイッチと、
前記直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、偶数ノードと前記第２配線との間にそれぞれ接続される少なくとも１個の第２配線側スイッチと、を含み、
前記４個のクランプスイッチの内、第１クランプスイッチ及び第２クランプスイッチが直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチ及び第４クランプスイッチが直列に接続された第２アームが、前記第１配線と前記第２配線間に並列に接続され、
前記インダクタは、前記第１クランプスイッチと前記第２クランプスイッチ間のノードと、前記第３クランプスイッチと前記第４クランプスイッチ間のノードとの間に接続されることを特徴とするエネルギー移動回路。
【請求項５】
前記制御部は、
前記ｎ個のセルの内の放電対象とする放電セルの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオン状態、並びに前記第１クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第２クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第１状態、
前記放電セルの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオフ状態、並びに前記第２クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第１クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第２状態、
前記ｎ個のセルの内の充電対象とする充電セルの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオン状態、並びに前記充電セルに電流が流れるように前記第１クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第２クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第３状態、
の順に制御することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー移動回路。
【請求項６】
前記複数の第１配線側スイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成され、
前記少なくとも１個の第２配線側スイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴とする請求項４または５に記載のエネルギー移動回路。
【請求項７】
前記４個のクランプスイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路。
【請求項８】
前記ｎ個のセルのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧検出部により検出された前記ｎ個のセルの電圧をもとに、前記ｎ個のセル間の均等化処理を実行する請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路。
【請求項９】
前記制御部は、前記電圧検出部により検出された前記ｎ個のセルの電圧をもとに、前記ｎ個のセルの目標電圧／目標容量を決定し、前記目標電圧／目標容量より高いセルを放電対象のセルに決定し、前記目標電圧／目標容量より低いセルを充電対象のセルに決定することを特徴とする請求項８に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１０】
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルと、
請求項１から９のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１１】
インダクタと、
直列接続されたｍ（ｍは２以上の整数）個のモジュールと前記インダクタ間に設けられ、前記ｍ個のモジュールのいずれかのモジュールの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なモジュール選択回路と、
前記モジュール選択回路がいずれのモジュールも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するためのクランプスイッチと、
前記モジュール選択回路と前記クランプスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記モジュール選択回路を制御して前記ｍ個のモジュールの内の放電対象とするモジュールの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させ、
前記モジュール選択回路を制御して前記ｍ個のモジュールと前記インダクタを電気的に遮断するとともに、前記クランプスイッチをターンオンさせ、
前記クランプスイッチをターンオフさせるとともに、前記モジュール選択回路を制御して前記ｍ個のモジュールの内の充電対象とするモジュールの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させる、
ことを特徴とするエネルギー移動回路。
【請求項１２】
インダクタと、
直列接続されたｍ（ｍは２以上の整数）個のモジュールと前記インダクタ間に設けられ、前記ｍ個のモジュールのいずれかのモジュールの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なモジュール選択回路と、
前記モジュール選択回路がいずれのモジュールも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するための、フルブリッジ接続された４個のクランプスイッチと、
前記モジュール選択回路と前記ｍ個のクランプスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記モジュール選択回路は、
前記インダクタの一端に接続される第１配線と、
前記インダクタの他端に接続される第２配線と、
前記直列接続されたｍ個のモジュールの各ノード（ｍ＋１）の内、奇数ノードと前記第１配線との間にそれぞれ接続される複数の第１配線側スイッチと、
前記直列接続されたｍ個のモジュールの各ノード（ｍ＋１）の内、偶数ノードと前記第２配線との間にそれぞれ接続される少なくとも１個の第２配線側スイッチと、を含み、
前記４個のクランプスイッチの内、第１クランプスイッチ及び第２クランプスイッチが直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチ及び第４クランプスイッチが直列に接続された第２アームが、前記第１配線と前記第２配線間に並列に接続され、
前記インダクタは、前記第１クランプスイッチと前記第２クランプスイッチ間のノードと、前記第３クランプスイッチと前記第４クランプスイッチ間のノードとの間に接続されることを特徴とするエネルギー移動回路。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記ｍ個のモジュールの内の放電対象とする放電モジュールの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオン状態、並びに前記第１クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第２クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第１状態、
前記放電モジュールの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオフ状態、並びに前記第２クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第１クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第２状態、
前記ｍ個のモジュールの内の充電対象とする充電モジュールの両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチと前記第２配線側スイッチをオン状態、並びに前記充電モジュールに電流が流れるように前記第１クランプスイッチ及び前記第４クランプスイッチ、又は前記第２クランプスイッチ及び前記第３クランプスイッチをオン状態に制御する第３状態、
の順に制御することを特徴とする請求項１２に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１４】
前記複数の第１配線側スイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成され、
前記少なくとも１個の第２配線側スイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１５】
前記４個のクランプスイッチは、それぞれ、ボディダイオードを有する２個のスイッチング素子が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴と請求項１２から１４のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１６】
前記ｍ個のモジュールのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧検出部により検出された前記ｍ個のモジュールの電圧をもとに、前記ｍ個のモジュール間の均等化処理を実行する請求項１１から１５のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１７】
前記制御部は、前記電圧検出部により検出された前記ｍ個のモジュールの電圧をもとに、前記ｍ個のモジュールの目標電圧／目標容量を決定し、前記目標電圧／目標容量より高いモジュールを放電対象のモジュールに決定し、前記目標電圧／目標容量より低いモジュールを充電対象のモジュールに決定することを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１８】
前記ｍ個のモジュールは、それぞれ、
直列接続された複数のセルと、
前記複数のセルのそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記セル電圧検出部により検出されるセル電圧に基づいて同一モジュール内の複数のセル電圧を均等化するセル用均等化回路と、を含み、
前記セル用均等化回路は、前記制御部と通信により互いに連携して動作し、前記ｍ個のモジュール間の均等化処理が実行された後、前記複数のセル間の均等化処理を実行することを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー移動回路。
【請求項１９】
直列接続されたｍ（ｍは２以上の整数）個のモジュールと、
請求項１１から１８のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路と、  を備えることを特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列接続された複数のセルやモジュール間のエネルギーを移動するエネルギー移動回路、及び蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が様々な用途で使用されている。例えば、ＥＶ(ElectricVehicle)、ＨＥＶ (Hybrid ElectricVehicle)、ＰＨＶ(Plug-in Hybrid Vehicle)の走行用モータに電力を供給することを目的とする車載（電動自転車を含む）用途、ピークシフト、バックアップを目的とした蓄電用途、系統の周波数安定化を目的としたＦＲ（Frequency Regulation）用途などに使用されている。【０００３】
一般的に、リチウムイオン電池などの二次電池では電力効率の維持および安全性担保の観点から、直列接続された複数のセル間において容量を均等化する均等化処理が実行される。均等化処理にはパッシブ方式とアクティブ方式がある。パッシブ方式は、直列接続された複数のセルにそれぞれ放電抵抗を接続し、最も電圧が低いセルの電圧に、他のセルの電圧を合わせるように他のセルを放電して、複数のセル間の容量を揃える方式である。アクティブ方式は、直列接続された複数のセル間でエネルギー移動を行うことにより、複数のセル間の容量を揃える方式である。アクティブ方式のほうが電力損失が少なく、発熱量を抑えることができるが、現在、回路構成がシンプルで低コストなパッシブ方式が主流となっている。【０００４】
近年、特に車載用途において、電池パックのエネルギー容量と出力が増加してきている。即ち、電池パック内の各セルの容量と、セルの直列数が増加してきている。それに伴い、複数のセル間において不均衡となっているエネルギー量が増大してきている。従って、均等化処理により、複数のセル間の不均衡を解消するために必要な時間も増大してきている。【０００５】
これに対して、特に車載用途において、均等化処理に必要な時間の短縮が求められている。大きなエネルギー不均衡を短時間で解消するには、大電流を流して均等化する必要がある。パッシブ方式では、電圧が高いセルの容量を抵抗で消費させることによりエネルギー不均衡を解消させるため、抵抗に流す電流が大きくなると発熱量も大きくなる。上述のように、セルの直列数が増加してくると、基板上に、抵抗発熱に対する放熱面積を確保することが難しくなってくる。【０００６】
そこで、エネルギーを熱に変換して消費させるのではなく、エネルギーを容量が少ないセルに移動させるアクティブ方式の必要性が高まっている。アクティブ方式の均等化回路の構成として、２つのセルの中点と、２つのセルに並列接続された２つのスイッチの中点との間にインダクタを接続する構成がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３２２５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記回路構成は、隣接する２つのセル間でエネルギー移動を行うための回路であるが、３つ以上のセルを直列接続させ、任意の２つのセル間でエネルギー移動可能な構成とする場合、回路構成が複雑化する。複数のセルの１つを任意に選択できるセル選択回路を設けるか、上記回路構成を直列に複数並べてバケツリレー的にエネルギーを移動させる必要がある。前者の場合、セル選択回路を構成するための配線やスイッチの数が増加する。後者の場合、セルの直列数に応じてインダクタの数が増加する。【０００９】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、インダクタを用いたエネルギー移動回路を少ない素子数で実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のエネルギー移動回路は、インダクタと、直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルと前記インダクタ間に設けられ、前記ｎ個のセルのいずれかのセルの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なセル選択回路と、前記セル選択回路がいずれのセルも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するためのクランプスイッチと、前記セル選択回路と前記クランプスイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルの内の放電対象とするセルの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させ、前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルと前記インダクタを電気的に遮断するとともに、前記クランプスイッチをターンオンさせ、前記クランプスイッチをターンオフさせるとともに、前記セル選択回路を制御して前記ｎ個のセルの内の充電対象とするセルの両端と前記インダクタの両端を所定時間、導通させる。【００１１】
本発明のある態様のエネルギー移動回路は、インダクタと、直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルと前記インダクタ間に設けられ、前記ｎ個のセルのいずれかのセルの両端と、前記インダクタの両端を導通させることが可能なセル選択回路と、前記セル選択回路がいずれのセルも選択していない状態で、前記インダクタを含む閉ループを形成するための、フルブリッジ接続された４個のクランプスイッチと、前記セル選択回路と前記４個のクランプスイッチを制御する制御部と、を備える。前記セル選択回路は、前記インダクタの一端に接続される第１配線と、前記インダクタの他端に接続される第２配線と、前記直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、奇数ノードと前記第１配線との間にそれぞれ接続される複数の第１配線側スイッチと、前記直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、偶数ノードと前記第２配線との間にそれぞれ接続される少なくとも１個の第２配線側スイッチと、を含む。前記４個のクランプスイッチの内、第１クランプスイッチ及び第２クランプスイッチが直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチ及び第４クランプスイッチが直列に接続された第２アームが、前記第１配線と前記第２配線間に並列に接続され、前記インダクタは、前記第１クランプスイッチと前記第２クランプスイッチ間のノードと、前記第３クランプスイッチと前記第４クランプスイッチ間のノードとの間に接続される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インダクタを用いて複数のセル間、あるいは複数のモジュール間のエネルギー移動を行うエネルギー移動回路を少ない素子数で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る蓄電システムの構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）−（ｈ）は、本発明の実施例に係る蓄電システムの均等化処理の動作シーケンス例を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）−（ｃ）は、本発明の実施例に係る蓄電システムの均等化処理の具体例を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）−（ｃ）は、比較例に係る均等化回路を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）に示した均等化回路を、直列接続された３つ以上のセルが使用される場合に拡張した回路構成例を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、図５（ｂ）に示した均等化回路において、第１セルから第３セルにエネルギー移動する場合の動作シーケンスを説明するための図である。
【図７】本発明の実施例に係る均等化回路と、比較例に係る均等化回路において使用されるスイッチの数をグラフで示した図である。
【図８】本発明の変形例に係る蓄電システムの構成を示す図である。
【図９】本発明の別の実施例に係る蓄電システムの構成を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）−（ｈ）は、本発明の実施例に係る蓄電システムの均等化処理の基本動作シーケンス例を説明するための回路図である。
【図１１】図１１（ａ）−（ｂ）は、第１スイッチを２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成する場合の回路構成例を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）−（ｂ）は、比較例に係る蓄電システムの構成と、図９に示した実施例に係る蓄電システムの構成を比較した図である。
【図１３】図１３（ａ）−（ｃ）は、比較例に係る蓄電システムの第１セルから第３セルへのエネルギー移動のシーケンスを説明するための回路図である。
【図１４】図１４（ａ）−（ｄ）は、図９に示した実施例に係る蓄電システムの第１セルから第２セル／第３セルへのエネルギー移動のシーケンスを説明するための回路図である。
【図１５】図９に示した実施例に係る均等化回路と、比較例に係る均等化回路において使用されるスイッチング素子の数をグラフで示した図である。
【図１６】図１２（ｂ）に示した蓄電システムの変形例の構成を示す図である。
【図１７】本発明の別の変形例に係る蓄電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る蓄電システム１の構成を示す図である。蓄電システム１は、均等化回路１０及び蓄電部２０を備える。蓄電部２０は、直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセルを含む。図１では、４つのセルＣ１−Ｃ４が直列接続された例を描いている。なお、直列接続されるセル数は、蓄電システム１に要求される電圧仕様に応じて変わる。
【００１５】
各セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等の充放電可能な蓄電素子を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６−３．７Ｖ）を使用する例を想定する。
【００１６】
均等化回路１０は、電圧検出部１４、セル選択回路１１、エネルギー保持回路１２及び制御部１３を含む。電圧検出部１４は、直列接続されたｎ（図１では４）個のセルの各電圧を検出する。具体的には電圧検出部１４は、直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、（ｎ＋１）本の電圧線で接続され、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ検出することにより、各セルの電圧を検出する。電圧検出部１４は例えば、汎用のアナログフロントエンドＩＣまたはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成することができる。電圧検出部１４は、検出した各セルの電圧をデジタル値に変換し、制御部１３に出力する。
【００１７】
セル選択回路１１は、直列接続されたｎ個のセルと、エネルギー保持回路１２に含まれるインダクタＬ１との間に設けられ、ｎ個のセルの内から選択されたセルの両端と、インダクタＬ１の両端を導通させることができる回路である。セル選択回路１１は、インダクタＬ１の第１端に接続される第１配線Ｗ１、インダクタＬ１の第２端に接続される第２配線Ｗ２、（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチ、及び（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチを有する。（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、第１配線Ｗ１との間にそれぞれ接続される。（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、第２配線Ｗ２との間にそれぞれ接続される。
【００１８】
図１に示す例ではｎ＝４、ノード数＝５であり、セル選択回路１１は、５個の第１配線側スイッチ、及び５個の第２配線側スイッチを有する。図１では、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が第１配線側スイッチであり、第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第８スイッチＳ８及び第１０スイッチＳ１０が第２配線側スイッチである。
【００１９】
エネルギー保持回路１２は、インダクタＬ１及びクランプスイッチＳｃを含む。クランプスイッチＳｃは、インダクタＬ１の両端をエネルギー保持回路１２内で導通させるためのスイッチである。エネルギー保持回路１２は、セル選択回路１１がいずれのセルも選択していない状態で、インダクタＬ１を含む閉ループを形成することができる。即ち、クランプスイッチＳｃがオン状態に制御されると、インダクタＬ１とクランプスイッチＳｃを含む閉ループが形成される。
【００２０】
第１スイッチＳ１−第１０スイッチＳ１０及びクランプスイッチＳｃには、半導体スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransistor））を使用することができる。以下、第１スイッチＳ１−第１０スイッチＳ１０及びクランプスイッチＳｃに、ＭＯＳＦＥＴを使用する例を想定する。
【００２１】
制御部１３は、電圧検出部１４により検出されたｎ個のセルの電圧をもとに、直列接続されたｎ個のセル間の均等化処理を実行する。また、制御部１３は、電圧検出部１４により検出された電圧値からセルの電圧異常を判断し、均等化処理の実行中においてセルの電圧異常を判断した場合、均等化処理の実行を停止し、セルを過電圧、あるいは所定値以下の低電圧から保護する。制御部１３は例えば、マイクロコンピュータで構成することができる。なお制御部１３と電圧検出部１４は、ワンチップに統合されて構成されてもよい。
【００２２】
本実施例では制御部１３は、アクティブセルバランス方式により直列接続されたｎ個のセル間の均等化処理を実行する。本実施例に係るアクティブセルバランス方式では、直列接続されたｎ個のセル間において、あるセル（放電対象のセル）から、別のセル（充電対象のセル）にエネルギー移動を行うことにより、あるセルと別のセルの容量を均等化する。すなわち、均等化回路１０は、任意の２つのセル間でエネルギー移動を行うエネルギー移動回路として機能し、このエネルギー移動を繰り返すことにより、直列接続されたｎ個のセル間の容量を均等化する。
【００２３】
まず制御部１３は、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルの内の放電対象とするセルの両端とインダクタＬ１の両端を所定時間、導通させる。この状態では、放電対象のセルからインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。
【００２４】
次に制御部１３は、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルとインダクタＬ１を電気的に遮断するとともに、クランプスイッチＳｃをターンオンさせる。この状態では、上記閉ループに循環電流が流れ、エネルギー保持回路１２内で、インダクタ電流がアクティブクランプされる。
【００２５】
次に制御部１３は、クランプスイッチＳｃをターンオフさせるとともに、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルの内の充電対象とするセルの両端とインダクタＬ１の両端を所定時間、導通させる。この状態では、エネルギー保持回路１２内にアクティブクランプされているインダクタ電流が、充電対象のセルに流れる。以上により、あるセルから別のセルへのエネルギー移動が完了する。
【００２６】
図２（ａ）−（ｈ）は、本発明の実施例に係る蓄電システム１の均等化処理の動作シーケンス例を説明するための図である。本動作シーケンス例では説明を簡略化するために、セルの直列数を２としている。図２（ａ）に示す第１状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４をオン状態に制御し、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態では、第１セルＣ１からインダクタＬ１に電流が流れ、第１セルＣ１から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。
【００２７】
図２（ｂ）に示す第２状態では、制御部１３は、クランプスイッチＳｃをオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び第６スイッチＳ６をオフ状態に制御する。この状態では、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、インダクタ電流として閉ループ内を流れ、アクティブクランプされる。
【００２８】
図２（ｃ）に示す第３状態では、制御部１３は、第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第６スイッチＳ６及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態では、閉ループ内にアクティブクランプされているインダクタ電流が第２セルＣ２に流れ、第２セルＣ２が充電される。
【００２９】
図２（ｄ）に示す第４状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態は、第１セルＣ１から第２セルＣ２へのエネルギー移動が完了した状態である。
【００３０】
図２（ｅ）に示す第５状態では、制御部１３は、第３スイッチＳ３及び第６スイッチＳ６をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態では、第２セルＣ２からインダクタＬ１に電流が流れ、第１セルＣ１から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。
【００３１】
図２（ｆ）に示す第６状態では、制御部１３は、クランプスイッチＳｃをオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び第６スイッチＳ６をオフ状態に制御する。この状態では、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、インダクタ電流として閉ループ内を流れ、アクティブクランプされる。
【００３２】
図２（ｇ）に示す第７状態では、制御部１３は、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態では、閉ループ内にアクティブクランプされているインダクタ電流が第１セルＣ１に流れ、第１セルＣ１が充電される。
【００３３】
図２（ｈ）に示す第８状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及びクランプスイッチＳｃをオフ状態に制御する。この状態は、第２セルＣ２から第１セルＣ１へのエネルギー移動が完了した状態である。
【００３４】
第２状態または第６状態において、閉ループ内にインダクタ電流がアクティブクランプされることにより、インダクタ電流の連続性が確保されるため、セル選択回路１１の安全かつ確実なスイッチ切替が可能となる。
【００３５】
図３（ａ）−（ｃ）は、本発明の実施例に係る蓄電システム１の均等化処理の具体例を説明するための図である。本具体例では、４つのセルＣ１−Ｃ４が直列接続されている例を想定する。図３（ａ）は、均等化処理の開始前の第１セルＣ１−第４セルＣ４の電圧の状態を模式的に示す図である。制御部１３は、電圧検出部１４により検出された第１セルＣ１−第４セルＣ４の電圧の平均値を算出し、算出した平均値を均等化目標電圧（以下、単に目標電圧という）に設定する。
【００３６】
制御部１３は、目標電圧より高いセルから、目標電圧より低いセルへエネルギーを移動させる。例えば、目標電圧より高いセルの内、最も電圧が高いセル（図３（ａ）では第１セルＣ１）から、目標電圧より低いセルの内、最も電圧が低いセル（図３（ａ）では第４セルＣ４）にエネルギーを移動させる。
【００３７】
制御部１３は、移動元のセル（放電対象のセル）の電圧が目標電圧以上となる範囲で、かつ移動先のセル（充電対象のセル）の電圧が目標電圧以下となる範囲で、エネルギー移動量を決定する。制御部１３は、決定したエネルギー移動量と、設計にもとづく放電電流及び充電電流に基づき、移動元のセルの放電時間と移動先のセルの充電時間を決定する。エネルギー保持回路１２にアクティブクランプされている間に消費されるエネルギー量は無視できる程度であるため、移動元のセルの放電時間と移動先のセルの充電時間はほぼ同じになる。
【００３８】
図３（ｂ）は、移動元のセルである第１セルＣ１から、移動先のセルである第４セルＣ４へのエネルギー移動が完了した状態を示している。制御部１３は上述した処理を再び、実行する。具体的には、目標電圧より高いセルの内、最も電圧が高いセル（図３（ｂ）では第３セルＣ３）から、目標電圧より低いセルの内、最も電圧が低いセル（図３（ｂ）では第２セルＣ２）にエネルギーを移動させる。
【００３９】
図３（ｃ）は、移動元のセルである第３セルＣ３から、移動先のセルである第２セルＣ２へのエネルギー移動が完了した状態を示している。以上により、直列接続された第１セルＣ１−第４セルＣ４の均等化処理が完了する。
【００４０】
図３（ａ）−（ｃ）に示した具体例では、はじめに、直列接続された複数のセルの電圧の平均値を算出し、目標値を設定した。この点、目標値を設定しないアルゴリズムも可能である。制御部１３は各時点において、直列接続された複数のセルの電圧の内、最も電圧が高いセルから最も電圧が低いセルへエネルギーを移動させることにより、当該２つのセルの電圧を均等化する。制御部１３は、この処理を、直列接続された複数のセルの電圧が全て均等化されるまで繰り返し実行する。
【００４１】
また上記具体例では、均等化目標値として電圧を使用する例を説明したが、電圧の代わりに、実容量、放電可能容量または充電可能容量を使用してもよい。
【００４２】
図４（ａ）−（ｃ）は、比較例に係る均等化回路を説明するための図である。図４（ａ）に示すように比較例に係る均等化回路は、直列接続された２つのセルＣ１、Ｃ２、インダクタＬ１、及び２つのスイッチＳ５１、Ｓ５２を備える。インダクタＬ１の第１端は２つのセルＣ１、Ｃ２の中点に接続され、インダクタＬ１の第２端は２つのスイッチＳ５１、Ｓ５２の中点（２つのスイッチＳ５１、Ｓ５２の第１端同士が接続されたノード）に接続される。
【００４３】
以下、第１セルＣ１から第２セルＣ２にエネルギー移動する場合の動作シーケンスを説明する。まず図４（ｂ）に示すようにスイッチＳ５１をオン状態に制御し、スイッチＳ５２をオフ状態に制御する。これにより、第１セルＣ１からインダクタＬ１に電流が流れ、第１セルＣ１から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。次に図４（ｃ）に示すようにスイッチＳ５１をオフ状態に制御し、スイッチＳ５２をオン状態に制御する。これにより、インダクタＬ１から第２セルＣ２に電流が流れ、第２セルＣ２が充電される。このように、直列接続された２つのセルＣ１、Ｃ２間のエネルギー移動を、インダクタＬ１と２つのスイッチＳ５１、Ｓ５２で実現することができる。
【００４４】
図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）に示した均等化回路を、直列接続された３つ以上のセルが使用される場合に拡張した回路構成例を説明するための図である。図５（ａ）、（ｂ）では、４つのセルＣ１−Ｃ４が使用される場合の回路構成例を示している。直列接続された３つ以上のセルが使用される場合、複数のセルの各ノードを、スイッチＳ５１の第２端、インダクタＬ１の第１端、及びスイッチＳ５２の第２端にそれぞれ接続するための３本の配線Ｗ１−Ｗ３が必要である。３本の配線Ｗ１−Ｗ３の内、スイッチＳ５１の第２端に接続される第１配線Ｗ１の電位が最も高く、インダクタＬ１の第１端に接続される第２配線Ｗ２の電位が次に高く、スイッチＳ５２の第２端に接続される第３配線Ｗ３の電位が最も低い。
【００４５】
図５（ａ）に示すように複数のセルの各ノードと、３本の配線Ｗ１−Ｗ３間に３つのスイッチが接続される。あるセルから放電する場合、当該セルの上側のノードと第１配線Ｗ１との間に接続されたスイッチと、当該セルの下側のノードと第２配線Ｗ２との間に接続されたスイッチをオンする。これにより、当該セルからインダクタＬ１への放電経路が形成される。
【００４６】
あるセルに充電する場合、当該セルの上側のノードと第２配線Ｗ２との間に接続されたスイッチと、当該セルの下側のノードと第３配線Ｗ３との間に接続されたスイッチをオンする。これにより、インダクタＬ１から当該セルへの充電経路が形成される。
【００４７】
図５（ａ）に示す回路構成において、第１セルＣ１の上側のノードには、別のセルが接続されていないため、当該別のセルの充放電に使用するための経路が不要となる。従って、当該ノードと第２配線Ｗ２との間に接続されたスイッチＳ５４、及び当該ノードと第３配線Ｗ３との間に接続されたスイッチＳ５３は省略可能である。
【００４８】
また第４セルＣ４の下側のノードには、別のセルが接続されていないため、当該別のセルの充放電に使用するための経路が不要となる。従って、当該ノードと第１配線Ｗ１との間に接続されたスイッチＳ６７、及び当該ノードと第２配線Ｗ２との間に接続されたスイッチＳ６６は省略可能である。
【００４９】
さらに第１セルＣ１に充電する場合の、放電経路と充電経路を逆向きにすることにより、スイッチＳ５６を省略可能であり、第４セルＣ４から放電する場合の、放電経路と充電経路を逆向きにすることにより、スイッチＳ６４を省略可能である。以上から合計６つのスイッチを省略可能である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の回路構成から６つのスイッチＳ５３、Ｓ５４、Ｓ５６、Ｓ６４、Ｓ６６、Ｓ６７を取り除いた回路構成を示している。
【００５０】
図６（ａ）、（ｂ）は、図５（ｂ）に示した均等化回路において、第１セルＣ１から第３セルＣ３にエネルギー移動する場合の動作シーケンスを説明するための図である。図６（ａ）に示す第１状態では、スイッチＳ５５、Ｓ５７、Ｓ５１がオン状態に制御され、その他のスイッチＳ５８、Ｓ５９、Ｓ６０、Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３、Ｓ６５、Ｓ５２がオフ状態に制御される。この状態では、第１セルＣ１からインダクタＬ１に電流が流れ、第１セルＣ１から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。
【００５１】
図６（ｂ）に示す第２状態では、スイッチＳ６０、Ｓ６２、Ｓ５２がオン状態に制御され、その他のスイッチＳ５５、Ｓ５７、Ｓ５８、Ｓ５９、Ｓ６１、Ｓ６３、Ｓ６５、Ｓ５１がオフ状態に制御される。この状態では、この状態では、インダクタＬ１から第３セルＣ３に電流が流れ、第３セルＣ３が充電される。
【００５２】
以下、上述した本発明の実施例に係る均等化回路と、比較例に係る均等化回路を比較する。本発明の実施例では、図２（ａ）−（ｈ）に示したように、移動元のセルから放電される放電期間と、移動先のセルに充電される充電期間との間に、インダクタ電流をアクティブクランプするアクティブクランプ期間が設けられる。このアクティブクランプ期間には、セル選択回路１１に含まれる全てのスイッチがオフ状態に制御され、インダクタＬ１と、直列接続された複数のセルＣ１−Ｃ４が分離される。
【００５３】
一方、比較例で図６（ａ）、（ｂ）に示したように放電期間と充電期間との間にアクティブクランプ期間が設けられない。従って放電期間から充電期間に切り替わる際、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギー（ＬＩ２／２（ＬはＬ１のインダクタンス、ＩはＬ１の電流））が行き場を失い、逆起電圧を発生させ、スイッチの耐圧破壊を引き起こす可能性がある。スイッチに耐圧破壊が発生すると、セルが短絡し、セルがダメージを受けることになる。
【００５４】
これに対して本実施例では、セル選択回路１１に含まれる全てのスイッチがオフ状態に制御されるアクティブクランプ期間を設けることにより、放電期間から充電期間に切り替わる際に、スイッチが耐圧破壊を起こすことを防止することができ、セルの短絡を防止することができる。
【００５５】
なお比較例においても、図４（ａ）−（ｃ）に示したように２つのセルＣ１、Ｃ２が直列接続された構成では、スイッチとして使用するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間に形成される逆導通ダイオード（寄生ダイオード）を利用することにより、スイッチの耐圧破壊を防止することができる。例えば、図４（ｂ）の状態からスイッチＳ５１がターンオフされると、スイッチＳ５２の逆導通ダイオードが導通し、逆導通ダイオードに電流が少し流れた状態でスイッチＳ５２がターンオンされる。これにより、スイッチＳ５１、Ｓ５２の耐圧破壊を防止することができる。
【００５６】
なお比較例において、３つ以上のセルが直列接続された構成では、充電対象のセルの充電経路に含まれるスイッチの逆導通ダイオードのみを導通させることが困難であるため、逆導通ダイオードを利用して耐圧破壊を防止する手法を採用することは難しい。
【００５７】
図７は、本発明の実施例に係る均等化回路と、比較例に係る均等化回路において使用されるスイッチの数をグラフで示した図である。横軸はセルの直列数を示し、縦軸はスイッチの数を示している。比較例では、セルの直列数が２の場合、図４（ａ）−（ｃ）に示したようにスイッチの数は２である。セルの直列数が３以上の場合、図５（ｂ）に示すようにスイッチの数は、３（ｎ＋１）−６＋２で定義される。−６は、回路の特殊性から削減できるスイッチＳ５３、Ｓ５４、Ｓ５６、Ｓ６４、Ｓ６６、Ｓ６７の数であり、＋２は、インダクタＬ１の第２端に接続されるスイッチＳ５１、Ｓ５２の数である。実施例では、図１に示すようにスイッチの数は、２（ｎ＋１）＋１で定義される。＋１は、クランプスイッチＳｃの数である。
【００５８】
比較例と実施例を比較すると、セルの直列数が３以下では比較例の方がスイッチの数が少なく、直列数が４で両者のスイッチの数が等しくなり、直列数が５以上で実施例の方がスイッチの数が少なくなる。例えば、セルの直列数が１６の場合、比較例ではスイッチが４５個必要となるが、実施例では３４個で足りる。このように実施例では直列数が増加するほど、スイッチの削減効果が大きくなる。
【００５９】
以上説明したように本実施例によれば、インダクタを用いたアクティブ方式の均等化回路を少ない素子数で実現することができる。近年、特に車載用途において、セルの直列数が増加する傾向にある。従って、本実施例に係る均等化回路を採用することによるスイッチの削減効果が大きくなる傾向にある。また本実施例と比較例との間において、インダクタＬ１の定数を変える必要がないため、本実施例を採用することにより、インダクタＬ１のサイズやスイッチのサイズを大型化する必要もない。
【００６０】
また本実施例では、あるセルから放電する放電期間と、別のセルに充電する充電期間の間に、インダクタ電流をアクティブクランプするアクティブクランプ期間を設けている。このアクティブクランプ期間に、放電経路のスイッチと充電経路のスイッチを同時オフさせることにより、セル選択回路１１内のスイッチの切り替えを安全かつ円滑に行うことができる。
【００６１】
この点、比較例を直列数増加に対応して選択スイッチを設けた場合では放電経路のスイッチと充電経路のスイッチを同時オフさせると、大きな逆起電圧が発生し、スイッチの耐圧破壊に至る可能性がある。放電経路のスイッチと充電経路のスイッチを同時オフさせないように制御するには、厳密なタイミングでスイッチ制御を行う必要があり、スイッチ制御回路のコストが上昇する。
【００６２】
また本実施例では、アクティブクランプ期間の前後において、インダクタ電流の連続性が確保されるため、アクティブクランプ期間を設けても、効率を殆ど低下させずにエネルギー移動を行うことができる。
【００６３】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に容易に理解されるところである。
【００６４】
図８は、本発明の変形例に係る蓄電システム１の構成を示す図である。図８に示した蓄電システム１において、図１に示した蓄電システム１と共通、あるいは相当する構成要素には同一の図番を付している。変形例では、エネルギー保持回路１２内のクランプスイッチをフルブリッジ構成としている。変形例に係るエネルギー保持回路１２では、第１配線Ｗ１と第２配線Ｗ２間に、第１クランプスイッチＳｃ１と第２クランプスイッチＳｃ２が直列接続される。さらに第１配線Ｗ１と第２配線Ｗ２間に、第１クランプスイッチＳｃ１と第２クランプスイッチＳｃ２と並列に、第３クランプスイッチＳｃ３と第４クランプスイッチＳｃ４が直列接続される。インダクタＬ１の第１端は、第１クランプスイッチＳｃ１と第２クランプスイッチＳｃ２の中点に接続され、インダクタＬ１の第２端は、第３クランプスイッチＳｃ３と第４クランプスイッチＳｃ４の中点に接続される。
【００６５】
変形例に係る構成では、放電電流または充電電流の向きを任意に選択することができる。なお、図１に示した構成でも、第１スイッチＳ１−第１０スイッチＳ１０を双方向スイッチで構成すれば、放電電流または充電電流の向きを任意に選択することができる。
【００６６】
上述した実施例では、直列接続された複数のセル間をアクティブ方式により均等化する例を説明した。この点、実施例に係る均等化回路を用いて、直列接続された複数のモジュール間を均等化することもできる。本明細書内の「セル」を「モジュール」に適宜、読み替えればよい。また、直列接続された複数のモジュール間の均等化処理と、各モジュール内の直列接続された複数のセル間の均等化処理を、多重的に実行する構成であってもよい。
【００６７】
図９は、本発明の別の実施例に係る蓄電システム１の構成を示す図である。図９に示した蓄電システム１において、図１、図８に示した蓄電システム１と共通、あるいは相当する構成要素には同一の図番を付している。
【００６８】
セル選択回路１１は、インダクタＬ１の第１端に接続される第１配線Ｗ１、インダクタＬ１の第２端に接続される第２配線Ｗ２、複数の第１配線側スイッチ、及び少なくとも１個の第２配線側スイッチを有する。
【００６９】
複数の第１配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、奇数ノードと第１配線Ｗ１との間にそれぞれ接続される。少なくとも１個の第２配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、偶数ノードと第２配線Ｗ２との間にそれぞれ接続される。
【００７０】
図９に示す例ではｎ＝４、ノード数＝５であり、セル選択回路１１は、３個の第１配線側スイッチ、及び２個の第２配線側スイッチを有する。図９では、第１スイッチＳ１、第５スイッチＳ５及び第９スイッチＳ９が第１配線側スイッチであり、第４スイッチＳ４及び第８スイッチＳ８が第２配線側スイッチである。
【００７１】
エネルギー保持回路１２は、インダクタＬ１、第１クランプスイッチＳｃ１、第２クランプスイッチＳｃ２、第３クランプスイッチＳｃ３及び第４クランプスイッチＳｃ４を含む。第１クランプスイッチＳｃ１、第２クランプスイッチＳｃ２、第３クランプスイッチＳｃ３及び第４クランプスイッチＳｃ４はフルブリッジ回路を構成している。具体的には、第１クランプスイッチＳｃ１及び第２クランプスイッチＳｃ２が直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチＳｃ３及び第４クランプスイッチＳｃ４が直列に接続された第２アームが、第１配線Ｗ１と第２配線Ｗ２間に並列に接続される。インダクタＬ１は、第１クランプスイッチＳｃ１と第２クランプスイッチＳｃ２間のノードと、第３クランプスイッチＳｃ３と第４クランプスイッチＳｃ４間のノードとの間に接続される。
【００７２】
第１クランプスイッチＳｃ１−第４クランプスイッチＳｃ４は、インダクタＬ１の両端をエネルギー保持回路１２内で導通させることができる。具体的には、セル選択回路１１がいずれのセルも選択していない状態で、第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態、または第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態に制御することにより、エネルギー保持回路１２内において、インダクタＬ１を含む閉ループを形成することができる。
【００７３】
また、第１クランプスイッチＳｃ１−第４クランプスイッチＳｃ４は、インダクタＬ１に流れる電流の向きを切り替えることができる。具体的には、セル選択回路１１がいずれかのセルを選択している状態で、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御するか、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態に制御するかにより、インダクタＬ１に流れる電流の向きを切り替えることができる。
【００７４】
制御部１３は、電圧検出部１４により検出されたｎ個のセルの電圧をもとに、直列接続されたｎ個のセル間の均等化処理を実行する。また、制御部１３は、電圧検出部１４により検出された電圧値からセルの電圧異常を判断し、均等化処理の実行中においてセルの電圧異常を判断した場合、均等化処理の実行を停止し、セルを過電圧、あるいは所定値以下の低電圧から保護する。制御部１３は例えば、マイクロコンピュータで構成することができる。なお制御部１３と電圧検出部１４は、ワンチップに統合されて構成されてもよい。
【００７５】
本実施例では制御部１３は、アクティブセルバランス方式により直列接続されたｎ個のセル間の均等化処理を実行する。本実施例に係るアクティブセルバランス方式では、直列接続されたｎ個のセル間において、あるセル（放電対象のセル）から、別のセル（充電対象のセル）にエネルギー移動を行うことにより、あるセルと別のセルの容量を均等化する。このエネルギー移動を繰り返すことにより、直列接続されたｎ個のセル間の容量を均等化する。
【００７６】
まず制御部１３は、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する、又は第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態に制御するとともに、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルの内の放電対象とするセルの両端とインダクタＬ１の両端を所定時間、導通させる。この状態では、放電対象のセルからインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。
【００７７】
次に制御部１３は、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルとインダクタＬ１を電気的に遮断するとともに、第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態、または第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態に制御する。この状態では、上記閉ループに循環電流が流れ、エネルギー保持回路１２内で、インダクタ電流がアクティブクランプされる。
【００７８】
次に制御部１３は、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する、又は第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態かつ第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態に制御するとともに、セル選択回路１１を制御してｎ個のセルの内の充電対象とするセルの両端とインダクタＬ１の両端を所定時間、導通させる。この状態では、エネルギー保持回路１２内にアクティブクランプされているインダクタ電流が、充電対象のセルに流れる。以上により、あるセルから別のセルへのエネルギー移動が完了する。
【００７９】
図１０（ａ）−（ｈ）は、図９に示した実施例に係る蓄電システム１の均等化処理の基本動作シーケンス例を説明するための回路図である。本基本動作シーケンス例では説明を簡略化するために、セルの直列数を２としている。図１０（ａ）に示す第１状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１、第１クランプスイッチＳｃ１、第４クランプスイッチＳｃ４及び第４スイッチＳ４をオン状態に制御し、第５スイッチＳ５、第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する。この状態では、第１セルＣ１からインダクタＬ１に電流が流れ、第１セルＣ１から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。
【００８０】
図１０（ｂ）に示す第２状態では、制御部１３は、第２クランプスイッチＳｃ２及び第４クランプスイッチＳｃ４をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する。この状態では、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、インダクタ電流として閉ループ内を流れ、アクティブクランプされる。
【００８１】
図１０（ｃ）に示す第３状態では、制御部１３は、第４クランプスイッチＳｃ４、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び第１クランプスイッチＳｃ１をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する。この状態では、閉ループ内にアクティブクランプされているインダクタ電流が第２セルＣ２に流れ、第２セルＣ２が充電される。
【００８２】
図１０（ｄ）に示す第４状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、及び第１クランプスイッチＳｃ１−第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態に制御する。この状態は、第１セルＣ１から第２セルＣ２へのエネルギー移動が完了した状態である。
【００８３】
図１０（ｅ）に示す第５状態では、制御部１３は、第４スイッチＳ４、第２クランプスイッチＳｃ２、第３クランプスイッチＳｃ３及び第５スイッチＳ５をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態に制御する。この状態では、第２セルＣ２からインダクタＬ１に電流が流れ、第２セルＣ２から放電されたエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。
【００８４】
図１０（ｆ）に示す第６状態では、制御部１３は、第１クランプスイッチＳｃ１及び第３クランプスイッチＳｃ３をオン状態に制御し、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第２クランプスイッチＳｃ２及び第３クランプスイッチＳｃ３をオフ状態に制御する。この状態では、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、インダクタ電流として閉ループ内を流れ、アクティブクランプされる。
【００８５】
図１０（ｇ）に示す第７状態では、制御部１３は、第３クランプスイッチＳｃ３第１スイッチＳ１第４スイッチＳ４及び第２クランプスイッチＳｃ２をオン状態に制御し、第５スイッチＳ５、第１クランプスイッチＳｃ１及び第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態に制御する。この状態では、閉ループ内にアクティブクランプされているインダクタ電流が第１セルＣ１に流れ、第１セルＣ１が充電される。
【００８６】
図１０（ｈ）に示す第８状態では、制御部１３は、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、及び第１クランプスイッチＳｃ１−第４クランプスイッチＳｃ４をオフ状態に制御する。この状態は、第２セルＣ２から第１セルＣ１へのエネルギー移動が完了した状態である。
【００８７】
第２状態または第６状態において、閉ループ内にインダクタ電流がアクティブクランプされることにより、インダクタ電流の連続性が確保されるため、セル選択回路１１の安全かつ確実なスイッチ切替が可能となる。
【００８８】
制御部１３は、移動元のセル（放電対象のセル）の電圧が目標電圧以上となる範囲で、かつ移動先のセル（充電対象のセル）の電圧が目標電圧以下となる範囲で、エネルギー移動量を決定する。制御部１３は、決定したエネルギー移動量と、設計にもとづく放電電流及び充電電流に基づき、移動元のセルの放電時間と移動先のセルの充電時間を決定する。エネルギー保持回路１２にアクティブクランプされている間に消費されるエネルギー量は無視できる程度であるため、移動元のセルの放電時間と移動先のセルの充電時間はほぼ同じになる。
【００８９】
セル選択回路１１に含まれる複数のスイッチ及びエネルギー保持回路１２に含まれる４つのクランプスイッチには、比較的スイッチング速度が速く、比較的低コストなＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することが有力である。ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴでは、ソースからドレイン方向に寄生ダイオード（ボディダイオード）が形成される。従って、ソース端子とドレイン端子の両方から電流が流入する可能性がある用途では、２つのＭＯＳＦＥＴを逆向きに直列接続して双方向スイッチとして使用することが一般的である。
【００９０】
図１１（ａ）−（ｂ）は、第１スイッチＳ１を２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成する場合の回路構成例を示す図である。図１１（ａ）は、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのソース端子同士を接続して双方向スイッチを構成する例を示している。この場合、直列の２つのボディダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂのアノード同士が向き合うことになるため、双方向スイッチの両端間にボディダイオードを介して電流が流れることが阻止される。
【００９１】
図１１（ｂ）は、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレイン端子同士を接続して双方向スイッチを構成する例を示している。この場合、直列の２つのボディダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂのカソード同士が向き合うことになるため、双方向スイッチの両端間にボディダイオードを介して電流が流れることが阻止される。
【００９２】
図１１（ａ）の構成例と図１１（ｂ）の構成例を比較すると、図１１（ａ）の構成例の方が、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲートドライバの電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を共通化できるメリットがある。図１１（ａ）の構成例では２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのソース電位が共通であるため、２つのゲートドライバの電源電圧を共通化することができる。従って、２つのゲートドライバに電源電圧を供給する電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）も共通化できる。これにより、コスト及び回路面積を削減することができる。一方、図１１（ｂ）の構成例では、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのソース電位を共通化できないため、２つのゲートドライバに電源電圧を供給する電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を別々に設ける必要がある。
【００９３】
図１２（ａ）−（ｂ）は、比較例に係る蓄電システム１の構成と、図９に示した実施例に係る蓄電システム１の構成を比較した図である。図１２（ａ）は、比較例に係る蓄電システム１の構成を示している。比較例では、セル選択回路１１は、（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチ、及び（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチを有する。（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、第１配線Ｗ１との間にそれぞれ接続される。（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチは、直列接続されたｎ個のセルの各ノードと、第２配線Ｗ２との間にそれぞれ接続される。
【００９４】
図１２（ａ）に示す例ではｎ＝４、ノード数＝５であり、セル選択回路１１は、５個の第１配線側スイッチ、及び５個の第２配線側スイッチを有する。図１２（ａ）では、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が第１配線側スイッチであり、第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第８スイッチＳ８及び第１０スイッチＳ１０が第２配線側スイッチである。
【００９５】
エネルギー保持回路１２は、インダクタＬ１及びクランプスイッチＳｃを含む。クランプスイッチＳｃは、インダクタＬ１の両端をエネルギー保持回路１２内で導通させるためのスイッチである。エネルギー保持回路１２は、セル選択回路１１がいずれのセルも選択していない状態で、インダクタＬ１を含む閉ループを形成することができる。即ち、クランプスイッチＳｃがオン状態に制御されると、インダクタＬ１とクランプスイッチＳｃを含む閉ループが形成される。
【００９６】
図１２（ａ）に示す例では、第１スイッチＳ１−第１０スイッチＳ１０及びクランプスイッチＳｃに、図１１（ａ）の構成例に示す双方向スイッチが使用されている。従って、セル選択回路１１で２０個のスイッチング素子、エネルギー保持回路１２で２個のスイッチング素子が使用され、合計２２個のスイッチング素子が使用されている。
【００９７】
図１２（ｂ）は、実施例に係る蓄電システム１の構成を示している。図１２（ｂ）に示す例では、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第８スイッチＳ８、第９スイッチＳ９、第１クランプスイッチＳｃ１、第２クランプスイッチＳｃ２、第３クランプスイッチＳｃ３及び第４クランプスイッチＳｃ４に、図１１（ａ）の構成例に示す双方向スイッチが使用されている。従って、セル選択回路１１で１０個のスイッチング素子、エネルギー保持回路１２で８個のスイッチング素子が使用され、合計１８個のスイッチング素子が使用されている。
【００９８】
図１３（ａ）−（ｃ）は、比較例に係る蓄電システム１の第１セルＣ１から第３セルＣ３へのエネルギー移動のシーケンスを説明するための回路図である。
【００９９】
図１３（ａ）に示す第１状態では、制御部１３は、第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第１．２スイッチング素子Ｓ１ｂ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ及び第４．１スイッチング素子Ｓ４ａをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第１状態は、第１セルＣ１から放電されたエネルギーでインダクタＬ１が励磁されている状態である。
【０１００】
図１３（ｂ）に示す第２状態では、制御部１３は、第１クランプスイッチング素子Ｓｃａ及び第２クランプスイッチング素子Ｓｃｂをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第２状態は、第２クランプスイッチング素子Ｓｃｂ及び第１クランプスイッチング素子Ｓｃａを介して、インダクタＬ１に循環電流が流れ、インダクタＬ１の電流がアクティブクランプされている状態である。
【０１０１】
図１３（ｃ）に示す第３状態では、制御部１３は、第６．２スイッチング素子Ｓ６ｂ、第６．１スイッチング素子Ｓ６ａ、第７．１スイッチング素子Ｓ７ａ及び第７．２スイッチング素子Ｓ７ｂをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第３状態は、インダクタＬ１から第３セルＣ３に電流が流れ、インダクタＬ１が減磁している状態である。
【０１０２】
図１４（ａ）−（ｄ）は、実施例に係る蓄電システム１の第１セルＣ１から第２セルＣ２／第３セルＣ３へのエネルギー移動のシーケンスを説明するための回路図である。
【０１０３】
図１４（ａ）に示す第１状態では、制御部１３は、第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第１．２スイッチング素子Ｓ１ｂ、第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａ、第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂ、第４．１クランプスイッチング素子Ｓｃ４ａ、第４．２クランプスイッチング素子Ｓｃ４ｂ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ及び第４．１スイッチング素子Ｓ４ａをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第１状態は、第１セルＣ１から放電されたエネルギーでインダクタＬ１が励磁されている状態である。
【０１０４】
図１４（ｂ）に示す第２状態では、制御部１３は、第４．１クランプスイッチング素子Ｓｃ４ａ、第４．２クランプスイッチング素子Ｓｃ４ｂ、第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂ及び第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第２状態は、第４．１クランプスイッチング素子Ｓｃ４ａ、第４．２クランプスイッチング素子Ｓｃ４ｂ、第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂ及び第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａを介して、インダクタＬ１に循環電流が流れ、インダクタＬ１の電流がアクティブクランプされている状態である。
【０１０５】
図１４（ｃ）に示す第３状態では、制御部１３は、第４．１クランプスイッチング素子Ｓｃ４ａ、第４．２クランプスイッチング素子Ｓｃ４ｂ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ、第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第３状態は、インダクタＬ１から第２セルＣ２に電流が流れ、インダクタＬ１が減磁している状態である。
【０１０６】
図１４（ｄ）に示す第４状態では、制御部１３は、第３．１クランプスイッチング素子Ｓｃ３ａ、第３．２クランプスイッチング素子Ｓｃ３ｂ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ、第９．１スイッチング素子Ｓ９ａ、第９．２スイッチング素子Ｓ９ｂ、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａ及び第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂをオン状態に制御し、その他のスイッチング素子をオフ状態に制御している。第４状態は、インダクタＬ１から第３セルＣ３に電流が流れ、インダクタＬ１が減磁している状態である。
【０１０７】
制御部１３は、第１セルＣ１から放電されたエネルギーを第２セルＣ２に充電する場合、第２状態から第３状態に遷移させる。第１セルＣ１から放電されたエネルギーを第３セルＣ３に充電する場合、第２状態から第４状態に遷移させる。
【０１０８】
ところで、スイッチング素子のスイッチングタイミングには、温度変化や閾値レベルの変化により、ばらつきが発生する。従って、セル選択回路１１に含まれる複数のスイッチング素子、及びエネルギー保持回路１２に含まれる複数のスイッチング素子を、設計者が意図した理想的なタイミングでオン／オフ制御することは難しい。これらのスイッチング素子のスイッチングタイミングのずれにより、インダクタＬ１の励磁状態からアクティブクランプ状態に遷移する際、放電セルに外部短絡が発生する可能性がある。また放電経路中のスイッチング素子に耐圧破壊が発生する可能性がある。同様にスイッチングタイミングのずれにより、アクティブクランプ状態から減磁状態に遷移する際、充電セルに外部短絡が発生する可能性がある。また充電経路中のスイッチング素子に耐圧破壊が発生する可能性がある。
【０１０９】
例えば上記図１０（ａ）−（ｈ）に示した基本動作シーケンスにおいて、図１０（ａ）に示したインダクタＬ１の励磁状態から図１０（ｂ）に示したアクティブクランプ状態に遷移する際に、第１セルＣ１に外部短絡が発生する可能性や第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４又は第１クランプスイッチＳｃ１に耐圧破壊が発生する可能性がある。また、図１０（ｂ）に示したアクティブクランプ状態から図１０（ｃ）に示した減磁状態に遷移する際に、第２セルＣ２に外部短絡が発生する可能性や第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５又は第１クランプスイッチＳｃ１に耐圧破壊が発生する可能性がある。
【０１１０】
そこで本実施例では、インダクタＬ１の励磁状態からアクティブクランプ状態に遷移する間にデッドタイムを挿入する。同様にアクティブクランプ状態から減磁状態に遷移する間にデッドタイムを挿入する。
【０１１１】
制御部１３は、図１４（ａ）に示したインダクタＬ１の励磁状態から図１４（ｂ）に示したアクティブクランプ状態に遷移する際、最初に第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂをターンオンする。次に第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、及び第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａをターンオフする。最後に第１．２スイッチング素子Ｓ１ｂ、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂをターンオフし、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａをターンオンする。
【０１１２】
図１４（ａ）に示したインダクタＬ１の励磁状態から図１４（ｂ）に示したアクティブクランプ状態に遷移する間に、第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂをターンオンして、インダクタＬ１の両端間に第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａのボディダイオードＤｃ１ａが介在した経路が形成された状態を作る。第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂがターンオンしても、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａのボディダイオードＤｃ１ａがあるため、第１セルＣ１は外部短絡しない。この状態において、第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ及び第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａのうちの１つがターンオフした時点でインダクタＬ１の両端が導通する。従って、第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ及び第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａのターンオフのタイミングにずれが生じても、第１．１スイッチング素子Ｓ１ａ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ又は第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａに耐圧破壊が発生することはない。
【０１１３】
なお、デッドタイム中は、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａのボディダイオードＤｃ２ａを電流が流れるため、ボディダイオードＤｃ２ａの順方向降下電圧Ｖｆと電流量に応じた損失が発生する。従ってデッドタイムは、上述の外部短絡や耐圧破壊が発生しない時間であって、できるだけ短い時間に設定されることが望ましい。
【０１１４】
制御部１３は、図１４（ｂ）に示したアクティブクランプ状態から図１４（ｃ）に示した減磁状態に遷移する際、最初に第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａをターンオフする。次に第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ及び第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａをターンオンする。次に第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂをターンオフする。最後に第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂをターンオンする。
【０１１５】
図１４（ｂ）に示したアクティブクランプ状態から図１４（ｃ）に示した減磁状態に遷移する間に、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ及び第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａをターンオンして、インダクタＬ１と第２セルＣ２間に、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａのボディダイオードＤ４ａ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂのボディダイオードＤ５ｂ、第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂのボディダイオードＤｃ１ｂが介在した経路が形成された状態を作る。
【０１１６】
この状態において、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａと第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂの両方がオフ状態になりインダクタＬ１から第２セルＣ２に充電可能な状態になったとき、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂのうちの１つがターンオンしても、ターンオンしていない２つのスイッチング素子の両端間に高電圧が発生することはない。従って、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂのターンオンのタイミングにずれが生じても、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ又は第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂが耐圧破壊することはない。また、第２．１クランプスイッチング素子Ｓｃ２ａ、第２．２クランプスイッチング素子Ｓｃ２ｂ、第４．１スイッチング素子Ｓ４ａ、第４．２スイッチング素子Ｓ４ｂ、第５．１スイッチング素子Ｓ５ａ、第５．２スイッチング素子Ｓ５ｂ、第１．１クランプスイッチング素子Ｓｃ１ａ及び第１．２クランプスイッチング素子Ｓｃ１ｂが同時にオンすることも回避されるため、第２セルＣ２が外部短絡することもない。
【０１１７】
図１５は、本実施例に係る均等化回路と、比較例に係る均等化回路において使用されるスイッチング素子の数をグラフで示した図である。横軸はセルの直列数ｎを示し、縦軸はスイッチング素子の数を示している。比較例において必要なスイッチング素子の数は、４（ｎ＋１）＋２であり、本実施例において必要なスイッチング素子の数は、２（ｎ＋１）＋８である。比較例と本実施例を比較すると、本実施例の方が直列数が増加するほど、スイッチング素子の削減効果が大きくなることが分かる。
【０１１８】
以上説明したように本実施例によれば、エネルギー保持回路１２にフルブリッジ型の８個のクランプスイッチを設けることにより、インダクタＬ１から放出される電流の向きを制御により切り替えることができる。従って、セル選択回路１１に含まれるスイッチング素子の数を半分にすることができる。比較例では、インダクタＬ１から放出される電流の向きを切り替えることができないため、各セルの各ノードに放電用と充電用の２つの電流経路を設ける必要がある。この点、本実施例では放電用と充電用の経路を１つにまとめることができるため、電流経路を半分にすることができ、電流経路に挿入されるスイッチング素子の数も半分にすることができる。さらに、スイッチング素子のゲートを駆動する駆動回路も半分にすることができる。よって、コストを削減でき、回路面積を縮小することができる。
【０１１９】
図１６は、図１２（ｂ）に示した蓄電システムの変形例の構成を示す図である。図１６に示す変形例では、第１クランプスイッチＳｃ１−第４クランプスイッチＳｃ４はそれぞれ１つのスイッチング素子で構成され、それぞれ逆並列にボディダイオードＤｃ１−Ｄｃ４が形成される。直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、奇数ノードは第１１スイッチＳ１１を介して第１配線Ｗ１に接続可能であり、第１２スイッチＳ１２を介して第２配線Ｗ２に接続可能である。直列接続されたｎ個のセルの各ノード（ｎ＋１）の内、偶数ノードは第１３スイッチＳ１３を介して第１配線Ｗ１に接続可能であり、第１４スイッチＳ１４を介して第２配線Ｗ２に接続可能である。
【０１２０】
制御部１３は、放電対象または充電対象のセルの両端ノードの内、高圧のノードの方を第１配線Ｗ１に接続し、低圧のノードの方を第２配線Ｗ２に接続するように、第１１スイッチＳ１１、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３、及び第１４スイッチＳ１４を制御する。第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第８スイッチＳ８、第９スイッチＳ９、第１１スイッチＳ１１、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３、及び第１４スイッチＳ１４に、図１１（ａ）の構成例に示す双方向スイッチが使用されている。従って、セル選択回路１１で１０個のスイッチング素子、極性切替回路で８個、エネルギー保持回路１２で４個のスイッチング素子が使用され、合計２２個のスイッチング素子が使用されている。一般式で記載すると、２（ｎ＋１）＋１２である。
【０１２１】
上述した実施例では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用する例を説明した。この点、ＩＧＢＴ（InsulatedGate Bipolar Transistor）等の寄生ダイオードが形成されない半導体スイッチング素子を用いてもよい。その場合、寄生ダイオードの代わりに外付けダイオードを半導体スイッチング素子に対して並列接続する。順方向降下電圧Ｖｆが低いダイオードを使用するほど、デッドタイムにおける損失を小さくすることができ、効率が向上する。
【０１２２】
また上述した実施例では、直列接続された複数のセル間をアクティブ方式により均等化する例を説明した。この点、実施例に係る均等化回路を用いて、直列接続された複数のモジュール間を均等化することもできる。本明細書内の「セル」を「モジュール」に適宜、読み替えればよい。
【０１２３】
図１７は、本発明の別の実施例に係る蓄電システムの構成を示す図である。図１７は、直列接続された複数のモジュール間を均等化処理する均等化回路を備える蓄電システムの一実施例を示している。図１７において、複数のモジュールは図９に示した蓄電システム１と同様にそれぞれセル用均等化回路及び複数のセルが直列接続される蓄電部を備えている。第１モジュールＭ１はセル用均等化回路１０Ａ及び蓄電部２０Ａを備え、第２モジュールＭ２はセル用均等化回路１０Ｂ及び蓄電部２０Ｂを備え、第３モジュールＭ３はセル用均等化回路１０Ｃ及び蓄電部２０Ｃを備え、第４モジュールＭ４はセル用均等化回路１０Ｄ及び蓄電部２０Ｄを備えている。
【０１２４】
モジュール用均等化回路１０Ｍは、電圧検出部１４Ｍ、モジュール選択回路１１Ｍ、エネルギー保持回路１２Ｍ及び制御部１３Ｍを含む。
【０１２５】
本実施例では制御部１３Ｍは、アクティブモジュールバランス方式により直列接続されたｍ個のモジュール間の均等化処理を実行する。本実施例に係るアクティブモジュールバランス方式では、直列接続されたｍ個のモジュール間において、あるモジュール（放電対象のモジュール）から、別のモジュール（充電対象のモジュール）にエネルギー移動を行うことにより、あるモジュールと別のモジュールの容量を均等化する。すなわち、モジュール用均等化回路１０Ｍは、任意の２つのモジュール間でエネルギー移動を行うエネルギー移動回路として機能し、このエネルギー移動を繰り返すことにより、直列接続されたｍ個のモジュール間の容量を均等化する。
【０１２６】
以上の複数のモジュール間の均等化処理とは別に各モジュール内の直列接続された複数のセル間の均等化処理が行われる。各モジュール内の直列接続された複数のセル間の均等化処理は、複数のモジュール間の均等化処理と多重的に実行する構成であってもよい。この場合、モジュール用均等化回路１０Ｍとセル用均等化回路１０Ａ〜１０Ｄとは通信により互いに連携して動作される。モジュール間の均等化処理は、セル間の均等化処理よりも優先して実行されることが好ましく、モジュール間の均等化処理が完了した後に、セル間の均等化処理を完了させることによりモジュール間の均等化処理を実行したことにより発生する各セルの電圧差を解消できる。
【０１２７】
本実施例のモジュール用均等化回路１０Ｍは、モジュール選択回路１１Ｍ及びエネルギー保持回路１２Ｍを、図９に示したセル用の均等化回路１と同様の回路により構成されるが、モジュール選択回路１１Ｍ及びエネルギー保持回路１２Ｍは図１あるいは図８に示したセル用の均等化回路１と同様の回路構成であってもよい。
【０１２８】
また上述した各実施例では、アクティブセルバランス方式の均等化回路を説明したが、複数のセル／モジュール間の均等化を目的としないエネルギー移動にも適用可能である。例えば、２つのモジュール間の温度が大きく異なる場合、保存劣化を抑制するために、温度が高いモジュールのエネルギーの少なくとも一部を、温度が低いモジュールに移動させてもよい。
【０１２９】
以上、本発明を各実施例をもとに説明した。各実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に容易に理解されるところである。
【０１３０】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
インダクタ（Ｌ１）と、
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセル（Ｃ１−Ｃ４）と前記インダクタ（Ｌ１）間に設けられ、前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）のいずれかのセルの両端と、前記インダクタ（Ｌ１）の両端を導通させることが可能なセル選択回路（１１）と、
前記セル選択回路（１１）がいずれのセルも選択していない状態で、前記インダクタ（Ｌ１）を含む閉ループを形成するためのクランプスイッチ（Ｓｃ）と、
前記セル選択回路（１１）と前記クランプスイッチ（Ｓｃ）を制御する制御部（１３）と、を備え、
前記制御部（１３）は、
前記セル選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の内の放電対象とするセルの両端と前記インダクタ（Ｌ１）の両端を所定時間、導通させ、
前記セル選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）と前記インダクタ（Ｌ１）を電気的に遮断するとともに、前記クランプスイッチ（Ｓｃ）をターンオンさせ、
前記クランプスイッチ（Ｓｃ）をターンオフさせるとともに、前記セル選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の内の充電対象とするセルの両端と前記インダクタ（Ｌ１）の両端を所定時間、導通させる、
ことを特徴とするエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１）を用いて複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）間の容量を均等化するエネルギー移動回路（１０）を、少ない素子数で実現することができる。
【０１３１】
［項目２］
前記セル選択回路（１１）は、
前記インダクタ（Ｌ１）の一端に接続される第１配線（Ｗ１）と、
前記インダクタ（Ｌ１）の他端に接続される第２配線（Ｗ２）と、
前記直列接続されたｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の各ノードと、前記第１配線（Ｗ１）間にそれぞれ接続される（ｎ＋１）個の第１配線側スイッチ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９）と、
前記直列接続されたｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の各ノードと、前記第２配線（Ｗ２）間にそれぞれ接続される（ｎ＋１）個の第２配線側スイッチ（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０）と、
を含むことを特徴とする項目１に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１）を用いたアクティブ方式の均等化を行うエネルギー移動回路（１０）を少ないスイッチ数で実現することができる。
【０１３２】
［項目３］
ｎは、５以上の整数であることを特徴とする項目１または２に記載のエネルギー移動回路（１０）。
セルの直列数（ｎ）が多くなるほど、素子の削減効果が大きくなる。
【０１３３】
［項目４］
インダクタ（Ｌ１）と、
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセル（Ｃ１−Ｃ４）と前記インダクタ（Ｌ１）間に設けられ、前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）のいずれかのセルの両端と、前記インダクタ（Ｌ１）の両端を導通させることが可能なセル選択回路（１１）と、
前記セル選択回路（１１）がいずれのセル（Ｃ１−Ｃ４）も選択していない状態で、前記インダクタ（Ｌ１）を含む閉ループを形成するための、フルブリッジ接続された４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１−Ｓｃ４）と、
前記セル選択回路（１１）と前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１−Ｓｃ４）を制御する制御部（１３）と、を備え、
前記セル選択回路（１１）は、
前記インダクタ（Ｌ１）の一端に接続される第１配線（Ｗ１）と、
前記インダクタ（Ｌ１）の他端に接続される第２配線（Ｗ２）と、
前記直列接続されたｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の各ノード（ｎ＋１）の内、奇数ノードと前記第１配線（Ｗ１）との間にそれぞれ接続される複数の第１配線側スイッチ（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ９）と、
前記直列接続されたｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の各ノード（ｎ＋１）の内、偶数ノード
と前記第２配線（Ｗ２）との間にそれぞれ接続される少なくとも１個の第２配線側スイッチ（Ｓ４、Ｓ８）と、を含み、
前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１−Ｓｃ４）の内、第１クランプスイッチ（Ｓｃ１）及び第２クランプスイッチ（Ｓｃ２）が直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチ（Ｓｃ３）及び第４クランプスイッチ（Ｓｃ４）が直列に接続された第２アームが、前記第１配線（Ｗ１）と前記第２配線（Ｗ２）間に並列に接続され、
前記インダクタ（Ｌ１）は、前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１）と前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２）間のノードと、前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３）と前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４）間のノードとの間に接続されることを特徴とするエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１）を用いた複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）間のエネルギー移動回路（１０）を少ない素子数で実現することができる。
【０１３４】
［項目５］
前記制御部（１３）は、
前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の内の放電対象とする放電セル（Ｃ１）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ１）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４）をオン状態、並びに前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４）、又は前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３）をオン状態に制御する第１状態、
前記放電セル（Ｃ１）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ１）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４）をオフ状態、並びに前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４）、又は前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３）をオン状態に制御する第２状態、
前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の内の充電対象とする充電セル（Ｃ２）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ５）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４）をオン状態、並びに前記充電セル（Ｃ２）に電流が流れるように前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４）、又は前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３）をオン状態に制御する第３状態、
の順に制御することを特徴とする項目４に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、任意の２つのセル間においてエネルギー移動を行うことができる。
【０１３５】
［項目６］
前記複数の第１配線側スイッチ（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ９）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ／Ｄ５ａ、Ｄ５ｂ／Ｄ９ａ、Ｄ９ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ／Ｓ５a、Ｓ５ｂ／Ｓ９ａ、Ｓ９ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成され、
前記少なくとも１個の第２配線側スイッチ（Ｓ４、Ｓ８）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ／Ｄ８ａ、Ｄ８ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ／Ｓ８ａ、Ｓ８ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴とする項目４または５に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、第１配線側スイッチ（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ９）と第２配線側スイッチ（Ｓ４、Ｓ８）を安全に切り替えることができる。
【０１３６】
［項目７］
前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１−Ｓｃ４）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄｃ１ａ、Ｄｃ１ｂ／Ｄｃ２ａ、Ｄｃ２ｂ／Ｄｃ３ａ、Ｄｃ３ｂ／Ｄｃ４ａ、Ｄｃ４ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓｃ１ａ、Ｓｃ１ｂ／Ｓｃ２ａ、Ｓｃ２ｂ／Ｓｃ３ａ、Ｓｃ３ｂ／Ｓｃ４ａ、Ｓｃ４ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴と項目４から６のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、クランプスイッチ（Ｓｃ１−Ｓｃ４）を安全に切り替えることができる。
【０１３７】
［項目８］
前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部（１４）をさらに備え、
前記制御部（１３）は、前記電圧検出部（１４）により検出された前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の電圧をもとに、前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）間の均等化処理を実行する項目４から７のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、エネルギー移動を利用した均等化回路を実現することができる。
【０１３８】
［項目９］
前記制御部（１３）は、前記電圧検出部（１４）により検出された前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の電圧をもとに、前記ｎ個のセル（Ｃ１−Ｃ４）の目標電圧／目標容量を決定し、前記目標電圧／目標容量より高いセルを放電対象のセルに決定し、前記目標電圧／目標容量より低いセルを充電対象のセルに決定することを特徴とする項目８に記載のエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、セル（Ｃ１−Ｃ４）間のエネルギー移動によるアクティブセルバランスを実現することができる。
【０１３９】
［項目１０］
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のセル（Ｃ１−Ｃ４）と、
項目４から９のいずれか１項に記載のエネルギー移動化回路（１０）と、
を備えることを特徴とする蓄電システム（１）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１）を用いた複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）間のエネルギー移動回路（１０）を少ない素子数で実現した蓄電システム（１）を構築することができる。
【０１４０】
［項目１１］
インダクタ（Ｌ１）と、
直列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）と前記インダクタ（Ｌ１）間に設けられ、前記ｎ個のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）のいずれかのモジュールの両端と、前記インダクタ（Ｌ１）の両端を導通させることが可能なモジュール選択回路（１１）と、
前記モジュール選択回路（１１）がいずれのモジュールも選択していない状態で、前記インダクタ（Ｌ１）を含む閉ループを形成するためのクランプスイッチ（Ｓｃ）と、
前記モジュール選択回路（１１）と前記クランプスイッチ（Ｓｃ）を制御する制御部（１３）と、を備え、
前記制御部（１３）は、
前記モジュール選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）の内の放電対象とするモジュールの両端と前記インダクタ（Ｌ１）の両端を所定時間、導通させ、
前記モジュール選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）と前記インダクタ（Ｌ１）を電気的に遮断するとともに、前記クランプスイッチ（Ｓｃ）をターンオンさせ、
前記クランプスイッチ（Ｓｃ）をターンオフさせるとともに、前記モジュール選択回路（１１）を制御して前記ｎ個のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）の内の充電対象とするモジュールの両端と前記インダクタ（Ｌ１）の両端を所定時間、導通させる、
ことを特徴とするエネルギー移動回路（１０）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１）を用いて複数のモジュール（Ｃ１−Ｃ４）間の容量を均等化するエネルギー移動回路（１０）を、少ない素子数で実現することができる。
【０１４１】
［項目１２］
インダクタ（Ｌ１Ｍ）と、
直列接続されたｍ（ｍは２以上の整数）個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）と前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）間に設けられ、前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）のいずれかのモジュールの両端と、前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）の両端を導通させることが可能なモジュール選択回路（１１Ｍ）と、
前記モジュール選択回路（１１Ｍ）がいずれのモジュール（Ｍ１−Ｍ４）も選択していない状態で、前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）を含む閉ループを形成するための、フルブリッジ接続された４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ−Ｓｃ４Ｍ）と、
前記モジュール選択回路（１１Ｍ）と前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ−Ｓｃ４Ｍ）を制御する制御部（１３）と、を備え、
前記モジュール選択回路（１１Ｍ）は、
前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）の一端に接続される第１配線（Ｗ１Ｍ）と、
前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）の他端に接続される第２配線（Ｗ２Ｍ）と、
前記直列接続されたｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の各ノード（ｍ＋１）の内、奇数ノードと前記第１配線（Ｗ１Ｍ）との間にそれぞれ接続される複数の第１配線側スイッチ（Ｓ１Ｍ、Ｓ５Ｍ、Ｓ９Ｍ）と、
前記直列接続されたｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の各ノード（ｍ＋１）の内、偶数ノードと前記第２配線（Ｗ２Ｍ）との間にそれぞれ接続される少なくとも１個の第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ、Ｓ８Ｍ）と、を含み、
前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ−Ｓｃ４Ｍ）の内、第１クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ）及び第２クランプスイッチ（Ｓｃ２Ｍ）が直列に接続された第１アームと、第３クランプスイッチ（Ｓｃ３Ｍ）及び第４クランプスイッチ（Ｓｃ４Ｍ）が直列に接続された第２アームが、前記第１配線（Ｗ１Ｍ）と前記第２配線（Ｗ２Ｍ）間に並列に接続され、
前記インダクタ（Ｌ１Ｍ）は、前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ）と前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２Ｍ）間のノードと、前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３Ｍ）と前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４Ｍ）間のノードとの間に接続されることを特徴とするエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１Ｍ）を用いた複数のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）間のエネルギー移動回路（１０Ｍ）を少ない素子数で実現することができる。
【０１４２】
［項目１３］
前記制御部（１３Ｍ）は、
前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の内の放電対象とする放電モジュール（Ｍ１）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ１Ｍ）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ）をオン状態、並びに前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４Ｍ）、又は前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２Ｍ）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３Ｍ）をオン状態に制御する第１状態、
前記放電モジュール（Ｍ１）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ１Ｍ）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ）をオフ状態、並びに前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２Ｍ）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４Ｍ）、又は前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３Ｍ）をオン状態に制御する第２状態、
前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の内の充電対象とする充電モジュール（Ｍ２）の両側のノードに接続された前記第１配線側スイッチ（Ｓ５Ｍ）と前記第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ）をオン状態、並びに前記充電モジュール（Ｍ２）に電流が流れるように前記第１クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ）及び前記第４クランプスイッチ（Ｓｃ４Ｍ）、又は前記第２クランプスイッチ（Ｓｃ２Ｍ）及び前記第３クランプスイッチ（Ｓｃ３Ｍ）をオン状態に制御する第３状態、
の順に制御することを特徴とする項目１２に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、任意の２つのモジュール間においてエネルギー移動を行うことができる。
【０１４３】
［項目１４］
前記複数の第１配線側スイッチ（Ｓ１Ｍ、Ｓ５Ｍ、Ｓ９Ｍ）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ／Ｄ５ａ、Ｄ５ｂ／Ｄ９ａ、Ｄ９ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ／Ｓ５a、Ｓ５ｂ／Ｓ９ａ、Ｓ９ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成され、
前記少なくとも１個の第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ、Ｓ８Ｍ）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ／Ｄ８ａ、Ｄ８ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ／Ｓ８ａ、Ｓ８ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴とする項目１２または１３に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、第１配線側スイッチ（Ｓ１Ｍ、Ｓ５Ｍ、Ｓ９Ｍ）と第２配線側スイッチ（Ｓ４Ｍ、Ｓ８Ｍ）を安全に切り替えることができる。
【０１４４】
［項目１５］
前記４個のクランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ−Ｓｃ４Ｍ）は、それぞれ、ボディダイオード（Ｄｃ１ａ、Ｄｃ１ｂ／Ｄｃ２ａ、Ｄｃ２ｂ／Ｄｃ３ａ、Ｄｃ３ｂ／Ｄｃ４ａ、Ｄｃ４ｂ）を有する２個のスイッチング素子（Ｓｃ１ａ、Ｓｃ１ｂ／Ｓｃ２ａ、Ｓｃ２ｂ／Ｓｃ３ａ、Ｓｃ３ｂ／Ｓｃ４ａ、Ｓｃ４ｂ）が逆向きに直列に接続されて形成されることを特徴と項目１２から１４のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、クランプスイッチ（Ｓｃ１Ｍ−Ｓｃ４Ｍ）を安全に切り替えることができる。
【０１４５】
［項目１６］
前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部（１４Ｍ）をさらに備え、
前記制御部（１３Ｍ）は、前記電圧検出部（１４Ｍ）により検出された前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の電圧をもとに、前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）間の均等化処理を実行する項目１１から１５のいずれか１項に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、エネルギー移動を利用した均等化回路を実現することができる。
【０１４６】
［項目１７］
前記制御部（１３Ｍ）は、前記電圧検出部（１４Ｍ）により検出された前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の電圧をもとに、前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）の目標電圧／目標容量を決定し、前記目標電圧／目標容量より高いモジュールを放電対象のモジュールに決定し、前記目標電圧／目標容量より低いモジュールを充電対象のモジュールに決定することを特徴とする項目１６に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、モジュール（Ｍ１−Ｍ４）間のエネルギー移動によるアクティブモジュールバランスを実現することができる。
【０１４７】
［項目１８］
前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）は、それぞれ、
直列接続された複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）と、
前記複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）のそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出部（１４）と、
前記セル電圧検出部（１４）により検出されるセル電圧に基づいて同一モジュール（Ｍ１−Ｍ４）内の複数のセル電圧を均等化するセル用均等化回路（１０Ａ−１０Ｄ）と、を含み、
前記セル用均等化回路（１０Ａ−１０Ｄ）は、前記制御部（１３Ｍ）と通信により互いに連携して動作し、前記ｍ個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）間の均等化処理が実行された後、前記複数のセル（Ｃ１−Ｃ４）間の均等化処理を実行することを特徴とする項目１６に記載のエネルギー移動回路（１０Ｍ）。
これによれば、モジュール（Ｍ１−Ｍ４）間のエネルギー移動によるアクティブモジュールバランスと、セル（Ｃ１−Ｃ４）間のエネルギー移動によるアクティブセルバランスを併用して、効率的に全てのセルの均等化を実現することができる。
【０１４８】
［項目１９］
直列接続されたｍ（ｍは２以上の整数）個のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）と、
項目１１から１８のいずれか１項に記載のエネルギー移動化回路（１０Ｍ）と、
を備えることを特徴とする蓄電システム（１Ｍ）。
これによれば、インダクタ（Ｌ１Ｍ）を用いた複数のモジュール（Ｍ１−Ｍ４）間のエネルギー移動回路（１０Ｍ）を少ない素子数で実現した蓄電システム（１Ｍ）を構築することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
１  蓄電システム、  １０  均等化回路、  １１  セル選択回路、  １２  エネルギー保持回路、  １３  制御部、  １４  電圧検出部、  ２０  蓄電部、  Ｃ１  第１セル、  Ｃ２  第２セル、  Ｃ３  第３セル、  Ｃ４  第４セル、  Ｌ１  インダクタ、  Ｗ１  第１配線、  Ｗ２  第２配線、  Ｓ１  第１スイッチ、  Ｓ１ａ  第１．１スイッチング素子、  Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂ  ボディダイオード、  Ｓ１ｂ  第１．２スイッチング素子、  Ｓ２  第２スイッチ、  Ｓ２ａ  第２．１スイッチング素子、  Ｓ２ｂ  第２．２スイッチング素子、  Ｓ３  第３スイッチ、  Ｓ３ａ  第３．１スイッチング素子、  Ｓ３ｂ  第３．２スイッチング素子、  Ｓ４  第４スイッチ、  Ｓ４ａ  第４．１スイッチング素子、  Ｓ４ｂ  第４．２スイッチング素子、  Ｓ５  第５スイッチ、  Ｓ５ａ  第５．１スイッチング素子、  Ｓ５ｂ  第５．２スイッチング素子、  Ｄ５ｂ  ボディダイオード、  Ｓ６  第６スイッチ、  Ｓ６ａ  第６．１スイッチング素子、  Ｓ６ｂ  第６．２スイッチング素子、  Ｓ７  第７スイッチ、  Ｓ７ａ  第７．１スイッチング素子、  Ｓ７ｂ  第７．２スイッチング素子、  Ｓ８  第８スイッチ、  Ｓ８ａ  第８．１スイッチング素子、  Ｓ８ｂ  第８．２スイッチング素子、  Ｓ９  第９スイッチ、  Ｓ９ａ  第９．１スイッチング素子、  Ｓ９ｂ  第９．２スイッチング素子、  Ｓ１０  第１０スイッチ、  Ｓ１０ａ  第１０．１スイッチング素子、  Ｓ１０ｂ  第１０．２スイッチング素子、  Ｓｃ  クランプスイッチ、  Ｓｃａ  第１クランプスイッチング素子、  Ｓｃｂ  第２クランプスイッチング素子、  Ｓｃ１  第１クランプスイッチ、  Ｓｃ２  第２クランプスイッチ、  Ｓｃ３  第３クランプスイッチ、  Ｓｃ４  第４クランプスイッチ、  Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂ，Ｄ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ６ａ，Ｄ６ｂ，Ｄ７ａ，Ｄ７ｂ，Ｄ８ａ，Ｄ８ｂ，Ｄ９ａ，Ｄ９ｂ，Ｄｃａ，Ｄｃｂ，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３，Ｄｃ４  ボディダイオード。
【図１】
2020049909.tif 000003
【図２】
2020049909.tif 000004
【図３】
2020049909.tif 000005
【図４】
2020049909.tif 000006
【図５】
2020049909.tif 000007
【図６】
2020049909.tif 000008
【図７】
2020049909.tif 000009
【図８】
2020049909.tif 000010
【図９】
2020049909.tif 000011
【図１０】
2020049909.tif 000012
【図１１】
2020049909.tif 000013
【図１２】
2020049909.tif 000014
【図１３】
2020049909.tif 000015
【図１４】
2020049909.tif 000016
【図１５】
2020049909.tif 000017
【図１６】
2020049909.tif 000018
【図１７】
2020049909.tif 000019
【国際調査報告】
2020049909.tif 000020
2020049909.tif 000021