JP5821619B2 - 電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両 - Google Patents

Description

本開示は、電力貯蔵装置、電力システムおよび電力貯蔵装置からの電力を利用する電動車両に関する。

近年では、リチウムイオン電池などの二次電池の用途が太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置、自動車用蓄電池等に急速に拡大している。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、電池セルと適宜称する。）を使用する場合、複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。蓄電モジュールは、複数個例えば４個の電池セルを並列および／または直列に接続して、電池ブロックを構成する。多数の電池ブロックが外装ケースに収納されて蓄電モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。

さらに、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置を設ける電池システムが知られている。各蓄電モジュールがモジュールコントローラを有し、モジュールコントローラと共通の制御装置との間で通信手段を介して通信する構成とされている。

複数の電池セルを使用する場合、電池セルの自己放電の相違等に起因して放電時に複数の電池セルの一つが使用下限電圧に到達しても、他の電池セルが未だ使用下限電圧に到達しないことがある。このような状態で、電池セルを再び充電すると、充分に充電することができない電池セルが生じ、電池セルの能力を充分に発揮させることができない問題が生じる。

このような複数の電池セル間の電圧のバラツキを補正するために、従来から電池セル間のバランスを制御する均等化処理が行われている。車載用電池、家庭用蓄電装置等では、電力貯蔵装置が非常に多数の電池セルを有するために、全ての電池セルの電圧を均等化すると、長時間を要する問題があった。

電池セルの電圧の均等化の処理を蓄電モジュール毎に行うモジュール内均等化（セル間電圧調整）と、蓄電モジュール間の電圧の均等化の処理を行うモジュール間均等化（モジュール間電圧調整）によって、均等化に要する時間を短縮することが可能となる。

複数の電池セルが接続された蓄電モジュールにおいて、電池セルの電圧を均等化する構成として、各セルと並列に抵抗とスイッチング素子を接続させ、電圧の高い電池セルを放電させる電圧バランス回路（パッシブバランス調整回路と称する）が知られている。さらに、蓄電モジュールを複数接続した電力貯蔵装置において、蓄電モジュール同士の電圧を均等化させるために、上述と同様に抵抗素子とスイッチング素子とを使用する構成が知られていた。

しかしながら 抵抗により電圧を均等化すると、電池セルおよび蓄電モジュールの電圧が放電により全体として低下してしまい、これらの電圧を目標値とするには、多くの回数の充電と、電圧調整のための放電とを繰り返して行う必要があった。したがって、電力貯蔵装置の電圧調整を完了させるまでには、かなり長い時間を要していた。特に、正負極活物質にサイクル劣化や、温度条件の変動や、内部抵抗の増大に伴って電池セルの容量が低下したものが発生すると、電池セル容量のバランスずれが著しく大きくなり、電圧調整することに長く時間がかかってくる。さらに、モジュール間では電池セルのずれを調整することができず、バランスを保つことが難しい。

一方、コイルとスイッチング素子とを用いて電圧を均等化させる回路（アクティブバランス調整回路と称する）も提案されている。コイルを用いて電荷を移動させ電圧を均等化する回路構成は、比較的短時間で電圧の均等化を行うことができるが、コイルとスイッチング素子の配置構成と、スイッチング素子の制御が複雑となり、且つコイルを多数並べて電力移動をスムースにできる配置を採る必要があった。

例えば、特許文献１には、多数の電池セルを複数の直列セルグループに分割し、各セルグループにセル間電圧バランス補正回路を設けると共に、グループ間電圧バランス補正回路を設けることが記載されている。セル間バランス補正回路は、インダクタとスイッチング素子を用いてセルグループ内の各セルの電圧を均等化するものである。グループ間電圧バランス補正回路は、各セルグループの直列電圧をトランス・コイルとスイッチング回路を用いて形成される交流結合によってバランス補正させる構成とされている。

特開２００８−０３５６８０号公報

特許文献１に記載のグループ間電圧バランス補正回路を蓄電モジュールの電池群のバランスの補正に対して適用することができる。しかしながら、セルグループ（例えば２個の電池セル）毎にコイルを接続する構成とされている。コイルは、共通の磁芯に巻かれている構成である。したがって、別々のケースに収納されている複数の蓄電モジュールに対して接続した場合には、コイルと磁芯とを別のケースに収納する必要がある。この別のトランス装置に対して複数の蓄電モジュールを接続するスター状配線を行うこととなり、蓄電モジュールの個数が増えた場合には、接続が複雑化する問題がある。さらに、非常の多くの電池セルをセルグループに分割しても、２個のセルによってグループを構成する場合には、非常に多くのインダクタを必要とする。このことは、部品点数の増大を招き、回路基板の面積が大きくなる原因となる。

さらに、スイッチング回路が同相でオン・オフ動作するように制御されて電圧の均一化がなされるので、セルグループ毎に独立してスイッチング動作を制御することができないものであった。したがって、電圧が高い特定のセルグループから電圧が低い特定のセルグループに対して電力の移送を行うことができない問題があった。

したがって、本開示は、多数のインダクタを必要とせず、電圧調整に要する時間を短縮化することができる電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両の提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本開示は、複数の電池セルと、
複数の電池セルを含むモジュールと、
複数の電池セルの少なくとも一つのセル電圧を検出する電圧検出部と、
充電時にパッシブバランス制御によってセル電圧を均等化するセル均等化部と、
充電時にアクティブバランス制御によってモジュールの電圧をモジュール間で均等化するモジュール均等化部と、
セル電圧に基づいてセル均等化部とモジュール均等化部とを制御するコントロール信号を生成する制御部とを備え、
制御部による制御は、
第１のしきい値Ｖ１、第１のしきい値Ｖ１よりも小さい第２のしきい値Ｖ２および第２のしきい値Ｖ２よりも小さい第３のしきい値Ｖ３が設定され、
複数の電池セルのセル電圧の中で最大のセル電圧が第１のしきい値Ｖ１に到達する場合に、モジュール均等化部による制御が開始され、
セル電圧が第３のしきい値Ｖ３に到達する場合に、セル均等化部による制御が開始されるものである電力貯蔵装置である。

好ましくは、モジュール均等化部による制御が開始された後、少なくとも１つのセル電圧が第１のしきい値Ｖ１よりも小さい第２のしきい値Ｖ２に達する場合、少なくとも１つのセル電圧を一定に保つ電力貯蔵装置である。

本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した電力貯蔵装置の充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した電力貯蔵装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電力貯蔵装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。

本開示は、セル間電圧調整（セル間バランス調整またはセルバランスと称する）は、パッシブバランス制御によって行うので、インダクタ成分を必要とせず、回路規模および回路基板を小さくすることができる。一方、モジュール間電圧調整（モジュール間バランス調整またはモジュール間バランスと称する）は、アクティブバランス制御によって行うので、全体的電圧が低下することを防止することができる。さらに、モジュール間バランス調整を行う場合、セル間バランス調整と比較して大きな電圧差を解消することが必要となり、パッシブバランス調整によってモジュール間バランス調整を行うと、バランス調整に要する時間が長くなる。したがって、本開示のように、セル間バランス調整とモジュール間バランス調整とを組み合わせることによって、バランス調整に要する時間を短縮化することができる。

電力貯蔵装置の一例のブロック図である。 パッシブバランス調整の説明に用いる接続図である。 アクティブバランス調整の説明に用いる接続図である。 従来と同様の構成を有するモジュール間バランス調整回路の一例の接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第１の例の接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第２の例の接続図である。 スイッチの具体例を示す接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第２の例の動作説明用の接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第２の例の動作説明用のタイミングチャートである。 モジュール間バランス調整回路の第３の例の接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第４の例の接続図である。 モジュール間バランス調整回路の第５の例の接続図である。 本開示によるバランス調整回路を有する電力貯蔵装置の一例のブロック図である。 本開示において蓄電モジュール毎に設けられる制御部の一例のブロック図である。 本開示によるバランス調整処理の第１の例の説明に用いるフローチャートである。 本開示によるバランス調整処理の第１の例における電池セルの電圧変化を示す略線図である。 本開示によるバランス調整処理の第２の例の説明に用いるフローチャートである。 本開示によるバランス調整処理の第２の例における電池セルの電圧変化と、パッシブバランス調整処理の一例における電池セルの電圧変化とを示す略線図である。 本開示によるバランス調整処理のさらに他の例における電池セルの電圧変化を示す略線図である。 本開示のモジュール間バランス回路を有する蓄電システムの応用例の第１の例のブロック図である。 本開示のモジュール間バランス回路を有する蓄電システムの応用例の第２の例のブロック図である。

以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

「電力貯蔵装置」
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電力貯蔵装置と称する。

蓄電モジュールは、複数の電池セル例えばリチウムイオン二次電池の直列接続、または複数の電池セルの並列接続（電池ブロック）の直列接続を含む電池部と、モジュール毎に設けられているモジュールコントローラとを組み合わせた単位である。各モジュールコントローラが全体の制御装置（以下、コントロールボックスと適宜称する。）と接続され、コントロールボックスが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。モジュールコントローラおよびコントロールボックスは、マイクロコンピュータによって構成されている。

蓄電モジュール毎のモジュールコントローラとコントロールボックスとがバスで接続される。バスとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System Management Bus)、ＣＡＮ(Controller Area Network)、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)等が使用される。

各モジュールコントローラとコントロールボックスとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報、すなわち、各電池セルの電圧およびモジュール全体の電圧の情報、電流の情報、温度の情報等の電池情報がモジュールコントローラからコントロールボックスに伝送され、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。

図１に、電力貯蔵装置の具体的な接続構成の一例を示す。例えば４個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４が直列に接続される。この場合では、正極端子１（ＶＢ＋）および負極端子２（ＶＢ−）に例えば電力貯蔵装置の全体の出力電圧例えば約２００Ｖが取り出される。各蓄電モジュールには、モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４と複数の電池セルまたは複数の電池ブロックの並列接続が複数接続された電池部ＢＢ１〜ＢＢ４とがそれぞれ含まれている。

モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４がバスを介して接続され、モジュールコントローラＣＮＴ４の通信端子がコントロールボックスＩＣＮＴに対して接続されている。コントロールボックスＩＣＮＴに対して、各モジュールコントローラからのモジュール毎の電圧等の電池情報が伝送される。コントロールボックスＩＣＮＴは、さらに、外部との通信が可能なように通信端子３を有する。

本開示の一実施の形態では、各モジュール内のセル間バランス調整は、パッシブバランス調整によって行い、モジュール間バランス調整は、アクティブバランス調整によって行う。セル間電圧調整（セル間バランス調整と称する）は、パッシブバランス調整によって行うので、インダクタ成分を必要とせず、回路規模および回路基板を小さくすることができる。一方、モジュール間電圧調整（モジュール間バランス調整と称する）は、アクティブバランス調整によって行うので、全体的電圧が低下することを防止することができる。これらのセル間バランス調整とモジュール間バランス調整とを組み合わせることによって、バランス調整に要する時間を短縮化することができる。

「セルバランスについて」
本開示では、上述した複数の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤｎ間のモジュール間バランス調整を行うことによって、各蓄電モジュールの出力電圧を均等化する。通常、各蓄電モジュールには、多数の電池セルが含まれているので、蓄電モジュール内の電池セル間の電圧バランスに比較して蓄電モジュール間のバラツキが大きくなる。したがって、蓄電モジュール内のセル間バランス調整を行うにしても、モジュール間バランス調整を行うことは、バランス調整に要する時間の短縮化にとって有意義である。

本開示の説明に先立って一般的なパッシブバランス調整について説明する。図２Ａに示すように、例えば１６個の電池セルＣ１〜Ｃ１６のセル間バランス調整について検討する。各セルに対しては、その両端を短絡するためのスイッチＳ１６および抵抗Ｒ１６が接続されている。図２Ａでは、簡単のため、電池セルＣ１６についてのみスイッチＳ１６および抵抗Ｒ１６が示されている。スイッチのオン・オフは、例えばコントローラＣＮＴによって制御される。コントローラＣＮＴは、各セルの電圧を検出している。

放電している電池セルＣ１〜Ｃ１６を充電して何れかの電池セルが破線で示す使用上限電圧に達すると、充電が終了する。図２Ｂに示すように、この状態では、他の電池セルの電圧が使用上限電圧より低いものとなる。例えば自己放電量の相違が電池セル間の放電量のバラツキの原因である。図２Ｃに示すように、コントローラＣＮＴは、最も低い電圧の電池セルＣ１３の電圧と一致するように、Ｃ１３以外の電池セルのスイッチをオンとして電池セルを抵抗を通じて放電させる。

そして、再び電池セルＣ１〜Ｃ１６の内の何れかの電池セルの電圧が使用上限電圧に達するまで充電を行う。そして、使用上限電圧に達した時点で最低の電圧に合うように、電池セルを放電させる。このような、動作を繰り返すことによって、図２Ｄに示すように、電池セルＣ１〜Ｃ１６間の電圧を使用上限電圧とほぼ等しくなるように上昇させることができ、放電量の減少を防止することができる。パッシブバランス調整は、構成が簡略である反面、放電されるエネルギーが無駄となる問題点がある。

次に、図３を参照してアクティブバランス調整について説明する。図３Ａに示すように、本開示では、フライバックトランスＴ１〜Ｔ１６が各電池セルに対して接続される。フライバックトランスＴ１〜Ｔ１６は、それぞれ１次側コイルＷ１〜Ｗ１６と、２次側コイルＷ０１〜Ｗ０１６と、磁芯とによって構成される。１次側コイルＷ１〜Ｗ１６とスイッチＳ１〜Ｓ１６が直列接続され、２次側コイルＷ０１〜Ｗ０１６とスイッチＳ０１〜Ｓ０１６とが直列接続される。図３Ａでは、簡単のため、電池セルＣ１およびＣ１６についてフライバックトランスＴ１およびＴ１６と、スイッチＳ１およびＳ１６と、スイッチＳ０１およびＳ０１６とが示されている。

フライバックトランスＴ１〜Ｔ１６のそれぞれは、１次側コイルと２次側コイルの巻線比が所定の値とされ、１次側と２次側とで位相が逆とされている。さらに、フライバックトランスＴ１〜Ｔ１６は、双方向に電力を伝送することができる。したがって、１次側および２次側の表記は、便宜上のものであり、１次側から２次側への電力伝送、並びに２次側から１次側への電力伝送の何れも可能である。

スイッチＳ１〜Ｓ１６およびスイッチＳ０１〜Ｓ０１６とは、コントローラＣＮＴによって独立に制御される。これらのスイッチのオン・オフを制御することによって、所望の電池セルから取り出したエネルギーを他の電池セルに移すことが可能とされている。コントローラＣＮＴは、各セルの電圧を検出している。

放電している電池セルＣ１〜Ｃ１６を充電して何れかの電池セルが破線で示す使用上限電圧に達すると、充電が終了する。図３Ｂに示すように、この状態では、他の電池セルの電圧が使用上限電圧より低いものとなる。例えば自己放電量の相違が電池セル間の放電量のバラツキの原因である。

図３Ｃに示すように、使用上限電圧に達した時点で最も容量が多い（最高電位）電池セルＣ１５から他の容量が最も少ない（最低電位）電池セルＣ１３に電力を移す。結果、図３Ｄに示すように、残っている容量をほぼ等しいものとする。そして、電池セルＣ１〜Ｃ１６を充電することによって、全ての電池セルをほぼ満充電電圧まで充電できる。実際には、複数回の処理を繰り返し行うようになされる。このような制御は、アクティブバランス調整と称される。パッシブバランス調整に比較してアクティブバランス調整の方が容量を有効に利用することができるので好ましい。

本開示においては、上述したパッシブバランス調整をセル間バランス調整に対して適用する。セル間バランス調整の構成は、上述したように、各電池セルと並列に抵抗およびスイッチを制御し、スイッチのオン／オフを制御する構成とされる。さらに、本開示は、アクティブバランス調整をモジュール間バランス調整に対して適用するものである。

以下、本開示に使用できるモジュール間バランス調整の構成のいくつかの例について説明する。
従来のセルバランス回路をそのままアクティブモジュール間バランス調整回路に適用した回路構成を図４に示す。例えば１４個のモジュール間のバランス制御がなされる。電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４が直列接続される。各電池部は、８個の電池セルが並列接続され、８個の電池セルの並列接続（電池ブロック）が１６個直列接続された構成（所謂（８Ｐ１６Ｓ））を有する。例えば一つの電池部が（３．２Ｖ×１６＝５１．２Ｖ）の電圧を発生する。したがって、１４個の電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４が直列接続は、（５１．２Ｖ×１４＝７１６．８Ｖ）の電圧を発生する。

１４個の電池部の直列接続の正極側および負極側と２次側コイルＷ０の両端が接続される。さらに、共通の磁芯Ｍが設けられている。さらに、２次側コイルＷ０と直列に２次側スイッチＳ０が接続され、１次側コイルＷ１〜Ｗ１４のそれぞれと直列に１次側スイッチＳ１〜Ｓ１４が接続される。スイッチＳ０〜Ｓ１４は、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成される。

図４の構成におけるアクティブバランス調整動作は、電圧が最も高い電池部の１次側コイルに接続されたスイッチをオンとし、次に、当該スイッチをオフとすると共に、スイッチＳ０をオンとし、２次側コイルＷ０に電流を流し、電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４を充電する。一例として、電池部ＢＢ２の電圧が５６．５Ｖであり、他の電池部の電圧が５５．９Ｖである場合には、１次側スイッチＳ２を所定時間オンとした後に、スイッチＳ２がオフされると共に、２次側スイッチＳ０がオンとされる。２次側コイルＷ０を流れる電流によって、電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４（但し、ＢＢ２を除く）が充電される。

図４の構成では、トランスの磁芯Ｍが共通であるので、複数例えば１４個の蓄電モジュールを別々のケースに収納して構成することが困難である。この場合には、磁芯、コイルおよびスイッチからなるトランス部分を１４個の蓄電モジュールとは別のケースに収納してトランス装置を構成し、このトランス装置を中心とするスター状に１４個の蓄電モジュールが接続される。かかるスター状の構成は、蓄電モジュール数が多いとスター状の配線が複雑となる問題がある。

さらに、図４の構成では、２次側コイルＷ０およびスイッチＳ０の直列回路に対して、直列接続された１４個の電池部によって７１６．８Ｖの電圧が印加される。実際に使用する場合に必要な耐圧は、印加電圧の３倍程度とされるので、スイッチＳ０を構成するＦＥＴ等の半導体スイッチ素子の耐圧が２０００Ｖ以上となる。このような耐圧の半導体スイッチ素子を必要とする図４の構成は、実現が困難なものである。したがって、図４の回路構成をモジュール間バランス調整に対して使用することが可能であるが、好ましい構成とは言えない。

図５は、モジュール間バランス調整回路の第１の例を示す。図５に示すように、磁芯Ｍを１４個の磁芯Ｍ１〜Ｍ１４に分割し、２次側コイルＷ０を１４個の２次側コイルＷ０１〜Ｗ０１４に分割する。このようにすれば、１４個の蓄電モジュールを分離してケース収納することができる。図５の構成では、１次側スイッチＳ０１〜Ｓ０１４のそれぞれに対して７１６．８Ｖの電圧が印加される。しかしながら、図５の構成は、フライバックトランスＴ１〜Ｔ１４が別々に構成され、その１次側および２次側のスイッチも各コイルにそれぞれ接続されて独立にスイッチング動作を制御することが可能である。したがって、後述するように、複数の電池部から並行して電力を取り出したり、複数の電池部に対して並行して電力を供給する制御が可能となる。しかも、スイッチング動作のオン期間の長さを制御することによって、電力量を制御することができる。

図６は、モジュール間バランス調整回路の第２の例を示す。図６に示すように、本開示では、１次側コイルＷ１と、２次側コイルＷ０１と、磁芯Ｍ１とによって、フライバックトランスＴ１が構成される。１次側コイルＷ１とスイッチＳ１が直列接続され、２次側コイルＷ０１とスイッチＳ０１が直列接続される。同様に、１次側コイルＷ２〜Ｗ１４と、２次側コイルＷ０２〜Ｗ０１４と、磁芯Ｍ２〜Ｍ１４と、によって、フライバックトランスＴ２〜Ｔ１４が構成される。１次側コイルＷ２〜Ｗ１４とスイッチＳ２〜Ｓ１４が直列に接続される。２次側コイルＷ０２〜Ｗ０１４とスイッチＳ０２〜Ｓ０１４とが直列に接続される。

フライバックトランスＴ１の１次側コイルＷ１とスイッチＳ１の直列回路が蓄電モジュールの電池部ＢＢ１の正側および負側と接続される。他の１次側コイルＷ２〜Ｗ１４とスイッチＳ２〜Ｓ１４のそれぞれの直列回路が蓄電モジュールの電池部ＢＢ２〜ＢＢ１４の正側および負側と接続される。

蓄電素子５１が設けられており、蓄電素子５１によって共通電源電圧ＣＶが発生する。共通電源電圧ＣＶは、電池部の直列接続の合計の電圧７１６．８Ｖよりも低い電圧とされる。好ましくは、２次側スイッチの耐圧のほぼ１／３の電圧以下に設定される。例えば電池部の単位電圧（５１．２Ｖ）とほぼ等しい値に設定される。共通電源電圧ＣＶの電位は、トータルの放電電流と、トータルの充電電流とを制御することで、溢れず、枯渇せず、所望の電圧になるように制御される。

蓄電素子５１は、電池、コンデンサ等である。蓄電素子５１によって、一方の共通電源ラインＣＬ＋が共通電源電圧ＣＶとされ、他方の共通電源ラインＣＬ−が０Ｖとされる。他方の共通電源ラインＣＬ−は、複数の蓄電モジュールの電池部の直列接続の電源（Ｖ−）とは接続されていない別の電源とされている。但し、共通電源ラインＣＬ−を電源Ｖ−に接続しても良い。分割された１次側コイルＷ０１〜Ｗ０１４の一端が共通電源ラインＣＬ＋にそれぞれ接続され、分割された２次側コイルＷ０１〜Ｗ０１４の他端がスイッチＳ０１〜Ｓ０１４を通じて共通電源ラインＣＬ−にそれぞれ接続される。

スイッチＳ０〜Ｓ１４並びにスイッチＳ０１〜Ｓ０１４は、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成される。図７に示すように、例えばフライバックトランスＴ１のスイッチＳ０１は、ＭＯＳＦＥＴＱ０１とそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードＤ０１とによって構成され、スイッチＳ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ１とそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードＤ１とによって構成される。スイッチのオン／オフは、コントロールボックスＩＣＮＴの制御部からのコントロール信号によって制御される。コントロールボックスＩＣＮＴは、各蓄電モジュールのモジュールコントローラＣＮＴから電圧の監視結果の情報を受け取って、コントロール信号（パルス信号）を生成する。

なお、ＭＯＳＦＥＴ以外に、ＩＧＢＴ（(Insulated Gate Bipolar Transistor):絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体スイッチ素子を使用しても良い。なお、スイッチ（ＭＯＳＦＥＴとそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードで構成される）は、ソース→ドレイン方向に流れる電流に対しては、コントロール信号が無くてもダイオードを通じて自動的に電流が流れる（自動的スイッチのオン）。

２次側コイルＷ０１〜Ｗ０１４とスイッチＳ０１〜Ｓ０１４の直列回路には、共通電源電圧ＣＶが印加される。例えば１次側コイルおよびスイッチに印加される電圧と同様の電圧（５１．２Ｖ）に共通電源電圧ＣＶを設定することによって、２次側スイッチＳ０１〜Ｓ０１４の耐圧を１５４Ｖ程度とすることができる。このような耐圧は、２次側スイッチＳ０１〜Ｓ０１４を構成する半導体スイッチにとってそれぼど高い値ではなく、モジュール間バランス調整回路を構成することが容易となる。

フライバックトランスＴ１〜Ｔ１４のそれぞれは、１次側コイルと２次側コイルの巻線比は、１と限定されないが、１次側と２次側とで位相が逆とされている。さらに、フライバックトランスＴ１〜Ｔ１４は、双方向に電力を伝送することができる。したがって、１次側および２次側の表記は、便宜上のものであり、１次側から２次側への電力伝送、並びに２次側から１次側への電力伝送の何れも可能である。

フライバックトランスＴ１を例にとると、スイッチＳ１およびＳ０１がオフの状態からスイッチＳ１がオンすると、コイルＷ１に電流が流れ、磁芯Ｍ１が磁化される。スイッチＳ１がオンの期間コイルＷ１には、時間と共に増大する電流が流れる。次に、スイッチＳ１をオフとし、スイッチＳ０１をオンとすると、磁芯が磁化されているので、コイルＷ０１には、スイッチＳ０１を介して電流が流れる。この電流は、時間と共に減少する電流となる。他のフライバックトランスの動作も同様である。フライバックトランスは、結合インダクタとしての機能を有する。

図６の構成におけるアクティブバランス調整動作では、１次側スイッチを制御することによって、最も電圧が高い電池部から蓄電素子５１に対して電力が移動される。さらに、２次側スイッチを制御することによって、電圧が最も低い蓄電モジュールの電池部に対して電力が移動される。このように、本開示によるモジュール間バランス調整回路は、双方向フライバックトランスを２段介して電力を移動させる。

一例として、電池部ＢＢ３の電圧が最も高く５６．５Ｖであり、電池部ＢＢ２の電圧が最も低く５５．９Ｖである場合の動作を説明する。まず、フライバックトランスＴ３のスイッチＳ３がオンとされ、電池部ＢＢ３を電源として１次側コイルＷ３に電流が流れる。次に、スイッチＳ３がオフとされ、スイッチＳ０３がオンとされる。電磁エネルギーによって、２次側コイルＷ０３に電流が流れ、蓄電素子５１が充電される。

次に、スイッチＳ０３がオフとされると共に、フライバックトランスＴ２のスイッチＳ０２がオンとされ、蓄電素子５１によって、２次側コイルＷ０２に電流が流れる。次に、スイッチＳ０２がオフとされると共に、スイッチＳ２がオンとされ、１次側コイルＷ２に流れる電流によって、電池部ＢＢ２が充電される。このようにして、アクティブバランス調整動作がなされる。

図８および図９を参照してアクティブバランス調整動作についてより詳細に説明する。図８に示すように、フライバックトランスＴ３のコイルＷ３を流れる電流をｉ１とし、コイルＷ０３を流れる電流をｉ２と表記する。電流ｉ１およびｉ２は、逆位相である。フライバックトランスＴ２のコイルＷ０２を流れる電流をｉ３とし、コイルＷ２を流れる電流をｉ４と表記する。電流ｉ３およびｉ４は、逆位相である。さらに、動作開始時に蓄電素子５１が充分に充電されているものとする。

図９のタイミングチャートに示すように、フライバックトランスＴ３を通じてなされる電力伝送と、フライバックトランスＴ２を通じてなされる電力伝送とが並行してなされる。まず、図９Ａおよび図９Ｃに示すように、スイッチＳ３およびＳ０２が同一の期間オンとされる。スイッチＳ３のオンによって、コイルＷ３に対して図９Ｅに示すように、徐々に増大する電流ｉ１が流れる。スイッチＳ０２のオンによって、コイルＷ０２に対して図９Ｇに示すように、徐々に増大する電流ｉ３が流れる。電流ｉ３が蓄電素子５１に対して放電方向に流れる。

次に、スイッチ素子Ｓ３およびＳ０２がオフとされ、図９Ｂおよび図９Ｄに示すように、スイッチＳ０３およびＳ２が同一の期間オンとされる。スイッチＳ０３のオンによって、コイルＷ０３に対して図９Ｆに示すように、徐々に減少する電流ｉ２が流れる。電流ｉ２が蓄電素子５１に対して充電方向に流れる。電流ｉ２による蓄電素子５１に対する充電によって、電池部ＢＢ３から電力が蓄電素子５１に移動される。

スイッチＳ２のオンによって、コイルＷ２に対して図９Ｈに示すように、徐々に減少する電流ｉ４が流れる。電流ｉ４が電池部ＢＢ２を充電する方向に流れる。電流ｉ４による充電によって、蓄電素子５１の電力が電池部ＢＢ２に移動される。なお、実際の電力伝送は、１回のスイッチング動作ではなく、複数回のスイッチング動作によって、少しずつ電力を移動させるようになされる。さらに、スイッチに対するパルス信号をパルス幅変調して、スイッチのオン期間を制御し、電力の移動量を所望のものに設定することができる。また、図９において、スイッチＳ３とＳ０２は、同期した形で記述しているが、実際には、共通電源電圧ＣＶは、ある程度の幅を許容することで、同期関係がなくても構わない。

さらに、本開示に適用できるモジュール間バランス調整回路の変形例について説明する。上述したモジュール間バランス調整回路においては、一つのフライバックトランスを介して取り出した電力を一つのフライバックトランスを通じて移動させるようにしている。しかしながら、複数のフライバックトランスを通じて電力を取り出しても良い。例えば電圧が最大の蓄電モジュールと電圧が２番目に大きい蓄電モジュールとのふたつから電力を取り出すようにしても良い。さらに、取り出した電力を複数のフライバックトランスを介して移動させるようにしても良い。例えば電圧が最低の蓄電モジュールと電圧が２番目に小さい蓄電モジュールとのふたつに対して電力を供給するようにしても良い。例えば、上述した図６の構成において、フライバックトランスＴ１４を通じて小電流で電力を取り出し、同時に、フライバックトランスＴ３を通じて大電流で電力を取り出す。さらに、電力の取り出しと同時に、フライバックトランスＴ１およびＴ２をそれぞれ通じて中電流で電力を供給するようにできる。

図１０に示すように、各蓄電モジュールのフライバックトランスＴ１〜Ｔ１４のそれぞれの２次側において、共通電源ラインＣＬ＋および共通電源ラインＣＬ−の間にコンデンサＣ１〜Ｃ１４を挿入する。コンデンサＣ１〜Ｃ１４によって、高周波成分を減少させることによって、共通電源ラインＣＬ＋およびＣＬ−に発生する電圧を直流電源として出力することができる。この直流電源をコントロールボックスＩＣＮＴの電源として供給するようにしても良い。

さらに、図１１に示すように、全ての蓄電モジュールに対して共通にフライバックトランスＴｘを設けるようにしても良い。フライバックトランスＴｘは、１次側コイルＷｙと、２次側コイルＷｘと、磁芯Ｔｘとからなる。コイルＷｘとスイッチＳｘが直列接続される。コイルＷｙとスイッチＳｙが直列接続される。フライバックトランスＴｘの２次側コイルＷｘの一端が端子５２と接続され、その他端がスイッチＳｘを介して０Ｖのラインに接続される。端子５２は、共通電源電圧ＣＶ端子に接続する。

１次側コイルＷｙの一端が複数例えば１４個の蓄電モジュールの電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４の直列接続の正側（Ｖ＋）と接続される。１次側コイルＷｙの他端が電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４の直列接続の負側（Ｖ−）と接続される。電池部ＢＢ１〜ＢＢ１４に対して図６の構成と同様に、フライバックトランスＴ１〜Ｔ１４および蓄電素子５１が接続されており、上述したようなモジュール間バランス制御がなされる。

図１１に示す構成によれば、フライバックトランスＴｘを通じて、全ての蓄電モジュールの電池部に対して電力を一度に供給することができ、モジュール間バランス制御の動作をバリエーションを増やすことができる。

さらに、本開示では、フライバックコンバータ方式以外のフォワードコンバータ、ＲＣＣ(Ringing Choke Converter) 方式等の電磁結合方式の電力伝送装置を使用することができる。

図１２は、本開示の応用例を示し、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ１４（図６に示す構成）に対して蓄電モジュールＭＯＤ１０１〜ＭＯＤ１０４からなる他の電力貯蔵装置を接続する。共通電源ラインＣＬ＋およびＣＬ−は、共通電源電圧ＣＶが二つの電力貯蔵装置の間で等しい関係にあれば、他の電力貯蔵装置に対しても接続することが可能である。すなわち、接続する蓄電モジュール数を増加させることが容易である。

「モジュール間バランス調整回路の利点」
図５、図６、図１０、図１１、図１２に示す構成のモジュール間バランス調整回路は、各モジュールのフライバックトランスを別々の構成としているので、磁芯を共通とする構成と異なり、スター状配線を行う必要がなく、配線を簡単とすることができる。

さらに、これらのモジュール間バランス調整回路は、フライバックトランスの１次側のコイルおよびスイッチに対しては、各蓄電モジュールの電池部の両端の電圧が印加され、２次側のコイルおよびスイッチに対しては、共通電源電圧ＣＶが印加される。共通電源電圧ＣＶは、例えば各蓄電モジュールの電池部の両端の電圧と等しい値とされる。したがって、全ての蓄電モジュールの直列接続の電圧がコイルおよびスイッチに印加されることがなく、コイルおよびスイッチとして耐圧の低いものを使用することができる利点がある。

さらに、これらのモジュール間バランス調整回路では、フライバックトランスの１次側スイッチＳ１〜Ｓ１４および２次側スイッチＳ０１〜Ｓ０１４を独立のコントロールパルス信号によって制御することができる。したがって、所望の複数のフライバックトランスを介して電力の伝送を行うことが可能となる。さらに、スイッチング動作のオン期間の長さを設定することによって、フライバックトランスを介して移動させる電力量を個別に制御することができる。すなわち、移動させる電力量に対応してスイッチをオンさせる期間を長くすれば、移動させる電力量を可変することができる。

さらに、複数の蓄電モジュールの出力端子Ｖ＋およびＶ−間には、大電流が流れるので、比較的大きなノイズが発生しやすい。しかしながら、共通電源電圧ＣＶは、出力端子Ｖ＋およびＶ−とは絶縁されているので、負荷電流の変動によるノイズの影響を少なくすることができる。

ノイズの影響の少ない共通電源電圧ＣＶをコントロールボックスＩＣＮＴの電源として使用することができる。例えば共通電源電圧ＣＶの値を制御部の電源電圧と等しい値（＋５Ｖ、＋１２Ｖ等）としても良い。共通電源電圧ＣＶをコントロールボックスＩＣＮＴの電源として使用する場合には、コントロールボックスＩＣＮＴの電源が蓄電モジュールの電圧変動の影響を受けないようにすることができる。

「電力貯蔵システムの一例」
ｎ個例えば３個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ３を有する電力貯蔵システムに対して本開示を適用した構成を図１３に示す。各蓄電モジュールが電池部ＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３と、上述したセル間バランス調整部およびモジュール間バランス調整部と、電池モニタ部６１、６２および６３（図においては、ＢＭＵ１，ＢＭＵ２，ＢＭＵ３と表記する）と、制御ユニット７１、７２および７３（図においては、ＭＣＵ１，ＭＣＵ２，ＭＣＵ３と表記する）とを備えている。そして、電池モニタ部６１，６２および６３と制御ユニット７１、７２および７３との間が双方向通信可能な通信路で結ばれている。

セル間バランス調整部およびモジュール間バランス調整部と、電池モニタ部６１，６２，６３と、制御ユニット７１、７２および７３とが図１におけるモジュールコントローラＣＮＴを構成している。各モジュールの制御ユニット７１、７２および７３と、システム全体のを制御するコントロールボックスＩＣＮＴとが双方向通信可能な通信路で結ばれている。通信方式として、例えばＣＡＮが使用される。最近では、ＣＡＮは、車載ＬＡＮとして使用されている。なお、図１３は、主としてセル間バランス調整およびモジュール間バランス調整の制御のための構成を示すもので、電力の伝送についての接続は、省略されている。

セル間バランス調整部は、パッシブバランス調整方式で、各モジュールの電池部の電池ブロック（または電池セル）の互いの電圧を均等化する。パッシブバランス調整方式では、電圧が高い電池ブロックを放電させるので、各電池ブロックと並列にスイッチと抵抗とが接続されている。スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)によってスイッチが構成されている。モジュールＭＯＤ１にスイッ
チＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３が接続され、モジュールＭＯＤ２にスイッチＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３が接続され、モジュールＭＯＤ３にスイッチＦ３１，Ｆ３２，Ｆ３３が接続される。

モジュール間バランス調整部としては、上述したモジュール間バランス調整回路の何れの構成を使用しても良い。図１３の構成では、例えば図６に示す構成が使用されている。すなわち、フライバックトランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３が設けられ、各フライバックトランスの１次側に電池部とスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３とが接続され、その２次側にスイッチＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３と蓄電素子５１とが接続されている。

バランス調整部に含まれるスイッチを制御するためのコントロール信号が制御ユニット７１，７２，７３から出力される。各蓄電モジュールのセル間バランス調整部のスイッチを制御するコントロール信号は、各蓄電モジュールの制御ユニットから出力される。例えば蓄電モジュールＭＯＤ１においては、電池部ＢＢ１の各電池ブロックの電圧が電池モニタ部６１によって検出され、制御ユニット７１に対して伝送される。制御ユニット７１では、各電池ブロックの電圧の中で最高の電圧の電池ブロックを検出し、当該電池ブロックと接続されているスイッチをオンにして、当該電池ブロックを放電させる。他の蓄電モジュールＭＯＤ２およびＭＯＤ３においても同様のセル間バランス調整動作がなされる。放電量は、スイッチをオンする期間に対応するので、スイッチを制御するためのコントロール信号は、放電量に応じてパルス幅変調されたものである。

モジュール間バランス調整のためのコントロール情報は、コントロールボックスＩＣＮＴによって生成され、各蓄電モジュールの制御ユニットに対して伝送される。すなわち、コントロールボックスＩＣＮＴに対して、全蓄電モジュールＭＯＤ１，ＭＯＤ２，ＭＯＤ３の全電池ブロックのそれぞれの電圧と、電池部のそれぞれの電圧とが電池モニタ部６１，６２，６３と、制御ユニット７１，７２，７３と、通信路を介して伝送されている。コントロールボックスＩＣＮＴは、受け取ったこれらの電圧情報からモジュール間バランス調整用のコントロール情報を生成し、各蓄電モジュールに対して伝送する。モジュール間で移動されるエネルギー量は、スイッチをオンする期間に対応するので、スイッチを制御するためのコントロール信号は、エネルギー量に応じてパルス幅変調されたものである。

セル間バランス調整動作およびモジュール間バランス調整動作と並行してコントロールボックスＩＣＮＴは、共通電源電圧ＣＶが供給される電源ラインＣＬ＋およびＣＬ−間の電圧を測定し、共通電源電圧ＣＶが所望の電圧となるようにモジュール間バランス調整の全体の制御を行う。

なお、セル間バランス調整のためのコントロール情報を制御ユニット７１，７２，７３において生成して電池モニタ部６１，６２，６３を通じてスイッチＦＦ１１〜ＦＦ３３に対して供給しても良い。さらに、セル間バランス調整のためのコントロール情報をコントロールボックスＩＣＮＴにおいて生成し、通信によって各蓄電モジュールの制御ユニットに対して伝送するようにしても良い。

「モジュールコントローラの一例」
図１４を参照してモジュールコントローラの構成の一例例えば蓄電モジュールＭＯＤ１の電池モニタ部６１および制御ユニット７１について説明する。電池部ＢＢ１が例えば３個の電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続からなる。各電池セルと並列にＦＥＴからなるスイッチＦ１１、Ｆ１２、Ｆ１３と抵抗が接続されている。スイッチＦ１１、Ｆ１２、Ｆ１３が制御ユニット７１からのパルス幅変調されたコントロール信号によってオン／オフされる。その結果、パッシブバランス調整によって、セル間バランス調整がなされる。

電池モニタ部６１は、マルチプレクサ５５を有する。マルチプレクサ５５に対して電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの電圧と、電池部ＢＢ１の両端の電圧とが入力される。マルチプレクサ５５は、これらの電圧を順番に選択してＡ／Ｄコンバータ６５に供給する。Ａ／Ｄコンバータ６５が個々の電圧値をデジタル信号に変換する。例えばアナログ電圧データが１４〜１８ビットのデジタル電圧データに変換される。

電池部ＢＢ１を流れる電流を検出する抵抗５７が電池部ＢＢ１と直列に接続されている。抵抗５７の両端の電圧がアンプ５６を介してＡ／Ｄコンバータ６７に供給される。Ａ／Ｄコンバータ６７が電流値をデジタル信号に変換する。さらに、各セルの温度を検出する温度測定部５８が設けられている。温度測定部５８からの温度情報がＡ／Ｄコンバータ６６に供給される。Ａ／Ｄコンバータ６６が温度情報をデジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄコンバータ６５、６６、６７の方式としては、逐次比較方式やΔΣ（デルタシグマ）方式など、種々の方式を使用できる。さらに、電圧、電流および温度に関して別個にＡ／Ｄコンバータを設けることは必須ではない。

Ａ／Ｄコンバータ６５、６６、６７の出力が通信部６８に供給される。通信部６８は、制御ユニット７１との間の通信を行う。さらに、制御ユニット７１がシステム全体を制御するコントロールボックスＩＣＮＴと通信路を介して接続される。図１４では、モジュール間バランス調整に関する構成が省略されている。制御ユニット７１は、モジュール間バランス調整部のスイッチを制御するコントロール信号を発生する。

図１４に示すモジュールコントローラＣＮＴにおいて、Ａ／Ｄコンバータ６５、６６、６７、通信部６８および制御ユニット７１が低電圧例えば５Ｖの電源で動作することができる低電圧電源部である。低電圧電源部に対する電源がコントロールボックスＩＣＮＴから供給するようになされる。電池部ＢＢ１から電源を供給すると、モジュールコントローラ間の消費電力の相違によって、モジュール間のバランスが崩れるおそれがある。そこで、モジュールコントローラの低電圧電源部に対する電源をコントロールボックスＩＣＮＴから供給するようになされる。

以上、蓄電モジュールＭＯＤ１のモジュールコントローラについて説明したが、他の蓄電モジュールＭＯＤ２およびＭＯＤ３のモジュールコントローラも、蓄電モジュールＭＯＤ１のモジュールコントローラと同様の構成とされている。

「本開示のバランス調整の第１の例」
図１５は、本開示の一実施の形態における充電時のバランス調整の制御動作の流れを示す。さらに、図１６は、充電時の各蓄電モジュールに含まれる電池セルの電圧変化を示している。図示の電圧変化は、図１３に示すように、３個の蓄電モジュールＭＯＤ１、ＭＯＤ２、ＭＯＤ３を有し、各蓄電モジュールが３個の電池セルをそれぞれ有している電力貯蔵システムの場合の各電池セルの電圧変化である。

図１６において、一点鎖線で示す電圧変化が蓄電モジュールＭＯＤ１の３個の電池セルの電圧（以下、セル電圧と適宜称する）の変化を示し、実線で示す電圧変化が蓄電モジュールＭＯＤ２の３個の電池セルのセル電圧の変化を示し、破線で示す電圧変化が蓄電モジュールＭＯＤ３の３個の電池セルのセル電圧の変化を示す。本開示の制御によって、最終的に全てのセル電圧がほぼ等しくされ、蓄電モジュール間の電圧がほぼ等しくされる。例えば各電池セルの電圧の差ΔＶが図１６において、Ｖend で示す制御完了電圧幅に収まるようになされる。一例として、Ｖend ＝３０ｍＶとされる。

図１６に示すように、時刻ｔ０から充電を開始してから電池部の電池セルの電圧の差ΔＶが電圧幅Ｖend 内に収まるまでの期間は、以下のように、処理に応じて分割される。これらの処理は、第１、第２、第３および第４のしきい値（電圧）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４、Ｖ５（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４＞Ｖ５）とセル電圧との関係によって切り替えられる。しきい値Ｖ１は、充電時のセル電圧の上限値に対応している。しきい値Ｖ２およびＶ３は、電圧幅Ｖend の上限値および下限値である。しきい値Ｖ５は、予備充電を行うか否かを判定するためのものである。しきい値Ｖ４は、後述するバランス調整の第２の例に関係するものである。

図１６の例では、しきい値Ｖ１〜Ｖ５によって下記のように、処理が切り替えられている。なお、充電は、時刻ｔ０では、既に開始されている。
時刻ｔ０〜ｔ１：セル間バランス調整（パッシブバランス調整）期間
時刻ｔ１〜ｔ２：モジュール間バランス調整（アクティブバランス調整）期間
時刻ｔ２〜ｔ３：セル間バランス調整（パッシブバランス調整）期間
時刻ｔ３〜ｔ４：セル間バランス調整およびモジュール間バランス調整期間

さらに、図１５のフローチャートを参照して処理の流れについて説明する。図１５のフローチャートにおける表記の定義は、下記の通りである。
Ｖcell Ｎn ：Ｎ番目の蓄電モジュールのｎ個目のセル電圧（図１６に示す例は、Ｎ＝
１〜３，ｎ＝１〜３である。）
Ｖcell Ｎmax：Ｎ番目の蓄電モジュールにおける最大のセル電圧
Ｖcell max：全ての電池セルの中で最大のセル電圧
Ｖend ：バランス制御完了電圧幅

充電開始してから充電が継続され（ステップＳ１）、ステップＳ２において、全ての電池セルの個々のセル電圧Ｖcell Ｎnがしきい値Ｖ５よりか大きいか否かが判定される。コントロールボックスＩＣＮＴは、９個の電池セルのそれぞれのセル電圧および３個の蓄電モジュールのそれぞれの電圧を監視している。

若し、セル電圧Ｖcell ＮnがＶ５以下の場合では、ステップＳ３において、例えば０．１Ｃの電流で予備充電が行われる。そして、セル電圧Ｖcell ＮnがＶ５より大きいと判定されると、充電が継続され（ステップＳ４）、ステップＳ５の判定処理がなされる。

電池セルがリチウムイオン二次電池の場合には、定電流／定電圧充電がなされる。例えば０．５Ｃの充電電流によって充電がなされ、図１６に示すように、時刻ｔ０からの充電によって各セル電圧が上昇する。

ステップＳ５において、しきい値Ｖ２およびＶ３を使用して、（Ｖ２≦セル電圧Ｖcell Ｎn≦Ｖ３）の条件を満たし、且つ全セル電圧の差（バラツキ）ΔＶが（ΔＶ≦Ｖend ）を満たすか否かが判定される。すなわち、全てのセル電圧がしきい値Ｖ２（上限値）およびＶ３（下限値）の電圧幅内に存在しているか否かが判定される。判定結果が肯定であれば、充電制御の動作（バランス制御の動作も）が終了する（ステップＳ６）。なお、通常の充電制御と同様に、満充電を検出して充電を終了しても良い。

ステップＳ５の判定結果が否定の場合では、ステップＳ７およびステップＳ８の処理がなされる。ステップＳ７は、何れかのセル電圧Ｖcell Ｎnがしきい値Ｖ３以上になったか否かを判定する処理である。ステップＳ８は、何れかのセル電圧Ｖcell Ｎnがしきい値Ｖ１以上になったか否かを判定する処理である。ステップＳ７は、セル間バランス調整を行うか否かの判定処理であり、ステップＳ８は、モジュール間バランス調整を行うか否かの判定処理である。

ステップＳ７の判定結果が肯定であると、すなわち、電池セルの電圧がしきい値Ｖ３以上になると、当該電池セルが放電され、セル間バランス調整動作が開始される（ステップＳ９）。ステップＳ７の判定結果が否定である場合には、制御がステップＳ４に戻り、上述したのと同様の制御が繰り返される。ステップＳ９においてセル間バランス調整が開始した場合には、同様に、制御がステップＳ４に戻り、上述したのと同様の制御が繰り返される。ステップＳ８の判定結果が否定である場合も、同様に、制御がステップＳ４に戻り、上述したのと同様の制御が繰り返される。

図１６の例において、タイミングｔ０において、蓄電モジュールＭＯＤ１（一点鎖線の電圧変化を有する）の最大のセル電圧がしきい値Ｖ３以上となっている。したがって、タイミングｔ０では、既に蓄電モジュールＭＯＤ１の３個の電池セルの中で、最も電圧が高い電池セルの放電が開始している。但し、充電動作が継続しており、且つ充電電流がセル間バランス調整時の放電電流より大きいので、セル間バランス調整によって放電する電池セルの電圧も上昇する。放電中の電池セルの電圧は、同じモジュールの他の電池セルの電圧と比較してより緩やかな傾斜で電圧が上昇する。さらに、蓄電モジュールＭＯＤ１の２番目に高い電圧の他の電池セルがタイミングｔ０より後でしきい値Ｖ３に達するので、この電池セルも同様に放電を開始し、その電圧上昇の傾きが途中から緩やかなものに変化する。このように、セル間バランス調整において、セル放電用ＦＥＴをオンとして充電を意図的に遅らせ、他の蓄電モジュールとの電圧のバランスを行う。

蓄電モジュールＭＯＤ３（破線の電圧変化を有する）においても、タイミングｔ０において、セル電圧がしきい値Ｖ３に到達している電池セルは、放電される。蓄電モジュールＭＯＤ２（実線の電圧変化を有する）の場合では、タイミングｔ０〜ｔ１の間で、全ての電池セルのセル電圧がしきい値Ｖ３に到達しないので、セル間バランス調整動作（セルの放電）がなされない。

ステップＳ８の判定結果が肯定である場合、すなわち、何れかの電池セルのセル電圧がしきい値Ｖ１以上となると、ステップＳ１０に制御が移り、モジュール間バランス調整が開始される。図１６の例では、モジュールＭＯＤ１の最大のセル電圧がタイミングｔ１においてしきい値Ｖ１以上となり、タイミングｔ１からモジュール間バランス調整が開始される。

ステップＳ１１において、Ｖcell max（全ての電池セルの中で最大のセル電圧）が決定される。そして、ステップＳ１２において、Ｖcell Ｎmaxとしきい値Ｖ２とが比較される。すなわち、ステップＳ１２において、（Ｖcell Ｎmax≧Ｖ２）の判定がなされる。この判定の結果が否定の場合、制御がステップＳ１３に移る。ステップＳ１３において、ステップＳ１２の判定対象の蓄電モジュール（Ｎ）の電圧が上昇される。そして、処理がステップＳ１５に移る。

図１６の例では、蓄電モジュールＭＯＤ２（実線の電圧変化）のＶcell Ｎmaxがタイミングｔ２までにしきい値Ｖ２に到達しないので、蓄電モジュールＭＯＤ２の電圧は、モジュール間バランス調整によって上昇される（ステップＳ１３）。モジュール間バランス調整によって、他の蓄電モジュールから電力の供給を受けるので、蓄電モジュールＭＯＤ２の電圧変化の上昇が充電時に比してより急なものとなる。

一方、蓄電モジュールＭＯＤ１およびＭＯＤ３のそれぞれのＶcell Ｎmaxがしきい値Ｖ２以上であるので、ステップＳ１４において、電力を放出し、それぞれの蓄電モジュールのセル電圧が低下する。ステップＳ１５において、全ての電池セルの中で最大のセル電圧Ｖcell maxがしきい値Ｖ２より小となるか否かが判定される。図１６のタイミングｔ２において、Ｖcell maxがしきい値Ｖ２より小となる。したがって、ステップＳ１６に制御が移り、モジュール間バランス調整が終了する。

モジュール間バランス調整において、コントロールボックスＩＣＮＴは、パルス幅変調されたコントロール信号を生成し、コントロール信号が通信路を介して各モジュールのモジュールコントローラの制御ユニット７１〜７３に供給される。制御ユニット７１〜７３がモジュール間バランス調整のためのスイッチをコントロール信号にしたがって制御する。蓄電モジュールの電圧を低下させる場合には、フライバックトランスの１次側を放電させてその２次側を充電状態とする。蓄電モジュールの電圧を上昇させる場合には、フライバックトランスの２次側を放電させてその１次側を充電状態とする。

ステップＳ１６の後に制御がステップＳ４に戻る。タイミングｔ２においては、電池セルの電圧の差が電圧幅Ｖend 内に収まっていないので、ステップＳ５の判定結果が否定となり、ステップＳ７およびステップＳ８に制御が移る。時刻ｔ２においては、（Ｖcell
Ｎn≧Ｖ１）とならないので、ステップＳ７の判定結果が肯定の蓄電モジュールに関して
セル間バランス調整がなされる。

タイミングｔ２〜タイミングｔ３の間で、セル電圧がしきい値Ｖ３以上となる場合に、セル間バランス調整によって当該電池セルが放電され、その結果、セル電圧の上昇の傾き向きが緩やかとなる。セル間バランス調整がなされる場合でも、充電電流が放電電流より多く流れているので、セル電圧の変化の傾きが正である。

そして、タイミングｔ３になると、全蓄電モジュールのセル電圧がしきい値Ｖ１およびＶ３で規定される電圧幅内に収まる。したがって、ステップＳ７の判定結果が肯定となり、セル間バランス調整がなされ、しきい値Ｖ３と近づくように、セル電圧が制御される。さらに、蓄電モジュールＭＯＤ１の最大のセル電圧がしきい値Ｖ１に到達するので、ステップＳ８の判定結果が肯定となる。上述したステップＳ１０〜ステップＳ１６のモジュール間バランス調整の制御によって、しきい値Ｖ２と近づくように、蓄電モジュールの電圧が制御される。

このような制御によって、ステップＳ５の判定結果が肯定となると、全ての電池セルのセル電圧が所望の電圧幅Ｖend 内に収まり、全ての電池がＶ２〜Ｖ３の範囲にあるため、充電動作（バランス制御動作）が終了する。

「本開示のバランス調整の第２の例」
図１７のフローチャートおよび図１８の電圧変化のグラフを使用してバランス調整の第２の例について説明する。第２の例では、図１８において破線で示すように、モジュール間バランス調整の期間（ｔ１〜ｔ２）において、電池セルの電圧が低下する場合、３番目の蓄電モジュールにおける最大のセル電圧Ｖcell Ｎmaxがしきい値Ｖ２まで低下することがステップＳ２１において検出されると、ステップＳ２２において、当該蓄電モジュールの電圧が一定に保持される。この際、しきい値Ｖ２とは別にしきい値Ｖ１よりも小さいしきい値Ｖ４を設定し、しきい値Ｖ４に達した際に当該蓄電モジュールの電圧を一定に保持するようにしてもよい。

そして、ステップＳ２３において、全ての電池セルの中で最大のセル電圧Ｖcell maxがしきい値Ｖ２より小か否かが判定される。最大のセル電圧Ｖcell maxがしきい値Ｖ２より小と判定されると、モジュール間バランス調整が終了する（ステップＳ２４）。このような制御によって、タイミングｔ２における電池セルの電圧のバラツキをより少なくすることができる。

図１９に示すさらに他の例は、上述した制御が開始されるタイミングｔ１より前の充放電停止期間（ｔ０〜ｔ１）において、予めモジュール間バランス調整のみを行い、電池セルの電圧のバラツキを減少させておくものである。

「応用例としての住宅における電力貯蔵装置」
本開示を住宅用の電力貯蔵装置に適用した例について、図２０を参照して説明する。例えば住宅１０１用の電力貯蔵装置１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の電力貯蔵装置を使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「応用例としての車両における電力貯蔵装置」
本開示を車両用の電力貯蔵装置に適用した例について、図２１を参照して説明する。図２１に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。電池２０８に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。

電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。

「変形例」
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・コントロールボックス
ＣＮＴ・・・各蓄電モジュールのコントローラ
ＩＣＮＴ・・・コントロールボックス
Ｂ１〜Ｂｎ・・・電池ブロック
ＢＢ１〜ＢＢｎ・・・電池部
ＩＳＣ１〜ＩＳＣｎ・・・絶縁部
ＣＯＭ１〜ＣＯＭｎ・・・通信部
２１・・・多層配線基板
２３，２４・・・プリント基板アンテナ
ＬＹ１〜ＬＹ４・・・配線層
Ｗ１〜Ｗ１４・・・１次側コイル
Ｓ１〜Ｓ１４・・・１次側スイッチ
Ｗ０１〜Ｗ０１４・・・２次側コイル
Ｓ０１〜Ｓ０１４・・・２次側スイッチ
Ｔ１〜Ｔ１４・・・フライバックトランス
ＣＬ＋，ＣＬ−・・・共通電源ライン
ＣＶ・・・共通電源電圧
５１・・・蓄電素子

Claims (8)

1. 複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを含むモジュールと、
   前記複数の電池セルの少なくとも一つのセル電圧を検出する電圧検出部と、
   充電時にパッシブバランス制御によって前記セル電圧を均等化するセル均等化部と、
   充電時にアクティブバランス制御によって前記モジュールの電圧をモジュール間で均等化するモジュール均等化部と、
   前記セル電圧に基づいて前記セル均等化部と前記モジュール均等化部とを制御するコントロール信号を生成する制御部とを備え、
   前記制御部による制御は、
   第１のしきい値Ｖ１、前記第１のしきい値Ｖ１よりも小さい第２のしきい値Ｖ２および前記第２のしきい値Ｖ２よりも小さい第３のしきい値Ｖ３が設定され、
   複数の前記電池セルの前記セル電圧の中で最大のセル電圧が前記第１のしきい値Ｖ１に到達する場合に、前記モジュール均等化部による制御が開始され、
   前記セル電圧が前記第３のしきい値Ｖ３に到達する場合に、前記セル均等化部による制御が開始されるものである電力貯蔵装置。
2. 前記モジュール均等化部による制御が開始された後、少なくとも１つの前記セル電圧が前記第１のしきい値Ｖ１よりも小さい第２のしきい値Ｖ２に達する場合、少なくとも１つの前記セル電圧を一定に保つ
   請求項１に記載の電力貯蔵装置。
3. 前記セル均等化部および前記モジュール均等化部による制御は、前記セル電圧が前記第２のしきい値Ｖ２および前記第３のしきい値Ｖ３間にある状態となるまで、行われる請求項１または２に記載の電力貯蔵装置。
4. 前記制御部が複数の前記モジュールにそれぞれ設けられる第１の制御部と、複数の前記モジュールに対して共通の第２の制御部とによって構成され、
   前記電圧検出部によって検出された前記セル電圧が前記第１の制御部から前記第２の制御部に伝送され、
   前記第２の制御部が前記セル均等化部を制御する第１のコントロール信号と、前記モジュール均等化部を制御する第２のコントロール信号を生成する請求項１乃至３の何れかに記載の電力貯蔵装置。
5. 前記制御部が複数の前記モジュールにそれぞれ設けられる第１の制御部と、複数の前記モジュールに対して共通の第２の制御部とによって構成され、
   前記電圧検出部によって検出された前記セル電圧が前記第１の制御部から前記第２の制御部に伝送され、
   前記第１の制御部が前記セル均等化部を制御する第１のコントロール信号を生成し、
   前記第２の制御部が前記モジュール均等化部を制御する第２のコントロール信号を生成する請求項１乃至４の何れかに記載の電力貯蔵装置。
6. 前記モジュール均等化部は、
   複数の前記モジュールの直列接続とそれぞれ並列に接続される第１のコイルおよび第１のスイッチング素子からなる直列回路と、
   前記第１のコイルと電磁的に結合する第２のコイルと、
   前記第２のコイルと直列に接続される第２のスイッチング素子とを有し、
   前記制御部によって、前記第１および第２のスイッチング素子が個別に制御される請求項１乃至５の何れかに記載の電力貯蔵装置。
7. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
   前記送受信部が受信した情報に基づき、請求項１に記載の電力貯蔵装置の充放電制御を行う電力システム。
8. 請求項１に記載の電力貯蔵装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電力貯蔵装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。

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