(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024152094
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】電池充放電装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023066041
(22)【出願日】2023-04-14
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】森田 一徳
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA01
5G503BB01
5G503CA02
5G503CA12
5G503GA01
(57)【要約】
【課題】スイッチングレギュレータの電池充放電装置において、スイッチング周波数を上昇させることなく、電流脈動を小さくする。
【解決手段】第１可変直流電源Ｃ３の正極に第２可変直流電源Ｃ４の正極が接続される。第１可変直流電源Ｃ３の正極と負極との間に第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６が直列接続される。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６に各々還流ダイオードが逆並列接続される。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の接続点に第３直流リアクトルＬ３の一端が接続される。第３直流リアクトルＬ３の他端は電池３００の一端に接続される。電流検出手段Ｒ１は電池３００の充放電電流を検出する。電池３００の他端は、第２可変直流電源Ｃ４の負極に接続される。
【選択図】図１
【解決手段】第１可変直流電源Ｃ３の正極に第２可変直流電源Ｃ４の正極が接続される。第１可変直流電源Ｃ３の正極と負極との間に第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６が直列接続される。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６に各々還流ダイオードが逆並列接続される。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の接続点に第３直流リアクトルＬ３の一端が接続される。第３直流リアクトルＬ３の他端は電池３００の一端に接続される。電流検出手段Ｒ１は電池３００の充放電電流を検出する。電池３００の他端は、第２可変直流電源Ｃ４の負極に接続される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、
前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする電池充放電装置。
前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、
前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする電池充放電装置。
【請求項2】
第１可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子と、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子と前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、
前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が前記電池の一端に接続された第４直流リアクトルと、
前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする電池充放電装置。
前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子と、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子と前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、
前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が前記電池の一端に接続された第４直流リアクトルと、
前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする電池充放電装置。
【請求項3】
第１直流電源に接続された第１入力コンデンサと、
第２直流電源に接続された第２入力コンデンサと、
前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、
前記第１～第４スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続された第１直流リアクトルと、
前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続された第２直流リアクトルと、
を備え、
前記第１直流電源に前記第２直流電源が直列接続され、前記第１直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の正極が接続され、前記第２直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の負極が接続され、前記第２可変直流電源の負極は前記第１直流電源と前記第２直流電源の接続点に接続されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池充放電装置。
第２直流電源に接続された第２入力コンデンサと、
前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、
前記第１～第４スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続された第１直流リアクトルと、
前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続された第２直流リアクトルと、
を備え、
前記第１直流電源に前記第２直流電源が直列接続され、前記第１直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の正極が接続され、前記第２直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の負極が接続され、前記第２可変直流電源の負極は前記第１直流電源と前記第２直流電源の接続点に接続されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池充放電装置。
【請求項4】
前記第１可変直流電源と前記第２可変直流電源の各々の出力電圧を前記充放電電流に基づいて制御することを特徴とする請求項１または２記載の電池充放電装置。
【請求項5】
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子は相補的に点弧し、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子は相補的に点弧し、
前記第５、第６スイッチング素子と、前記第７、第８スイッチング素子は同一周波数、１８０度位相差で点弧し、
前記第１可変直流電源と前記第２可変直流電源の各々の出力電圧を前記充放電電流に基づいて制御することを特徴とする請求項２記載の電池充放電装置。
前記第５、第６スイッチング素子と、前記第７、第８スイッチング素子は同一周波数、１８０度位相差で点弧し、
前記第１可変直流電源と前記第２可変直流電源の各々の出力電圧を前記充放電電流に基づいて制御することを特徴とする請求項２記載の電池充放電装置。
【請求項6】
前記充放電電流が前記電池の充電方向に流れている時、前記第１可変直流電源の電圧を（１７）式、前記第２可変直流電源の電圧を（１４）式で制御し、
前記充放電電流が前記電池の放電方向に流れている時、前記第１可変直流電源の電圧を（２３）式、前記第２可変直流電源の電圧を（２０）式で制御することを特徴とする請求項１または２記載の電池充放電装置。
ＶＣ３：第１可変直流電源の電圧
ＶＣ４：第２可変直流電源の電圧
ΔＶＣ＋：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＣ－：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ＶＢ：電池の電圧
ｒ：電流検出手段の抵抗値
Ｉ：第３直流リアクトルの通過電流
ΔＶＤ＋：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＤ－：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
前記充放電電流が前記電池の放電方向に流れている時、前記第１可変直流電源の電圧を（２３）式、前記第２可変直流電源の電圧を（２０）式で制御することを特徴とする請求項１または２記載の電池充放電装置。
【数14】
【数17】
【数20】
【数23】
ＶＣ３：第１可変直流電源の電圧
ＶＣ４：第２可変直流電源の電圧
ΔＶＣ＋：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＣ－：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ＶＢ：電池の電圧
ｒ：電流検出手段の抵抗値
Ｉ：第３直流リアクトルの通過電流
ΔＶＤ＋：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＤ－：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池の充放電を行う充放電装置の技術に係り、特に充放電電流が大電流の場合でも電流脈動を小さくする技術に関する。
【背景技術】
【0002】
電池の充放電を行う直流電源を電池充放電装置と呼ぶ。直流電源はスイッチングレギュレータとリニアレギュレータに分類される。
【0003】
スイッチングレギュレータはトランジスタのスイッチングにより出力電流（または電圧）を調整するため、出力電流・電圧の脈動（リプル）が大きいという問題がある。一方、電力損失が小さいため、大電流または高電圧を出力する充放電装置にも使用できるという利点がある。
【0004】
リニアレギュレータは電力損失が大きいため、大電流または高電圧を出力する充放電装置に使用できないという問題がある。一方、出力電流・電圧の脈動が小さいという利点がある。充放電装置においては充電電流脈動が大きいと電池に悪影響を及ぼすため、小容量の充放電装置ではリニアレギュレータを使用する傾向がある。
【0005】
また、電池充放電装置の用途として電池容量［Ａｈ］の測定がある。電流脈動が大きい場合は容量測定の誤差が大きくなるため、容量測定においてはリニアレギュレータが適している。近年では電池容量測定により電池の寿命評価を行う研究がなされている（非特許文献１）。
【0006】
非特許文献１の第１章に「目標とする桁数は上述した通り、電力貯蔵用途の要求寿命から必要十分な有効数字５桁（誤差１０ｐｐｍ以下）を目指した。」と記載されており、電池の寿命評価に必要な精度は１０ｐｐｍ程度としている。このような超高精度の電池充放電装置には現状ではリニアレギュレータが使用されている。
【0007】
特許文献１の段落［０００９］では「蓄電池の充電時には高いスイッチング周波数で、放電時には低いスイッチング周波数で昇降圧チョッパを動作させることで、充電時には、昇降圧チョッパの主回路部のリアクトルの電流が連続し、その結果、前記充電電流の脈動（リプル）が小さくなり蓄電池にとって好適な充電電流となり、」とありスイッチング周波数を高くすることによりスイッチングによる電流脈動を小さくする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平７－１１５７３０号公報
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】山崎温子、宮代一、小林陽、三田裕一、「電池寿命評価のための簡易・高精度充放電容量測定法の開発－システム構築と高精度計測手法の検討－」、電力中央研究所報告、Ｑ１６０１０，２０１７年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
一方、電池のＣレート（１時間で電池容量を完全充電または完全放電させる電流値）はますます大きくなっており、電池充放電装置をリニアレギュレータで構成することが電力損失の点で困難となりつつある。
【0011】
特許文献１にはスイッチングレギュレータの電池充放電装置において電流脈動を小さくする技術が開示されている。特許文献１ではスイッチング周波数を高くすることによりスイッチングによる電流脈動を小さくしている。しかしながら、スイッチングレギュレータではスイッチング周波数に比例してスイッチング損失が増大するため、スイッチング周波数を無限に高い値にすることはできない。
【0012】
つまり、電池寿命測定のために超高精度の充放電装置が求められており、測定対象の電池は大容量化が進んでいるが、超高精度（超低リプル）かつ出力電流の大きい充放電装置は電力損失の観点から現状の技術では実現できない。
【0013】
以上示したようなことから、スイッチングレギュレータの電池充放電装置において、スイッチング周波数を上昇させることなく、電流脈動を小さくすることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第１可変直流電源と、前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする。
【0015】
また、他の態様として、第１可変直流電源と、前記第１可変直流電源の正極に正極が接続された第２可変直流電源と、前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、前記第１可変直流電源の正極と負極との間に直列接続された第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子と、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子と前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が電池の一端に接続された第３直流リアクトルと、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が前記電池の一端に接続された第４直流リアクトルと、前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記電池の他端は、前記第２可変直流電源の負極に接続されたことを特徴とする。
【0016】
また、その一態様として、第１直流電源に接続された第１入力コンデンサと、第２直流電源に接続された第２入力コンデンサと、前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１入力コンデンサの正極と前記第２入力コンデンサの負極との間に直列接続された第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、前記第１～第４スイッチング素子に各々逆並列接続された還流ダイオードと、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続された第１直流リアクトルと、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続された第２直流リアクトルと、を備え、前記第１直流電源に前記第２直流電源が直列接続され、前記第１直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の正極が接続され、前記第２直流リアクトルの他端に前記第１可変直流電源の負極が接続され、前記第２可変直流電源の負極は前記第１直流電源と前記第２直流電源の接続点に接続されたことを特徴とする。
【0017】
また、その一態様として、前記第１可変直流電源と前記第２可変直流電源の各々の出力電圧を前記充放電電流に基づいて制御することを特徴とする。
【0018】
また、その一態様として、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子は相補的に点弧し、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子は相補的に点弧し、前記第５、第６スイッチング素子と、前記第７、第８スイッチング素子は同一周波数、１８０度位相差で点弧し、前記第１可変直流電源と前記第２可変直流電源の各々の出力電圧を前記充放電電流に基づいて制御することを特徴とする。
【0019】
また、その一態様として、前記充放電電流が前記電池の充電方向に流れている時、前記第１可変直流電源の電圧を（１７）式、前記第２可変直流電源の電圧を（１４）式で制御し、前記充放電電流が前記電池の放電方向に流れている時、前記第１可変直流電源の電圧を（２３）式、前記第２可変直流電源の電圧を（２０）式で制御することを特徴とする。
【0020】
【数14】
【0021】
【数17】
【0022】
【数20】
【0023】
【数23】
【0024】
ＶＣ３：第１可変直流電源の電圧
ＶＣ４：第２可変直流電源の電圧
ΔＶＣ＋：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＣ－：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ＶＢ：電池の電圧
ｒ：電流検出手段の抵抗値
Ｉ：第３直流リアクトルの通過電流
ΔＶＤ＋：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＤ－：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値。
ＶＣ４：第２可変直流電源の電圧
ΔＶＣ＋：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＣ－：充放電電流が充電方向で第５スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ＶＢ：電池の電圧
ｒ：電流検出手段の抵抗値
Ｉ：第３直流リアクトルの通過電流
ΔＶＤ＋：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＦＦの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値
ΔＶＤ－：充放電電流が放電方向で第６スイッチング素子がＯＮの時の第３直流リアクトルの印加電圧の目標値。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、スイッチングレギュレータの電池充放電装置において、スイッチング周波数を上昇させることなく、電流脈動を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】実施形態１における電池充放電装置の主回路構成を示す図。
【図2】実施形態１における電池充放電装置の各部の電位を示す図。
【図3】実施形態１の［モード１］時の電流経路を示す図。
【図4】実施形態１の［モード２］時の電流経路を示す図。
【図5】実施形態１の［モード３］時の電流経路を示す図。
【図6】実施形態１の［モード４］時の電流経路を示す図。
【図7】電池をＣＣ－ＣＶ充電にて満充電まで充電する際の充電電流とＶＣ３、ＶＣ４の関係の一例を示す図（ΔＶＣ＋、ΔＶＣ－が一定の場合）。
【図8】モード選択の処理を示すフローチャート。
【図9】実施形態２における電池充放電装置の主回路構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0027】
【0028】
［実施形態１］
図１に基づき本実施形態１の電池充放電装置の主回路構成を説明する。第１直流電源１００と第２直流電源２００が直列に接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００に第１入力コンデンサＣ１と第２入力コンデンサＣ２が各々接続される。
図１に基づき本実施形態１の電池充放電装置の主回路構成を説明する。第１直流電源１００と第２直流電源２００が直列に接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００に第１入力コンデンサＣ１と第２入力コンデンサＣ２が各々接続される。
【0029】
第１入力コンデンサＣ１の正極と第２入力コンデンサＣ２の負極との間には第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２が直列接続される。また、第１入力コンデンサＣ１の正極と第２入力コンデンサＣ２の負極との間には第３スイッチング素子Ｑ３、第４スイッチング素子Ｑ４が直列接続される。
【0030】
第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の接続点に第１直流リアクトルＬ１の一端が接続される。同様に第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４の接続点に第２直流リアクトルＬ２の一端が接続される。
【0031】
第１直流リアクトルＬ１の他端と第２直流リアクトルＬ２の他端の間に第３中間コンデンサ（第１可変直流電源）Ｃ３が接続される。第３中間コンデンサＣ３の正極に第４中間コンデンサ（第２可変直流電源）Ｃ４の正極が接続される。換言すると、第１直流リアクトルＬ１と第３中間コンデンサＣ３の接続点に第４中間コンデンサＣ４の正極が接続される。第４中間コンデンサＣ４の負極は第１直流電源１００と第２直流電源２００の接続点に接続される。
【0032】
第３中間コンデンサＣ３の正極と負極との間に第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が直列接続される。
【0033】
第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の接続点に第３直流リアクトルＬ３の一端が接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００の接続点に電流検出のためのシャント抵抗（電流検出手段）Ｒ１の一端が接続される。
【0034】
第３直流リアクトルＬ３とシャント抵抗Ｒ１の間に充放電対象の電池３００が接続される。このとき電池３００の正極は第３直流リアクトルＬ３に、負極はシャント抵抗Ｒ１を介して第４中間コンデンサＣ４の負極に接続するものとする。シャント抵抗Ｒ１は充放電電流が検出できれば他の位置に設けてもよい。第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には逆並列された還流ダイオードが接続されているものとする（図示省略）。
【0035】
本実施形態１の作用・動作の説明をする。図２において、第２直流電源２００の負極を基準とした電位を考える。第１直流電源１００の正極の電位をＶＣ１２、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の接続点の電位をＶＱ１２、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４の接続点の電位をＶＱ３４、第３中間コンデンサＣ３と第１直流リアクトルＬ１の接続点の電位をＶＣ３Ｐ、第３中間コンデンサＣ３と第２直流リアクトルＬ２の接続点の電位をＶＣ３Ｎとする。
【0036】
また、第１直流電源１００の負極から測定した第１入力コンデンサＣ１の電圧をＶＣ１、第２直流電源２００の負極から測定した第２入力コンデンサＣ２の電圧をＶＣ２とする。電位ＶＣ１２は第１入力コンデンサＣ１、第２入力コンデンサＣ２の電圧により（１）式により表せる。
【0037】
【数1】
【0038】
第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２は一定のスイッチング周期で相補的にＯＮ／ＯＦＦすることにより電位ＶＱ１２を変動させる。ただし、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が同時ＯＮとなって短絡状態となるのを防ぐため、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングには微小時間第１スイッチング素子Ｑ１，第２スイッチング素子Ｑ２がともにＯＦＦとなるデッドタイムを設ける。
【0039】
電位ＶＱ１２は０［Ｖ］とＶＣ１２［Ｖ］を繰り返す値となり、スイッチング周期のうち第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮとなる時間の割合をＤ１とすると電位ＶＱ１２の平均はＶＣ１２×Ｄ１となる。電位ＶＣ３Ｐは第１直流リアクトルＬ１と第３中間コンデンサＣ３により電位ＶＱ１２が平滑化され、ほぼ一定の電位となる。電位ＶＣ３Ｐは下記（２）式の範囲をとる。
【0040】
【数2】
【0041】
同様に、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４も一定のスイッチング周期で相補的にＯＮ／ＯＦＦすることにより電位ＶＱ３４を変動させる。電位ＶＱ３４は０［Ｖ］とＶＣ１２［Ｖ］を繰り返す値となり、スイッチング周期のうち第３スイッチング素子Ｑ３がＯＮとなる時間の割合をＤ３とすると電位ＶＱ３４の平均はＶＣ１２×Ｄ３となる。電位ＶＣ３Ｎは第２直流リアクトルＬ２と第３中間コンデンサＣ３により電位ＶＱ３４が平滑化され、ほぼ一定の電位となる。電位ＶＣ３Ｎは下記（３）式の範囲をとる。
【0042】
【数3】
【0043】
ここで、第３中間コンデンサＣ３の両端の電圧をＶＣ３、第４中間コンデンサＣ４の両端の電圧をＶＣ４とすると以下の（４）式、（５）式が成り立つ。
【0044】
【数4】
【0045】
【数5】
【0046】
電位ＶＣ３Ｐ、電位ＶＣ３Ｎは第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４によって制御可能であるため、電圧ＶＣ３、電圧ＶＣ４は自由に制御可能である。なお、（１）式、（２）式、（３）式より電圧ＶＣ３、電圧ＶＣ４の取り得る範囲は下記（６）式、（７）式の通りである。
【0047】
【数6】
【0048】
【数7】
【0049】
ここで、第３、第４中間コンデンサＣ３、Ｃ４の静電容量は十分大きく、電圧ＶＣ３、電圧ＶＣ４の変化速度は、第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のスイッチング周波数より十分遅いものとする。なお、第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のスイッチング周波数は、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と同様に一定値とする。
【0050】
【0051】
第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が正（以下では第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６から電池３００の向きの電流を正とする）、第５スイッチング素子Ｑ５をＯＮとしたときを［モード１］とする。図３に示すように、［モード１］のときＬ３→電池３００→Ｒ１→Ｃ４→Ｑ５→Ｌ３の経路で電流が流れる。
【0052】
第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が正、第５スイッチング素子Ｑ５をＯＦＦとしたときを［モード２］とする。図４に示すように、［モード２］のときＬ３→電池３００→Ｒ１→Ｃ４→Ｃ３→Ｑ６の還流ダイオード→Ｌ３の経路で電流が流れる。
【0053】
第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が負、第６スイッチング素子Ｑ６をＯＦＦとしたときを［モード３］とする。図５に示すように、［モード３］のときＬ３→Ｑ５の還流ダイオード→Ｃ４→Ｒ１→電池３００→Ｌ３の経路で電流が流れる。
【0054】
第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が負、第６スイッチング素子Ｑ６をＯＮとしたときを［モード４］とする。図６に示すように、［モード４］のときＬ３→Ｑ６→Ｃ３→Ｃ４→Ｒ１→電池３００→Ｌ３の経路で電流が流れる。
【0055】
図７は電池３００をＣＣ－ＣＶ充電にて満充電まで充電する際の充電電流Ｉと電圧ＶＣ３、電圧ＶＣ４の関係の一例を示す図である（後述するΔＶＣ＋、ΔＶＣ－が一定の場合）。
【0056】
キルヒホッフの第２法則より、任意の閉回路において一巡経路の起電力と電圧降下の総和は等しいため、［モード１］から［モード４］の各モードの閉回路においてもこれは成り立つ。
【0057】
ここで各部品の電圧を以下のように定義する。電池３００との接続点から測定した第３直流リアクトルＬ３の印加電圧をＶＬ３、第４中間コンデンサＣ４との接続点から測定したシャント抵抗Ｒ１の印加電圧をＶＲ１、第２直流リアクトルＬ２と第６スイッチング素子Ｑ６の接続点から測定した第３中間コンデンサＣ３の電圧をＶＣ３、シャント抵抗Ｒ１との接続点から測定した第４中間コンデンサＣ４の電圧をＶＣ４とする。また、電池３００の電圧をＶＢとする。
【0058】
［モード１］のとき、キルヒホッフの第２法則より（８）式が成り立つ。
【0059】
【数8】
【0060】
同様に、［モード２］のとき、キルヒホッフの第２法則より（９）式が成り立つ。
【0061】
【数9】
【0062】
第３直流リアクトルＬ３の通過電流（充電方向を正とした電池３００の充放電電流）をＩ、第３直流リアクトルＬ３のインダクタンスをＬとする。第３直流リアクトルＬ３の印加電圧ＶＬ３と通過電流Ｉの関係から（１０）式が成り立つ。
【0063】
【数10】
【0064】
また、シャント抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ［Ω］とすると（１１）式が成り立つ。
【0065】
【数11】
【0066】
［モード１］のとき、（８）式に（１０）式、（１１）式を代入して変形すると（１２）式となる。
【0067】
【数12】
【0068】
第３直流リアクトルＬ３のインダクタンスＬは固定の値であるので（１２）式より［モード１］の電池３００の充放電電流のリプルは以下の（１３）式の電圧に比例することがわかる。そのため、この値の絶対値を小さくすることにより充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0069】
【数13】
【0070】
ここで電圧ＶＣ４は（７）式の範囲で制御でき、電池３００の電圧ＶＢは計測可能、シャント抵抗Ｒ１の抵抗値ｒは一定の値、充放電電流Ｉも測定可能であるので、（１３）式の電圧の絶対値が十分小さな電圧ΔＶＣ＋（＞０）となるよう（１４）式のように制御すれば充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0071】
【数14】
【0072】
ここで、ΔＶＣ＋は［モード１］時の第３直流リアクトルＬ３の印可電圧の目標値である。
【0073】
なお、上記では電池３００の電圧ＶＢは計測値を使用したが、電池の特性によっては電圧が大きく変化しないため、定格電圧等の固定値を利用してもよい。
【0074】
［モード２］のときも同様に、（９）式に（１０）式、（１１）式を代入して変形すると（１５）式となる。
【0075】
【数15】
【0076】
よって、電池３００の充放電電流のリプルは以下の（１６）式の電圧に比例することがわかる。そのため、この値の絶対値を小さくすることにより充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0077】
【数16】
【0078】
ここで電圧ＶＣ３は（６）式の範囲で制御できるので、（１６）式の電圧の絶対値が十分小さな電圧ΔＶＣ－（＜０）となるよう制御すれば充放電電流のリプルを小さくすることができる。電圧ＶＣ４は（１４）式に従って制御されているので、電圧ＶＣ３は下記（１７）式に従って制御すればよい。
【0079】
【数17】
【0080】
ここで、ΔＶＣ－は［モード２］時の第３直流リアクトルＬ３の印可電圧の目標値である。
【0081】
［モード３］のときも同様に（１８）式となる。
【0082】
【数18】
【0083】
よって、電池３００の充放電電流のリプルは以下の（１９）式の電圧に比例することがわかる。そのため、この値の絶対値を小さくすることにより充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0084】
【数19】
【0085】
（１９）式の電圧の絶対値が十分小さな電圧ΔＶＤ＋（＞０）となるよう（２０）式のように制御すれば充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0086】
【数20】
【0087】
ここで、ΔＶＤ＋は［モード３］時の第３直流リアクトルＬ３の印可電圧の目標値である。
【0088】
［モード４］のときも同様に、（２１）式となる。
【0089】
【数21】
【0090】
よって、電池３００の充放電電流のリプルは以下の（２２）式の電圧に比例することがわかる。そのため、この値の絶対値を小さくすることにより充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0091】
【数22】
【0092】
（２２）式の電圧の絶対値が十分小さな電圧ΔＶＤ－（＜０）となるよう（２３）式のように制御すれば充放電電流のリプルを小さくすることができる。
【0093】
【数23】
【0094】
ここで、ΔＶＤ－は［モード４］時の第３直流リアクトルＬ３の印可電圧の目標値である。
【0095】
以上より、第３中間コンデンサＣ３と第４中間コンデンサＣ４の各々の出力電圧ＶＣ３、ＶＣ４を充放電電流に基づいて制御する。すなわち、［モード１］～［モード４］をまとめると、電池充電時には電圧ＶＣ４を（１４）式に従って制御し、電圧ＶＣ３を（１７）式に従って制御する。電池放電時には電圧ＶＣ４を（２０）式に従って制御し、電圧ＶＣ３を（２３）式に従って制御する。
【0096】
図８は上記をまとめたモード選択処理を示すフローチャートである。
【0097】
まず、Ｓ１で第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が正か否かを判定する。第３直流リアクトルＬ３に流れる電流が正であればＳ２へ移行し、負であればＳ３へ移行する。
【0098】
Ｓ２では第５スイッチング素子Ｑ５がＯＮか否かを判定する。第５スイッチング素子Ｑ５がＯＮであれば［モード１］とし、第５スイッチング素子Ｑ５がＯＦＦであれば［モード２］とする。
【0099】
Ｓ３では、第６スイッチング素子Ｑ６がＯＦＦか否かを判定する。第６スイッチング素子Ｑ６がＯＦＦであれば［モード３］とし、第６スイッチング素子Ｑ６がＯＮであれば［モード４］とする。
【0100】
このように、第３直流リアクトルＬ３の電流方向と第５スイッチング素子Ｑ５、第６スイッチング素子Ｑ６の状態でモードを決定する。
【0101】
なお、上記説明では、電池３００や第３中間コンデンサＣ３、第４中間コンデンサＣ４の内部抵抗や第３直流リアクトルＬ３の巻線抵抗、第５スイッチング素子Ｑ５、第６スイッチング素子Ｑ６のオン抵抗、第５スイッチング素子Ｑ５、第６スイッチング素子Ｑ６の還流ダイオードの順方向電圧を考慮していないが、それをシャント抵抗Ｒ１の抵抗と同様に考慮することもできる。
【0102】
電流検出のためにシャント抵抗Ｒ１を使用しているが、ホールＣＴ等別の電流検出器を用いてもよい。
【0103】
また、目標値ΔＶＣ＋と目標値ΔＶＤ＋および目標値ΔＶＣ－と目標値ΔＶＤ－は各々別の値としたが、ΔＶＣ＋＝ΔＶＤ＋、ΔＶＣ－＝ΔＶＤ－としても何ら問題ない。目標値ΔＶＣ＋、ΔＶＤ＋、ΔＶＣ－、ΔＶＤ－は一定である必要もなく、例えば充電初期の充電電流を大きく変化させたい時には大きい値とし、充電電流が一定となった時から目標値ΔＶＣ＋、ΔＶＣ－の絶対値を小さくしてもよい。
【0104】
以上示したように、本実施形態１によれば、第３直流リアクトルＬ３に印加する電圧が最小限となるように第３、第４中間コンデンサＣ３、Ｃ４の電圧を制御することにより、充放電電流が大電流の場合でも、スイッチング周波数を向上させることなく一定値に保ったまま、電池の充放電電流リプルを小さくすることができる。
【0105】
［実施形態２］
図９に基づき本実施形態２の主回路構成を説明する。第１直流電源１００と第２直流電源２００が直列に接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００に第１入力コンデンサＣ１と第２入力コンデンサＣ２が各々接続される。
図９に基づき本実施形態２の主回路構成を説明する。第１直流電源１００と第２直流電源２００が直列に接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００に第１入力コンデンサＣ１と第２入力コンデンサＣ２が各々接続される。
【0106】
第１入力コンデンサＣ１の正極と第２入力コンデンサＣ２の負極との間には第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２が直列接続される。また、第１入力コンデンサＣ１の正極と第２入力コンデンサＣ２の負極との間には第３スイッチング素子Ｑ３、第４スイッチング素子Ｑ４が直列接続される。
【0107】
第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の接続点に第１直流リアクトルＬ１の一端が接続される。同様に第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４の接続点に第２直流リアクトルＬ２の一端が接続される。
【0108】
第１直流リアクトルＬ１の他端と第２直流リアクトルＬ２の他端の間に第３中間コンデンサＣ３が接続される。第３中間コンデンサＣ３の正極に第４中間コンデンサＣ４の正極が接続される。換言すると、第１直流リアクトルＬ１と第３中間コンデンサＣ３の接続点に第４中間コンデンサＣ４の正極が接続される。第４中間コンデンサＣ４の負極は第１直流電源１００と第２直流電源２００の接続点に接続される。
【0109】
第３中間コンデンサＣ３の正極と負極との間に第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が直列接続される。また、第３中間コンデンサＣ３の正極と負極との間に第７、第８スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８が直列接続される。
【0110】
第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の接続点に第３直流リアクトルＬ３の一端が接続される。第７スイッチング素子Ｑ７と第８スイッチング素子Ｑ８の接続点に第４直流リアクトルＬ４の一端が接続される。第１直流電源１００と第２直流電源２００の接続点に電流検出のためのシャント抵抗Ｒ１の一端が接続される。
【0111】
第３、第４直流リアクトルＬ３、Ｌ４の接続点とシャント抵抗Ｒ１の間に充放電対象の電池３００を接続する。このとき電池３００の正極は第３、第４直流リアクトルＬ３、Ｌ４の接続点に、負極はシャント抵抗Ｒ１を介して第４中間コンデンサＣ４の負極に接続するものとする。シャント抵抗Ｒ１は充放電電流が検出できれば他の位置に設けてもよい。第１～第８スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８には逆並列された還流ダイオードが接続されているものとする（図示省略）。
【0112】
本実施形態２の作用・動作の説明をする。第３直流リアクトルＬ３に流れる電流は実施形態１と同様に［モード１］から［モード４］の４つのモードで制御する。
【0113】
第４直流リアクトルＬ４に流れる電流も同様に４モードで制御する。つまり、第４直流リアクトルＬ４に流れる電流が正（以下では第７、第８スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８から電池３００の向きの電流を正とする）、第７スイッチング素子Ｑ７をＯＮとしたときを［モード１’］とする。［モード１’］のときＬ４→電池３００→Ｒ１→Ｃ４→Ｑ７→Ｌ４の経路で電流が流れる。
【0114】
第４直流リアクトルＬ４に流れる電流が正、第７スイッチング素子Ｑ７をＯＦＦとしたときを［モード２’］とする。［モード２’］のときＬ４→電池３００→Ｒ１→Ｃ４→Ｃ３→Ｑ８の還流ダイオード→Ｌ４の経路で電流が流れる。
【0115】
第４直流リアクトルＬ４に流れる電流が負、第８スイッチング素子Ｑ８をＯＦＦとしたときを［モード３’］とする。［モード３’］のときＬ４→Ｑ７の還流ダイオード→Ｃ４→Ｒ１→電池３００→Ｌ４の経路で電流が流れる。
【0116】
第４直流リアクトルＬ４に流れる電流が負、第８スイッチング素子Ｑ８をＯＮとしたときを［モード４’］とする。［モード４’］のときＬ４→Ｑ８→Ｃ３→Ｃ４→Ｒ１→電池３００→Ｌ４の経路で電流が流れる。
【0117】
電池の充放電電流指令値の１／２ずつを第３、第４直流リアクトルＬ３、Ｌ４の電流指令値とすることにより、装置の出力電流は電流指令値どおりとなる。
【0118】
また、［モード１］⇔［モード２］と［モード１’］⇔［モード２’］は同一周波数１８０度位相差として制御する。
【0119】
すなわち、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６は相補的に点弧し、第７スイッチング素子Ｑ７と第８スイッチング素子Ｑ８は相補的に点弧する（ただし、デッドタイムは設ける）。そして、第５、第６スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６と第７、第８スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は同一周波数、１８０度位相差で点弧する。第３中間コンデンサＣ３と第４中間コンデンサＣ４の各々の出力電圧を充放電電流に基づいて制御する。
【0120】
これにより［モード１］（第３直流リアクトルＬ３の電流増加）と［モード２’］（第４直流リアクトルＬ４の電流減少）が同時に、［モード２］（第３直流リアクトルＬ３の電流減少）と［モード１’］（第４直流リアクトルＬ４の電流増加）が同時に発生し電流リプルを減少させることができる。
【0121】
第３、第４中間コンデンサＣ３、Ｃ４と電流リプルの関係は［実施形態１］と同様になり、各々の電圧を［実施形態１］の（１４）式、（１７）式、（２０）式、（２３）式に従って制御する。
【0122】
以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【0123】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【0124】
１００…第１直流電源
２００…第２直流電源
３００…電池
Ｃ１…第１入力コンデンサ
Ｃ２…第２入力コンデンサ
Ｃ３…第３中間コンデンサ（第１可変直流電源）
Ｃ４…第４中間コンデンサ（第２可変直流電源）
Ｑ１～Ｑ８…第１～第８スイッチング素子
Ｌ１～Ｌ４…第１～第４直流リアクトル
Ｒ１…シャント抵抗（電流検出手段）
２００…第２直流電源
３００…電池
Ｃ１…第１入力コンデンサ
Ｃ２…第２入力コンデンサ
Ｃ３…第３中間コンデンサ（第１可変直流電源）
Ｃ４…第４中間コンデンサ（第２可変直流電源）
Ｑ１～Ｑ８…第１～第８スイッチング素子
Ｌ１～Ｌ４…第１～第４直流リアクトル
Ｒ１…シャント抵抗（電流検出手段）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】