JP2008306823A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電装置に対する充放電の偏りが低減された車両の電源装置を提供する。
【解決手段】車両の電源装置は、主負荷（１４，２２）に対して電気的に並列に設けられたバッテリＢ１，Ｂ２と、バッテリＢ１と主負荷との間に設けられた昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリＢ２と主負荷との間に設けられた昇圧コンバータ１２Ｂと、補機バッテリＢ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、補機バッテリＢ３またはＤＣ／ＤＣコンバータ３３からの電力によって駆動される補機負荷３５とを備える。制御装置３０は、補機負荷３５に流れる電流変動を反映させてバッテリＢ１，Ｂ２に対する充電電流または放電電流を定める。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に複数の蓄電装置を搭載する車両の電源装置に関する。

近年、環境にやさしい車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等が開発され、実用化されている。これらの車両には、モータとそれを駆動するための電源装置が搭載されている。

このような車両において、バッテリのみで走行可能な距離を伸ばすために、複数のバッテリを搭載することも検討されている。

特開２００２−１０５０２号公報（特許文献１）は、複数の蓄電池の充電と放電を同時に行なうことができる蓄電池用充放電装置を開示する。
特開２００２−１０５０２号公報 特開２００６−１９７６９１号公報 特開２００３−２０９９６９号公報

電気自動車では、１回の充電で走行可能な距離が長いことが望まれる。内燃機関と蓄電池およびモータを搭載するハイブリッド自動車でも、外部から蓄電池に充電可能にする構成を採用する場合には、同様に内燃機関を使わずに走行可能な距離が１回の充電あたり長いことが望まれる。

１回の充電で走行可能な距離を長くするためには、車両に搭載する電池のエネルギー量を増やす必要がある。このエネルギー量を増やす方法として、１）電池セルあたりのエネルギー容量を増やす、２）搭載電池セル数を増やす、という方法がある。

しかし上記１）の方法は、電池セルのケースの強度等に鑑み上限があるので所望の容量を確保するのが困難である。一方、上記２）の方法では、直列または並列にセル数を増やすことが考えられる。

直列で電池セル数を増やすのは、電圧が高くなる。しかし、電気負荷であるインバータやモータの耐圧があるので、直列つなぎで電池セル数を増やすのはこの耐圧による上限で限界がある。一方、電池セルを並列つなぎにすれば、必要な容量は確保できるが、電力調整装置無しで並列接続すると、一部の電池のみが劣化し、持っている電池の性能を使い切れない。

さらに、車輪駆動用モータを搭載する車両の場合、数百ボルトのモータ駆動用高圧バッテリとは別に、補機負荷を駆動するための補機用バッテリが搭載されているのが普通である。

そして、補機用バッテリの充電や補機負荷に対する電力供給は、高圧バッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧し、降圧した電圧によって行なわれる場合がある。

しかし、この場合、走行可能距離を伸ばすために複数の高圧バッテリを搭載すると、高圧バッテリの一部が補機側に供給する電力も負担する必要があるので、複数の高圧バッテリを均等に充電するには注意が必要となる。

この発明の目的は、複数の蓄電装置を搭載し、複数の蓄電装置に対する充放電の偏りが低減された車両の電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、主負荷に対して電気的に並列に設けられた第１および第２の蓄電装置と、第１の蓄電装置と主負荷との間に設けられた第１の電力変換器と、第２の蓄電装置と主負荷との間に設けられた第２の電力変換器と、補機蓄電装置と、第１の電力変換器と第１の蓄電装置とを結ぶ経路上から分岐される電流によって補機蓄電装置を充電する第３の電力変換器と、補機蓄電装置または第３の電力変換器からの電力によって駆動される補機負荷と、第１〜第３の電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、補機負荷に流れる電流変動を反映させて第１および第２の蓄電装置に対する充電電流または放電電流を定める。

好ましくは、車両の電源装置は、車両外部から与えられる電力により第１および第２の蓄電装置を充電するための充電器をさらに備える。充電器は、第１の蓄電装置に接続される。第１および第２の電力変換器は、充電器から与えられる電流の一部を分岐して第２の蓄電装置を充電する他の充電器として動作する。

より好ましくは、車両の電源装置は、第１の蓄電装置への充放電電流を検出する電流センサをさらに備える。制御装置は、第３の電力変換器を一時的に停止させ、停止前と停止後の第１の蓄電装置への充放電電流の差に基づいて、第３の電力変換器に向けて分岐される電流を算出し、分岐される電流に基づいて第１，第２の電力変換器の動作を補正する。

さらに好ましくは、車両外部からの充電時において、第１の電力変換器は、第１の蓄電装置側から主負荷側に向けて昇圧動作を行なう。車両外部からの充電時において、第２の電力変換器は、主負荷側から第２の蓄電装置側に向けて定電流が流れるように動作を行なう。

好ましくは、制御装置は、補機負荷における電力消費の変動があったと推定される場合に、第１の電力変換器と第１の蓄電装置とを結ぶ経路上から第３の電力変換器に向けて分岐される電流の算出を行なう。

より好ましくは、制御装置は、所定時間が経過するごとに補機負荷における電力消費の変動があったと推定する。

より好ましくは、制御装置は、第１、第２の蓄電装置の充電状態の差が所定値を超えた場合に補機負荷における電力消費の変動があったと推定する。

好ましくは、制御装置は、第１の蓄電装置の充電状態と第２の蓄電装置の充電状態とを算出し、第１、第２の蓄電装置の充電状態の差が拡大しないように第１〜第３の電力変換器を制御する。

この発明によれば、複数の蓄電装置を搭載する場合において、充放電の偏りが低減される。その結果、複数の蓄電装置のうち一部だけ寿命が短くなるような事態が回避される。

以下、本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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１の主たる構成を示す図である。

図１を参照して、車両１は、蓄電装置であるバッテリＢ１，Ｂ２と、電力変換器である昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣＨと、電圧センサ１０Ａ，１０Ｂ，１３と、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、制御装置３０とを含む。

この車両に搭載される蓄電装置は外部から充電が可能である。このために、車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源８にバッテリＢ１を接続するための充電器６を含む。充電器６は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリに与える。なお、外部充電可能とするために、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式や昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。

平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構３としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

電圧センサ１０Ａは、バッテリＢ１の端子間の電圧Ｖ１を測定する。電圧センサ１０ＡとともにバッテリＢ１の充電状態を監視するために、バッテリＢ１に流れる電流Ｉ１を検知する電流センサ１１Ａが設けられている。また、バッテリＢ１の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）ＳＯＣ１を検出するＳＯＣ検出部３７が設けられている。ＳＯＣ検出部３７は、バッテリＢ１の開放電圧とバッテリＢ１に流れる電流Ｉ１の積算とに基づいて充電状態を算出し、制御装置３０に出力する。バッテリＢ１としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

電圧センサ１０Ｂは、バッテリＢ２の端子間の電圧Ｖ２を測定する。電圧センサ１０Ｂは、バッテリＢ２の端子間の電圧Ｖ２を測定する。電圧センサ１０ＢとともにバッテリＢ２の充電状態を監視するために、バッテリＢ２に流れる電流Ｉ２を検知する電流センサ１１Ｂが設けられている。また、バッテリＢ２の充電状態ＳＯＣ２を検出するＳＯＣ検出部３９が設けられている。ＳＯＣ検出部３９は、バッテリＢ２の開放電圧とバッテリＢ２に流れる電流Ｉ２の積算とに基づいて充電状態を算出し、制御装置３０に出力する。バッテリＢ２としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

バッテリＢ２とバッテリＢ１とは、たとえば、同時使用することにより電源ラインに接続される電気負荷（インバータ２２およびモータジェネレータＭＧ２）に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないＥＶ（Electric Vehicle）走行において最大パワーの走行が可能である。

そしてバッテリＢ２の電力が消費されてしまったら、バッテリＢ１に加えてエンジン４を使用することによって、バッテリＢ２を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。

インバータ１４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値、モータ電流値および回転速度、電圧Ｖ１，Ｖ２，ＶＨの各値、および起動信号を受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示と降圧指示と動作禁止指示とを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示とを出力する。

さらに、補機負荷３５を駆動する補機バッテリＢ３およびＤＣ／ＤＣコンバータ３３が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ２とに接続されている。充電時には、充電電流Ｉｃｇの一部が分岐され電流Ｉ３がＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給される。

補機負荷３５は、例えば各種のＥＣＵの電源や、ヘッドライト、ルームランプ、パワーウインドウ、ホーン、ウインカーなどを含む。これらの補機負荷は、駆動要求があれば作動させざるを得ないので、電流Ｉ３を監視して補機負荷の動作を制限するようなことは通常は考えられておらず電流Ｉ３を測定する電流センサは設けられていない場合が多い。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
図１、図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているがこれは、駆動指示と回生指示に対応する信号である。

図３は、図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。
図１、図３を参照して、昇圧コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

なお、図１の昇圧コンバータ１２Ｂについても、電源ラインＰＬ１Ａに代えて電源ラインＰＬ１Ｂに接続される点が昇圧コンバータ１２Ａと異なるが、内部の回路構成については昇圧コンバータ１２Ａと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図３には、昇圧コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、それぞれ昇圧指示、降圧指示に対応する信号である。

再び、図１を参照して、本実施の形態の車両の電源装置の動作を説明する。
図１に開示される車両の電源装置は、主負荷（１４，２２）に対して電気的に並列に設けられた第１および第２の蓄電装置（Ｂ１，Ｂ２）と、第１の蓄電装置（Ｂ１）と主負荷との間に設けられた第１の電力変換器（１２Ａ）と、第２の蓄電装置（Ｂ２）と主負荷との間に設けられた第２の電力変換器（１２Ｂ）と、補機蓄電装置（Ｂ３）と、第１の電力変換器と第１の蓄電装置とを結ぶ経路上から分岐される電流Ｉ３によって補機蓄電装置を充電する第３の電力変換器（３３）と、補機蓄電装置（Ｂ３）または第３の電力変換器（３３）からの電力によって駆動される補機負荷３５と、第１〜第３の電力変換器（１２Ａ，１２Ｂ，３３）を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、補機負荷３５に流れる電流変動を反映させて第１および第２の蓄電装置（Ｂ１，Ｂ２）に対する充電電流または放電電流を定める。

好ましくは、車両の電源装置は、車両外部から与えられる電力により第１および第２の蓄電装置（Ｂ１，Ｂ２）を充電するための充電器６をさらに備える。充電器６は、第１の蓄電装置（Ｂ１）に接続される。第１および第２の電力変換器（１２Ａ，１２Ｂ）は、充電器６から与えられる電流の一部を分岐して第２の蓄電装置（１２Ｂ）を充電する他の充電器として動作する。

より好ましくは、車両の電源装置は、第１の蓄電装置（Ｂ１）への充放電電流を検出する電流センサ１１Ａをさらに備える。制御装置３０は、第３の電力変換器（３３）を一時的に停止させ、停止前と停止後の第１の蓄電装置（Ｂ１）への充放電電流の差に基づいて、第３の電力変換器（３３）に向けて分岐される電流（Ｉ３）を算出し、分岐される電流に基づいて第１，第２の電力変換器の動作を補正する。

さらに好ましくは、車両外部からの充電時において、第１の電力変換器（１２Ａ）は、第１の蓄電装置（Ｂ１）側から主負荷（１４，２２）側に向けて昇圧動作を行なう。車両外部からの充電時において、第２の電力変換器（１２Ｂ）は、主負荷側（１４，２２）から第２の蓄電装置（Ｂ２）側に向けて定電流（Ｉconst2）が流れるように動作を行なう。

好ましくは、制御装置３０は、補機負荷３５における電力消費の変動があったと推定される場合に、第１の電力変換器（１２Ａ）と第１の蓄電装置（Ｂ１）とを結ぶ経路上から第３の電力変換器（３３）に向けて分岐される電流Ｉ３の算出を行なう。

図４は、充電時の車両の電源装置の状態について説明するための模式図である。
図４においては、電流を水の流れに模してある。充電器６からは充電電流ＩｃｇがバッテリＢ１に相当するタンクに流入している。昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂは、合わせてバッテリＢ２のための充電器として動作し、バッテリＢ１側からバッテリＢ２側に電流Ｉ２を供給する。

バッテリＢ１側からは、補機負荷に対する電流Ｉ３もさらに流出する。電流Ｉ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３に対応する流量調整弁によってバッテリＢ３に供給され、バッテリＢ３からは補機負荷に対して同量の電流Ｉ３が供給される。

このような系において、バッテリＢ１およびＢ２の充電状態ＳＯＣを同じように増加させていく充電を行なうことを考える。しかし、補機負荷で使用される電力は、充電時に起動されている各種ＥＣＵの消費電流とＤＣ／ＤＣコンバータ３３の損失に基づいて決定される基準電流に対して、ヘッドライト、ホーン等運転者の要求によって作動する負荷分の電流が増加する場合がある。したがって、電流Ｉ３は変動する可能性がある。

このような変動が起こったときに電流Ｉ２を一定にしていると、バッテリＢ１，Ｂ２に対して充電が不均一になってしまう。このような場合、先に満充電になったバッテリの充電を止めて残りのバッテリを最後まで充電し最終的にバッテリＢ１，Ｂ２ともに満充電になれば、途中の状態は不均一であってもよいという考え方もある。しかし、バッテリへの充電時間は使用者の都合で短時間であることも考えられ、バッテリＢ１，Ｂ２ともに満充電となるまで充電時間が与えられるとは限らない。短時間の外部充電を繰返すとバッテリＢ１，Ｂ２の充放電に偏りができ、バッテリの寿命が短くなる可能性がある。

したがって、バッテリＢ１，Ｂ２への充電は、充電中であってもなるべく均一に行なわれることが望ましい。バッテリＢ１，Ｂ２への充電を均一に行なうためには、充電電流Ｉｃｇが一定である場合は補機負荷側に供給される電流Ｉ３の変動に応じてバッテリＢ２に充電する電流Ｉ２も変動させる必要がある。

図５は、図１の制御装置３０が実行する充電の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図５を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１において所定時間Ｔが経過したか否かが判断される。所定時間Ｔが経過していなければ処理はステップＳ８に進み制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１において所定時間が経過したと判断された場合には、ステップＳ２において、電流センサ１１Ａでそのとき検出された電流Ｉ１を電流値Ｉ１Ａとして制御装置３０内部のメモリ２７に記憶する。その後処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を一旦停止させる。それまでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、バッテリＢ１の電圧（たとえば２００Ｖ）を補機負荷３５に電源電圧を供給する補機バッテリＢ３に充電電圧を供給するために一定出力電圧（たとえば１４Ｖ）に変換するように制御が行なわれている。

このような制御下において、補機バッテリＢ３が十分な充電状態であれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給される電流Ｉ３は、補機負荷の消費電流を反映した値となる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を停止させた前後の充電電流の変化を観測すれば電流Ｉ３を測定するための電流センサを設けていなくても電流Ｉ３を知ることができる。

図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の停止前後での充電電流の変化を説明するための図である。

図６において、充電器からの充電電流Ｉｃｇは、原則として充電器６の能力の限界によって定まる値（一定値Ｉconst1）である。また、バッテリＢ２に対する充電電流Ｉ２は、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって構成されるバッテリＢ２に対する充電器１２によって制御される電流である。

ここで、昇圧コンバータ１２Ａは、たとえば電源ラインＰＬ１Ａの電圧、たとえば２００Ｖを昇圧して電源ラインＰＬ２に出力する。電源ラインＰＬ２の電圧は、たとえば６００Ｖである。そして昇圧コンバータ１２Ｂは、このとき電源ラインＰＬ２の電圧（たとえば６００Ｖ）を電源ラインＰＬ１Ｂの電圧（たとえば２００Ｖ）に降圧する降圧回路として動作する。そしてこの降圧回路として動作する昇圧コンバータ１２Ｂには、定電流制御指令が送られて充電電流が一定値Ｉconst2になるように制御されている。

図６において、バッテリＢ１，Ｂ２の電圧はほぼ等しく制御されているとすると、以下の式（１）が成立する。
Ｉｃｇ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３ ・・・（１）
ＩｃｇがＩconst1、Ｉ２がＩconst2に定電流制御されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止前の電流値Ｉ１をＩ１Ａ、停止後（Ｉ３＝０）の電流値Ｉ１をＩ１Ｂとすると以下の式（２）、（３）が成立する。
Ｉconst1＝Ｉ１Ａ＋Ｉconst2＋Ｉ３ ・・・（２）
Ｉconst1＝Ｉ１Ｂ＋Ｉconst2 ・・・（３）
式（２）、（３）より、次式（４）が成立することがわかる。
Ｉ３＝Ｉ１Ｂ−Ｉ１Ａ ・・・（４）
再び図１、図５を参照して、ステップＳ３で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を一旦停止させた後には、ステップＳ４において電流センサ１１Ａで測定した電流値Ｉ１を電流値Ｉ１Ｂとしてメモリ２７に記憶する。さらにステップＳ５において、ステップＳ２で記憶しておいた電流値Ｉ１ＡとステップＳ４で記憶しておいた電流値Ｉ１Ｂの差分ΔＩ＝Ｉ１Ｂ−Ｉ１Ａを算出する。この差分は、上記の式（４）でわかるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給されていた電流Ｉ３に等しい。

その後、ステップＳ６において、バッテリＢ２に対する充電指令値が次式（５）にしたがって算出され、ステップＳ７で更新される。
Ｉconst2＝（Ｉconst1−ΔＩ）／２ ・・・（５）
このように昇圧コンバータ１２Ｂに対する指令値を更新することで、補機負荷の消費電流が変動した後においても、バッテリＢ１に充電される電流Ｉ１とバッテリＢ２に充電される電流Ｉ２とが等しく設定される。

図７は、図５のフローチャートに基づいて制御が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。

図１、図７を参照して、時刻ｔ０〜ｔ３の間は、補機負荷の一部（たとえばヘッドライトなど）がオン状態にあり、電流Ｉ３が標準値よりも大きくなっている。

したがって、充電指令Ｉconst2は、電流Ｉ３の標準値に基づいて設定されていたため、時刻ｔ０〜ｔ１ではバッテリＢ２の充電状態ＳＯＣ（Ｂ２）に対してバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）の上昇率が少ない。このままでは破線で示すようにバッテリＢ１，Ｂ２の充電状態の差はどんどん開いてしまう。

そこで、図７に示すように、制御装置３０は、所定時間Ｔが経過するごとに補機負荷３５における電力消費の変動があったと推定する。そして、補機負荷３５の消費電流を測定するために一時的にＤＣ／ＤＣコンバータ３３を停止する。

一定時間Ｔが経過した時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、一時的にＤＣ／ＤＣコンバータ３３が動作停止される。この間は、補機負荷３５には、補機バッテリＢ３から電流が供給される。そして、図５のフローチャートのステップＳ２〜Ｓ７の処理が実行され充電指令値が変更された結果、時刻ｔ２〜ｔ３は、実線で示すように充電状態ＳＯＣの差が開かないようになる。

ここで、時刻ｔ３において、補機負荷の一部がオフ状態に設定されるとその分電流Ｉ３が減少する。すると、バッテリＢ１に対する充電電流が増えてしまうので、充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）の上昇率が充電状態ＳＯＣ（Ｂ２）の上昇率よりも大きくなり、このままでは、破線で示すようにバッテリＢ１の充電状態がバッテリＢ２の充電状態を上回り、差が開いてしまう。

しかし、時刻ｔ２から一定時間Ｔ経過した時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間再びＤＣ／ＤＣコンバータ３３が停止されこのとき電流Ｉ３が検出されてその結果に基づいて充電指令値が更新される。すると時刻ｔ５以降再びバッテリＢ１，Ｂ２の充電状態ＳＯＣの差が拡大しないように充電が進むようになる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を停止させると、その間補機負荷３５の消費電流を供給するために、補機バッテリＢ３の放電が進む。しかし、一定時間Ｔが経過する間に補機バッテリＢ３は再び満充電に近い状態となるので、次回にＤＣ／ＤＣコンバータ３３を停止させて電流Ｉ３を測定する際には、電流Ｉ３にはバッテリＢ３を充電するための充電電流は含まれないようになっている。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を一時的に停止させてそのときのバッテリＢ１，Ｂ２の充電電流の変化から電流Ｉ３を測定すれば、電流Ｉ３を測定するための追加の電流センサを設けなくてもよいので、製造コストの上昇を抑えることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、一定時間経過ごとに電流Ｉ３の測定を行なったが、実施の形態２においてはバッテリＢ１，Ｂ２の充電状態の差が所定値を超えた場合に電流Ｉ３の測定を行なって、バッテリＢ１，Ｂ２の充電電流の補正を行なう。車両の構成については、図１で示したとおりであるので、説明は繰返さない。

図８は、実施の形態２において図１の制御装置３０が実行する充電の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図８のフローチャートの処理は、図５のフローチャートの処理のステップＳ１に代えてステップＳ１Ａ，Ｓ１Ｂが実行される点が異なる。

図１、図８を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１ＡにおいてバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）とバッテリＢ２の充電状態ＳＯＣ（Ｂ２）の差の絶対値をΔＳＯＣとして求める。そして、ステップＳ１ＢにおいてΔＳＯＣが所定のしきい値Ｋ（％）より大きいか否かが判断される。

ΔＳＯＣ＞Ｋが成立しなければ、ステップＳ８に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。一方、ΔＳＯＣ＞Ｋが成立すれば、以降ステップＳ２〜Ｓ７の処理が順次実行される。なお、ステップＳ２〜Ｓ７の処理については実施の形態１の図５と同様であるので説明は繰返さない。

図９は、図８のフローチャートに基づいて制御が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。

図１、図９を参照して、時刻ｔ１１までは、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）とバッテリＢ２の充電状態ＳＯＣ（Ｂ２）との差ΔＳＯＣはしきい値Ｋを超えないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３はオン状態に設定され通常動作を行なっている。

時刻ｔ１１では、ΔＳＯＣがしきい値Ｋ（％）を超えたので、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで一時的に停止させる。この間に、バッテリＢ１、Ｂ２の充電電流のバランスが補正される。そして、充電状態の差ΔＳＯＣがしきい値Ｋより拡大されることが防止される。

補正によって、充電状態の増加率（グラフの傾き）は、時刻ｔ１２以前と時刻ｔ１２以後とで変化している。

時刻ｔ１３において、再びΔＳＯＣがしきい値Ｋを超えたので、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を時刻ｔ１３から時刻ｔ１４まで一時的に停止させる。この間に、バッテリＢ１，Ｂ２の充電電流のバランスが補正される。そして、充電電流の差ΔＳＯＣがしきい値Ｋより拡大されることが防止される。

補正によって、充電状態の増加率（グラフの傾き）は、時刻ｔ１４以前と時刻ｔ１４以後とで変化している。

このように、実施の形態２においては、制御装置３０は、第１の蓄電装置（Ｂ１）の充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）と第２の蓄電装置（Ｂ２）の充電状態ＳＯＣ（Ｂ２）とを算出し（ステップＳ１Ａ）、第１、第２の蓄電装置の充電状態の差ΔＳＯＣが拡大しないように第１〜第３の電力変換器（１２Ａ，１２Ｂ，３３）を制御する。

そして図９に示すように、制御装置３０は、第１、第２の蓄電装置（Ｂ１，Ｂ２）の充電状態の差ΔＳＯＣが所定値Ｋ（％）を超えた場合に補機負荷３５における電力消費の変動があったと推定する。そして、電力消費の変化を検出しその結果に合わせて、充電電流の指令値を設定しなおす。これにより、バッテリへの充電の不均一を解消することができ、一方のバッテリの寿命のみが短くなるのを防止することができる。

なお、実施の形態１，２において、図１の車両１に電流Ｉ３を直接的に計測する電流センサを追加してもよい。この場合においても、バッテリＢ１，Ｂ２に対する充電電流の差を無くすように一定時間経過ごと、または所定の条件が成立するごとに充電電流の補正を行なえば、バッテリＢ１，Ｂ２を均一に充電することができる。

また、実施の形態１，２では、バッテリＢ２を充電する充電電流Ｉconst2を補正したが、これに代えてＩconst2を一定に制御したまま、充電器６からの充電電流Ｉconst1を補機負荷の消費電力の変動に合わせて増減させるように変形することも可能である。

なお、本実施の形態では、外部電源からの充電中に充電電流を補正する例を示したが、走行中に発電機を回して充電する場合や、回生制動中の発電により充電する場合にも同様に充電電流の補正を行なっても良い。

さらに、充電時以外であっても、複数のバッテリから放電する場合においても補機での消費電流を反映させて同様に放電電流の補正を行なえば、放電時においても複数のバッテリの充電状態ＳＯＣの偏りを軽減することができる。

また、本発明の実施の形態には、ハイブリッド自動車を例示したが、複数のバッテリを搭載するものであれば、種々の形式のハイブリッド自動車や電気自動車等にも適用することが可能である。

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て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。

本発明の実施の形態に係る車両１の主たる構成を示す図である。 図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。 図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。 充電時の車両の電源装置の状態について説明するための模式図である。 図１の制御装置３０が実行する充電の制御を説明するためのフローチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の停止前後での充電電流の変化を説明するための図である。 図５のフローチャートに基づいて制御が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。 実施の形態２において図１の制御装置３０が実行する充電の制御を説明するためのフローチャートである。 図８のフローチャートに基づいて制御が行なわれた場合の一例を示す動作波形図である。

符号の説明

３ 動力分割機構、４ エンジン、６，１２ 充電器、８ 商用電源、１０Ａ，１０Ｂ，１３ 電圧センサ、１１Ａ，１１Ｂ 電流センサ、１２Ａ，１２Ｂ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２７ メモリ、３０ 制御装置、３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３５ 補機負荷、３７，３９ ＳＯＣ検出部、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ バッテリ、ＣＨ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂ，ＰＬ２ 電源ライン、ＵＬ ライン、ＶＬ ライン、ＷＬ ライン。

Claims (8)

1. 主負荷に対して電気的に並列に設けられた第１および第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置と前記主負荷との間に設けられた第１の電力変換器と、
   前記第２の蓄電装置と前記主負荷との間に設けられた第２の電力変換器と、
   補機蓄電装置と、
   前記第１の電力変換器と前記第１の蓄電装置とを結ぶ経路上から分岐される電流によって前記補機蓄電装置を充電する第３の電力変換器と、
   前記補機蓄電装置または前記第３の電力変換器からの電力によって駆動される補機負荷と、
   前記第１〜第３の電力変換器を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記補機負荷に流れる電流変動を反映させて前記第１および第２の蓄電装置に対する充電電流または放電電流を定める、車両の電源装置。
2. 車両外部から与えられる電力により前記第１および第２の蓄電装置を充電するための充電器をさらに備え、
   前記充電器は、前記第１の蓄電装置に接続され、
   前記第１および第２の電力変換器は、前記充電器から与えられる電流の一部を分岐して前記第２の蓄電装置を充電する他の充電器として動作する、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記第１の蓄電装置への充放電電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第３の電力変換器を一時的に停止させ、停止前と停止後の前記第１の蓄電装置への充放電電流の差に基づいて、前記第３の電力変換器に向けて分岐される電流を算出し、前記分岐される電流に基づいて前記第１，第２の電力変換器の動作を補正する、請求項２に記載の車両の電源装置。
4. 車両外部からの充電時において、前記第１の電力変換器は、前記第１の蓄電装置側から前記主負荷側に向けて昇圧動作を行ない、
   車両外部からの充電時において、前記第２の電力変換器は、前記主負荷側から前記第２の蓄電装置側に向けて定電流が流れるように動作を行なう、請求項３に記載の車両の電源装置。
5. 前記制御装置は、補機負荷における電力消費の変動があったと推定される場合に、前記第１の電力変換器と前記第１の蓄電装置とを結ぶ経路上から第３の電力変換器に向けて分岐される電流の算出を行なう、請求項１に記載の車両の電源装置。
6. 前記制御装置は、所定時間が経過するごとに前記補機負荷における電力消費の変動があったと推定する、請求項５に記載の車両の電源装置。
7. 前記制御装置は、前記第１、第２の蓄電装置の充電状態の差が所定値を超えた場合に前記補機負荷における電力消費の変動があったと推定する、請求項５に記載の車両の電源装置。
8. 前記制御装置は、前記第１の蓄電装置の充電状態と前記第２の蓄電装置の充電状態とを算出し、前記第１、第２の蓄電装置の充電状態の差が拡大しないように前記第１〜第３の電力変換器を制御する、請求項１に記載の車両の電源装置。

Images