JP2010220354A

JP2010220354A - 車載電源装置

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Publication number: JP2010220354A
Application number: JP2009063187A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Tanigawa; 圭介谷川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-16
Also published as: JP5257173B2

Abstract

【課題】車載高圧バッテリにあって、高エネルギ密度であって且つ残存容量の管理が簡易である等、様々な要求要素を同時に満たすことが困難なこと。
【解決手段】基本的には、ニッケル水素２次電池（Ｎｉ−ＭＨ）からなる高圧バッテリ及びリチウムイオン２次電池（Ｌｉ）からなる高圧バッテリの双方を同時に使用する。ただし、これらの電圧が使用下限電圧ＶｔｈＬ以下となることで（時刻ｔ３）、ニッケル水素２次電池の使用を中止し、リチウムイオン２次電池のみの使用とする。また、これらの電圧が使用上限電圧ＶｔｈＨ以上となることで（時刻ｔ５）、リチウム２次電池の使用を中止し、ニッケル水素２次電池のみの使用とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、車載高圧バッテリを電力変換回路に接続する車載電源装置に関する。

この種の電源装置としては、例えば車載高圧バッテリとしてのニッケル水素２次電池を電力変換回路に接続するものが周知である。ニッケル水素２次電池は、満充電に近づくことで充電効率が低下し、充電エネルギが熱として捨てられるため、満充電を超えて充電がなされることを回避することができる。このため、信頼性の維持のために要求される残存容量の管理を比較的簡易に行うことができる。

また、上記車載高圧バッテリとしてリチウムイオン２次電池を用いるものも提案されている。リチウムイオン２次電池は、ニッケル水素２次電池と比較して、高エネルギ密度である点に特徴があり、車両の軽量化に貢献することが期待されている。

なお、従来の車載電源装置としては、他にも例えば下記特許文献１に記載されているものもある。

特許第３６１７１８３号公報

ただし、上記リチウムイオン２次電池は、残存容量が過度に大きくなる過充電状態となることで、その信頼性が低下しやすい。このため、過度の充電がなされないよう残存容量を厳密に管理する要求が生じる。

このように、リチウムイオン２次電池は、ニッケル水素２次電池と比較して車両の小型軽量化に貢献するメリットがある反面、残存容量の厳密な管理が要求されるというデメリットがある。

なお、リチウムイオン２次電池とニッケル水素２次電池に限らず、車載高圧バッテリにあっては、高エネルギ密度であって且つ残存容量の管理が簡易である等、様々な要求要素を同時に満たすことが困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、様々な要求要素により適切に応じることを可能とする車載電源装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、車載高圧バッテリを電力変換回路に接続する車載電源装置において、前記高圧バッテリは、複数種のバッテリを備え、前記電力変換回路に接続されるバッテリを切替可能な接続手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、複数種のバッテリを電力変換回路に接続するための手段として上記接続手段を備えることで、状況に応じて適切なバッテリを電力変換回路に接続することができる。このため、バッテリに対する要求要素により適切に応じることが可能となる。

なお、上記「電力変換回路に接続されるバッテリを切替可能」である場合には、複数種のバッテリの全部を前記電力変換回路に接続するか一部を前記電力変換回路に接続するかを切替可能である場合が含まれることとする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数種の高圧バッテリは、リチウム系２次電池とアルカリ２次電池とを備え、前記接続手段は、前記リチウム系２次電池のみを前記電力変換回路に接続する状態、前記アルカリ２次電池のみを前記電力変換回路に接続する状態、及び前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を前記電力変換回路に接続する状態を切替可能とすることを特徴とする。

上記発明では、過充電による信頼性の低下度合いが大きいが高エネルギ密度のリチウム系２次電池と、過充電に強いが自己放電率が大きいアルカリ２次電池とのいずれか１つを電力変換回路に接続する状態と双方を電力変換回路に接続する状態とを切り替えることが可能なために、様々な要求要素により適切に応じることが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以上となる場合、前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする。

リチウム系２次電池は、一般に、過充電による信頼性の低下度合いがアルカリ２次電池よりも大きい傾向がある。この点、上記発明では、リチウム系２次電池及びアルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以上となる場合、リチウム系２次電池及び電力変換回路間を遮断することで、リチウム系２次電池の信頼性の低下を好適に回避することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以下となる場合、前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする。

アルカリ２次電池は、一般に、自己放電率がリチウム系２次電池よりも大きい傾向がある。この点、上記発明では、リチウム系２次電池及びアルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以下となる場合、アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断することで、アルカリ２次電池の過放電を回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、前記リチウム系２次電池の残存容量が所定以上となる場合、前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする。

リチウム系２次電池は、一般に、過充電による信頼性の低下度合いがアルカリ２次電池よりも大きい傾向がある。この点、上記発明では、リチウム系２次電池及びアルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、リチウム系２次電池の残存容量が所定以上となる場合、リチウム系２次電池及び電力変換回路間を遮断することで、リチウム系２次電池の信頼性の低下を好適に回避することができる。

請求項６記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、前記アルカリ２次電池の残存容量が所定以下となる場合、前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする。

アルカリ２次電池は、一般に、自己放電率がリチウム系２次電池よりも大きい傾向がある。この点、上記発明では、リチウム系２次電池及びアルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、アルカリ２次電池の残存容量が所定以下となる場合、アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断することで、アルカリ２次電池の過放電を回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記リチウム系２次電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池にて構成され、前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間が接続されて且つ前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間が遮断されている期間において、前記リチウム系２次電池を構成する１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきを低減する処理を行うばらつき低減手段を更に備えることを特徴とする。

電池の端子電圧は、電池の残存容量に依存した起電圧と、内部抵抗による電圧降下との和によって定まる。このため、電池の残存容量と電池の電圧との間には相関関係があるものの、これらの間の関係は、電池を流れる電流に依存する。このため、単位電池に電流が流れる状況下において、単位電池同士の電圧のばらつきを低減したとしても、これは必ずしも単位電池同士の容量ばらつきを低減することにはならない。この点、上記発明では、リチウム系２次電池及び電力変換回路間が遮断されている期間において、単位電池同士の電圧ばらつきを低減させることで、単位電池同士の容量のばらつきを高精度に低減することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記複数種のバッテリの一部が前記電力変換回路に接続されている状況下、前記電力変換回路に新たに別のバッテリを接続する場合、現在接続されているバッテリの電圧と前記別のバッテリの電圧との差が所定以下となることを条件に前記別のバッテリを前記電力変換回路に接続するように接続手段を操作することを特徴とする。

複数種のバッテリの一部が電力変換回路に接続されている状況下、電力変換回路に新たに別のバッテリを接続する際に、これらバッテリ間に電圧差がある場合、電圧の高いバッテリから電圧の低いバッテリへと大電流が流れるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、電圧差が小さいことを条件に別のバッテリを電力変換回路に接続することで、こうした問題を好適に抑制することができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記接続手段は、１のバッテリを前記電力変換回路に接続するための電気経路として、高抵抗電気経路及び低抵抗電気経路を備えて且つ、これら一対の電気経路のいずれを用いるかを切替可能なものであり、前記１のバッテリ以外のバッテリが前記電力変換回路に接続されている状況下、前記１のバッテリを前記電力変換回路に新たに接続する際に高抵抗電気経路を用いた後低抵抗電気経路に切り替えるように前記接続手段を操作する手段を備えることを特徴とする。

複数種のバッテリの一部が電力変換回路に接続されている状況下、電力変換回路に新たに別のバッテリを接続する際に、これらバッテリ間に電圧差がある場合、電圧の高いバッテリから電圧の低いバッテリへと大電流が流れるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下、まず高抵抗電気経路を介して１のバッテリを電力変換回路に接続することで、電力変換回路に接続されていたバッテリと新たに接続したバッテリとの接続経路を高抵抗化することができ、ひいては、これらの間に大電流が流れることを好適に抑制することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記複数種のバッテリの一部が前記電力変換回路に接続されている状況下、前記電力変換回路に接続されていないバッテリの電圧を開放端電圧として検出する開放端電圧検出手段を更に備えることを特徴とする。

電池の端子電圧は、電池の残存容量に依存した起電圧と、内部抵抗による電圧降下との和によって定まる。このため、電池の残存容量と電池の電圧との間には相関関係があるものの、これらの間の関係は、電池を流れる電流に依存する。このため、電池に電流が流れていない際の電圧である開放端電圧を検出することが、電池の状態を正確に知るうえで特に有効である。この点、上記発明では、電力変換回路に接続されていないバッテリの電圧を検出することで、開放端電圧を適切に検出することができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。同実施形態にかかる電池セル数の比の適合手法を示す図。同実施形態にかかる高圧バッテリの使用態様の切替処理の手順を示す流れ図。同実施形態にかかる高圧バッテリの使用態様の切替時の処理の手順を示す流れ図。同実施形態にかかる高圧バッテリの使用態様を示すタイムチャート。第２の実施形態にかかる電池状態の監視処理の手順を示す流れ図。上記各実施形態の変形例にかかる電池セル数の比の適合手法を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる車載電源装置をプラグインハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

高圧バッテリ１０ａ，１０ｂは、いずれも電池セルの直列接続体としての組電池である。高圧バッテリ１０ａは、リチウムイオン２次電池である電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの直列接続体であり、高圧バッテリ１０ｂは、ニッケル水素２次電池である電池セルＮ１１〜Ｎｎｐの直列接続体である。高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの負極側は、共通のグランドラインＧＬを介して、また、正極側は、各別の高電位側ラインＰＬ１，ＰＬ２を介して、車載電力変換回路（昇圧コンバータ１２、インバータ１４）に接続されている。ここで、インバータ１４は、車載主機としてのモータジェネレータ１６に接続されている。すなわち、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂは、車載主機との間で電力の授受を行う２次電池である。なお、昇圧コンバータ１２やインバータ１４は、モータジェネレータ１６を制御対象とする制御装置２０によって操作される。

上記高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ及び昇圧コンバータ１２間の低電位側の電気経路としてのグランドラインＧＬは、開閉手段（メインリレー３０）によって開閉される。また、上記高圧バッテリ１０ａ及び昇圧コンバータ１２間の高電位側の電気経路としての高電位側ラインＰＬ１は、開閉手段（メインリレー３２）によって開閉される。そしてメインリレー３２には、これを迂回する迂回経路を構成する高抵抗側リレー３４及び抵抗体３６の直列接続体が並列接続されている。更に、上記高圧バッテリ１０ｂ及び昇圧コンバータ１２間の高電位側の電気経路としての高電位側ラインＰＬ２は、開閉手段（メインリレー３８）によって開閉される。そしてメインリレー３８には、これを迂回する迂回経路を構成する高抵抗側リレー４０及び抵抗体４２の直列接続体が並列接続されている。

一方、監視装置５０は、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの状態を監視する監視手段である。監視装置５０は、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの電圧や、電流センサ５２からの電流値に基づき、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの状態の監視処理を行う。

上記高圧バッテリ１０ａは、隣接するｍ個ずつでグループ化され、ｎ個のブロックＢＬ１〜ＢＬｎを構成しており、監視装置５０では、高圧バッテリ１０ａの各電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの状態を監視する他、ブロック単位の状態の監視をも行う。詳しくは、監視装置５０は、電池セルＬ１１〜Ｌｎｍのうち、過度の充電状態（過充電状態）となるものがあるか否かや、過度の放電状態（過放電状態）となるものがあるか否かを判断する処理を行う。また、監視装置５０は、電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの容量を均等化すべく、電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの電圧のばらつきを低減させる処理を行う。この処理は、ブロック内の電池セル同士の電圧のばらつきを低減する処理と、ブロック単位の電圧のばらつきを低減する処理とから構成してもよい。更に監視装置５０では、各ブロックＢＬ１〜ＢＬｎの電圧に基づき、各ブロックＢＬ１〜ＢＬｎの充電状態を検出する。この充電状態として、本実施形態では、バッテリの放電能力を定量化した物理量である残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）を用いる。ＳＯＣは、通常「５時間率容量」や、「１０時間率容量」等によって定量化される。

一方、高圧バッテリ１０ｂは、隣接するｐ個ずつでグループ化され、ｎ個のブロックＢＮ１〜ＢＮｎを構成しており、監視装置５０では、ブロックＢＮ１〜ＢＮｎの状態を監視する。詳しくは、監視装置５０は、ブロックＢＮ１〜ＢＮｎのそれぞれの電圧を検出し、電圧と充電状態との関係に基づき、各ブロックＢＮ１〜ＢＮｎの充電状態を把握する。この充電状態も、本実施形態ではＳＯＣによって定量化する。

上記高圧バッテリ１０ａ、１０ｂは、その双方が昇圧コンバータ１２に接続されることで使用される領域において、開放端電圧に応じたＳＯＣの値の差が所定以下となるように設定されている。具体的には、図２に示すように、高圧バッテリ１０ａのブロックＢＬ１〜ＢＬｎのそれぞれと、高圧バッテリ１０ｂのブロックＢＮ１〜ＢＮｎのそれぞれとの電圧が等しい領域におけるＳＯＣの差が所定以下となるようにする。図示されるように、高圧バッテリ１０ａの１ブロックの電池セル数を「３」として且つ、高圧バッテリ１０ｂの１ブロックの電池セル数を「８」とすることで、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂが同時に使用される領域におけるこれらのＳＯＣの差を「２５％」以下としている。こうした設定において、先の図１に示したように、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの互いのブロック数を等しくすることで、双方の使用領域におけるこれらの開放端電圧に応じたＳＯＣの差も「２５％」以下とすることができる。

図２に示すように、高圧バッテリ１０ａ、１０ｂは、使用される電圧領域を互いにオーバーラップさせつつも、一致はしないようになっている。換言すれば、高圧バッテリ１０ａ及び高圧バッテリ１０ｂのそれぞれが単独で使用される電圧領域を有する設定となっている。これは、各高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの特性に応じてこれらをより適切に使用するためになされたものである。

すなわち、リチウムイオン２次電池は、ニッケル水素２次電池と比較して、過充電によって信頼性が低下しやすい。このため、高圧バッテリ１０ａの使用領域の上限は、高圧バッテリ１０ｂと比較して、低ＳＯＣ領域となるように制限されている。一方、ニッケル水素２次電池は、リチウムイオン２次電池と比較して、単位時間当たりの自己放電率が大きい。このため、ニッケル水素２次電池を過度に低いＳＯＣ領域で用いることは回避することが望ましい。このため、高圧バッテリ１０ｂの使用領域の下限は、高圧バッテリ１０ａと比較して、高ＳＯＣ領域となるように制限されている。

上記制限は、本来ＳＯＣに関するものである。ただし、図２に示すように、本実施形態では、高圧バッテリ１０ａの使用上限電圧ＶｔｈＨが高圧バッテリ１０ｂの使用上限電圧よりも低くなり、高圧バッテリ１０ｂの使用下限電圧ＶｔｈＬが高圧バッテリ１０ａ使用下限電圧よりも高くなるように設定している。

以下、図３、図４に基づき、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの使用に関する処理について更に詳述する。

図３は、本実施形態にかかる高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの使用態様の選択に関する処理の手順を示す。この処理は、監視装置５０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理は、高圧バッテリ１０ａを単独で使用する旨を示すリチウム単独フラグと、高圧バッテリ１０ｂを単独で使用する旨を示すニッケル単独フラグと、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方を同時に使用する旨を示す双方使用フラグとの選択を行うものである。

すなわち、現在、高圧バッテリ１０ａが単独で使用されている状態において（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、高圧バッテリ１０ａの電圧ＶＬが高圧バッテリ１０ｂの使用下限電圧ＶｔｈＬ以上であって且つ、高圧バッテリ１０ａの電圧ＶＬと高圧バッテリ１０ｂの電圧ＶＮとの差の絶対値が所定以下である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用に切り替える（ステップＳ１４）。また、現在、高圧バッテリ１０ｂが単独で使用されている状態において（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、高圧バッテリ１０ｂの電圧ＶＮが高圧バッテリ１０ａの使用上限電圧ＶｔｈＨ以下であって且つ、高圧バッテリ１０ａ及び高圧バッテリ１０ｂ間の電圧差の絶対値が所定以下である場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）にも、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用に切り替える（ステップＳ１４）。

これに対し、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用状態において（ステップＳ１６：ＮＯ）、高圧バッテリ１０ａの電圧ＶＬがその使用上限電圧ＶｔｈＨよりも所定値βだけ小さい値以上である場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、高圧バッテリ１０ｂの単独使用状態に切り替える（ステップＳ２２）。ここで、所定値βは、切替が頻繁になされるハンチング現象を抑制するためのものである。また、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用状態において（ステップＳ１６：ＮＯ）、高圧バッテリ１０ｂの電圧ＶＮがその使用下限電圧ＶｔｈＬよりも所定値γだけ大きい値以下である場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、高圧バッテリ１０ａの単独使用状態に切り替える（ステップＳ２６）。ここで、所定値γは、切替が頻繁になされるハンチング現象を抑制するためのものである。

図４に、上記使用態様の切替にかかる具体的な操作に関する処理の手順を示す。この処理は、監視装置５０及び制御装置２０の協働によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、ステップＳ３０において、高圧バッテリ１０ａの単独使用状態から高圧バッテリ１０ａ,１０ｂの双方の使用状態への切替時であると判断される場合、ステップＳ３２において、メインリレー３８についてはオフに保持した状態で、高抵抗側リレー４０をオンとする。この処理は、双方の使用状態への切替に際して、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ間に大電流が流れることを回避するためになされるものである。すなわち、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ間に電圧差がある場合、電圧の高い方から低い方に電流が流れる。そしてこの際の電流は、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ間の接続経路の抵抗値に依存する。そこで、上記ステップＳ３２の処理では、高抵抗側リレー４０をオン操作することで、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの正極同士を接続する電気経路を、高電位側ラインＰＬ１，メインリレー３２、抵抗体４２、高抵抗側リレー４０及び高電位側ラインＰＬ２によって構成する。この電気経路には、抵抗体４２が含まれるため、その抵抗値を増大させることができ、ひいてはこの電気経路に大電流が流れることを回避することができる。

こうした状態で所定時間が経過すると（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ステップＳ３６において、メインリレー３８をオン操作し、高抵抗側リレー４０をオフ操作する。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの正極同士を接続する電気経路は、高電位側ラインＰＬ１，メインリレー３２、メインリレー３８及び高電位側ラインＰＬ２によって構成され、低抵抗化される。なお、所定時間は、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ同士の電圧差が縮まり、これらを接続する電気経路の抵抗値を低下させてもこれに大電流が流れることのないと想定される時間に設定されている。

同様に、高圧バッテリ１０ｂの単独使用状態から高圧バッテリ１０ａ,１０ｂの双方の使用状態への切替時であると判断される場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ステップＳ４０において、メインリレー３２についてはオフに保持した状態で、高抵抗側リレー３４をオンとする。この処理の趣旨は、ステップＳ３２の処理の趣旨と同一である。そして、上記ステップＳ３４，Ｓ３６の要領で、所定時間が経過後に、メインリレー３２をオン操作し、高抵抗側リレー３４をオフ操作する処理を行う（ステップＳ４２、Ｓ４４）。

なお、ステップＳ３６，Ｓ４４の処理が完了する場合や、ステップＳ３８において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図５に、上記処理による高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの使用態様の切替を例示する。詳しくは、図５（ａ）に、高圧バッテリ１０ｂの使用の有無の推移を示し、図５（ｂ）に、高圧バッテリ１０ａの使用の有無の推移を示し、図５（ｃ）に、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方のブロック電圧の推移を示す。

図示されるように、時刻ｔ１において、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方が昇圧コンバータ１２に接続されることで、これら双方が使用状態となった後、時刻ｔ２において車両が走行を開始することで、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方のエネルギが消費される。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂは、ＳＯＣの低下に伴って電圧を低下させていく。そして、時刻ｔ３に、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの電圧が、高圧バッテリ１０ｂの使用下限電圧ＶｔｈＬに応じた値まで低下することで、高圧バッテリ１０ｂの使用を中止する。これにより、高圧バッテリ１０ａのみが電力供給源として使用されることとなる。

その後、時刻ｔ４において、内燃機関が稼働されることで、モータジェネレータ１６が発電機として機能するようになり、高圧バッテリ１０ａが充電される。そして、高圧バッテリ１０ａの電圧が上記使用下限電圧ＶｔｈＬ以上となることで、高圧バッテリ１０ｂの使用が再開される。これにより、モータジェネレータ１６による発電エネルギが高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方に充電され、これら双方の電圧が上昇する。その後、時刻ｔ５において、これらの電圧が高圧バッテリ１０ａの使用上限電圧ＶｔｈＨに応じた値まで上昇することで、高圧バッテリ１０ａの使用を中止する。これにより、モータジェネレータ１６による発電エネルギが、高圧バッテリ１０ｂにのみ充電されるようになる。その後、時刻ｔ６において内燃機関が停止されることで、モータジェネレータ１６が電動機として機能するようになると、高圧バッテリ１０ｂのエネルギが消費され、その電圧が低下する。そして、この電圧が上記使用上限電圧ＶｔｈＨ以下となることで、高圧バッテリ１０ａの使用が再開される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）リチウム系２次電池である高圧バッテリ１０ａのみを電力変換回路に接続する状態、アルカリ２次電池である高圧バッテリ１０ｂのみを電力変換回路に接続する状態、及び高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方を電力変換回路に接続する状態を切替可能とした。これにより、高圧バッテリ１０ａの過充電状態や高圧バッテリ１０ｂの過放電状態を好適に回避することができる。また、これら高圧バッテリ１０ａ，１０ｂは、単独ではプラグイン車の蓄電手段として容量が小さいものである。このため、通常のハイブリッド車ものを流用することが可能となる。これは、車両外からの電気エネルギの充電機能を有しない通常のハイブリッド車の蓄電手段の容量の方がプラグイン車のものよりも小さい傾向があるためである。特に、通常のハイブリッド車において、それぞれの要求に応じて、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂのいずれかが用いられていたところを、これら双方を用いることで、互いのメリットを十分に生かすことが可能となる。そして、こうしたことが、蓄電手段の新たな開発を行うことなく、これを電力変換回路に接続する電源装置の開発のみによって実現することができる。

（２）高圧バッテリ１０ａ及び高圧バッテリ１０ｂの双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以上となる場合、高圧バッテリ１０ａ及び電力変換回路間を遮断した。これにより、過充電に弱い高圧バッテリ１０ａの信頼性の低下を好適に回避することができる。

（３）高圧バッテリ１０ａ及び高圧バッテリ１０ｂの双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以下となる場合、高圧バッテリ１０ｂ及び電力変換回路間を遮断した。これにより、高圧バッテリ１０ｂの過放電を回避することができる。

（４）高圧バッテリ１０ｂの電圧が上記使用上限電圧ＶｔｈＨとなる際の高圧バッテリ１０ｂの容量がその使用上限値よりも低くなるようにした。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの同時使用状態から高圧バッテリ１０ｂの単独使用状態への切替を好適に行うことができる。

（５）高圧バッテリ１０ａの電圧が上記使用下限電圧ＶｔｈＬとなる際の高圧バッテリ１０ａの容量がその使用下限値よりも高くなるようにした。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの同時使用状態から高圧バッテリ１０ａの単独使用状態への切替を好適に行うことができる。

（６）高圧バッテリ１０ａ，１０ｂのうちのいずれか一方の使用状態から双方の使用状態へと切り替える条件として、これらの電圧差が所定以下となるとの条件を含めた。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂのうちの電圧の高いバッテリから電圧の低いバッテリへと大電流が流れることを好適に抑制することができる。

（７）高圧バッテリ１０ａ，１０ｂのうちのいずれか一方の使用状態から双方の使用状態へと切り替えるに際し、メインリレー３２やメインリレー３８をオン操作するに先立ち、高抵抗側リレー３４，４０をオン操作した。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂのうちの電圧の高いバッテリから電圧の低いバッテリへと大電流が流れることを好適に抑制することができる。

（８）高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用可能領域におけるブロック電圧同士の差が所定以下となるように、各ブロックを構成する電池セル数を設定した。これにより、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの使用可能領域における双方の電圧値の差を所定以下とすることができる。更に、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂ間でブロックの電圧の差を縮めることで、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方がブロック電圧検出手段を備える場合には、同一仕様のものを用いることや、双方で電圧検出手段を共有することが容易となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

上述したように、監視装置５０は、高圧バッテリ１０ａを構成する各電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの容量を均等化すべく、これらの電圧のばらつきを低減する処理を行う。ここでは、電圧が容量を定量化するパラメータとなることに着目しているのであるが、実際には、電池セルの電圧は、容量のみによっては一義的に定まらず、電池セルの内部抵抗による電圧降下に依存する。このため、電圧ばらつきの低減によって容量を高精度に均等化するうえでは、電池セルの充放電電流が少ないことを条件に電圧ばらつきの低減処理をすることが望ましい。

また、監視装置５０では、高圧バッテリ１０ｂの各ブロックＢＮ１〜ＢＮｎの電圧の検出値に基づきＳＯＣを検出するが、これについてもＳＯＣを高精度に検出するうえでは、各ブロックＢＮ１〜ＢＮｎの充放電電流が少ないことを条件に検出された電圧を用いることが望ましい。なお、ここで検出されるＳＯＣは、高圧バッテリ１０ｂのＳＯＣの管理に用いられる。高圧バッテリ１０ｂのＳＯＣは、通常は、充放電電流に基づき算出されるのであるが、これは誤差の蓄積を伴うため、適宜上記手法にてＳＯＣを検出する。

こうした要求に答えるべく、本実施形態では、図６に示す処理を行う。この処理は、監視装置５０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、ステップＳ５０において、高圧バッテリ１０ｂが単独で使用されている状態であると判断される場合、ステップＳ５２において、高圧バッテリ１０ａを構成する電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの電圧ばらつきの低減処理を行う。また、ステップＳ５４において、高圧バッテリ１０ａが単独で使用されている状態であると判断される場合、ステップＳ５６において、高圧バッテリ１０ｂのブロックのＳＯＣを検出すべく、ブロック電圧を検出する処理を行う。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（８）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（９）高圧バッテリ１０ｂの単独使用状態において、高圧バッテリ１０ａを構成する電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの電圧ばらつきを低減する処理を行った。これにより、電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの充放電電流が小さい状況において電圧ばらつきを低減することができることから、電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの容量のばらつきを高精度に低減することができる。

（１０）高圧バッテリ１０ａの単独使用状態において、高圧バッテリ１０ｂのブロックのＳＯＣを検出すべく、ブロック電圧を検出する処理を行った。これにより、ブロックの開放端電圧を検出することができ、ひいては、ブロックのＳＯＣを高精度に検出することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、高圧バッテリ１０ａを電力変換回路に接続する高抵抗経路（高抵抗側リレー３４及び抵抗体３６）や、高圧バッテリ１０ｂを電力変換回路に接続する高抵抗経路（高抵抗側リレー４０及び抵抗体４２）を備えたが、これに限らない。これらを削除する場合であっても、例えば、双方使用モードへの切替条件に、高圧バッテリ１０ａの電圧と高圧バッテリ１０ｂの電圧との差がゼロ(又は極小さい値)であることとの条件を加えることで、双方使用モードへの切り替えに際し、電流の変動を十分に抑制することができる。

・高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの使用領域の適合手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らず、例えば図７に示すようなものであってもよい。図７では、高電圧領域において、ニッケル水素２次電池からなる高圧バッテリ１０ｂを単独使用する一方、それ以外の領域では双方を同時に使用する。換言すれば、リチウムイオン２次電池からなる高圧バッテリ１０ａの単独使用領域を設けない。ちなみにこの場合、リチウムイオン２次電池からなる高圧バッテリ１０ａを電力変換回路に接続する高抵抗経路（高抵抗側リレー３４及び抵抗体３６）についてはこれを削除しても、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの少なくとも１つと電力変換回路とが接続された状態間の切替を円滑に行うことはできる。

・上記各実施形態では、高圧バッテリ１０ａのブロックＢＬ１〜ＢＬｎのそれぞれの電池セル数と、高圧バッテリ１０ｂのブロックＢＮ１〜ＢＮｎのそれぞれの電池セル数との比を、互いのブロックのＳＯＣが略等しい場合に互いに電圧が等しくなるように設定したがこれに限らない。ただし、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用領域における互いの開放端電圧に応じたＳＯＣの差が所定以下(例えば「３０パーセント以下」)となるようにすることが望ましい。この高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの双方の使用領域における互いの開放端電圧に応じたＳＯＣの差についての条件を、ブロックに関しては課さないようにしても、上記第１の実施形態の上記（８）の効果以外の効果についてはこれを奏することができる。

・上記各実施形態では、車載高圧バッテリとして、高圧バッテリ１０ａ及び高圧バッテリ１０ｂの２つを備えたがこれに限らない。例えば、高圧バッテリ１０ａ，１０ｂの少なくとも一方を複数備えるようにしてもよい。ここで、例えば高圧バッテリ１０ａを複数備える場合において、これら高圧バッテリ１０ａのそれぞれと電力変換回路との間の接続経路を開閉する開閉手段を備える代わりに、高圧バッテリ１０ａの全てと電力変換回路との接続状態を一括して切り替える単一の開閉手段を備えることで構成を簡素化してもよい。

・上記各実施形態では、高圧バッテリ１０ａを構成する電池セルＬ１１〜Ｌｎｍの容量を均等化する処理を行ったがこれに限らず、例えばブロックの容量を均等化する処理のみを行ってもよい。

・リチウム系２次電池としては、リチウムイオン２次電池に限らず、例えば、金属リチウム電池やポリマーリチウム電池等であってもよい。

・アルカリ２次電池としては、ニッケル水素２次電池に限らず、ニッケルカドミウム電池やニッケル亜鉛電池等であってもよい。

・高圧バッテリとしては、リチウム系２次電池やアルカリ２次電池に限らない。要は、複数種の電池のいずれか一方の方が他方と比較して過充電による信頼性の低下度合いが大きい場合や、自己放電率が大きい場合には、上記各実施形態の要領で電源装置を構成することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、プラグインハイブリッド車に本発明を適用したが、これに限らない。例えば、車両の外部から高圧バッテリへの充電を可能とする手段を搭載しないハイブリッド車に本発明を適用してもよい。また例えば、電気自動車に本発明を適用してもよい。

１０ａ…高圧バッテリ（リチウム系２次電池の一実施形態）、１０ｂ…高圧バッテリ（アルカリ２次電池の一実施形態）、１２…昇圧回路（電力変換回路の一実施形態）、３０，３２，３８…メインリレー（接続手段の一実施形態）、３６，４２…抵抗体（高抵抗電気経路の一実施形態）。

Claims

車載高圧バッテリを電力変換回路に接続する車載電源装置において、
前記高圧バッテリは、複数種のバッテリを備え、
前記電力変換回路に接続されるバッテリを切替可能な接続手段を備えることを特徴とする車載電源装置。
前記複数種の高圧バッテリは、リチウム系２次電池とアルカリ２次電池とを備え、
前記接続手段は、前記リチウム系２次電池のみを前記電力変換回路に接続する状態、前記アルカリ２次電池のみを前記電力変換回路に接続する状態、及び前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を前記電力変換回路に接続する状態を切替可能とすることを特徴とする請求項１記載の車載電源装置。
前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、
前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以上となる場合、前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする請求項２記載の車載電源装置。
前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、
前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、これらの電圧が所定以下となる場合、前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする請求項２又は３記載の車載電源装置。
前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、
前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、前記リチウム系２次電池の残存容量が所定以上となる場合、前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の車載電源装置。
前記電力変換回路と前記高圧バッテリとの接続状態を切り替えるべく前記接続手段を操作する操作手段を更に備え、
前記操作手段は、前記リチウム系２次電池及び前記アルカリ２次電池の双方を電力変換回路に接続している状況下、前記アルカリ２次電池の残存容量が所定以下となる場合、前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間を遮断するように前記接続手段を操作することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の車載電源装置。
前記リチウム系２次電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池にて構成され、
前記アルカリ２次電池及び前記電力変換回路間が接続されて且つ前記リチウム系２次電池及び前記電力変換回路間が遮断されている期間において、前記リチウム系２次電池を構成する１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきを低減する処理を行うばらつき低減手段を更に備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の車載電源装置。
前記複数種のバッテリの一部が前記電力変換回路に接続されている状況下、前記電力変換回路に新たに別のバッテリを接続する場合、現在接続されているバッテリの電圧と前記別のバッテリの電圧との差が所定以下となることを条件に前記別のバッテリを前記電力変換回路に接続するように接続手段を操作することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車載電源装置。
前記接続手段は、１のバッテリを前記電力変換回路に接続するための電気経路として、高抵抗電気経路及び低抵抗電気経路を備えて且つ、これら一対の電気経路のいずれを用いるかを切替可能なものであり、
前記１のバッテリ以外のバッテリが前記電力変換回路に接続されている状況下、前記１のバッテリを前記電力変換回路に新たに接続する際に高抵抗電気経路を用いた後低抵抗電気経路に切り替えるように前記接続手段を操作する手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の車載電源装置。
前記複数種のバッテリの一部が前記電力変換回路に接続されている状況下、前記電力変換回路に接続されていないバッテリの電圧を開放端電圧として検出する開放端電圧検出手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の車載電源装置。