JP2015070627A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電モジュールの充電に伴う配線長を容易に短縮でき、複数の蓄電モジュールの充電率のばらつきを低減可能な車両用電源装置を提供する。【解決手段】インバータ１１に電源を供給する外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２と、電極Ｎ１，Ｎ２を持つ蓄電モジュール１０ａと、電極Ｎ３，Ｎ４を持つ蓄電モジュール１０ｂと、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２と、配線経路１２〜１４と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂとを設ける。各スイッチを適宜制御することで、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２から蓄電モジュール１０ａ，１０ｂに対する直列の充電と、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２から蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのぞれぞれに対する分割の充電が行われる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関し、例えば、分散して配置されたバッテリを持つ電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の車両用電源装置に関する。

特許文献１には、メインバッテリと、当該メインバッテリの両端のノードから電源が供給される三相インバータ（ＰＣＵ）と、接続切換回路とを備えた電動車両が示されている。メインバッテリは、直列接続された複数のバッテリ群からなり、接続切換回路は、その複数のバッテリ群内の各ノードの中からいずれかのノードを選択して分割充電を行う。最大充電電流が最適充電電流以上である場合には、メインバッテリの両端のノードが接続切換回路によって選択され、メインバッテリ全体が充電される。

特許文献２には、直列および並列に接続された多数のセルからなる電池モジュールと、当該電池モジュールに対してそれぞれ並列に接続された負荷および充電装置とを備えた大型二次電池の充電システムが示されている。

特許文献３には、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、その両端がインバータに接続される蓄電器と、太陽電池で得られた電力で複数の蓄電セルのいずれかを充電する充電スイッチ部とを備えた充電制御装置が示されている。

特開２００９−２９６８２０号公報 特開２０１１−７２０８４号公報 特開２００９−１４２０７１号公報

近年、モータとエンジンを動力源とするプラグインハイブリッド自動車や、モータを動力源とする電気自動車を代表に、大型のバッテリ（二次電池）を搭載した車両の普及が進んでいる。このような車両では、必要な電力および電力量を得るため、数Ｖ程度の電圧を発生する電池セル（例えば、ニッケル水素電池セルやリチウムイオン電池セル）が多数搭載される。また、これらの電池セルは、通常、電流による損失を低減する目的などから直列接続で使用される場合が多く、全体で百Ｖ程度から数百Ｖ程度の電圧を発生する。

ここで、車両に搭載すべき電池セルの数が多くなると、電池セルを１個の蓄電モジュールに搭載して１箇所に配置することが困難となり、複数の蓄電モジュールに分散して搭載し、それらを直列接続で使用する必要性が生じる場合がある。例えば、このような直列接続の蓄電モジュールを車載充電器で充電する場合を考えると、特許文献１および特許文献２に示されるように、通常、直列接続の蓄電モジュールの両端に対して充電が行われるため、この両端の近辺に車載充電器を配置することが望ましい。ただし、実際上、この両端の近辺に車載充電器を配置することが容易でない場合もあり、この場合、この両端と車載充電器との間の配線長が増大することになる。

また、直列接続の蓄電モジュールの両端に対して充電を行った場合、各蓄電モジュール毎の充電率（所謂ＳＯＣ（State of Charge））にばらつきが生じる恐れがある。例えば、いずれかの蓄電モジュールが満充電となった段階で充電を停止すると、満充電に満たない他の蓄電モジュールに伴いバッテリ全体としての能力が十分に発揮できない場合がある。一方、当該他の蓄電モジュールを満充電にするため、いずれかの蓄電モジュールが満充電となった後も充電を継続すると、当該満充電となった蓄電モジュールの破損・劣化等を招く恐れがある。

本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、複数の蓄電モジュールの充電に伴う配線長を容易に短縮でき、複数の蓄電モジュールの充電率のばらつきを低減可能な車両用電源装置を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本発明の車両用電源装置は、第１および第２端子と、第１および第２蓄電モジュールと、第１および第２充電用ノードと、第１〜第３配線経路と、第１、第２、第３Ａ、第３Ｂ、第４Ａおよび第４Ｂスイッチと、を有する。第１および第２端子は、インバータに電源を供給する。第１蓄電モジュールは、第１および第２電極を持ち、第２蓄電モジュールは、第１蓄電モジュールと直列に接続して使用され、第３および第４電極を持つ。第１および第２充電用ノードは、第１および第２蓄電モジュールを充電するためのノードである。第１配線経路は、第１電極と第１端子を接続し、第２配線経路は、第２電極と第３電極を接続し、第３配線経路は、第４電極と第２端子を接続する。第１スイッチは、第１配線経路と第３配線経路を接続する。第２スイッチは、第２配線経路上に挿入される。第３Ａスイッチは、第１充電用ノードと第３配線経路を接続し、第３Ｂスイッチは、第２充電用ノードと、第２スイッチの第２電極側のノードを接続する。第４Ａスイッチは、第１充電用ノードと、第２スイッチの第３電極側のノードを接続し、第４Ｂスイッチは、第２充電用ノードと第３配線経路を接続する。

本発明によれば、複数の蓄電モジュールの充電に伴う配線長を容易に短縮でき、加えて、複数の蓄電モジュールの充電率のばらつきを低減することが可能になる。

本発明の実施の形態１による車両用電源装置において、その主要部の概略的な回路構成例を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の車両用電源装置において、その充電用ノード周りを含めたそれぞれ異なる概略構成例を示すブロック図である。 図１の車両用電源装置の動作例を示す図である。 図３とは異なる動作例を示す図である。 図３とは更に異なる動作例を示す図である。 図３とは更に異なる動作例を示す図である。 図１の車両用電源装置を変形した回路構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２による車両用電源装置において、その主要部の実装形態の一例を示す図である。 図８とは異なる実装形態の一例を示す図である。 図８とは更に異なる実装形態の一例を示す図である。 図８とは更に異なる実装形態の一例を示す図である。 図８または図１０の車両用電源装置において、その車両上の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。 図８または図１０の車両用電源装置において、その車両上の図１２とは異なる概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。 図９または図１１の車両用電源装置において、その車両上の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。 図９または図１１の車両用電源装置において、その車両上の図１４とは異なる概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の前提として検討した車両用電源装置の概略的な回路構成例を示すブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
《車両用電源装置（比較例）の概略構成》
まず、本実施の形態による車両用電源装置の説明に先だって、その前提として検討した車両用電源装置について説明する。図１６（ａ）は、本発明の前提として検討した車両用電源装置の概略的な回路構成例を示すブロック図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図１６（ａ）に示す車両用電源装置は、外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２から電源が供給されるインバータ（ＩＮＶ）１１と、外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２の間に直列に接続される２個の蓄電モジュール１０ａ，１０ｂと、外部からの交流電源を直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０とを備える。

２個の蓄電モジュール１０ａ，１０ｂは、その両端となるバッテリ出力ノードＶｏ１，Ｖｏ２に電源を出力し、当該電源は、ここでは、スイッチＳＷ５を介して外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２に供給される。蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのそれぞれは、直列接続された複数の電池セルによって構成される。ＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０は、２個の蓄電モジュール１０ａ，１０ｂを直列に充電するため、バッテリ出力ノードＶｏ１，Ｖｏ２に接続される。

実際の実装上の観点では、ＡＣ／ＤＣ変換部２０は、図示しないその他の部品を含めて１個の部品ユニット（充電ユニット５０と呼ぶ）に搭載される。また、蓄電モジュール１０ａも、図示しないその他の部品を含めて１個の部品ユニット（電池パック［１］５１と呼ぶ）に搭載され、同様に、蓄電モジュール１０ｂも、電池パック［２］５２に搭載される。この場合、充電ユニット５０および電池パック５１，５２は、車両上で、例えば図１６（ｂ）のような箇所に配置される。

図１６（ｂ）の例では、エンジンルーム（またはモータルーム）４１ａ内にインバータ１１およびモータ（Ｍ）４０が配置され、車室外の床下４２ｅに電池パック［１］５１が配置され、車室内の荷室４３ｅに電池パック［２］５２が配置される。車両に搭載すべき電池セルの数が多くなると、電池セルを１個の電池パックに収納して１箇所に配置することが困難となり、このように、複数（ここでは２個）の電池パックに分散して収納し、空いたスペースに分割して配置する必要性が生じる場合がある。

ここで、図１６（ａ）から判るように、ＡＣ／ＤＣ変換部２０とバッテリ出力ノードＶｏ１，Ｖｏ２との間の配線長を短くするためには、充電ユニット５０は、例えばエンジンルーム（またはモータルーム）４１ａ内に配置されることが望ましい。しかしながら、エンジンルーム（またはモータルーム）４１ａ内では、空きスペースを確保することが比較的困難であることや、発熱が大きい環境下であるため充電ユニット５０を水冷する仕組み等が必要とされるなどの各種制約が生じ得る。そこで、図１６（ｂ）のように、例えば、充電ユニット５０を空きスペースを確保し易い車室内の荷室４３ｅに配置し、充電ユニット５０の発熱を空冷によって抑制することが考えられる。

しかしながら、この場合、バッテリ出力ノードＶｏ１，Ｖｏ２と充電ユニット５０との間に長い外部配線５３が必要となり、これに伴うコストや配線スペースの増大に加えて、配線長に伴う電力損失も懸念される。このように、図１６（ａ）のような車両用電源装置では、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの充電に伴う配線長を短縮することが容易でなく、その結果、効率的な充電を行うことが困難となる場合がある。

さらに、このように蓄電モジュール１０ａ，１０ｂを直列に充電した場合、その充電率（ＳＯＣ）にばらつきが生じる恐れがある。例えば、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのそれぞれの内部では、所謂セルバランス回路等を搭載することで自身に含まれる各電池セルの電圧を均一化することができる。ただし、蓄電モジュール１０ａと１０ｂの間では、依然としてばらつきが生じ得る。特に、図１６（ｂ）に示されるように、電池パック［１］５１と電池パック［２］５２がそれぞれ異なる環境下に配置される（例えば一方は車室外に他方は車室内に配置される）と、周辺温度や劣化条件等が大きく異なる場合があり、充電率（ＳＯＣ）のばらつきが生じ易くなる。

《車両用電源装置（主要部）の概略回路構成》
図１は、本発明の実施の形態１による車両用電源装置において、その主要部の概略的な回路構成例を示すブロック図である。図１に示す車両用電源装置は、外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２に電源が供給されるインバータ（ＩＮＶ）１１と、外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２の間に直列に接続される２個の蓄電モジュール１０ａ，１０ｂと、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２と、複数のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５を備える。充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２は、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂを充電するためのノードである。

蓄電モジュール（第１蓄電モジュール）１０ａは、２個の電極（第１および第２電極）Ｎ１，Ｎ２を持つ。蓄電モジュール（第２蓄電モジュール）１０ｂは、２個の電極（第３および第４電極）Ｎ３，Ｎ４を持ち、蓄電モジュール１０ａに直列に接続して使用される。電極（第１電極）Ｎ１と外部端子（第１端子）Ｐｉ１は、配線経路（第１配線経路）１２で接続され、電極（第２電極）Ｎ２と電極（第３電極）Ｎ３は、配線経路（第２配線経路）１３で接続され、電極（第４電極）Ｎ４と外部端子（第２端子）Ｐｉ２は、配線経路（第３配線経路）１４で接続される。

スイッチ（第１スイッチ）ＳＷ１は、配線経路１２と配線経路１４を接続する。スイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２は、配線経路１３上に挿入される。スイッチ（第３Ａスイッチ）ＳＷ３ａは、充電用ノード（第１充電用ノード）Ｖｃ１と配線経路１４を接続し、スイッチ（第３Ｂスイッチ）ＳＷ３ｂは、充電用ノード（第２充電用ノード）Ｖｃ２と、スイッチＳＷ２の電極（第２電極）Ｎ２側のノードを接続する。スイッチ（第４Ａスイッチ）ＳＷ４ａは、充電用ノードＶｃ１と、スイッチＳＷ２の電極（第３電極）Ｎ３側のノードを接続し、スイッチ（第４Ｂスイッチ）ＳＷ４ｂは、充電用ノードＶｃ２と配線経路１４を接続する。スイッチＳＷ５は、配線経路１２上に挿入される。各スイッチは、例えば、電磁石を用いたリレーで構成される。

蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのそれぞれは、直列接続された複数の電池セル（例えば、数Ｖ程度の電圧を発生するニッケル水素電池セルやリチウムイオン電池セル）によって構成される。蓄電モジュール１０ａの電極Ｎ１と蓄電モジュール１０ｂの電極Ｎ４の間には、特に限定はされないが、百Ｖ程度から数百Ｖ程度の電圧が生成される。インバータ（ＩＮＶ）１１は、この電極Ｎ１，Ｎ４に生成された直流電源をスイッチＳＷ５を介して外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２で受け、主に、当該直流電源から三相交流電源を生成し、これによって図示しないモータを駆動する。

《充電用ノード周りの構成》
図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１の車両用電源装置において、その充電用ノード周りを含めたそれぞれ異なる概略構成例を示すブロック図である。図２（ａ）に示す車両用電源装置は、図１に示した構成例に加えて、ＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０と、普通充電用プラグ２１と、スイッチ制御部２２とを備え、これらが車両１５内に搭載された構成となってる。

普通充電用プラグ２１は、例えば、家庭用の１００Ｖ又は２００Ｖの交流電源に接続されるプラグである。ＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０は、充電ユニットの主要部となり、普通充電用プラグ２１からの家庭用の交流電源を直流電源に変換し、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２に供給する。スイッチ制御部２２は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５のオン・オフを制御する。

図２（ｂ）に示す車両用電源装置は、図１に示した構成例に加えて、急速充電用プラグ２３と、スイッチ制御部２２とを備え、これらが車両１５内に搭載された構成となってる。急速充電用プラグ２３は、例えば、所定の直流電源を生成する急速充電器に接続されるプラグであり、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２に接続される。急速充電器は、車両１５の外部に設置される。スイッチ制御部２２は、図２（ａ）の場合と同様である。

《車両用電源装置（主要部）の概略動作》
図３〜図６は、図１の車両用電源装置のそれぞれ異なる動作例を示す図である。ここでは、図２（ａ）のＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０を用いる場合を例に説明する。また、ここでは、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの電極Ｎ１，Ｎ３側を正極、電極Ｎ２，Ｎ４側を負極とし、充電用ノードＶｃ１側を正極、充電用ノードＶｃ２側を負極とする場合を例に説明する。

図３には、全体充電モード時の動作例が示されている。全体充電モード（第１充電モード）時には、図２（ａ）のスイッチ制御部２２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａがオンに制御され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５がオフに制御される。その結果、充電用ノードＶｃ１から、順に、スイッチＳＷ４ａ、蓄電モジュール１０ｂ、配線経路１４、スイッチＳＷ１、蓄電モジュール１０ａ、スイッチＳＷ３ｂを介して充電用ノードＶｃ２に向けて充電電流２５が流れる。これによって、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂが直列に充電される。

図４には、電源供給モード時（通常動作時）の動作例が示されている。電源供給モード時には、スイッチ制御部２２によってスイッチＳＷ２，ＳＷ５がオンに制御され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂがオフに制御される。その結果、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの電極Ｎ１，Ｎ４に生成された直流電源がスイッチＳＷ５を介してインバータ（ＩＮＶ）１１の外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２に供給され、インバータ（ＩＮＶ）１１を介して動作電流２６が流れる。

図５には、分割充電モード［１］時の動作例が示されている。分割充電モード［１］（第２充電モード）時には、スイッチ制御部２２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂがオンに制御され、スイッチＳＷ２，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５がオフに制御される。その結果、充電用ノードＶｃ１から、順に、スイッチＳＷ３ａ、配線経路１４、スイッチＳＷ１、蓄電モジュール１０ａ、スイッチＳＷ３ｂを介して充電用ノードＶｃ２に向けて充電電流２７が流れる。これによって、蓄電モジュール１０ａが分割して（言い換えれば選択的に）充電される。

図６には、分割充電モード［２］時の動作例が示されている。分割充電モード［２］（第３充電モード）時には、スイッチ制御部２２によってスイッチＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂがオンに制御され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ５がオフに制御される。その結果、充電用ノードＶｃ１から、順に、スイッチＳＷ４ａ、蓄電モジュール１０ｂ、配線経路１４、スイッチＳＷ４ｂを介して充電用ノードＶｃ２に向けて充電電流２８が流れる。これによって、蓄電モジュール１０ｂが分割して（言い換えれば選択的に）充電される。

なお、ＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０は、図５および図６の分割充電モード［１］および［２］の際には、それぞれ、蓄電モジュール１０ａ内の電池セルの数および蓄電モジュール１０ｂ内の電池セルの数に応じて、図３の全体充電モード時よりも低い直流電圧を生成する。仮に、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂ内の電池セルの数を同一とした場合には、ＡＣ／ＤＣ変換部２０は、分割充電モード［１］および［２］の際に、共に図３の全体充電モード時の半分程度の直流電圧を生成する。また、ここでは、ＡＣ／ＤＣ変換部２０を用いた普通充電の場合を例に説明を行ったが、図２（ｂ）の急速充電用プラグ２３を用いた急速充電の場合も同様である。この場合、外部の急速充電器は、各モードに応じて直流電圧を適宜変更する。

《車両用電源装置（主要部）の概略回路構成（変形例）》
図７は、図１の車両用電源装置を変形した回路構成例を示すブロック図である。
図７に示す車両用電源装置は、図１の場合と同様の構成要素を備えるが、図１の場合とは、スイッチＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの配置が異なった構成例となっている。図７において、まず、スイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２は、配線経路（第３配線経路）１４上に挿入される。

これに応じて、スイッチ（第３Ａスイッチ）ＳＷ３ａは、充電用ノード（第２充電用ノード）Ｖｃ２と配線経路（第２配線経路）１３を接続し、スイッチ（第３Ｂスイッチ）ＳＷ３ｂは、充電用ノード（第１充電用ノード）Ｖｃ１と、スイッチＳＷ２の外部端子（第２端子）Ｐｉ２側のノードを接続する。スイッチ（第４Ａスイッチ）ＳＷ４ａは、充電用ノードＶｃ２と、スイッチＳＷ２の電極（第４電極）Ｎ４側のノードを接続し、スイッチ（第４Ｂスイッチ）ＳＷ４ｂは、充電用ノードＶｃ１と配線経路１３を接続する。各スイッチは、図３〜図６の場合と同様に制御され、これにより図３〜図６の場合と同様の動作が行われる。

図１および図７に示すように、本実施の形態による車両用電源装置では、まず、スイッチＳＷ１を設けることで、スイッチＳＷ１と蓄電モジュール１０ａ，１０ｂとによって形成される閉回路２９（図７で図示するが図１でも同様）を仮に設定する。そして、この閉回路２９上の任意の位置にスイッチＳＷ２を挿入し、このスイッチＳＷ２の一端に正極充電箇所、他端に負極充電箇所を定めることで、図３の全体充電モードを実現する。さらに、スイッチＳＷ２の正極充電箇所から蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの一方を挟んで対向する位置に負極充電箇所を定め、スイッチＳＷ２の負極充電箇所から蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの他方を挟んで対向する位置に正極充電箇所を定める。充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２からこれらの各充電箇所を適宜選択して充電できるようにスイッチを設けることで、図５および図６の分割充電モードを実現する。

《車両用電源装置の主な効果》
以上、本実施の形態１の車両用電源装置を用いることで、主に、下記（１）〜（３）のような効果が得られる。

（１）図１６（ａ）では、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの全体充電に伴う充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の接続先が固定的（バッテリ出力ノードＶｏ１，Ｖｏ２に固定）であったのに対して、当該接続先を図７に示した閉回路２９の中から自由に定めることが可能になる。その結果、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の配置（具体的には図２（ａ）のＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０や図２（ｂ）の急速充電用プラグ２３の配置）に関わらず、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの充電に伴う配線長を容易に短縮することができる。すなわち、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の配置に応じて、その近辺にスイッチＳＷ２を配置すればよい。

充電に伴う配線長を短縮することで、配線コストや重量、配線スペース、および電力損失等の観点から充電を効率的に行うことが可能になる。また、言い換えれば、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの充電に伴う配線長を短くすることを前提として、車載充電器や急速充電用プラグの配置を自由に定めることができる。

（２）図１６（ａ）の場合と異なり、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの全体充電に加えて、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのそれぞれを分割で（言い換えれば選択的に）充電することが可能になる。これにより、各蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの充電率（ＳＯＣ）のばらつきを低減でき、バッテリ全体としての能力の向上や、あるいは、各蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの破損・劣化等の防止が実現可能になる。

なお、図３の全体充電モードと図５および図６の分割充電モードは、適宜組み合わせて使用することができる。その代表的な使用方法の一例として、最初に、全体充電モードを用いて充電を行い、所定の条件に到達したのち分割充電モードを用いて充電率（ＳＯＣ）が均一となるように充電を行うような方法等が挙げられる。

（３）全体充電モードに加えて、分割充電モードの際にも、上記（１）で述べた充電に伴う配線長の短縮や、車載充電器や急速充電用プラグの配置に伴う自由度の向上といった効果が得られる。例えば、図１において、スイッチＳＷ３ａの一端を配線経路１４の代わりに電極Ｎ１に接続したり、あるいは、図７において、スイッチＳＷ３ｂの一端を配線経路１４の代わりに電極Ｎ１に接続した場合でも、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂの分割充電（および全体充電）を行うことが可能である。しかしながら、この場合、電極Ｎ１に対する配線に伴い、前述した図１６（ａ）および図１６（ｂ）の場合と同様の問題が生じ得る。そこで、図１および図７のように、図１のスイッチＳＷ３ａの一端および図７のスイッチＳＷ３ｂの一端をスイッチＳＷ１を介して電極Ｎ１に接続できるように構成し、図５のようにスイッチＳＷ１を介して分割充電の経路を構築することが有益となる。

なお、図２（ａ）では普通充電用プラグ２１を、図２（ｂ）では急速充電用プラグ２３をそれぞれ示したが、この両方のプラグを備えている電気自動車やプラグインハイブリッド自動車も存在する。この場合、本実施の形態の車両用電源装置を用いることで、この両方のプラグの位置を個別に自由に定めることができ、かつ、全体充電や分割充電に伴う配線長を短くすることができる。

（実施の形態２）
《車両用電源装置（主要部）の実装形態》
図８は、本発明の実施の形態２による車両用電源装置において、その主要部の実装形態の一例を示す図である。図８には、前述した図２（ａ）の構成例の詳細な実装形態の一例が示されている。図８の車両用電源装置は、インバータ（ＩＮＶ）１１と、電池パック［１］３０ａと、充電ユニット３１ａと、電池パック［２］３２ａと、スイッチ制御部３４とを備え、これらが車両１５内に搭載された構成となっている。

インバータ（ＩＮＶ）１１は、外部端子（第１および第２端子）Ｐｉ１，Ｐｉ２を備える。電池パック［１］３０ａは、外部端子Ｐｂ１１〜Ｐｂ１４を備えた部品ユニットであり、図２（ａ）に示した蓄電モジュール１０ａおよびスイッチＳＷ１，ＳＷ５を内部に含んでいる。外部端子Ｐｂ１１は、蓄電モジュール１０ａの電極（ここでは正極側電極）Ｎ１にスイッチＳＷ５を介して接続される。外部端子Ｐｂ１３は、蓄電モジュール１０ａの電極（ここでは負極側電極）Ｎ２に接続される。外部端子Ｐｂ１２，Ｐｂ１４は、内部で共通に接続され、当該共通ノードは図２（ａ）の配線経路１４の一部となる。

充電ユニット３１ａは、外部端子Ｐｃ１１〜Ｐｃ１５を備えた部品ユニットであり、図２（ａ）に示したスイッチＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂおよびＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０に加えてスイッチＳＷ６を内部に含んでいる。外部端子Ｐｃ１１は、スイッチＳＷ２の一端に接続され、外部端子Ｐｃ１３は、スイッチＳＷ２の他端に接続される。ここでは、充電用ノードＶｃ１は、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の正極側出力ノードとなり、充電用ノードＶｃ２は、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の負極側出力ノードとなる。

外部端子Ｐｃ１２，Ｐｃ１４は、内部で共通に接続され、当該共通ノードは図２（ａ）の配線経路１４の一部となる。スイッチＳＷ６は、この外部端子Ｐｃ１２とＰｃ１４の間の配線経路１４上に挿入される。スイッチＳＷ３ａ，ＳＷ４ｂは、このスイッチＳＷ６の両端にそれぞれ接続される。外部端子Ｐｃ１５は、ＡＣ／ＤＣ変換部２０のＡＣ入力ノードに接続される。

電池パック［２］３２ａは、外部端子Ｐｂ２１，Ｐｂ２２を備えた部品ユニットであり、図２（ａ）に示した蓄電モジュール１０ｂに加えて、ここでは、スイッチＳＷ７、メインスイッチＳＷｍ、プリチャージリレー回路３３、およびサービスプラグＳＰを内部に含んでいる。外部端子Ｐｂ２１は、スイッチＳＷ７の一端に接続され、スイッチＳＷ７の他端は、蓄電モジュール１０ｂの電極Ｎ３（ここでは正極側電極）に接続される。すなわち、外部端子Ｐｂ２１と電極Ｎ３の間の経路は、図２（ａ）の配線経路１３の一部を構成し、スイッチＳＷ７は当該配線経路１３上に挿入される。

外部端子Ｐｂ２２は、メインスイッチＳＷｍまたはプリチャージリレー回路３３の一端に接続される。サービスプラグＳＰは、メインスイッチＳＷｍまたはプリチャージリレー回路３３の他端と蓄電モジュール１０ｂの電極Ｎ４（ここでは負極側電極）を接続する。すなわち、電極Ｎ４と外部端子Ｐｂ２２の間の経路は、図２（ａ）の配線経路１４の一部を構成し、サービスプラグＳＰと、メインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３は、当該配線経路１４上に挿入される。

プリチャージリレー回路３３は、プリチャージ用スイッチＳＷｐと抵抗Ｒｐからなる直列回路であり、メインスイッチＳＷｍに並列に接続された構成となっている。例えば、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂからインバータ（ＩＮＶ）１１に向けた電源供給を開始するためメインスイッチＳＷｍをオフからオンに制御した場合、瞬間的にメインスイッチＳＷｍの接点に大電流が流れ、破損するような場合がある。そこで、プリチャージリレー回路３３は、始めにプリチャージ用スイッチＳＷｐをオンに制御することで、まず直列に接続された抵抗Ｒｐを介して回路に通電し、瞬間的な大電流を抑制し、その後に、メインスイッチＳＷｍをオフからオンに制御する。

車両用電源装置内には、例えば、各スイッチのいずれかが破損（例えばオンに固着）したような場合でも安全性を保てるように、通常、様々な箇所にスイッチが設けられる。その一例として、図８では、スイッチＳＷ６やスイッチＳＷ７が設けられる。スイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２も、このような安全性の観点から設けられる場合があり、この場合には、この安全性の観点から設けられたスイッチＳＷ２を流用して、充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の接続先とすることも可能である。

なお、図８のようなスイッチＳＷ６を備える場合、図３の全体充電モードに際して、スイッチＳＷ２をオフ、スイッチＳＷ６をオンに制御することも、スイッチＳＷ２をオン、スイッチＳＷ６をオフに制御することも可能である。前者は、図１と同様の回路構成に対応し、後者は、図７と同様の回路構成に対応する。また、スイッチＳＷ５は、前述したような安全性の観点に加えてインバータ（ＩＮＶ）１１の着脱を制御するために設けられる。

サービスプラグＳＰは、整備作業者等が車両用電源装置のメンテナンス等を行う際に、手動で開放されるプラグ（スイッチ）である。サービスプラグＳＰを開放する際には、自動的に内部の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５〜ＳＷ７，ＳＷｍ，ＳＷｐも開放状態となり、安全性が確保される。各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５〜ＳＷ７，ＳＷｍ，ＳＷｐは、例えば、電磁石を用いたリレーで構成される。蓄電モジュール１０ａ，１０ｂのそれぞれは、実施の形態１でも述べたように、直列接続された複数の電池セルによって構成される。

図８の車両用電源装置は、前述した各部品ユニット（すなわちインバータ（ＩＮＶ）１１、電池パック［１］３０ａ、充電ユニット３１ａおよび電池パック［２］３２ａ）を外部配線によって適宜接続することで組み立てられる。具体的には、インバータ（ＩＮＶ）１１の外部端子Ｐｉ１，Ｐｉ２は、電池パック［１］３０ａの外部端子Ｐｂ１１，Ｐｂ１２にそれぞれ接続される。電池パック［１］３０ａの外部端子Ｐｂ１３，Ｐｂ１４は、充電ユニット３１ａの外部端子Ｐｃ１１，Ｐｃ１２にそれぞれ接続される。充電ユニット３１ａの外部端子Ｐｃ１３，Ｐｃ１４は、電池パック［２］３２ａの外部端子Ｐｂ２１，Ｐｂ２２にそれぞれ接続される。また、充電ユニット３１ａの外部端子Ｐｃ１５は、普通充電用プラグ２１に接続される。

スイッチ制御部３４は、図３〜図６の場合と同様に、全体充電モードまたは分割充電モード（［１］または［２］）あるいは電源供給モードに応じて、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５〜ＳＷ７，ＳＷｍ，ＳＷｐのオン・オフを制御する。分割充電モード（［１］または［２］）の際、スイッチＳＷ６は、オンであってもよいが、蓄電モジュール１０ａと１０ｂの接続を完全に切り離すため、オフに制御される方がより望ましい。

スイッチ制御部３４は、例えば、１個の部品で構成したり、あるいは、電池パック３０ａ，３２ａおよび充電ユニット３１ａ毎の内部部品として複数の部品ユニットに分割して構成してもよい。分割して構成する場合、例えば、電池パック［１］３０ａ内のスイッチ制御部は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３のオン・オフを制御する。

図示は省略しているが、実際には、電池パック３０ａ，３２ａおよび充電ユニット３１ａのそれぞれは、前述した電源用の外部端子の他に制御信号用の外部端子を備えている。例えば、スイッチ制御部３４を１個の部品で構成する場合、当該スイッチ制御部は、制御信号用の外部端子を介して電池パック３０ａ，３２ａおよび充電ユニット３１ａ内の各スイッチを制御する。一方、スイッチ制御部３４を分割して構成する場合、各部品ユニット内のスイッチ制御部は、制御信号用の外部端子を介して全体充電モードや分割充電モード（［１］または［２］）や電源供給モード等を示す命令を受け、各命令に応じて対応するスイッチを制御する。

図９〜図１１のそれぞれは、図８とは異なる実装形態の一例を示す図である。図９に示す車両用電源装置は、図８と比較して、充電ユニット３１ｂ内の構成と電池パック［２］３２ｂ内の構成が異なっている。図９では、図８の充電ユニット３１ａおよび電池パック［２］３２ａの中からＡＣ／ＤＣ変換部２０のみが充電ユニット３１ｂ内に含まれ、残りの部品は電池パック［２］３２ｂ内に含まれる構成となっている。この部品ユニットの枠組みの変更に伴い、同一部品ユニット内の同一の配線経路１３上にスイッチＳＷ２とスイッチＳＷ７が設けられることになるため、ここでは、部品点数の削減の観点からスイッチＳＷ７が削除されている。同様に、部品点数の削減の観点から、図８のスイッチＳＷ６の位置にメインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３が配置されている。

また、図９では、前述した部品ユニットの枠組みの変更に伴い、外部端子の形態が図８とは異なっている。図９に示す電池パック［２］３２ｂは、外部端子Ｐｂ３１，Ｐｂ３２，Ｐｂ３３，Ｐｂ４４を備える。外部端子Ｐｂ３１，Ｐｂ３２は、図８の外部端子Ｐｃ１１，Ｐｃ１２にそれぞれ対応する端子であり、電池パック［１］３０ａの外部端子Ｐｂ１３，Ｐｂ１４にそれぞれ接続される。外部端子Ｐｂ３３，Ｐｂ４４は、図８における充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の位置にそれぞれ設けられる。なお、図９では、図８における外部端子Ｐｃ１３，Ｐｃ１４，Ｐｂ２１，Ｐｂ２２は削除される。

図９に示す充電ユニット３１ｂは、外部端子Ｐｃ１５〜Ｐｃ１７を備える。外部端子Ｐｃ１５は、図８の場合と同様に、普通充電用プラグ２１に接続される。外部端子Ｐｃ１６，Ｐｃ１７は、図８における充電用ノードＶｃ１，Ｖｃ２の位置にそれぞれ設けられ、前述した電池パック［２］３２ｂの外部端子Ｐｂ３３，Ｐｂ４４にそれぞれ接続される。また、図９のスイッチ制御部３４は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５，ＳＷｍ，ＳＷｐのオン・オフを制御する。

図１０に示す車両用電源装置は、図８と比較して、メインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３の配置が異なっている。メインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３は、図８では、電池パック［２］３２ａ内の配線経路１４上に挿入されていたが、図１０では、電池パック［１］３０ａ内の配線経路１４上に挿入されている。ここでは、スイッチＳＷ１の一端と外部端子Ｐｂ１２との間の配線経路１４上に挿入されている。

図１１に示す車両用電源装置は、図９と比較して、電池パック［２］３２ｂ内のメインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３の配置が図１０の場合と同様の位置に変更されてている。これに伴い、図１１では、図９のメインスイッチＳＷｍおよびプリチャージリレー回路３３の位置にスイッチＳＷ６が設けられている。図１１のスイッチ制御部３４は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷｍ，ＳＷｐのオン・オフを制御する。

図８〜図１１の中のいずれの実装形態を用いるかは、その搭載車両の仕様等に応じて適宜定めればよい。また、勿論、図８〜図１１の実装形態に必ずしも限定されるものではなく、必要に応じて部品の追加・削除・移動を行ったり、あるいは、部品ユニットの枠組みを更に変更することも可能である。

《車両用電源装置（主要部）のレイアウト構成》
図１２は、図８または図１０の車両用電源装置において、その車両上の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図１２において、車両１５上の前方部に位置するエンジンルーム（またはモータルーム）４１ａ内には、インバータ（ＩＮＶ）１１および当該インバータ（ＩＮＶ）１１によって駆動されるモータ（Ｍ）４０が配置される。車両１５上の後方部に位置する車室内の荷室４３ａには、充電ユニット３１ａと電池パック［２］３２ａが配置される。また、前方部と後方部の間の中間部に位置する車室外の床下４２ａには、電池パック［１］３０ａが配置される。

この例では、電池パック［１］３０ａは、安全性の観点から、車室内ではなく、車室外の床下４２ａに配置されている。充電ユニット３１ａは、空きスペースを確保し易く、空冷によって温度を抑制することが可能な車室内の荷室４３ａに配置されている。また、充電ユニット３１ａを車室内の荷室４３ａに配置することで、例えば、従来のガソリン給油口と同様な位置に普通充電用プラグ２１を配置した場合に、充電ユニット３１ａと普通充電用プラグ２１を短い配線で接続することができる。

図１２から判るように、本実施の形態による車両用電源装置を用いることで、前述した図１６（ｂ）の場合と異なり、充電ユニット３１ａとその接続先との間の長い外部配線（図１６（ｂ）の外部配線５３）が不要となり、実施の形態１で述べたような各種有益な効果が得られる。また、図１２のように電池パック［１］３０ａと電池パック［２］３２ａがそれぞれ異なる環境下に配置される（例えば一方は車室外に他方は車室内に配置される）と、周辺温度や劣化条件等が大きく異なる場合があり、充電率（ＳＯＣ）のばらつきが生じ易くなる。本実施の形態による車両用電源装置を用いると、分割充電が行えるため、このような充電率（ＳＯＣ）のばらつきを低減できる。なお、図１２の例では、電池パック［１］３０ａは、電池パック［２］３２ａに比べて、多くの電池セルを搭載している。

図１３は、図８または図１０の車両用電源装置において、その車両上の図１２とは異なる概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図１３では、図１２の場合と異なり、車室外の床下４２ｂに電池パック［１］３０ａと充電ユニット３１ａが配置され、車室内の荷室４３ｂに電池パック［２］３２ａが配置されている。車両の種類によっては、車室外の床下４２ｂに空きスペースを確保し易く、また十分な空冷を行える場合がある。このような場合には、図１３のような配置を用いてもよい。

図１４は、図９または図１１の車両用電源装置において、その車両上の概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図１４では、図１２の場合と同様に、車室外の床下４２ｃに、電池パック［１］３０ａが配置され、車室内の荷室４３ｃに、充電ユニット３１ｂと電池パック［２］３２ｂが配置される。ただし、図１２の例では、電池パック［１］３０ａと電池パック［２］３２ａの両方に充電ユニット３１ａが接続されるのに対して、図１４の例では、電池パック［１］３０ａは電池パック［２］３２ｂに接続され、充電ユニット３１ｂは電池パック［２］３２ｂに接続される。

図１５は、図９または図１１の車両用電源装置において、その車両上の図１４とは異なる概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図１５では、図１４の場合と異なり、車室外の床下４２ｄに電池パック［１］３０ａと充電ユニット３１ｂが配置され、車室内の荷室４３ｄに電池パック［２］３２ｂが配置されている。車両の種類によっては、車室外の床下４２ｄに空きスペースを確保し易く、また十分な空冷を行える場合がある。このような場合には、図１５のような配置を用いてもよい。

図１２〜図１５のいずれの配置を用いる場合でも、本実施の形態による車両用電源装置を用いることでＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）２０の接続先を自由に定められるため、充電（全体充電および分割充電）に伴う配線長を容易に短縮することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、ここでは、主に、蓄電モジュール１０ａ，１０ｂが離れた箇所に分散して配置される場合を有益な適用例として説明を行ったが、必ずしもこのような状況に限定されるものではない。場合によっては、直列接続された多数の電池セルが１箇所に配置され、その多数の電池セルの合間の位置から全体充電および分割充電を行いたいような場合にも適用できる。

１０ａ，１０ｂ 蓄電モジュール
１１ インバータ
１２〜１４ 配線経路
１５ 車両
２０ ＡＣ／ＤＣ変換部（車載充電器）
２５，２７，２９ 充電電流
４１ａ エンジンルーム（モータルーム）
４２ａ〜４２ｅ 車室外の床下
４３ａ〜４３ｅ 車室内の荷室
Ｎ１〜Ｎ４ 電極
Ｐｉ１，Ｐｉ２ 外部端子
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ スイッチ
Ｖｃ１，Ｖｃ２ 充電用ノード

Claims (6)

1. インバータに電源を供給する第１および第２端子と、
   第１および第２電極を持つ第１蓄電モジュールと、
   前記第１蓄電モジュールと直列に接続して使用され、第３および第４電極を持つ第２蓄電モジュールと、
   前記第１および第２蓄電モジュールを充電するための第１および第２充電用ノードと、
   前記第１電極と前記第１端子を接続する第１配線経路と、
   前記第２電極と前記第３電極を接続する第２配線経路と、
   前記第４電極と前記第２端子を接続する第３配線経路と、
   前記第１配線経路と前記第３配線経路を接続する第１スイッチと、
   前記第２配線経路上に挿入される第２スイッチと、
   前記第１充電用ノードと前記第３配線経路を接続する第３Ａスイッチと、
   前記第２充電用ノードと、前記第２スイッチの前記第２電極側のノードを接続する第３Ｂスイッチと、
   前記第１充電用ノードと、前記第２スイッチの前記第３電極側のノードを接続する第４Ａスイッチと、
   前記第２充電用ノードと前記第３配線経路を接続する第４Ｂスイッチと、
   を有する、車両用電源装置。
2. 請求項１記載の車両用電源装置において、
   さらに、前記第１および第２充電用ノードに接続され、外部からの交流電源を直流電源に変換する車載充電器を有する、車両用電源装置。
3. 請求項２記載の車両用電源装置において、
   前記インバータは、車両上の前方部に配置され、
   前記第２蓄電モジュールは、前記車両上の後方部に配置され、
   前記第１蓄電モジュールは、前記前方部と前記後方部の間の中間部に配置され、
   前記車載充電器は、前記後方部に配置される、車両用電源装置。
4. 請求項２記載の車両用電源装置において、
   前記車載充電器は、第１〜第３充電モードのいずれかで動作し、
   前記第１充電モードでは、前記第１、第３Ｂおよび第４Ａスイッチをオン、前記第２、第３Ａおよび第４Ｂスイッチをオフの状態で、前記第１および第２蓄電モジュールを直列に充電し、
   前記第２充電モードでは、前記第１、第３Ａおよび第３Ｂスイッチをオン、前記第２、第４Ａおよび第４Ｂスイッチをオフの状態で、前記第１蓄電モジュールを充電し、
   前記第３充電モードでは、前記第４Ａおよび第４Ｂスイッチをオン、前記第１、第２、第３Ａおよび第３Ｂスイッチをオフの状態で、前記第２蓄電モジュールを充電する、車両用電源装置。
5. インバータに電源を供給する第１および第２端子と、
   第１および第２電極を持つ第１蓄電モジュールと、
   前記第１蓄電モジュールと直列に接続して使用され、第３および第４電極を持つ第２蓄電モジュールと、
   前記第１および第２蓄電モジュールを充電するための第１および第２充電用ノードと、
   前記第１電極と前記第１端子を接続する第１配線経路と、
   前記第２電極と前記第３電極を接続する第２配線経路と、
   前記第４電極と前記第２端子を接続する第３配線経路と、
   前記第１配線経路と前記第３配線経路を接続する第１スイッチと、
   前記第３配線経路上に挿入される第２スイッチと、
   前記第２充電用ノードと前記第２配線経路を接続する第３Ａスイッチと、
   前記第１充電用ノードと、前記第２スイッチの前記第２端子側のノードを接続する第３Ｂスイッチと、
   前記第２充電用ノードと、前記第２スイッチの前記第４電極側のノードを接続する第４Ａスイッチと、
   前記第１充電用ノードと前記第２配線経路を接続する第４Ｂスイッチと、
   を有する、車両用電源装置。
6. 請求項５記載の車両用電源装置において、
   さらに、前記第１および第２充電用ノードに接続され、外部からの交流電源を直流電源に変換する車載充電器を有する、車両用電源装置。

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