JP2019004604A - 車載蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の外部電源を用いて、搭載する蓄電池を充電することを可能とする車載蓄電装置を提供すること。【解決手段】複数の電池Ｅ１〜Ｅ４を有する電池ユニット１１と、外部電源Ａから供給される電力を受電可能な入力部Ｃと、前記入力部Ｃから通ずる電力ラインＬ１、Ｌ２に対して、複数の前記電池Ｅ１〜Ｅ４の間の電気的な接続状態を並列又は直列に切り替える電路切替回路１３と、前記外部電源Ａからの入力電圧に基づいて、前記電路切替回路１３を制御する制御部１４と、を備える、車載蓄電装置。【選択図】図１

Description

本開示は、車載蓄電装置に関する。

一般に、車載蓄電池に充電するための充電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

又、近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車輌の普及にあわせて、かかる車輌に搭載される蓄電池に充電するための種々の充電設備が普及しつつある。

例えば、高電圧の直流電力（例えば、８００Ｖ系統）を供給することで、短時間で蓄電池の充電を可能とする急速充電設備（例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ規格（登録商標）の充電設備）の路上への設置等が検討されている。一方、この種の車輌は、一般に、車庫内に駐車されている時等においては、一般家庭等に供給される商用交流電源（例えば、６０Ｈｚ、１００Ｖ系統）を用いて充電が行われる。つまり、かかる車輌においては、利用シーンに応じて、種々の充電設備（例えば、商用交流電源や急速充電設備）を用いて、蓄電池の充電を可能とする要請がある。

特開２０１３−２４７８１７号公報

しかしながら、このように種々の充電設備が用いられる場合、車輌に入力される電力の電圧も幅広くなる。このような場合、車輌に搭載される蓄電池は、最も高圧の入力電力（例えば、ＤＣ８００Ｖ系統）に対応するように高電圧（例えば、８００Ｖ）に構成されることが考えられる。かかる構成とすることにより、急速充電に対応でき、短時間で蓄電池の充電が可能となる。

一方、この高電圧蓄電池を、商用交流電源（例えば、１００Ｖ系統）を用いて充電する際には、充電に好適な電圧になるように、大きな電圧変換を行う必要が生じる。このように、大幅な電圧変換を行う場合、エネルギー効率（電圧変換による電力損失の大きさを表す。以下同じ）の悪化や、電力変換回路が大型化するという問題がある。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、種々の外部電源を用いて、搭載する蓄電池を充電することを可能とする車載蓄電装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
複数の電池を有する電池ユニットと、
外部電源から供給される電力を受電可能な入力部と、
前記入力部から通ずる電力ラインに対して、複数の前記電池の間の電気的な接続状態を並列又は直列に切り替える電路切替回路と、
前記外部電源の出力電圧に基づいて、前記電路切替回路を制御する制御部と、
を備える、車載蓄電装置である。

本開示に係る車載蓄電装置によれば、種々の外部電源を用いて、搭載する蓄電池を充電することが可能である。

実施形態に係る車載蓄電装置の構成の一例を示す図 実施形態に係る電路切替回路の構成の一例を模式的に示す図 電池の直並列の接続状態の一例を示す図 実施形態に係る車載蓄電装置の充電時の動作の一例を示すフローチャート 外部電源の種別と、電池ユニットの接続状態及び電力変換部の制御状態の対応関係の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［車載蓄電装置の全体構成］
以下、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る車載蓄電装置１の構成の一例について説明する。本実施形態に係る車載蓄電装置１は、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド車輌等に適用される。

図１は、本実施形態に係る車載蓄電装置１の構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る車載蓄電装置１は、電池ユニット１１に蓄電した電力を、車輌の各部（例えば、駆動モータや車載電気機器）に対して動作電力として供給する車載機器である。

本実施形態に係る車載蓄電装置１は、第１のコネクタＣ１（本発明の「第１の入力部」に相当）、第２のコネクタＣ２（本発明の「第２の入力部」に相当）、電池ユニット１１、電力変換部１２、電路切替回路１３、及びコントローラ１４（本発明の「制御部」に相当）を備えている。

車載蓄電装置１は、第１のコネクタＣ１を介して、交流電力を供給する外部電源Ａ１（例えば、６０Ｈｚ、１００Ｖの単相交流電力を供給する商用交流電源）から受電可能に構成されている。又、車載蓄電装置１は、第２のコネクタＣ２を介して、直流電力を供給する外部電源Ａ２（例えば、８００Ｖの直流電力を供給する急速充電設備）から受電可能に構成されている。

尚、以下では、交流電力を供給する外部電源Ａ１と、直流電力を供給する外部電源Ａ２とを区別しない場合には、「外部電源Ａ」と総称して説明する。又、外部電源Ａ１と外部電源Ａ２を区別する場合には、それぞれ、「交流外部電源Ａ１」及び「直流外部電源Ａ２」と称して説明する。同様に、第１のコネクタＣ１と第２のコネクタＣ２とで区別しない場合には、「コネクタＣ」と総称して説明する。

第１のコネクタＣ１には、電力ラインＬ１が接続されており、当該第１のコネクタＣ１で受電した電力は、当該電力ラインＬ１を介して、電池ユニット１１に供給される。第２のコネクタＣ２には、電力ラインＬ２が接続されており、当該第２のコネクタＣ２で受電した電力は、当該電力ラインＬ２を介して、電池ユニット１１に供給される。電力ラインＬ１と電力ラインＬ２は、共に、電路切替回路１３の入力端子１３ａ、１３ｂに接続されている。

尚、電力ラインＬ１と電力ラインＬ２は、共に、ハイサイドラインとローサイドラインの一対の電力ラインによって構成されている。又、電力ラインＬ２には、直流外部電源Ａ２からの電力供給を許可又は遮断するための電路開閉スイッチＬｓｗが設けられている。

電池ユニット１１は、複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４（ここでは、４つ）を有している。

電池Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ、一個又は複数個の電池セルの直列接続体によって構成される。電池Ｅ１〜Ｅ４を構成する電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等である。本発明において電池Ｅ１〜Ｅ４の種類としては、特に限定されないが、より好適には、急速充電及び高電圧化が可能なリチウムイオン二次電池を用いる。

以下では、説明の便宜として、電池Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ、同一種別且つ同一容量であるものとして説明する。又、電池Ｅ１〜Ｅ４のいずれかを特に区別しない場合には、「電池Ｅ１〜Ｅ４」と略称する。但し、電池Ｅ１〜Ｅ４を構成する電池セルの個数や種別は、それぞれ、互いに異なるものであってもよい。なお、複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４の全てを直列接続した際の電池ユニット１１の総電圧は、外部電源Ａから供給される最高電圧値に対応している。本実施例では、複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ、２００Ｖの蓄電池で構成され、電池Ｅ１〜Ｅ４の全てを直列接続した際に、電池ユニット１１の総電圧が８００Ｖとなるものとして説明を行う。

複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ、電路切替回路１３を介して互いに直列又は並列に接続されている。そして、複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４は、電路切替回路１３の電路の切り替えによって、直並列の接続状態が切り替えられる構成となっている（図２を参照して後述）。

尚、電池ユニット１１は、電路切替回路１３の端子１３ａ、１３ｂを介して、各電池Ｅ１〜Ｅ４に充電したり、当該各電池Ｅ１〜Ｅ４に蓄電した電力を出力可能に構成されている（出力ラインは図示せず）。電池ユニット１１は、例えば、出力時には、電路切替回路１３を介して複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４が２直列２並列（図３Ｃ参照）に接続された状態とされて、高電圧の直流電力を供給する。

電力変換部１２は、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａとＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂを含んで構成され、交流外部電源Ａ１から受電した電力を電力変換して、電路切替回路１３に対して出力する。

ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａは、交流外部電源Ａ１から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する。ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａは、例えば、整流回路、平滑化コンデンサ、及びＰＦＣ回路（Power Factor Correction）を含んで構成される。

尚、ＰＦＣ回路は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａが交流電力を直流電力に変換する際に、力率を改善するための制御回路である。ＰＦＣ回路は、例えば、入力段と出力段との間に直列接続されたインダクタンス素子と、当該インダクタンス素子に通流させる電流のオン／オフを切り替えるスイッチング素子とを含んで構成される。本実施形態に係るＰＦＣ回路は、コントローラ１４からの制御信号に基づいて、スイッチング素子のオン／オフを切り替え、力率調整を行う。

ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂは、例えば、チョッパー方式又はＬＬＣ共振方式等のＤＣ／ＤＣ変換回路であって、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａから出力される直流電力の電圧を電圧変換して電路切替回路１３に対して出力する。尚、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂは、コントローラ１４からの制御信号によってスイッチング動作を行い、所望の電圧変換を行う。

電路切替回路１３は、外部電源Ａからの電力供給ライン（電力ラインＬ１、電力ラインＬ２）に対して、電池ユニット１１の電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を切り替える（詳細は後述）。

コントローラ１４（本発明の「充電制御部」に相当する）は、車載蓄電装置１の各部（電路開閉スイッチＬｓｗ、電力変換部１２、及び電路切替回路１３）を統括制御する。コントローラ１４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されるマイコンである。

尚、車載蓄電装置１には、各部の状態を検出するための各種センサが設けられており、コントローラ１４には、当該各種センサからのセンサ信号が入力されている。各種センサとしては、例えば、交流外部電源Ａ１の出力電圧を検知する電圧センサＴ１、交流外部電源Ａ１からの入力電流を検知する電流センサ（図示せず）、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂの入力電圧を検知する電圧センサ（図示せず）、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂの出力電圧を検知する電圧センサ（図示せず）、コネクタＣ１及びＣ２に対する外部電源Ａ（交流外部電源Ａ１、直流外部電源Ａ２）の接続状態を検知するセンサ（図示せず）、電池ユニット１１の各電池Ｅ１〜Ｅ４の充電率（State of Charge）を検知するセンサ（図示せず）、及び各電池Ｅ１〜Ｅ４の劣化状態を示す劣化センサ（図示せず）等が設けられている。

コントローラ１４は、例えば、外部電源識別部１４ａ、切替制御部１４ｂ、及び電力変換制御部１４ｃを備えている。

外部電源識別部１４ａは、車載蓄電装置１（コネクタＣ）に接続された外部電源Ａからの入力電圧を識別する。

具体的には、外部電源識別部１４ａは、第１のコネクタＣ１又は第２のコネクタＣ２に交流外部電源Ａ１又は直流外部電源Ａ２が接続されたときに、当該状態を検知するセンサからセンサ信号を取得して、交流外部電源Ａ１又は直流外部電源Ａ２が接続されたことを検知する。そして、本実施形態に係る外部電源識別部１４ａは、交流外部電源Ａ１については、電圧センサＴ１からのセンサ信号に基づいて、当該交流外部電源Ａ１の出力電圧を識別する。又、外部電源識別部１４ａは、直流外部電源Ａ２については、直流外部電源Ａ２との通信により入力電圧（例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ規格（登録商標）で定められた規格値である８００Ｖ）であると識別する。

尚、外部電源識別部１４ａが外部電源Ａからの入力電圧を検知する手法は、上記に限らず、任意の手法であってよいのは勿論である。外部電源識別部１４ａは、例えば、外部電源Ａと無線通信することによって、当該外部電源Ａからの入力電圧を検知してもよい。

切替制御部１４ｂは、外部電源Ａからの入力電圧に基づいて、充電時の電圧が各電池Ｅ１〜Ｅ４にとって好適になるように、電路切替回路１３を制御する。

電力変換制御部１４ｃは、交流外部電源Ａ１によって電池ユニット１１を充電する際に、電力変換部１２の動作を制御する。電力変換制御部１４ｃは、例えば、上記した各種電圧センサや電流センサのセンサ信号を参照しつつ、力率が向上するようにＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａのＰＦＣ回路をスイッチング制御したり、所望の出力電圧となるようにＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂのスイッチング素子をスイッチング制御する。

尚、電力変換制御部１４ｃは、より好適には、交流外部電源Ａ１の出力電圧、及び電路切替回路１３の切り替え状態に基づいて、電力変換部１２を制御する（詳細は後述）。

尚、コントローラ１４は、電池ユニット１１から放電する際には、例えば、高電圧とするべく、複数個の電池Ｅ１〜Ｅ４が直列に接続された状態となるように、電路切替回路１３の切り替え制御を行う。

コントローラ１４の上記した機能は、例えば、ＣＰＵが制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路、又はこれらの組み合わせによっても実現できることは勿論である。

［電路切替回路の構成］
図２は、本実施形態に係る電路切替回路１３の構成の一例を模式的に示す図である。

本実施形態に係る電路切替回路１３は、電力ラインＬ１及びＬ２のハイサイドラインと接続されるハイサイド側端子１３ａ、電力ラインＬ１及びＬ２のローサイドラインと接続されるローサイド側端子１３ｂ、並びに、各電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を切り替える複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９を含んで構成される。

各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、オン／オフの切り替えによって、電池Ｅ１〜Ｅ４間の電路の接続状態を切り替える。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、例えば、半導体スイッチ又はリレー等によって構成される。又、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、例えば、コントローラ１４からの制御信号によって、独立して切り替え制御される。

尚、図２において、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、以下のように接続されている。スイッチＳＷ１は、電池Ｅ１の正極と電池Ｅ２の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ２は、電池Ｅ２の正極と電池Ｅ３の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ３は、電池Ｅ３の正極と電池Ｅ４の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ４は、電池Ｅ１の負極と電池Ｅ２の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ５は、電池Ｅ２の負極と電池Ｅ３の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ６は、電池Ｅ３の負極と電池Ｅ４の正極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ７は、電池Ｅ１の負極と電池Ｅ２の負極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ８は、電池Ｅ２の負極と電池Ｅ３の負極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ９は、電池Ｅ３の負極と電池Ｅ４の負極の接続／非接続を切り替えるスイッチである。

ハイサイド側端子１３ａは電池Ｅ１の正極とスイッチＳＷ１に接続され、ローサイド側端子１３ｂは電池Ｅ４の負極とスイッチＳＷ９に接続される。ここで、電池Ｅ１と電池Ｅ２のみを例にした場合、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ７を非接続（ＯＦＦ）にし、スイッチＳＷ４を接続（ＯＮ）にした場合、電池Ｅ１と電池Ｅ２は直列接続される。一方、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ７を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ４を非接続（ＯＦＦ）にした場合、電池Ｅ１と電池Ｅ２は並列接続される。

但し、図２に示す電路切替回路１３の構成は、一例であって、各電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を切り替え可能であれば、任意に変更されてよい。例えば、各電池Ｅ１〜Ｅ４の端子間電圧が異なる場合には、電路切替回路１３は、直列接続する対象の電池Ｅ１〜Ｅ４を選択可能な構成としてもよい。

但し、電路切替回路１３は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９によって、直列接続する電池Ｅの個数を少なくとも３段階以上に、且つ、並列接続する電池Ｅの個数を少なくとも３段階以上に切り替え可能に構成するのが望ましい。又、電路切替回路１３は、複数の電池Ｅそれぞれについて、外部電源Ａからの電力供給のオン／オフを個別に切り替え可能に構成するのが望ましい。

図３は、各電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態の一例を示す図である。

図３Ａは、４つの電池Ｅ１〜Ｅ４を直列に接続した状態を示す。具体的には、スイッチＳＷ４〜ＳＷ６を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、およびスイッチＳＷ７〜ＳＷ９を非接続（ＯＦＦ）にすることで、電池Ｅ１〜Ｅ４が直列に接続された状態となる。

図３Ｂは、４つの電池Ｅ１〜Ｅ４を並列に接続した状態を示す。具体的には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、およびスイッチＳＷ７〜ＳＷ９を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ４〜ＳＷ６を非接続（ＯＦＦ）にすることで、電池Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれが並列に接続された状態となる。

図３Ｃは、２つの電池Ｅ１〜Ｅ２を並列に接続すると共に２つの電池Ｅ３〜Ｅ４を並列に接続し、これらを直列に接続した状態を示す。具体的には、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ７およびＳＷ９を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６、およびＳＷ８を非接続（ＯＦＦ）にすることで、並列接続された電池Ｅ１及びＥ２と、並列接続された電池Ｅ３及びＥ４と、が直列に接続された状態となる。

図３Ｄでは、３つの電池Ｅ１〜Ｅ３を並列に接続した状態を示す。具体的には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２、およびスイッチＳＷ７〜ＳＷ９を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６を非接続（ＯＦＦ）にすることで、電池Ｅ１〜Ｅ３のそれぞれが並列に接続された状態となる。この場合、電池Ｅ４は、充放電が行われない。

図３Ｅでは、２つの電池Ｅ２〜Ｅ３を直列に接続した状態を示す。具体的には、スイッチＳＷ１、ＳＷ５、およびＳＷ９を接続（ＯＮ）にし、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４、およびスイッチＳＷ６〜ＳＷ８を非接続（ＯＦＦ）にすることで、電池Ｅ２とＥ３が直列に接続された状態となる。この場合、電池Ｅ１およびＥ４は、充放電が行われない。

尚、図３中に示す点線矢印が、充電時に外部電源Ａから受電する電流の通流経路を表す。

このように、本実施形態に係る電路切替回路１３は、各電池Ｅ１〜Ｅ４同士の直並列の接続状態を切り替えることができる。本実施形態に係る車載蓄電装置１（コントローラ１４）は、充電時のエネルギー効率を向上させるべく、外部電源Ａが供給する電力の出力電圧に応じて、当該電路切替回路１３を制御する。

又、本実施形態に係る電路切替回路１３は、各電池Ｅ１〜Ｅ４のうちのいずれかの電池Ｅ１〜Ｅ４を充電対象から切り離したり、各電池Ｅ１〜Ｅ４のうちのいずれかの電池Ｅ１〜Ｅ４だけを充電対象とすることも可能である。本実施形態に係る車載蓄電装置１（コントローラ１４）は、例えば、各電池Ｅ１〜Ｅ４のうちのいずれかの電池Ｅ１〜Ｅ４の劣化を検出した場合に当該電池Ｅを充電対象から切り離したり、逆に、早期に充電を完了するためにいずれかの電池Ｅ１〜Ｅ４だけを充電対象とする。

但し、本実施形態に係る車載蓄電装置１（コントローラ１４）は、より好適には、充電の際のエネルギー効率をより向上させる観点から、電路切替回路１３の切り替え制御にあわせて、電力変換部１２の制御を行う。

具体的には、電力変換部１２を構成するＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａ及びＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂにおける電力損失は、一般に、それぞれの回路における入力電圧及び出力電圧に依拠する（例えば、特許文献１を参照）。かかる観点から、コントローラ１４は、充電時の交流外部電源Ａ１の出力電圧に基づいて、予め設定した制御マップを参照して、上記した電池Ｅ１〜Ｅ４の直列接続数に加えて、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａ及びＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂそれぞれの出力電圧の目標値を決定する。これによって、電池ユニット１１及び電力変換部１２における電力損失の合計を最も小さくすることができる。

尚、電力変換部１２を制御する際の制御マップ（交流外部電源Ａ１の出力電圧と、電池Ｅ１〜Ｅ４の直列接続数、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａの出力電圧の目標値及びＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂの出力電圧の目標値とを関連付けたマップ）は、予め実験等により求めておき、ＲＯＭ等に記憶しておけばよい。

［充電時の動作フロー］
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る車載蓄電装置１の充電時の動作について説明する。

図４は、本実施形態に係る車載蓄電装置１の充電時の動作の一例を示すフローチャートである。尚、図４に示すフローチャートは、例えば、車載蓄電装置１（コネクタＣ１又はＣ２）に外部電源Ａが接続されたときに、所定間隔（例えば、０．１秒間隔）で、コントローラ１４がコンピュータプログラムに従って実行する処理である。

図５は、外部電源Ａの種別と、電池ユニット１１の接続状態及び電力変換部１２の制御状態の対応関係の一例を示す図である。尚、図５中の「ＰＦＣ制御」の項目は、電力変換部１２のＰＦＣ回路の出力電圧を可変させる制御を行うか否かを表し、「ＤＣ／ＤＣ制御」の項目は、電力変換部１２のＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂの出力電圧の制御状態を表し、「電池構成切替」の項目は、電池ユニット１１の電池Ｅ１〜Ｅ４のうち、直列に接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を表す。ここでは、説明の便宜として、各電池Ｅ１〜Ｅ４に対して印加される電圧が２００Ｖのときに、充電時のエネルギー効率が最大になるものと仮定している。

ステップＳ１において、コントローラ１４は、まず、車輌の運転者等が充電指示を行ったか否かを判定する。充電指示があった場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、コントローラ１４は、続くステップＳ２に処理を進める。充電指示がない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、コントローラ１４は、一連の処理を終了する。

尚、このステップＳ１において、コントローラ１４は、車輌の運転者等が充電対象の電池Ｅ１〜Ｅ４を選択し得るように、車輌の運転者等からの操作を受け付ける。

ステップＳ２において、コントローラ１４は、接続された外部電源Ａからの入力電圧を読み出す。

このステップＳ２において、コントローラ１４（外部電源識別部１４ａ）は、接続された外部電源Ａが交流外部電源Ａ１の場合、電圧センサＴ１のセンサ値から、外部電源Ａからの入力電圧を識別する。又、コントローラ１４（外部電源識別部１４ａ）は、接続された外部電源Ａが直流外部電源Ａ２の場合、直流外部電源Ａ２との通信により外部電源Ａからの入力電圧を識別する。

ステップＳ３において、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、外部電源Ａからの入力電圧に基づいて、例えば、充電時のエネルギー効率が高くなるように、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を決定し、当該状態となるように（言い換えると、電池ユニット１１の総電圧が、外部電源Ａからの入力電圧に対応する電圧になるように）電路切替回路１３を制御する。

このステップＳ３において、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、例えば、接続された外部電源Ａが２００Ｖの交流外部電源Ａ１である場合、図５に示すように、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が１個になるように（例えば、図３Ｂに示した４並列の状態）、電路切替回路１３を制御する。尚、コントローラ１４のＲＯＭ等には、外部電源Ａからの入力電圧から電池Ｅ１〜Ｅ４の接続状態を決定するための図５に示すようなデータテーブルが格納されている。

但し、このステップＳ３において、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）が電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を決定する態様は、種々に変更可能である。

このステップＳ３において、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、例えば、各電池Ｅ１〜Ｅ４の劣化状態を検知する劣化センサからのセンサ信号に基づいて、電池Ｅ１〜Ｅ４のうち、劣化した電池Ｅ１〜Ｅ４を充電対象から除外するように、電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を決定してもよい。又、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、外部電源Ａの電流容量（例えば、外部電源Ａが小型の蓄電設備である場合）に応じて、並列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を制限するように、電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を決定してもよい。

又、このステップＳ３において、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、交流外部電源Ａ１の出力電圧が低い場合等においては、電力変換部１２において出力電圧を昇圧することを前提として、電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を決定してもよい。又、コントローラ１４（切替制御部１４ｂ）は、上記したように電力変換部１２における電力損失も考慮して、電力損失の合計が最も小さくなるように、電池Ｅ１〜Ｅ４の直並列の接続状態を決定してもよい。

具体的には、外部電源Ａが４００Ｖの直流外部電源Ａ２である場合、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が２個になるように電路切替回路１３を制御する。直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を２個にすることで、ハイサイド側端子１３ａとローサイド側端子１３ｂの端子間電圧（電池ユニット１１の総電圧）が４００Ｖで構成され、４００Ｖの直流外部電源Ａ２に対応する。

なお、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を２個にする場合として、例えば、図３Ｃに示す２直列２並列の場合と、図３Ｅに示すような２直列１並列の場合が存在する。これらは種々選択されてよい。例えば、通常時は、図３Ｃに示すように２直列２並列の接続とし、上述の通り、劣化センサからのセンサ信号に基づいて、電池Ｅ１〜Ｅ４のうち、劣化した電池Ｅ１〜Ｅ４を充電対象から除外したり、電池Ｅ１〜Ｅ４のうち、一部の電池が満充電になっていたりする場合であれば、図３Ｅに示すような２直列１並列（劣化または満充電の電池がＥ１とＥ４の場合）としてもよい。このように並列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数は種々選択されてよい。以下同様。

外部電源Ａが８００Ｖの直流外部電源Ａ２である場合、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が４個になるように電路切替回路１３を制御する（図３Ａ参照）。直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を４個にすることで、ハイサイド側端子１３ａとローサイド側端子１３ｂの端子間電圧（電池ユニット１１の総電圧）が８００Ｖで構成され、８００Ｖの直流外部電源Ａ２に対応する。

外部電源Ａが単相１００Ｖの交流外部電源Ａ１である場合、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が１個になるように（例えば、図３Ｂに示した４並列の状態）、電路切替回路１３を制御する。直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を１個にすることで、ハイサイド側端子１３ａとローサイド側端子１３ｂの端子間電圧（電池ユニット１１の総電圧）が２００Ｖで構成され、単相１００Ｖの交流外部電源Ａ１に対応する。

外部電源Ａが交流外部電源Ａ１である場合、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂは、電池ユニット１１の総電圧及び充電率に適するように出力制御され、また、ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａのＰＦＣ回路の出力電圧は、交流外部電源Ａ１から入力される入力電力とＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂの出力電力とに基づき決定される（外部電源Ａが単相２００Ｖの交流外部電源Ａ１、及び外部電源Ａが三相２００Ｖの交流外部電源Ａ１の場合も同様）。これによって、電力変換部１２における電力損失の合計を小さくすることができる。

外部電源Ａが単相２００Ｖの交流外部電源Ａ１である場合、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が２個になるように（例えば、図３Ｃまたは図３Ｅに示した状態）、電路切替回路１３を制御する。直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を２個にすることで、ハイサイド側端子１３ａとローサイド側端子１３ｂの端子間電圧（電池ユニット１１の総電圧）が４００Ｖで構成され、単相２００Ｖの交流外部電源Ａ１に対応する。

外部電源Ａが三相２００Ｖの交流外部電源Ａ１である場合、直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数が４個になるように（例えば、図３Ａに示した状態）、電路切替回路１３を制御する。直列接続する電池Ｅ１〜Ｅ４の個数を４個にすることで、ハイサイド側端子１３ａとローサイド側端子１３ｂの端子間電圧（電池ユニット１１の総電圧）が８００Ｖで構成され、三相２００Ｖの交流外部電源Ａ１に対応する。

なお、三相の交流外部電源Ａ１である場合、電力変換部１２が各相に対応して１組ずつ（合計３組）設けられる。

ステップＳ４において、コントローラ１４は、充電動作を開始する。尚、この際、コントローラ１４（電力変換制御部１４ｃ）は、外部電源Ａ１が交流外部電源Ａ１である場合、電力変換部１２を動作制御する。又、コントローラ１４は、外部電源Ａ２が直流外部電源Ａ２である場合、電路開閉スイッチＬｓｗをオン状態にする。

ステップＳ５において、コントローラ１４は、例えば、各電池Ｅ１〜Ｅ４の充電率を検出するセンサからのセンサ信号を監視し、電池ユニット１１の充電が完了するまで待ち受けつつ、充電動作を継続する（ステップＳ５：ＮＯ）。そして、電池ユニット１１の充電が完了するに応じて（ステップＳ５：ＹＥＳ）、コントローラ１４は、ステップＳ６の処理を実行する。

ステップＳ６において、コントローラ１４は、充電動作を終了し、一連の処理を終了する。尚、この際、コントローラ１４は、電力変換部１２の動作を終了し、又、電路開閉スイッチＬｓｗをオフ状態にする。

以上、本実施形態に係る車載蓄電装置１によれば、外部電源Ａからの入力電圧に基づいて、電池ユニット１１の複数の電池Ｅ１〜Ｅ４の間の直並列の接続状態を切り替え、当該接続状態にて電池Ｅ１〜Ｅ４に対して充電を行う。これによって、本実施形態に係る車載蓄電装置１は、種々の外部電源Ａ（例えば、直流外部電源Ａ２、交流外部電源Ａ１）を用いて電池ユニット１１を充電可能とすると共に、よりエネルギー効率が高くなるように、電池ユニット１１の充電を実行することが可能となる。

又、本実施形態に係る車載蓄電装置１によれば、電路切替回路１３により、複数の電池Ｅ１〜Ｅ４それぞれについて、充電対象とするか否か、即ち使用対象とする否かを個別に切り替えることができる。これによって、本実施形態に係る車載蓄電装置１は、各電池Ｅ１〜Ｅ４の劣化状態等を考慮して、電池Ｅ１〜Ｅ４を選択的に使用することができる。尚、これによって、充電時間を短縮化することにもつながる。

又、本実施形態に係る車載蓄電装置１によれば、外部電源Ａからの入力電圧と電路切替回路１３の切り替え状態とに基づいて、電力変換部１２（ＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａ、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂ）を制御する。これによって、本実施形態に係る車載蓄電装置１は、よりエネルギー効率が高くなるように、電池ユニット１１の充電を実行することが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、入力部の一例として、交流外部電源Ａ１から電力を受電する第１のコネクタＣ１、及び直流外部電源Ａ２から電力を受電する第２のコネクタＣ２を示した。しかしながら、入力部は、電磁誘導等を利用して、外部電源Ａから受電する受電コイル等であってもよい。又、入力部は、交流外部電源Ａ１と直流外部電源Ａ２のいずれか一方のみから受電可能なものが用いられてもよい。又、入力部は、三相交流電源等から受電可能なものが用いられてもよい。

又、上記実施形態では、電力変換部１２の一例として、力率調整が可能なＡＣ／ＤＣ変換回路１２ａとＤＣ／ＤＣ変換回路１２ｂを備える態様を示したが、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路のみで構成されてもよい。他方、直流外部電源Ａ２から受電する電力を電圧変換するＤＣ／ＤＣ変換回路等が設けられてもよい。

又、上記実施形態では、車載蓄電装置１が有する各種センサの一例として、電圧センサＴ１、電流センサ、充電率センサ、及び劣化センサ等を示した。但し、各種センサは、コントローラ１４に要求する機能に応じて、適宜設けられればよいのは勿論である。又、上記の各種センサの検出対象の検出値は、他のセンサの検出値を用いて演算処理により、間接的に求められてもよい。

又、上記実施形態では、コントローラ１４の構成の一例として、外部電源識別部１４ａ、切替制御部１４ｂ、及び電力変換制御部１４ｃの各機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、各機能の一部又は全部が複数のコンピュータに分散されて実現されてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、コントローラ１４の動作の一例として、外部電源識別部１４ａ、切替制御部１４ｂ、及び電力変換制御部１４ｃ等の動作が一連のフローの中で実行されるものとして示したが、これらの処理の一部又は全部が並列で実行されるものとしてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、外部電源Ａから受電する場合について例示したが、電池ユニット１１の電力を外部電源Ａへ給電する場合にも適用してもよい。例えば、外部電源Ａの電圧に基づいて、電路切替回路１３を制御して、外部電源Ａの電圧に適するように電池ユニット１１の直並列接続を切り替えても良い。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る車載蓄電装置によれば、種々の外部電源を用いて、搭載する蓄電池を充電することが可能である。

１ 車載蓄電装置
１１ 電池ユニット
１２ 電力変換部
１３ 電路切替回路
１４ コントローラ
１４ａ 外部電源識別部
１４ｂ 切替制御部
１４ｃ 電力変換制御部
Ａ１ 交流外部電源
Ａ２ 直流外部電源
Ｃ１ コネクタ
Ｃ２ コネクタ
Ｅ１〜Ｅ４ 電池
Ｌ１ 電力ライン
Ｌ２ 電力ライン
Ｔ１ 電圧センサ
Ｌｓｗ 電路開閉スイッチ
ＳＷ１〜ＳＷ９ スイッチ

Claims (7)

1. 複数の電池を有する電池ユニットと、
   外部電源から供給される電力を受電可能な入力部と、
   前記入力部から通ずる電力ラインに対して、複数の前記電池の間の電気的な接続状態を並列又は直列に切り替える電路切替回路と、
   前記外部電源の出力電圧に基づいて、前記電路切替回路を制御する制御部と、
   を備える、車載蓄電装置。
2. 前記電路切替回路は、複数の前記電池のうち、直列接続する前記電池の個数を、少なくとも３段階に切り替え可能に構成された、
   請求項１に記載の車載蓄電装置。
3. 前記電路切替回路は、複数の前記電池のうち、並列接続する前記電池の個数を、少なくとも３段階に切り替え可能に構成された、
   請求項１に記載の車載蓄電装置。
4. 前記電路切替回路は、複数の前記電池それぞれについて、前記外部電源からの電力供給のオン／オフを個別に切り替え可能に構成された、
   請求項１に記載の車載蓄電装置。
5. 前記入力部は、直流電力を受電可能な第１の入力部と、交流電力を受電可能な第２の入力部と、を備える、
   請求項１に記載の車載蓄電装置。
6. 前記入力部から通ずる電力ラインにおいて、交流電力を直流電力に変換する力率調整可能なＡＣ／ＤＣ変換回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路の出力電力を電圧変換して前記電池ユニットに送出するＤＣ／ＤＣ変換回路と、を更に備える、
   請求項１に記載の車載蓄電装置。
7. 前記制御部は、前記外部電源の出力電圧に基づいて、前記電路切替回路の接続状態、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路の出力電圧の目標値、及び前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力電圧の目標値を決定する、
   請求項６に記載の車載蓄電装置。
   
   
   

Images