JP6048090B2

JP6048090B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP6048090B2
Application number: JP2012255512A
Authority: JP
Inventors: 敏貴 ▲高▼橋; 弘輝藤田; 殿宇楊
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: JP2014103814A

Description

本発明は、パワー電池とエネルギー電池と車両駆動用の電動モータを制御するモータインバータとを備えている車両用電源装置に関し、特に電気自動車に係るものである。

車両駆動用の電動モータを制御するモータインバータ等の負荷に電力を供給する車両用電源として、パワー電池やエネルギー電池が従来技術として知られている。パワー電池は、出力密度がエネルギー電池よりも大きい（出力密度が相対的に大きい）。エネルギー電池は、エネルギー密度がパワー電池よりも大きい（エネルギー密度が相対的に大きい）。

ここに、車両用電源をパワー電池又はエネルギー電池のいずれか単独で構成して、このような電源によってモータインバータ（電動モータ）の要求出力と要求走行距離の両方を満たそうとすると、電源が大型化する等、冗長設計となるという問題がある。

この問題を解決するため、従来の車両用電源には、パワー電池とエネルギー電池とが並列接続された電源がある（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、要求出力と要求走行距離の両方を満たしながら、電源が冗長設計となることを抑制することができる。

特開２０１１−２５０６８６号公報

ところで、図５に示すように、パワー電池（図５ではＰ電池）とエネルギー電池（図５ではＥ電池）とが並列接続された電源からの電力をモータインバータ（図５では負荷）に供給する構成をとって、モータインバータへの電力供給をパワー電池及びエネルギー電池の両方によって行う場合、パワー電池とエネルギー電池との間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けることが考えられる。このＤＣ−ＤＣコンバータは、パワー電池及びエネルギー電池の電圧を制御することで、モータインバータへの電力供給をパワー電池又はエネルギー電池のいずれか一方によって行う。

しかしながら、図５に示すものでは、ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記のような制御を行うために、高出力（例えば、数十〜百数十ｋＷ）に耐えうる高出力性能が要求されることから、大型化するという課題がある。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータが大型化すると、上述の如く、車両用電源が冗長設計となることを抑制するメリットが相殺される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、大型のＤＣ−ＤＣコンバータを不要とする技術を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、モータインバータへの電力供給をパワー電池のみによって行うことを特徴とする。

具体的には、本発明は、パワー電池とエネルギー電池と車両駆動用の電動モータを制御するモータインバータとを備えている車両用電源装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記モータインバータ以外の負荷と、上記パワー電池と上記モータインバータとを接続する第１回路と、上記エネルギー電池と上記負荷とを接続する第２回路と、上記パワー電池と上記エネルギー電池とを接続する第３回路と、上記第３回路に設けられ、上記パワー電池と上記エネルギー電池との接続状態を切替え可能な車載充電切替手段とをさらに備えており、上記パワー電池のエネルギー容量は、１日当たりの走行距離を走行可能な量に設定され、上記モータインバータへの電力供給は、上記パワー電池のみによって行われる一方、上記負荷への電力供給は、上記エネルギー電池を含む、上記パワー電池以外の電池によって行われ、上記車載充電切替手段には、外部充電器が接続可能になっていて、上記車載充電切替手段は、上記パワー電池に上記車載充電切替手段を介して上記外部充電器を接続したときには、上記パワー電池と上記外部充電器との接続状態も切替え可能になっていて、上記エネルギー電池による上記パワー電池の充電時には、該パワー電池と該エネルギー電池とを接続状態とする一方、上記外部充電器による上記パワー電池の充電時には、該パワー電池と該外部充電器とを接続状態とするとともに、上記パワー電池と上記エネルギー電池とを切断状態とするように構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、パワー電池と、エネルギー電池と、モータインバータと、このモータインバータ以外の負荷と、パワー電池とモータインバータとを接続する第１回路と、エネルギー電池とモータインバータ以外の負荷とを接続する第２回路とを設けているため、モータインバータへの電力供給をパワー電池のみによって行う一方、モータインバータ以外の負荷への電力供給をエネルギー電池によって行うことができる。このため、大型のＤＣ−ＤＣコンバータを不要とすることができる。

また、パワー電池とエネルギー電池とを接続する第３回路と、この第３回路に配置され、パワー電池とエネルギー電池との接続状態を切替え可能な車載充電切替手段とを設けておき、この車載充電切替手段は、エネルギー電池によるパワー電池の充電時には、パワー電池とエネルギー電池とを接続状態とするため、車両走行中にパワー電池の充電をエネルギー電池によって行うことができる。このため、航続距離を延長することができる。

また、パワー電池のエネルギー容量を、１日当たりの走行距離を走行可能な量に設定しているため、１日当たりの走行距離を走行することができる。

また、車載充電切替手段は、パワー電池に車載充電切替手段を介して外部充電器を接続したときには、パワー電池と外部充電器との接続状態も切替え可能になっていて、外部充電器によるパワー電池の充電時には、パワー電池と外部充電器とを接続状態とするとともに、パワー電池とエネルギー電池とを切断状態とするため、パワー電池の充電をエネルギー電池だけではなく、外部充電器によっても行うことができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記エネルギー電池は、その許容放電レートで放電することで上記パワー電池を所定の充電時間内に充電可能に構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、エネルギー電池を、その許容放電レートで放電することでパワー電池を所定の充電時間内に充電可能に構成しているため、パワー電池を所定の充電時間内に充電することができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記車載充電切替手段は、上記パワー電池に該車載充電切替手段を介して上記外部充電器を接続したときには、上記パワー電池、上記エネルギー電池及び該外部充電器の相互間の接続状態を切替え可能になっていて、上記外部充電器による上記パワー電池の充電が完了したときには、上記パワー電池の充電が完了してから上記所定の充電時間までの残り時間、上記エネルギー電池を上記外部充電器によって充電すべく、該エネルギー電池と該外部充電器とを接続状態とするとともに、上記パワー電池と上記エネルギー電池及び該外部充電器とを切断状態とするように構成されていることを特徴とするものである。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記エネルギー電池は、複数の電池セルを有していて、その一部の電池セルによって上記パワー電池を充電可能に構成されており、上記パワー電池は、第１及び第２電池モジュールと、該各電池モジュールと上記エネルギー電池及び上記モータインバータとの接続状態を切替え可能なモジュール切替手段とを有しており、上記モジュール切替手段は、車両走行中であって、上記車載充電切替手段によって上記パワー電池と上記エネルギー電池とを接続状態としたときには、上記第１電池モジュールを該エネルギー電池と接続状態としかつ上記モータインバータと切断状態とするとともに上記第２電池モジュールを該モータインバータと接続状態としかつ上記エネルギー電池と切断状態とした第１状態と、上記第１電池モジュールを上記モータインバータと接続状態としかつ上記エネルギー電池と切断状態とするとともに上記第２電池モジュールを上記エネルギー電池と接続状態としかつ上記モータインバータと切断状態とした第２状態とに交互に切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、エネルギー電池は、複数の電池セルを有していて、その一部の電池セルによってパワー電池を充電可能になっているため、その一部の電池セルによってパワー電池の充電を行うことが可能なときには、その一部の電池セルのみによってパワー電池の充電を行うことができる。このため、エネルギー電池によるパワー電池の充電を適切に行うことができる。

また、パワー電池は、第１及び第２電池モジュールと、この各電池モジュールとエネルギー電池及びモータインバータとの接続状態を切替え可能なモジュール切替手段とを有しており、このモジュール切替手段は、車両走行中であって、車載充電切替手段によってパワー電池とエネルギー電池とを接続状態としたときには、第１電池モジュールをエネルギー電池と接続状態としかつモータインバータと切断状態とするとともに第２電池モジュールをモータインバータと接続状態としかつエネルギー電池と切断状態とした第１状態と、第１電池モジュールをモータインバータと接続状態としかつエネルギー電池と切断状態とするとともに第２電池モジュールをエネルギー電池と接続状態としかつモータインバータと切断状態とした第２状態とに交互に切り替える。つまり、車両走行中に、第１電池モジュールの充電をエネルギー電池によって行いかつモータインバータへの電力供給を第２電池モジュールによって行う第１状態と、モータインバータへの電力供給を第１電池モジュールによって行いかつ第２電池モジュールの充電をエネルギー電池によって行う第２状態とに交互に切り替える。このため、車両走行中にパワー電池の充電をエネルギー電池によって行うことができる。よって、航続距離を延長することができる。

第５の発明は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、上記エネルギー電池は、交換可能に構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、エネルギー電池を交換可能に構成しているため、放電不能なエネルギー電池を放電可能なエネルギー電池に交換することができる。このため、モータインバータ以外の負荷への電力供給をエネルギー電池によって確実に行うことができる。特に、請求項２においては、パワー電池の充電もエネルギー電池によって確実に行うことができる。

本発明によれば、パワー電池とモータインバータとを接続する第１回路と、エネルギー電池とモータインバータ以外の負荷とを接続する第２回路とを設けているため、モータインバータへの電力供給をパワー電池のみによって行う一方、モータインバータ以外の負荷への電力供給をエネルギー電池によって行うことができ、大型のＤＣ−ＤＣコンバータを不要とすることができる。

本発明の実施形態１に係る車両用電源装置を示す回路図である。エネルギー電池によるパワー電池の充電の一例を説明するための図である。エネルギー電池によるパワー電池の充電の別の例を説明するための図である。実施形態２に係る車両用電源装置を示す回路図である。従来の課題を説明するための回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電源装置が搭載された車両は電気自動車である。図１に示すように、この電源装置１は、パワー電池（図１等ではＰ電池）２とエネルギー電池（図１等ではＥ電池）３とモータインバータ４と電動空調装置５（負荷）とカーアクセサリー６（負荷。図１等ではＡＣＣ）と１２Ｖ電池７と第１〜第４回路８〜１１と制御装置１２とを備えている。

上記パワー電池２は、リチウムイオン二次電池である。パワー電池２は、単一の電池モジュール２０を有している（図２、図３を参照）。この電池モジュール２０は、複数（本実施形態では６個）の電池セル２１を含んでいる。これらの電池セル２１は、互いに直列接続されている。パワー電池２は、出力密度がエネルギー電池３よりも大きい。パワー電池２は、モータインバータ４の要求出力を満たす。

パワー電池２のエネルギー容量は、市場一般の１日当たりの車両走行距離を走行可能な量に設定される。具体的には、市場一般の所定のパーセンタイル（本実施形態では８０パーセンタイル）をカバーする（賄う）１日当たりの走行距離をＬ（ｋｍ）、電費（電気自動車の電力消費率）をε（ｋｍ／ｋＷｈ）、パワー電池２の実効エネルギー容量をＥ′（ｋＷｈ）とすると、パワー電池２のエネルギー容量は、Ｌ／ε≦Ｅ′（以下、この不等式を式（１）という）を満たす。ここに、パワー電池２のエネルギー容量をＥ（ｋＷｈ）、パワー電池２の充電率（ＳＯＣ）の使用範囲（パワー電池２の所定の上限充電率から所定の下限充電率までの範囲）をβとすると、パワー電池２の実効エネルギー容量Ｅ′は、Ｅ′＝Ｅ・εで表される。

例えば、市場一般の８０パーセンタイルをカバーする１日当たりの走行距離Ｌを４０（ｋｍ）、電費εを１０（ｋｍ／ｋＷｈ）、パワー電池の充電率の使用範囲βを０．７（パワー電池２の上限充電率が０．９、下限充電率が０．２）に設定する。このとき、これらの値を式（１）に代入して変形すると、Ｅ≧５．７となる。この不等式を満たしかつモータインバータ４の要求出力を満たすパワー電池が、本電源装置１のパワー電池２として選択される。この選択されるパワー電池２は、軽量・コンパクトなものであることが好ましい。

パワー電池２は、エネルギー電池３又は外部急速充電器（以下、単に急速充電器という）によって充電される。この充電は、パワー電池２の充電率が所定の上限充電率以上になると完了する。エネルギー電池３によるパワー電池２の充電は、車両走行中に可能になっている。急速充電器は、自動車販売店やコンビニ、高速道路のパーキングエリア等に設置されている。パワー電池２はまた、車両駆動用の電動モータ（不図示）によってモータインバータ４を介して回生充電される。

上記エネルギー電池３は、リチウムイオン二次電池である。エネルギー電池３は、複数（本実施形態ではＬ個（Ｌ≧３））の電池モジュール３０を有している（図２、図３を参照）。これらの電池モジュール３０は、互いに並列接続されている。各電池モジュール３０は、複数（本実施形態では８個）の電池セル３１を含んでいる。これらの電池セル３１は、互いに直列接続されている。エネルギー電池３は、エネルギー密度がパワー電池２よりも大きい。エネルギー電池３は、電池容量がパワー電池２よりも大きい。エネルギー電池３は、その全部又は一部を交換可能になっている。

エネルギー電池３は、その許容連続放電レートで放電することでパワー電池２を予め設定された所定の要求充電時間内（例えば、３０分以内）に充電可能になっている。具体的には、パワー電池２の充電率の使用範囲をβ、パワー電池２のエネルギー容量に対するエネルギー電池３のエネルギー容量の比をα、エネルギー電池３の許容連続放電レートをｘ（Ｃ）、エネルギー電池３の充電率の使用範囲（エネルギー電池３の所定の上限充電率から所定の下限充電率までの範囲）をβ′、要求充電時間をＴ（ｈ）とすると、エネルギー電池３は、β／ｘ・α・β′≦Ｔ（以下、この不等式を式（２）という）を満たす。

例えば、パワー電池２の充電率の使用範囲βを０．７（パワー電池２の上限充電率が０．９、下限充電率が０．２）、エネルギー電池３の充電率の使用範囲β′を０．７（エネルギー電池３の上限充電率が０．９、下限充電率が０．２）、要求充電時間Ｔを０．５（ｈ）に設定する。このとき、これらの値を式（２）に代入して変形すると、ｘ・α≧１．５６となる。この不等式を満たすエネルギー電池が、本電源装置１のエネルギー電池３として選択される。この選択されるエネルギー電池３は、軽量・コンパクトなものであることが好ましい。

エネルギー電池３は、その一部の電池セル３１によってパワー電池２を充電可能なときには、その一部の電池セル３１のみによってパワー電池２を充電可能になっている。具体的には、図２に示すように、例えば、パワー電池２の充電可能量がエネルギー電池３の第１電池モジュール３０の放電可能量よりも小さい場合は、パワー電池２の充電をエネルギー電池３の第１電池モジュール３０の電池セル３１のみによって行う。一方、図３に示すように、例えば、パワー電池２の充電可能量がエネルギー電池３の第１電池モジュール３０の放電可能量よりも大きい場合は、パワー電池２の充電を、エネルギー電池３の第１電池モジュール３０の放電可能な電池セル３１と第２電池モジュール３０の電池セル３１によって行う。

エネルギー電池３はまた、急速充電器によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２の充電が完了してから要求充電時間までの残り時間、急速充電器によって充電される。この充電は、エネルギー電池３の充電率が所定の上限充電率以上になると完了する。

上記モータインバータ４は、高電圧・高出力の負荷である。モータインバータ４には、電動モータが電気的に接続されている。モータインバータ４は、パワー電池２からの電力が供給される。モータインバータ４は、その電力を制御して電動モータに供給する。電動モータは、モータインバータ４によって駆動制御される。電動モータは、その駆動力によって駆動輪（不図示）を駆動する。

上記電動空調装置５は、低電圧・低出力の負荷である。電動空調装置５は、エネルギー電池３からの電力が供給されて作動する。電動空調装置５は、車室内の空気の温度や湿度、清浄度等の調節を行う。上記カーアクセサリー６は、低電圧・低出力の負荷である。カーアクセサリー６は、エネルギー電池３からのＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介した電力又は１２Ｖ電池７からの電力が供給されて作動する。カーアクセサリー６は、カーオーディオやカーナビゲーション等を有している。電動空調装置５とカーアクセサリー６とは、互いに並列接続されている。上記１２Ｖ電池７は、エネルギー電池３からの電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して供給されて充電される。

上記第１回路８は、パワー電池２とモータインバータ４とを電気的に接続する。つまり、第１回路８には、パワー電池２とモータインバータ４とが設けられている。上記第２回路９は、エネルギー電池３と電動空調装置５及びカーアクセサリー６とを電気的に接続する。つまり、第２回路９には、エネルギー電池３と電動空調装置５及びカーアクセサリー６とが設けられている。上記第３回路１０は、パワー電池２とエネルギー電池３とを電気的に接続する。つまり、第３回路１０には、パワー電池２とエネルギー電池３とが設けられている。第３回路１０は、第２回路９から分岐している。第３回路１０には、車載充電器１４が設けられている。この車載充電器１４内には、充電切替装置１４ａ（車載充電切替手段）が内蔵されている。つまり、パワー電池２とエネルギー電池３とは、互いに充電切替装置１４ａを介して接続されている。車載充電器１４には、急速充電器用のプラグ１５が電気的に接続されている。このプラグ１５には、急速充電器が接続可能になっている。

充電切替装置１４ａは、その詳細な説明は省略するが、リレーである。つまり、充電切替装置１４ａは、パワー電池２とエネルギー電池３との接続状態を切替え可能になっている。充電切替装置１４ａはまた、パワー電池２に車載充電器１４（充電切替装置１４ａ）及びプラグ１５を介して急速充電器を電気的に接続したときには、パワー電池２、エネルギー電池３及び急速充電器の相互間の接続状態を切替え可能になっている。充電切替装置１４ａは、パワー電池２の非充電時には、パワー電池２とエネルギー電池３とを切断状態にする。充電切替装置１４ａは、エネルギー電池３によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とする。

充電切替装置１４ａはまた、パワー電池２に急速充電器を接続した場合であって、エネルギー電池３によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とするとともに、パワー電池２及びエネルギー電池３と急速充電器とを切断状態とする。尚、パワー電池２に急速充電器を接続したにも拘わらず、パワー電池２の充電をエネルギー電池３によって行うのは稀である。

一方、充電切替装置１４ａは、パワー電池２に急速充電器を接続した場合であって、急速充電器によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２と急速充電器とを接続状態とするとともに、エネルギー電池３とパワー電池２及び急速充電器とを切断状態とする。そして、急速充電器によるパワー電池２の充電が完了したときには、充電切替装置１４ａは、エネルギー電池３を急速充電器によって充電すべく、エネルギー電池３と急速充電器とを接続状態とするとともに、パワー電池２とエネルギー電池３及び急速充電器とを切断状態とする。

上記第４回路１１は、カーアクセサリー６と１２Ｖ電池７とを電気的に接続する。つまり、第４回路１１には、カーアクセサリー６と１２Ｖ電池７とが設けられている。第４回路１１は、第２回路９から分岐している。第４回路１１における第２回路９からの分岐部には、小型・低コストのＤＣ−ＤＣコンバータ１３が設けられている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、エネルギー電池３からの高電圧（例えば３００〜３５０Ｖ）を１２Ｖの電圧に変換してカーアクセサリー６又は１２Ｖ電池７に供給する。

尚、第１〜第４回路８〜１１は、図示を省略するが、共用接地されている。

上記制御装置１２には、車載充電器１４とパワー電池充電率センサ１６とエネルギー電池充電率センサ１７とが電気的に接続されている。パワー電池充電率センサ１６は、パワー電池２の充電率を検出する。エネルギー電池充電率センサ１７は、エネルギー電池３の充電率を検出する。

制御装置１２は、パワー電池充電率センサ１６からの入力信号に基づいて、パワー電池２の充電率が所定の下限充電率（例えば、０．２）以下であるか否かを判定する。パワー電池２の充電率が所定の下限充電率以下であると判定した場合は、パワー電池２を使い切ったとして、警報装置（不図示）を作動させて、パワー電池２を充電すべき旨を警報する。この警報を受けたユーザは、パワー電池２をエネルギー電池３によって充電するか、急速充電器によって充電するかを選択する。この選択は、例えば、以下のように行われる。つまり、自車両の近くに急速充電器がある場合は、急速充電器によって充電することを選択する一方、その近くに急速充電器がない場合は、エネルギー電池３によって充電することを選択する。この選択情報は、制御装置１２に入力される。

制御装置１２は、その入力された選択情報に基づいて、充電切替装置１４ａを制御して、上述の如く、パワー電池２、エネルギー電池３及び急速充電器の相互間の接続状態を切り替える。つまり、エネルギー電池３による充電が選択された場合は、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とする。一方、急速充電器による充電が選択された場合は、パワー電池２と急速充電器とを接続状態とするとともに、エネルギー電池３とパワー電池２及び急速充電器とを切断状態とする。

制御装置１２は、パワー電池２の充電時には、パワー電池充電率センサ１６からの入力信号に基づいて、パワー電池２の充電率が所定の上限充電率（例えば、０．９）以上であるか否かを判定する。パワー電池２の充電率が所定の上限充電率以上であると判定した場合は、パワー電池２とエネルギー電池３又は急速充電器とを切断状態として、パワー電池２の充電を完了する。急速充電器によるパワー電池２の充電が完了した場合は、エネルギー電池３と急速充電器とを接続状態とするとともに、パワー電池２とエネルギー電池３及び急速充電器とを切断状態とする。

制御装置１２は、急速充電器によるエネルギー電池３の充電時には、エネルギー電池充電率センサ１７からの入力信号に基づいて、エネルギー電池３の充電率が所定の上限充電率（例えば、０．９）以上であるか否かを判定する。エネルギー電池３の充電率が所定の上限充電率以上であると判定した場合は、エネルギー電池３と急速充電器とを切断状態として、急速充電器によるエネルギー電池３の充電を完了する。

制御装置１２による充電切替装置１４ａの制御手順を以下、説明する。

まず、パワー電池２の充電率が所定の下限充電率以下になると、警報装置を作動させて、パワー電池２を充電すべき旨を警報する。この警報を受けたユーザがエネルギー電池３によるパワー電池２の充電を選択すると、充電切替装置１４ａを作動させて、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とする。これにより、パワー電池２がエネルギー電池３によって充電される。そして、パワー電池２の充電率が所定の上限充電率以上になると、充電切替装置１４ａを作動させて、パワー電池２とエネルギー電池３とを切断状態とする。これにより、エネルギー電池３によるパワー電池２の充電が完了する。

一方、急速充電器によるパワー電池２の充電を選択すると、充電切替装置１４ａを作動させて、パワー電池２と急速充電器とを接続状態とするとともに、エネルギー電池３とパワー電池２及び急速充電器とを切断状態とする。これにより、パワー電池２が急速充電器によって充電される。そして、パワー電池２の充電率が所定の上限充電率以上になると、充電切替装置１４ａを作動させて、エネルギー電池３と急速充電器とを接続状態とするとともに、パワー電池２とエネルギー電池３及び急速充電器とを切断状態とする。これにより、急速充電器によるパワー電池２の充電が完了するとともに、エネルギー電池３が急速充電器によって充電される。それから、エネルギー電池３の充電率が所定の上限充電率以上になると、充電切替装置１４ａを作動させて、エネルギー電池３と急速充電器とを切断状態とする。これにより、急速充電器によるエネルギー電池３の充電が完了する。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、パワー電池２と、エネルギー電池３と、モータインバータ４と、電動空調装置５及びカーアクセサリー６と、パワー電池２とモータインバータ４とを電気的に接続する第１回路８と、エネルギー電池３と電動空調装置５及びカーアクセサリー６とを電気的に接続する第２回路９とを設けているため、モータインバータ４への電力供給をパワー電池２のみによって行う一方、電動空調装置５及びカーアクセサリー６への電力供給をエネルギー電池３によって行うことができる。このため、大型・高コストのＤＣ−ＤＣコンバータを不要とすることができる。

また、パワー電池２とエネルギー電池３とを電気的に接続する第３回路１０と、この第３回路１０に配置され、パワー電池２とエネルギー電池３との接続状態を切替え可能な充電切替装置１４ａとを設けておき、この充電切替装置１４ａは、エネルギー電池３によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とするため、車両走行中にパワー電池２の充電をエネルギー電池３によって行うことができる。このため、航続距離を延長することができる。

さらに、充電切替装置１４ａは、パワー電池２に充電切替装置１４ａを介して急速充電器を接続したときには、パワー電池２と急速充電器との接続状態も切替え可能になっていて、急速充電器によるパワー電池２の充電時には、パワー電池２と急速充電器とを接続状態とするとともに、パワー電池２とエネルギー電池３とを切断状態とするため、パワー電池２の充電をエネルギー電池３だけではなく、急速充電器によっても行うことができる。また、エネルギー電池３を、その許容連続放電レートで放電することでパワー電池２を所定の要求充電時間内に充電可能に構成しているため、パワー電池２を所定の要求充電時間内に充電することができる。

さらに、エネルギー電池３は、複数の電池セル３１を有していて、その一部の電池セル３１によってパワー電池２を充電可能になっているため、その一部の電池セル３１によってパワー電池２の充電を行うことが可能なときには、その一部の電池セル３１のみによってパワー電池２の充電を行うことができる。このため、エネルギー電池３によるパワー電池２の充電を適切に行うことができる。

また、パワー電池２のエネルギー容量を、市場一般の所定のパーセンタイルをカバーする１日当たりの走行距離を走行可能な量に設定しているため、市場一般の所定のパーセンタイルをカバーする１日当たりの走行距離を走行することができる。

尚、本実施形態では、エネルギー電池３を急速充電器によって充電したが、例えば、この充電に長時間を要する場合は、エネルギー電池３を交換しても良い。このとき、放電不能な電池モジュール３０（エネルギー電池３の一部）のみを交換することが好ましい。これによれば、車両走行を短時間で再開することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、パワー電池２が複数の電池モジュール２０を有している点、これらの電池モジュール２０のうち一部がエネルギー電池３によって充電される一方、それ以外の電池モジュール２０からの電力がモータインバータ４に供給される点が実施形態１と異なっているが、その他の点については、実施形態１と同様の構成である。そこで、以下の説明では、実施形態１の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明を行う。

図４に示すように、パワー電池２は、第１及び第２電池モジュール２０ａ，２０ｂとモジュール切替装置２２（モジュール切替手段）とを有している。電池モジュール２０ａ，２０ｂは、互いに並列接続されている。各電池モジュール２０ａ，２０ｂは、モータインバータ４の要求出力を満たす。各電池モジュール２０ａ，２０ｂは、複数の電池セル（不図示）を含んでいる。尚、図４では、図を見易くするため、電動空調装置５とカーアクセサリー６、１２Ｖ電池７、第３回路１０、第４回路１１の図示を省略している。

上記モジュール切替装置２２は、パワー電池２の端子に設けられている。モジュール切替装置２２は、その詳細な説明は省略するが、リレーである。つまり、モジュール切替装置２２は、パワー電池２の各電池モジュール２０ａ，２０ｂとエネルギー電池３及びモータインバータ４との接続状態を切替え可能になっている。モジュール切替装置２２は、車両走行中であって、充電切替装置１４ａによってパワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態としたときには、第１電池モジュール２０ａをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とした第１状態と、第１電池モジュール２０ａをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とした第２状態とに交互に切り替える。

制御装置１２には、モジュール切替装置２２がさらに電気的に接続されている。制御装置１２は、エネルギー電池３によるパワー電池２の第１電池モジュール２０ａ又は第２電池モジュール２０ｂの充電時には、パワー電池充電率センサ１６からの入力信号に基づいて、第１電池モジュール２０ａ又は第２電池モジュール２０ｂの充電率が所定の上限充電率以上であるか否かを判定する。パワー電池２の第１電池モジュール２０ａ又は第２電池モジュール２０ｂの充電率が所定の上限充電率以上であると判定した場合は、第１電池モジュール２０ａ又は第２電池モジュール２０ｂの充電が完了したとして、上記第１状態から上記第２状態に又は第２状態から第１状態に切り替える。

車両走行中における制御装置１２によるモジュール切替装置２２の制御手順を以下、説明する。

まず、充電切替装置１４ａ及びモジュール切替装置２２を作動させて、パワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態とし、かつパワー電池２の第１電池モジュール２０ａをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とした第１状態とする。これにより、第１電池モジュール２０ａがエネルギー電池３によって充電されるとともに、第２電池モジュール２０ｂからの電力がモータインバータ４を介して電動モータに供給される。

そして、パワー電池２の第１電池モジュール２０ａの充電率が所定の上限充電率以上になると、上記第１状態から、第１電池モジュール２０ａをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とした第２状態に切り替える。これにより、第２電池モジュール２０ｂがエネルギー電池３によって充電されるとともに、第１電池モジュール２０ａからの電力がモータインバータ４を介して電動モータに供給される。

それから、パワー電池２の第２電池モジュール２０ｂの充電率が所定の上限充電率以上になると、上記第２状態から上記第１状態に切り替える。以後、上述の如く制御手順を繰り返す。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、パワー電池２は、第１及び第２電池モジュール２０ａ，２０ｂと、この各電池モジュール２０ａ，２０ｂとエネルギー電池３及びモータインバータ４との接続状態を切替え可能なモジュール切替装置２２とを有しており、このモジュール切替装置２２は、車両走行中であって、充電切替装置１４ａによってパワー電池２とエネルギー電池３とを接続状態としたときには、第１電池モジュール２０ａをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とした第１状態と、第１電池モジュール２０ａをモータインバータ４と接続状態としかつエネルギー電池３と切断状態とするとともに第２電池モジュール２０ｂをエネルギー電池３と接続状態としかつモータインバータ４と切断状態とした第２状態とに交互に切り替える。つまり、車両走行中に、第１電池モジュール２０ａの充電をエネルギー電池３によって行いかつモータインバータ４への電力供給を第２電池モジュール２０ｂによって行う第１状態と、モータインバータ４への電力供給を第１電池モジュール２０ａによって行いかつ第２電池モジュール２０ｂの充電をエネルギー電池３によって行う第２状態とに交互に切り替える。このため、車両走行中にパワー電池２の充電をエネルギー電池３によって行うことができる。よって、航続距離を延長することができる。

尚、本実施形態では、パワー電池２は、２個の電池モジュール２０ａ，２０ｂを有しているが、３個以上の電池モジュール２０を有しても良い。このとき、その電池モジュール２０のうち一部がエネルギー電池３によって充電される一方、それ以外の電池モジュール２０からの電力がモータインバータ４に供給される。

また、本実施形態では、モジュール切替装置２２をパワー電池２の端子に設けたリレーで構成したが、上述のような切替えを行うことができる限り、その配置や構成は上記のものに限定されない。

（実施形態３）
本実施形態は、エネルギー電池３が一次電池である点が実施形態１と異なっているが、その他の点については、実施形態１と同様の構成である。そこで、以下の説明では、実施形態１の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明を行う。

エネルギー電池３は、金属空気電池（例えば、亜鉛空気電池）である。エネルギー電池３は、その一部のみを交換可能になっている。具体的には、エネルギー電池３は、放電不能な電池モジュール３０のみを交換可能になっている。この交換は、電池モジュール３０全体を交換したり、電極だけ交換したりすることで行われる。制御装置１２は、放電不能な電池モジュール３０があるときには、警報装置を作動させて、その電池モジュール３０を交換すべき旨を警報する。この警報を受けたユーザは、放電不能な電池モジュール３０が存在することを認識することができる。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、エネルギー電池３は、放電不能な電池モジュール３０のみを交換可能になっているため、放電不能な電池モジュール３０のみを放電可能な電池モジュール３０に交換することができる。このため、電動空調装置５及びカーアクセサリー６への電力供給及びパワー電池２の充電をエネルギー電池３によって確実に行うことができる。

（その他の実施形態）
尚、上記各実施形態では、本発明に係る車両用電源装置１を電気自動車に適用したが、これ以外の自動車に適用しても良い。

また、上記各実施形態では、パワー電池２をリチウムイオン二次電池で、エネルギー電池３をリチウムイオン二次電池や金属空気電池で構成したが、これに限らず、例えば、エネルギー電池３を固体電池（一次電池）で構成しても良い。

さらに、上記各実施形態では、充電切替装置１４ａを第３回路に設けたリレーで構成したが、上述のような切替えを行うことができる限り、その配置や構成は上記のものに限定されない。

また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記各実施形態の構成要素を任意に組み合わせても良い。

以上説明したように、本発明に係る車両用電源装置は、大型のＤＣ−ＤＣコンバータを不要とすることが必要な用途等に適用することができる。

１車両用電源装置
２パワー電池
２０電池モジュール
２０ａ第１電池モジュール
２０ｂ第２電池モジュール
２２モジュール切替装置（モジュール切替手段）
３エネルギー電池
３０電池モジュール
３１電池セル
４モータインバータ
５電動空調装置（負荷）
６カーアクセサリー（負荷）
８第１回路
９第２回路
１０第３回路
１４車載充電器
１４ａ充電切替装置（車載充電切替手段）

Claims

パワー電池とエネルギー電池と車両駆動用の電動モータを制御するモータインバータとを備えている車両用電源装置であって、
上記モータインバータ以外の負荷と、
上記パワー電池と上記モータインバータとを接続する第１回路と、
上記エネルギー電池と上記負荷とを接続する第２回路と、
上記パワー電池と上記エネルギー電池とを接続する第３回路と、
上記第３回路に設けられ、上記パワー電池と上記エネルギー電池との接続状態を切替え可能な車載充電切替手段とをさらに備えており、
上記パワー電池のエネルギー容量は、１日当たりの走行距離を走行可能な量に設定され、
上記モータインバータへの電力供給は、上記パワー電池のみによって行われる一方、上記負荷への電力供給は、上記エネルギー電池を含む、上記パワー電池以外の電池によって行われ、
上記車載充電切替手段には、外部充電器が接続可能になっていて、
上記車載充電切替手段は、
上記パワー電池に上記車載充電切替手段を介して上記外部充電器を接続したときには、上記パワー電池と上記外部充電器との接続状態も切替え可能になっていて、
上記エネルギー電池による上記パワー電池の充電時には、該パワー電池と該エネルギー電池とを接続状態とする一方、
上記外部充電器による上記パワー電池の充電時には、該パワー電池と該外部充電器とを接続状態とするとともに、上記パワー電池と上記エネルギー電池とを切断状態とするように構成されていることを特徴とする車両用電源装置。
請求項１記載の車両用電源装置において、
上記エネルギー電池は、その許容放電レートで放電することで上記パワー電池を所定の充電時間内に充電可能に構成されていることを特徴とする車両用電源装置。
請求項２記載の車両用電源装置において、
上記車載充電切替手段は、上記パワー電池に該車載充電切替手段を介して上記外部充電器を接続したときには、上記パワー電池、上記エネルギー電池及び該外部充電器の相互間の接続状態を切替え可能になっていて、上記外部充電器による上記パワー電池の充電が完了したときには、上記パワー電池の充電が完了してから上記所定の充電時間までの残り時間、上記エネルギー電池を上記外部充電器によって充電すべく、該エネルギー電池と該外部充電器とを接続状態とするとともに、上記パワー電池と上記エネルギー電池及び該外部充電器とを切断状態とするように構成されていることを特徴とする車両用電源装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用電源装置において、
上記エネルギー電池は、複数の電池セルを有していて、その一部の電池セルによって上記パワー電池を充電可能に構成されており、
上記パワー電池は、第１及び第２電池モジュールと、該各電池モジュールと上記エネルギー電池及び上記モータインバータとの接続状態を切替え可能なモジュール切替手段とを有しており、
上記モジュール切替手段は、車両走行中であって、上記車載充電切替手段によって上記パワー電池と上記エネルギー電池とを接続状態としたときには、上記第１電池モジュールを該エネルギー電池と接続状態としかつ上記モータインバータと切断状態とするとともに上記第２電池モジュールを該モータインバータと接続状態としかつ上記エネルギー電池と切断状態とした第１状態と、上記第１電池モジュールを上記モータインバータと接続状態としかつ上記エネルギー電池と切断状態とするとともに上記第２電池モジュールを上記エネルギー電池と接続状態としかつ上記モータインバータと切断状態とした第２状態とに交互に切り替えるように構成されていることを特徴とする車両用電源装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用電源装置において、
上記エネルギー電池は、交換可能に構成されていることを特徴とする車両用電源装置。