JP6119725B2 - 充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される充電装置の技術分野に関する。
この種の装置として、例えば、鉛蓄電池、リチウム蓄電池、発電機及び負荷が互いに電気的に並列接続された構成を有する装置であって、発電機及び鉛蓄電池と、リチウム蓄電池及び負荷との通電及び遮断を切り替えるＭＯＳ−ＦＥＴと、該ＭＯＳ−ＦＥＴとリチウム蓄電池との間に電気的に接続され、該リチウム蓄電池に対する通電及び遮断を切り替えるリレーと、を備え、鉛蓄電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）及びリチウム蓄電池のＳＯＣが共に適正範囲内となるように、ＭＯＳ−ＦＥＴ及びリレーの作動状態と、レギュレータによる設定電圧とが制御される装置が提案されている（特許文献１参照）。
或いは、鉛蓄電池とリチウム蓄電池とが電気的に並列接続されている装置において、鉛蓄電池のＳＯＣ使用範囲とリチウム蓄電池のＳＯＣ使用範囲とで、鉛蓄電池の開放電圧とリチウム蓄電池の開放電圧とが一致するポイントが存在するようにリチウム蓄電池を設定することが提案されている（特許文献２参照）。
或いは、小さな内部抵抗を有し且つ容量の小さな高出力電池と、該高出力電池よりも大きな内部抵抗を有し且つ高出力電池よりも容量の大きな高容量電池と、が並列接続されている装置において、高出力電池に係るＳＯＣ減少に対する開回路電圧の低下傾向が、高容量電池に係るＳＯＣの減少に対する開回路電圧の低下傾向よりも大きくなるように設定されている装置が提案されている（特許文献３参照）。
特開２０１１−１７６９５８号公報 特開２０１１−１７８３８４号公報 特開２００７−１２２８８２号公報
特許文献１に記載の技術では、ＭＯＳ−ＦＥＴが遮断状態の際に、例えば電動アクティブスタビライザ等の、安定作動のために二つの蓄電池からの電力供給が必要な負荷（電気機器）を作動させようとする場合、リチウム蓄電池のみからの電力供給となるため該負荷が適切に作動されない可能性があるという技術的問題点がある。特許文献２及び３に記載の技術では、該技術的問題点を解決することはできない。
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、安定作動が求められる負荷が存在する場合であっても、該負荷を適切に作動させることができる充電装置を提供することを課題とする。
本発明の充電装置は、上記課題を解決するために、第１及び第２バッテリを含む複数のバッテリと、前記複数のバッテリ各々に電力を供給可能であると共に、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生発電可能な発電手段と、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間の通電及び遮断を切り替え可能であると共に、前記第２バッテリ及び前記発電手段間の通電及び遮断を切り替え可能であるスイッチと、を備える車両における充電装置であって、前記複数のバッテリ各々に係る蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を取得し、前記取得された蓄電割合に基づいて、前記複数のバッテリ各々に係る蓄電割合が適正範囲内であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電範囲の適正範囲内ではないと判定された場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、（ｉ）前記スイッチにより前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間が通電されると共に前記第２バッテリ及び前記発電手段間が通電されており、且つ、（ｉｉ）前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の上限を超えていると判定され、且つ、（ｉｉｉ）前記車両の減速時に前記発電手段が前記回生発電を行っている場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御する。
本発明の充電装置によれば、当該充電装置は、複数のバッテリと、発電手段とを備える車両に搭載されている。発電手段は、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生発電を実施可能に構成されている。ここで、運動エネルギは、例えばエンジンの駆動力であってもよいし、駆動輪の回転力であってもよい。
当該充電装置は、判定手段及び制御手段を備えて構成されている。
例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えてなる判定手段は、複数のバッテリ各々に係る蓄電割合（例えばＳＯＣ）を取得し、該取得された蓄電割合に基づいて、複数のバッテリ各々に係る蓄電割合が適正範囲内であるか否かを判定する。ここで、蓄電割合の適正範囲とは、バッテリが過充電や過放電の状態とならない蓄電割合の範囲（所謂、使用ＳＯＣ範囲）を意味する。
例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段は、判定手段により複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲内ではないと判定された場合に、発電手段に係る発電電圧が、複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように発電手段を制御する。
蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧とは、バッテリの蓄電割合と、該バッテリの開路電圧との関係を示す電圧特性線において、蓄電割合の適正範囲の下限値に対応する開路電圧と、該適正範囲の上限値に対応する開路電圧との間の開路電圧を意味する。開路電圧の重複範囲は、一のバッテリの蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧と、他のバッテリの蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧との重複範囲を意味する。
ところで、バッテリの蓄電割合が増加すれば、該バッテリの開路電圧も上昇する。つまり、バッテリの蓄電割合と、該バッテリの開路電圧との関係を示す電圧特性線は、単調増加のグラフとなる。
従って、一のバッテリに係る蓄電割合が、例えば該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の上限値を超えた場合、発電手段の発電電圧が、該一のバッテリに係る適正範囲に相当する開路電圧とされると、発電電圧は、現在の一のバッテリに係る充電割合に相当する開路電圧よりも低いため、該一のバッテリは放電することとなる。
他方、一のバッテリに係る蓄電割合が、例えば該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の下限値を下回った場合、発電手段の発電電圧が、該一のバッテリに係る適正範囲に相当する開路電圧とされると、発電電圧は、現在の一のバッテリに係る充電割合に相当する開路電圧よりも高いため、該一のバッテリは充電されることとなる。
ここで、本願発明者の研究によれば、バッテリの蓄電割合を適正範囲に維持するために、例えば車両の走行中に、バッテリと、負荷及び発電機との間が、電気的に接続又は切断されると、電動アクティブスタビライザ等の電圧安定化が必要な負荷が適切に作動しない可能性があることが判明している。
本発明では、上述の如く、制御手段により発電手段の発電電圧が制御されることにより、バッテリの蓄電割合が制御される。つまり、本発明では、バッテリの蓄電割合を適正範囲に維持するために、該バッテリを、例えば負荷や発電機から電気的に切断する必要がない。本発明の充電装置によれば、安定作動が求められる負荷が存在する場合であっても、該負荷に必要な電力を供給することができ、該負荷を適切に作動させることができる。
本発明では特に、判定手段により複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の上限を超えていると判定され、且つ、車両の減速時に発電手段が回生発電を行っている場合、制御手段により、発電手段に係る発電電圧が、複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように発電手段が制御される。
車両の減速時には、発電手段の発電電圧をできるだけ高く設定し、回生発電による電力を積極的に回収（即ち、バッテリを充電）することが、燃費向上を図る上で重要である。しかしながら、一のバッテリに係る蓄電割合が、該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の上限を超えている場合、該一のバッテリが過充電となる可能性がある。
そこで、この態様では、制御手段により、発電手段に係る発電電圧が、複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように発電手段が制御される。この結果、発電電圧は、現在の一のバッテリに係る充電割合に相当する開路電圧よりも低くなり、該一のバッテリは放電することとなるので、該一のバッテリの過充電を防止することができる。
本発明の充電装置の一態様では、前記制御手段は、（ｉ）前記スイッチにより前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間が通電されると共に前記第２バッテリ及び前記発電手段間が通電されており、且つ、（ｉｉ）前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の下限を下回っていると判定され、且つ、（ｉｉｉ）前記回生発電が行われていない場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御する。
ここで、「回生発電が行われていない場合」とは、車両の加速時や定速走行時等、車両の減速時以外のときを意味する。この場合、発電手段の発電電圧を比較的低く抑えることが、燃費向上を図る上で重要である。しかしながら、一のバッテリに係る蓄電割合が、該一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の下限を下回っている場合、該一のバッテリが過放電となる可能性がある。
そこで、この態様では、制御手段により、発電手段に係る発電電圧が、複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように発電手段が制御される。この結果、発電電圧は、現在の一のバッテリに係る充電割合に相当する開路電圧よりも高くなり、該一のバッテリは充電されることとなるので、該一のバッテリの過放電を防止することができる。
本発明の他の態様では、前記複数のバッテリは、鉛バッテリと、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池と、を含み、前記車両は、動作時に前記鉛バッテリと、前記ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池との両方から電力が供給される負荷である大出力負荷を備える。
本発明の充電装置によれば、上述の如く、車両に搭載された大出力負荷を適切に作動させることができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
実施形態に係る充電装置の概要を示す概略構成図である。 鉛バッテリ及びニッケル水素電池各々の電圧特性線の一例である。 鉛バッテリのＳＯＣとニッケル水素電池のＳＯＣとにより規定される発電電圧の一例である。 実施形態に係る充電制御処理を示すフローチャートである。 バッテリのＳＯＣ及び電流、並びに発電機の発電電圧の時間変動の一例を示すタイムチャートである。 鉛バッテリ、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池各々の電圧特性線の一例である。
本発明の充電装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（充電装置の構成）
先ず、実施形態に係る充電装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る充電装置の概要を示す概略構成図である。
図１において、充電装置１００が搭載される車両は、オルタネータ１１、スタータモータ１２、大出力負荷１３、補機１４、鉛バッテリ１５、小補機１６、第２バッテリ１７及びＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２０を備えて構成されている。尚、本実施形態では、第２バッテリ１７がニッケル水素電池であるものとする。
オルタネータ１１は、例えばエンジン（図示せず）により駆動されることにより、或いは、車両の減速時に駆動輪（図示せず）の回転が伝達されることにより、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生発電を行う。この回生発電の電力は、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７各々の充電にも用いられる。尚、オルタネータ１１は、スタータモータ１２の機能を兼ね備えていてよい。
大出力負荷１３は、例えば電動アクティブスタビライザ、電動パワーステアリング装置、電子制御サスペンション、電動型制御ブレーキ等の、その安定した作動のために、電圧の安定化が必要な（具体的には、動作時に鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７の両方から電力が供給される）負荷を意味する。
第２バッテリ１７と、オルタネータ１１及び鉛バッテリ１５とは、スイッチＡ及びスイッチＢを介して電気的に接続されている。スイッチＡ及びスイッチＢ各々は、ＥＣＵ２０により制御される。
例えば第２バッテリ１７が劣化した場合には、スイッチＢがオフ状態とされる（スイッチＡはオン状態）。或いは、鉛バッテリ１５が故障した場合には、スイッチＡがオフ状態とされると共に、スイッチＢがオン状態とされ、第２バッテリ１７が小補機１６のバックアップ電源として機能する。本実施形態では、鉛バッテリ１５の故障や第２バッテリ１７の劣化はないことを前提としているので、スイッチＡ及びスイッチＢ共にオン状態であるものとして以降説明する。つまり、車両の通常走行時には、スイッチＡ及びスイッチＢ共にオン状態とされる。
本実施形態に係る充電装置１００は、ＥＣＵ２０を備えて構成されている。つまり、本実施形態では、車両の各種電子制御を行うＥＣＵ２０の機能の一部を、充電装置１００の一部として用いている。
（充電制御処理）
次に、充電装置１００が、主に車両の走行中に実施する充電制御処理について説明する。
充電装置１００の一部としてのＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７各々に係るＳＯＣを取得する。ＳＯＣの取得方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。尚、本実施形態に係る「ＳＯＣ」は、本発明に係る「蓄電割合」の一例である。
ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７各々のＳＯＣが、夫々のＳＯＣの適正範囲（以降、適宜“適正ＳＯＣ範囲”と称する）内であるか否かを判定する。適正ＳＯＣ範囲は、例えばバッテリの仕様等に応じて適宜設定される。本実施形態では、図２に示すように、鉛バッテリ１５については、ＳＯＣ９０％〜１００％が適正ＳＯＣ範囲であり、第２バッテリ１７については、ＳＯＣ３０％〜７０％が適正ＳＯＣ範囲である。
ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７のうち少なくとも一方のバッテリのＳＯＣが、その適正ＳＯＣ範囲から外れていると判定した場合、オルタネータ１１の発電電圧を制御する。
具体的には、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が、鉛バッテリ１５の適正ＳＯＣ範囲に相当する開路電圧（ここでは、“１３Ｖ〜１４Ｖ”；図２の“Ｐｂ−ＯＣＶ”参照）と、第２バッテリ１７の適正ＳＯＣ範囲に相当する開路電圧（ここでは、“１２．８Ｖ〜１４．３Ｖ”；図２の“Ｎｉ−ＯＣＶ”参照）との重複範囲（ここでは、“１３Ｖ〜１４Ｖ”；図２の網かけ範囲参照）内となるように、オルタネータ１１を制御する。
より具体的には、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣ、並びに車両の走行状態に応じて、図３に示す発電電圧となるように、オルタネータ１１を制御する。
具体的には、鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％より大きい場合、つまり、鉛バッテリ１５のＳＯＣがその適正ＳＯＣ範囲の上限を超えている場合、鉛バッテリ１５が過充電となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％より大きい場合、車両の減速時のオルタネータ１１の発電電圧を１４Ｖに設定する（図３の“ＰｂＳＯＣ：１００％より大”の行参照）。
１４Ｖは、鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％より大きい場合の開路電圧より低い（図２参照）。このため、オルタネータ１１の発電電圧が１４Ｖとされれば、鉛バッテリ１５は放電し、該鉛バッテリ１５のＳＯＣが低下する。この結果、鉛バッテリ１５が過充電となることが防止される。他方で、鉛バッテリ１５のＳＯＣ１００％に相当する開路電圧は１４Ｖであるので（図２参照）、鉛バッテリ１５のＳＯＣは１００％近傍に維持される。尚、オルタネータ１１で発電された電力の少なくとも一部は、大出力負荷１３や補機１４等に直接供給される。
鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％未満である場合、つまり、鉛バッテリ１５のＳＯＣがその適正ＳＯＣ範囲の下限を下回っている場合、鉛バッテリ１５が過放電となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％未満である場合、車両の加速時のオルタネータ１１の発電電圧を１３Ｖに設定する（図３の“ＰｂＳＯＣ：９０％未満”の行参照）。
１３Ｖは、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％未満である場合の開路電圧より高い（図２参照）。このため、オルタネータ１１の発電電圧が１３Ｖとされれば、鉛バッテリ１５は充電され、該鉛バッテリ１５のＳＯＣが増加する。この結果、鉛バッテリ１５が過放電となることが防止される。
他方で、燃費の観点からは、車両の加速時のオルタネータ１１の発電電圧はできるだけ低いことが望ましい。１３Ｖは、鉛バッテリ１５のＳＯＣ９０％に相当する開路電圧であるので、当該充電制御処理に起因する燃費の低下を抑制することができる。
第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％より大きい場合、つまり、第２バッテリ１７のＳＯＣがその適正ＳＯＣ範囲の上限を超えている場合、第２バッテリ１７が過充電となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ２０は、第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％より大きい場合、車両の減速時のオルタネータ１１の発電電圧を１４Ｖに設定する（図３の“ＮｉＳＯＣ：７０％より大”の列参照）。
１４Ｖは、第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％より大きい場合の開路電圧より低い（図２参照）。このため、オルタネータ１１の発電電圧が１４Ｖとされれば、第２バッテリ１７は放電し、該第２バッテリ１７のＳＯＣが低下する。この結果、第２バッテリ１７が過充電となることが防止される。他方で、第２バッテリ１７のＳＯＣ７０％に相当する開路電圧は１４Ｖであるので（図２参照）、第２バッテリ１７のＳＯＣは７０％近傍に維持される。
第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％未満である場合、つまり、第２バッテリ１７のＳＯＣがその適正ＳＯＣ範囲の下限を下回っている場合、第２バッテリ１７が過放電となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ２０は、第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％未満である場合、車両の加速時のオルタネータ１１の発電電圧を１３Ｖに設定する（図３の“ＮｉＳＯＣ：３０％未満”の列参照）。
１３Ｖは、第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％未満である場合の開路電圧より高い（図２参照）。このため、オルタネータ１１の発電電圧が１３Ｖとされれば、第２バッテリ１７は充電され、該第２バッテリ１７のＳＯＣが増加する。この結果、第２バッテリ１７が過放電となることが防止される。
他方で、燃費の観点からは、車両の加速時のオルタネータ１１の発電電圧はできるだけ低いことが望ましい。１３Ｖは、第２バッテリ１７のＳＯＣ３０％に相当する開路電圧であるので、当該充電制御処理に起因する燃費の低下を抑制することができる。
尚、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣが共に、適正ＳＯＣ範囲内である場合、ＥＣＵ２０は、予め設定されたオルタネータ１１の発電電圧の範囲（ここでは、“１２Ｖ〜１５Ｖ”）内で、該発電電圧を設定する。
次に、上述した充電制御処理について、図４のフローチャートを参照して説明を加える。
図４において、充電装置１００の一部としてのＥＣＵ２０は、先ず、車両が減速中であり、オルタネータ１１が回生発電を行っている（以降、適宜“減速回生中”と称する）か否かを判定する（ステップＳ１０１）。尚、減速回生中であるか否かの判定には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。
減速回生中であると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％より大きいか、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％より大きいか、否かを判定する（ステップＳ１０２）。
鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％より大きい、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値を“２”に設定する（ステップＳ１０３）。続いて、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１４Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０２の処理において、鉛バッテリ１５のＳＯＣが１００％以下であり、且つ、第２バッテリ１７のＳＯＣが７０％以下であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値が“２”であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
ＳＯＣフラグの値が“２”であると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９９％より大きいか、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが６５％より大きいか、否かを判定する（ステップＳ１０６）。
鉛バッテリ１５のＳＯＣが９９％より大きい、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが６５％より大きいと判定された場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１４Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１０７）。
ＳＯＣフラグの値が“２”である場合は、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣの少なくとも一方が、適正ＳＯＣ範囲の上限を超えている（又は、超えていた）場合であるので、オルタネータ１１の発電電圧は１４Ｖに設定されている（上記ステップＳ１０３及びＳ１０４参照）。このとき、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣのいずれもが適正ＳＯＣ範囲内であることを条件に、直ちに、オルタネータ１１の発電電圧を変更してしまうと（ここでは、１４Ｖから１５Ｖへ上げる）、上記少なくとも一方が、再び適正ＳＯＣ範囲の上限を超えてしまうおそれがある。そこで、上記ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を行うことにより、当該充電制御処理にヒステリシス性を持たせている。
上記ステップＳ１０５の処理において、ＳＯＣフラグの値が“２”でないと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、或いは、上記ステップＳ１０６の処理において、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９９％以下であり、且つ、第２バッテリ１７のＳＯＣが６５％以下であると判定された場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値を“１”に設定する（ステップＳ１０８）。
次に、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１５Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１０９）。
上記ステップＳ１０１の処理において、減速回生中でないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％未満であるか、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％未満であるか、否かを判定する（ステップＳ１１０）。
鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％未満である、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％未満であると判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値を“０”に設定する（ステップＳ１１１）。続いて、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１３Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１１２）。
上記ステップＳ１１０の処理において、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９０％以上であり、且つ、第２バッテリ１７のＳＯＣが３０％以上であると判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値が“０”であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。
ＳＯＣフラグの値が“０”であると判定された場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９１％未満であるか、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが３５％未満であるか、否かを判定する（ステップＳ１１４）。
鉛バッテリ１５のＳＯＣが９１％未満である、或いは、第２バッテリ１７のＳＯＣが３５％未満であると判定された場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１３Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１１５）。
ＳＯＣフラグの値が“０”である場合は、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣの少なくとも一方が、適正ＳＯＣ範囲の下限を下回っている（又は、下回っていた）場合であるので、オルタネータ１１の発電電圧は１３Ｖに設定されている（上記ステップＳ１１１及びＳ１１２参照）。このとき、鉛バッテリ１５のＳＯＣ及び第２バッテリ１７のＳＯＣのいずれもが適正ＳＯＣ範囲内であることを条件に、直ちに、オルタネータ１１の発電電圧を変更してしまうと（ここでは、１３Ｖから１２Ｖへ下げる）、上記少なくとも一方が、再び適正ＳＯＣ範囲の下限を下回ってしまうおそれがある。そこで、上記ステップＳ１１３〜Ｓ１１５の処理を行うことにより、当該充電制御処理にヒステリシス性を持たせている。
上記ステップＳ１１３の処理において、ＳＯＣフラグの値が“０”でないと判定された場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、或いは、上記ステップＳ１１４の処理において、鉛バッテリ１５のＳＯＣが９１％以上であり、且つ、第２バッテリ１７のＳＯＣが３５％以上であると判定された場合（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値を“１”に設定する（ステップＳ１１６）。
次に、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１２Ｖとなるようにオルタネータ１１を制御する（ステップＳ１１７）。
次に、当該充電制御処理の具体的事例について、図５のタイムチャートを参照して説明する。
図５の時刻ｔ１において、車両が減速を開始し、それに伴いオルタネータ１１の発電電圧が上昇する（“車速”及び“オルタネータの発電電圧”参照）。このとき、鉛バッテリ１５のＳＯＣも第２バッテリ１７のＳＯＣも、適正ＳＯＣ範囲内であるので（“ＰｂＳＯＣ”、“ＮｉＳＯＣ”参照）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値が“２”であるか否かを判定する（図４のステップＳ１０１、Ｓ１０２及びＳ１０５参照）。
ここでは、ＳＯＣフラグの値が“２”でないので、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１５Ｖとなるように該オルタネータ１１を制御する（図５の時刻ｔ１〜ｔ２、図４のステップＳ１０５、Ｓ１０８及びＳ１０９参照）。
図５の時刻ｔ３において、車両が加速を開始した場合、鉛バッテリ１５のＳＯＣも第２バッテリ１７のＳＯＣも、適正ＳＯＣ範囲内であるので、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値が“０”であるか否かを判定する（図４のステップＳ１０１、Ｓ１１０及びＳ１１３参照）。
ここでは、ＳＯＣフラグの値が“０”でないので、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１２Ｖとなるように該オルタネータ１１を制御する（図５の時刻ｔ３〜ｔ４、図４のステップＳ１１３、Ｓ１１６及びＳ１１７参照）。
図５の時刻ｔ４において、再び車両が減速を開始した場合、鉛バッテリ１５のＳＯＣも第２バッテリ１７のＳＯＣも、適正ＳＯＣ範囲内であり、ＳＯＣフラグの値も“２”でないので、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１の発電電圧が１５Ｖとなるように該オルタネータ１１を制御する（図５の時刻ｔ４〜ｔ５参照）。
図５の時刻ｔ４〜ｔ５の期間に、第２バッテリ１７が充電されることにより、該第２バッテリ１７のＳＯＣが、時刻ｔ５において７０％より大きくなると（“ＮｉＳＯＣ”参照）、ＥＣＵ２０は、ＳＯＣフラグの値を“２”に設定すると共に、オルタネータ１１の発電電圧が１４Ｖとなるように該オルタネータ１１を制御する（図４のステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３及びＳ１０４参照）。
この結果、発電電圧が、第２バッテリ１７の現在のＳＯＣに相当する開路電圧よりも低くなるので、第２バッテリ１７は放電を開始する（“ＮｉＳＯＣ”、“Ｎｉ電流”参照）。他方、発電電圧は、鉛バッテリ１５の現在のＳＯＣに相当する開路電圧よりも高いので、鉛バッテリ１５の充電は継続される（“ＰｂＳＯＣ”、“Ｐｂ電流”参照）。
時刻ｔ５以降の車両の減速期間中、ＳＯＣフラグの値が“２”であり、且つ第２バッテリ１７のＳＯＣが６５％より大きいので、ＥＣＵ２０は、発電電圧を１４Ｖのまま維持する（図４のステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０６及びＳ１０７参照）。
本実施形態に係る充電装置１００では、特に、第２バッテリ１７のＳＯＣを調整する際に、該第２バッテリ１７を、例えばオルタネータ１１や鉛バッテリ１５から電気的に切り離す必要がない。言い換えれば、充電装置１００は、第２バッテリ１７を、例えばオルタネータ１１や鉛バッテリ１５、更には各種負荷に電気的に接続したまま、第２バッテリ１７のＳＯＣを調整することができる。
従って、その安定した作動のために電圧の安定化が必要な（つまり、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７からの電力の供給が必要な）大出力負荷１３が、車両に搭載されている場合であっても、該大出力負荷１３を適切に作動させることができる。つまり、充電装置１００は、大出力負荷１３の安定した作動をも保証し、該大出力負荷１３の商品性の確保にも貢献する。
実施形態に係る「ＥＣＵ２０」は、本発明に係る「判定手段」及び「制御手段」の一例である。実施形態に係る「オルタネータ１１」は、本発明に係る「発電手段」の一例である。
尚、本実施形態では、鉛バッテリ１５及び第２バッテリ１７を備える２バッテリシステムについての充電制御処理を説明したが、本発明は、３以上のバッテリを備えるシステムについても適用可能である。
＜変形例＞
次に、実施形態に係る充電装置１００の変形例について、図６を参照して説明する。図６は、鉛バッテリ、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池各々の電圧特性線の一例である。
上述した実施形態では、第２バッテリ１７（図１参照）がニッケル水素電池であったが、リチウムイオン電池であっても、上述した実施形態に係る充電制御処理を適用可能である。
リチウムイオン電池のＳＯＣの適正ＳＯＣ範囲は、例えば図６に示すように、ＳＯＣ３０％〜７０％である。リチウムイオン電池の適正ＳＯＣ範囲に相当する開路電圧は、１２．８Ｖ〜１４Ｖである（図６の“Ｌｉ−ＯＣＶ”参照）。従って、鉛バッテリ１５の適正ＳＯＣ範囲に相当する開路電圧と、リチウムイオン電池の適正ＳＯＣ範囲に相当する開路電圧との重複範囲は、１３Ｖ〜１４Ｖとなる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う充電装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
１１…オルタネータ、１２…スタータモータ、１３…大出力負荷、１４…補機、１５…鉛バッテリ、１６…小補機、１７…第２バッテリ、２０…ＥＣＵ、１００…充電装置

Claims (3)

  1. 第１及び第２バッテリを含む複数のバッテリと、前記複数のバッテリ各々に電力を供給可能であると共に、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生発電可能な発電手段と、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間の通電及び遮断を切り替え可能であると共に、前記第２バッテリ及び前記発電手段間の通電及び遮断を切り替え可能であるスイッチと、を備える車両における充電装置であって、
    前記複数のバッテリ各々に係る蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を取得し、前記取得された蓄電割合に基づいて、前記複数のバッテリ各々に係る蓄電割合が適正範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電範囲の適正範囲内ではないと判定された場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、（ｉ）前記スイッチにより前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間が通電されると共に前記第２バッテリ及び前記発電手段間が通電されており、且つ、（ｉｉ）前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の上限を超えていると判定され、且つ、（ｉｉｉ）前記車両の減速時に前記発電手段が前記回生発電を行っている場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御する
    ことを特徴とする充電装置。
  2. 前記制御手段は、（ｉ）前記スイッチにより前記第１バッテリ及び前記第２バッテリ間が通電されると共に前記第２バッテリ及び前記発電手段間が通電されており、且つ、（ｉｉ）前記判定手段により前記複数のバッテリのうち少なくとも一のバッテリに係る蓄電割合が、前記一のバッテリに係る蓄電割合の適正範囲の下限を下回っていると判定され、且つ、（ｉｉｉ）前記回生発電が行われていない場合に、前記発電手段に係る発電電圧が、前記複数のバッテリに夫々対応する複数の蓄電割合の適正範囲に相当する開路電圧の重複範囲内となるように前記発電手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
  3. 前記複数のバッテリは、鉛バッテリと、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池と、を含み、
    前記車両は、動作時に前記鉛バッテリと、前記ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池との両方から電力が供給される負荷である大出力負荷を備える
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電装置。
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