JP6593363B2 - 電源システム - Google Patents

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Description

本開示は、電源システムに関する。
複数の電池を有する電源回路に充電器を接続し、充電器を介して電池を充電する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開2015-095971号公報
しかしながら、充電器に並列に接続される２系統の電源回路を有する電源システムに適用することが難しい。２系統の電源回路を持つ電源システムでは、各系統の電池を共通の充電器を介して充電すると、系統間で電池の充電状態に差が生じる場合があり得る。従って、一方の系統の電池の方が他方の系統の電池よりも早く満充電となる場合があり得る。この場合、一方の系統の電池の過充電を防止しつつ、他方の系統の電池を満充電にさせることが難しくなる。
そこで、一側面によれば、本発明は、２系統の電源回路を持つ電源システムにおいて、電池の過充電を防止しつつ、共通の充電器を介して各系統の電池を所望の充電状態まで充電可能とする電源システムを提供する。
本発明の一態様によれば、充電器と、
前記充電器の高電位側に接続される第１及び第２高電位側ラインと、
前記第１高電位側ラインに設けられ、アノード側が前記充電器に接続される第１ダイオードと、
前記第２高電位側ラインに設けられ、アノード側が前記充電器に接続される第２ダイオードと、
前記第１高電位側ラインにおける前記第１ダイオードのカソード側とグランドとの間に並列に接続される第１電池及び第１負荷と、
前記第２高電位側ラインにおける前記第２ダイオードのカソード側とグランドとの間に並列に接続される第２電池及び第２負荷と、
前記第１高電位側ラインと前記第１電池との間、又は、前記第１電池とグランドとの間に設けられる第１スイッチと、
前記第２高電位側ラインと前記第２電池との間、又は、前記第２電池とグランドとの間に設けられる第２スイッチと、
前記第１及び第２スイッチを閉状態としかつ前記充電器を動作状態とすることで、前記充電器を介した前記第１電池及び前記第２電池の充電を開始する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記第１電池及び前記第２電池の充電の開始後、前記第２電池よりも前記第１電池が先に所定レベル以上の充電状態となった場合に、前記第１スイッチを開状態に切り替える一方、前記第２スイッチを閉状態に維持するように構成される、電源システムが提供される。
上記態様によれば、第１ダイオード及び第２ダイオードにより他系統への電流の循環が防止される。従って、充電器を介した第１電池及び第２電池の充電は、第１ダイオード及び第２ダイオードを介して系統ごとに実現される。第１態様では、第１電池及び前記第２電池の充電の開始後、第１電池が先に所定レベル以上の充電状態となった場合に、第１スイッチが開状態に切り替えられる。これにより、第１電池が所定レベル以上から更に充電されることで生じうる過充電を防止できる。また、この場合、第２スイッチが閉状態に維持されるので、第２電池（所定レベル以上の充電状態となっていない方の電池）の充電を継続して、所望の充電状態まで充電することが可能となる。このようにして、第１態様によれば、２系統の電源回路を持つ電源システムにおいて、第１電池及び第２電池の過充電を防止しつつ、共通の充電器を介して第１電池及び第２電池を所望の充電状態まで充電することが可能となる。
上記態様において、前記第１高電位側ラインにおける前記第１ダイオードのカソード側とグランドとの間に、前記第１電池に対して並列な関係で、電気的に接続される第１電圧変換装置と、
前記第１電池よりも定格電圧が低く、前記第１電圧変換装置の低電位側とグランドとの間に電気的に接続される第３電池と、
前記第２高電位側ラインにおける前記第２ダイオードのカソード側とグランドとの間に、前記第２電池に対して並列な関係で、電気的に接続される第２電圧変換装置と、
前記第２電池よりも定格電圧が低く、前記第２電圧変換装置の低電位側とグランドとの間に電気的に接続される第４電池とを更に含み、
前記制御装置は、更に、前記充電器を介して前記第１電池及び前記第２電池の充電を行っている間、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を動作させて、前記充電器を介して前記第３電池及び前記第４電池の充電を行ってもよい。
これにより、２系統のそれぞれに、高圧系と低圧系の２つの電池を設けることができ、各負荷の特性の相違に対応しつつ、系統内に冗長系を持たせることができる。また、充電器を介して第１電池及び第２電池と共に第３電池及び第４電池を充電できる。
上記態様において、前記制御装置は、前記充電器を介して前記第３電池の充電を行っている間、前記第３電池が満充電状態となった場合は、前記第１電圧変換装置の出力電圧の目標値を、前記第３電池の開放電圧に基づいて、該開放電圧に第１所定値を付加した値に設定し、
前記制御装置は、前記充電器を介して前記第４電池の充電を行っている間、前記第４電池が満充電状態となった場合は、前記第２電圧変換装置の出力電圧の目標値を、前記第４電池の開放電圧に基づいて、該開放電圧に第２所定値を付加した値に設定してもよい。
これにより、第３電池及び第４電池の過充電を防止しつつ第３電池及び第４電池の満充電状態を維持できる態様で、充電器を介した第１電池及び第２電池の充電や、充電器を介した第２電池の充電を継続できる。
上記態様において、前記第１電池、前記第１負荷、前記第１電圧変換装置、及び前記第３電池は、共通の第１グランド線に接続され、
前記第２電池、前記第２負荷、前記第２電圧変換装置、及び前記第４電池は、共通の第２グランド線に接続され、
前記第１スイッチは、前記第１電池と前記第１グランド線との間に設けられ、
前記第２スイッチは、前記第２電池と前記第２グランド線との間に設けられてもよい。
これにより、各系統内で高圧系と低圧系とを共通のグランド線で接続でき、高圧系と低圧系との間の電気的な絶縁を不要とできる。また、共通のグランド線を介して高圧系と低圧系とが導通できる状態となるが、第１スイッチ及び第２スイッチを開状態とすることでグランド側で高圧系と低圧系とを電気的に切り離すこともできる。
一側面によれば、２系統の電源回路を持つ電源システムにおいて、電池の過充電を防止しつつ、共通の充電器を介して各系統の電池を所望の充電状態まで充電可能となる電源システムを提供できる。
一実施例による電源システム１の概略的な全体構成を示す図である。 第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電中の電源システム１の状態の説明図である。 満充電側切断処理後の電源システム１の状態の説明図である。 充電器１０を介した充電の制御に関する制御装置４０の処理の一例を示す概略フローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。以下の説明において、「接続」とは、「電気的な接続」を意味する。
図１は、一実施例による電源システム１の概略的な全体構成を示す図である。図１には、第１制御部４１及び第２制御部４２が、電気回路から切り離して図示されている。
電源システム１は、車両に搭載される。車両は、例えばプラグインハイブリッド車や、電気自動車、電動車両である。以下では、一例として、車両は、前２輪、後１輪の３輪の形態の電動車両である。この種の電動車両は、リーン動作が可能である。リーン動作とは、車輪及び車体全体をリーン（傾斜）させる動作である。
電源システム１は、充電器１０と、第１回路２１と、第２回路２２と、第１制御部４１と、第２制御部４２とを含む。
充電器１０は、外部の充電施設にケーブル（図示せず）を介して接続可能である。充電器１０は、外部の充電施設に接続された状態で、充電施設から電力を受けることができる。充電器１０を介して得られる電力により後述の第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２等が充電される。
充電器１０は、図１に示すように、後述の鉛バッテリＰｂＢ１からの電源電圧（＋Ｂ）に基づいて充電動作する。即ち、充電器１０は、鉛バッテリＰｂＢ１から電力供給を受けて充電動作する。
第１回路２１は、充電器１０に接続される。第１回路２１は、充電器１０の高電位側に接続される第１高電位側ライン２１０と、グランドライン２３０とを有する。第１回路２１の第１高電位側ライン２１０には、第１ダイオード９１が設けられる。第１ダイオード９１は、アノード側が充電器１０に接続される向きで設けられる。従って、第１ダイオード９１は、第１高電位側ライン２１０における充電器１０及び第２回路２２に向かう電流の流れを阻止する。
第１回路２１には、第１ダイオード９１のカソード側に第１リチウムイオンバッテリ５１（第１電池の一例）（図では第１LiB）及び第１高圧系負荷８１が設けられる。第１リチウムイオンバッテリ５１は、高圧系を形成する。第１リチウムイオンバッテリ５１は、５２Ｖ電源を形成する。第１高圧系負荷８１は、走行モータを駆動するためのインバータを含む。
第１回路２１には、直流で動作する電圧変換装置であるＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１（第１電圧変換装置の一例）が設けられ、第１低圧系負荷７１は、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１の低圧側に設けられる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１の低圧側には、鉛バッテリＰｂＢ１（第３電池の一例）も設けられる。尚、低電位側とは、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１の降圧動作時の出力側を指し、グランドライン２３０（第１グランド線及び第２グランド線の一例）よりも高い電位（例えば約１２Ｖ）を有する。
ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１は、降圧型であり、降圧動作時、高電位側（第１高電位側ライン２１０側）の電圧を降圧して、低電位側（鉛バッテリＰｂＢ１及び第１低圧系負荷７１）に出力する。但し、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１は、昇降圧型であってもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１は、昇圧動作時、低電位側（鉛バッテリＰｂＢ１の正極側）の電圧を昇圧して、高電位側に出力する。第１低圧系負荷７１は、電源供給の継続が必要なシステム（例えばバイワイヤシステム）、充電器１０、第１リチウムイオンバッテリ５１、及び第１回路２１（ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１やリレーＳＭＲＧ１等の各種リレー）を制御する第１制御部４１を含む。第１制御部４１は、１つ以上のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含む。例えば、第１制御部４１は、第１リチウムイオンバッテリ５１を監視するＬｉ電池ＥＣＵ４１０と、鉛バッテリＰｂＢ１の監視、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、充電器１０、リレーＳＭＲＧ１等の各種リレーの制御を行う制御ＥＣＵ４１２とを含む。
ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１の高圧側の接続点Ｃ１とグランドライン２３０との間には、高圧系の第１所定負荷３１が設けられる。第１所定負荷３１は、電源供給の継続が必要なシステムを形成するアクチュエータである。例えば、第１所定負荷３１は、バイワイヤシステムを形成し、リーン動作用のアクチュエータである。尚、第１所定負荷３１は、第１低圧系負荷７１及び第１高圧系負荷８１と共に、第１高電位側ライン２１０とグランドライン２３０との間に、第１リチウムイオンバッテリ５１に対して並列な関係で、それぞれ接続される電気負荷（第１負荷の一例）である。
高電位側には、リレーＣＨＲ１，ＳＭＲＢ１１，ＳＭＲＢ１２が設けられる。リレーＣＨＲ１は、第１ダイオード９１のカソードに直接接続される。図１を用いて説明する第１回路２１内の要素はすべて、高電位側ではリレーＣＨＲ１及び第１ダイオード９１を介して充電器１０に接続される。
リレーＳＭＲＢ１１，ＳＭＲＢ１２は、第１高電位側ライン２１０とグランドライン２３０との間に並列に設けられる。リレーＳＭＲＢ１１は、接続点Ｃ１と第１高電位側ライン２１０との間に設けられる。リレーＳＭＲＢ１２は、第１高圧系負荷８１と第１高電位側ライン２１０との間に設けられる。リレーＣＨＲ１，ＳＭＲＢ１１，ＳＭＲＢ１２は、例えば常態が開状態である。
また、第１リチウムイオンバッテリ５１とグランドライン２３０の間には、リレーＳＭＲＧ１（第１スイッチの一例）が設けられる。リレーＳＭＲＧ１は、第１リチウムイオンバッテリ５１を第１回路２１から電気的に切り離す開状態と、第１リチウムイオンバッテリ５１を第１回路２１に電気的に組み入れる閉状態とを選択的に形成する。リレーＳＭＲＧ１は、例えば常態が開状態である。
このようにして、図１に示す例では、充電器１０からの第１高電位側ライン２１０とグランドライン２３０との間には、第１ダイオード９１を介して、第１リチウムイオンバッテリ５１、第１高圧系負荷８１、及びＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１が並列に接続される。従って、グランドライン２３０は、低圧系と高圧系に対して共通である。尚、図１に示す例では、グランドライン２３０は、第１回路２１と第２回路２２に対して共通である。
第２回路２２は、第１回路２１とは並列な関係で、充電器１０に接続される。第２回路２２は、充電器１０の高電位側に接続される第２高電位側ライン２２０と、グランドライン２３０とを有する。第２回路２２の第２高電位側ライン２２０には、第２ダイオード９２が設けられる。第２ダイオード９２は、アノード側が充電器１０に接続される向きで設けられる。従って、第２ダイオード９２は、第２高電位側ライン２２０における充電器１０及び第１回路２１に向かう電流の流れを阻止する。
第２回路２２には、第２ダイオード９２のカソード側に第２リチウムイオンバッテリ５２及び第２高圧系負荷８２が設けられる。第２リチウムイオンバッテリ５２（第２電池の一例）（図では第２LiB）及び第２高圧系負荷８２は、第２高電位側ライン２２０とグランドライン２３０との間に並列に接続される。第２リチウムイオンバッテリ５２は、高圧系を形成する。第２リチウムイオンバッテリ５２は、例えば５２Ｖ電源を形成する。第２高圧系負荷８２は、走行モータを駆動するためのインバータを含む。第２高圧系負荷８２は、第１高圧系負荷８１と同じであり、２系統の冗長系を形成する。
第２回路２２には、直流で動作する電圧変換装置であるＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２（第２電圧変換装置の一例）が設けられ、第２低圧系負荷７２は、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２の低圧側に設けられる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２の低圧側には、鉛バッテリＰｂＢ２（第４電池の一例）も設けられる。尚、低電位側とは、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２の降圧動作時の出力側を指し、グランドライン２３０よりも高い電位（例えば約１２Ｖ）を有する。
ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２は、降圧型であり、降圧動作時、高電位側（第２高電位側ライン２２０側）の電圧を降圧して、低電位側（鉛バッテリＰｂＢ２及び第２低圧系負荷７２）に出力する。但し、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２は、昇降圧型であってもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２は、昇圧動作時、低電位側（鉛バッテリＰｂＢ２の正極側）の電圧を昇圧して、高電位側に出力する。第２低圧系負荷７２は、電源供給の継続が必要なシステム（例えばバイワイヤシステム）、第２リチウムイオンバッテリ５２、及び第２回路２２（ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２やリレーＳＭＲＧ２等の各種リレー）を制御する第２制御部４２を含む。第２制御部４２は、２つ以上のＥＣＵを含む。例えば、第２制御部４２は、第２リチウムイオンバッテリ５２を監視するＬｉ電池ＥＣＵ４２０と、鉛バッテリＰｂＢ２の監視、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２、リレーＳＭＲＧ２等の各種リレーの制御を行う制御ＥＣＵ４２２とを含む。
ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２の高圧側の接続点Ｃ２とグランドライン２３０との間には、高圧系の第２所定負荷３２が設けられる。第２所定負荷３２は、電源供給の継続が必要なシステムを形成するアクチュエータである。例えば、第２所定負荷３２は、バイワイヤシステムを形成し、リーン動作用のアクチュエータである。第２所定負荷３２は、第１所定負荷３１と同じであり、２系統の冗長系を形成する。尚、第２所定負荷３２は、第２低圧系負荷７２及び第２高圧系負荷８２と共に、第２高電位側ライン２２０とグランドライン２３０との間に、第２リチウムイオンバッテリ５２に対して並列な関係で、それぞれ接続される電気負荷（第２負荷の一例）である。
高電位側には、リレーＣＨＲ２，ＳＭＲＢ２１，ＳＭＲＢ２２が設けられる。リレーＣＨＲ２は、第２ダイオード９２のカソードに直接接続される。図２を用いて説明する第２回路２２内の要素はすべて、高電位側ではリレーＣＨＲ２及び第２ダイオード９２を介して充電器１０に接続される。
リレーＳＭＲＢ２１，ＳＭＲＢ２２は、第２高電位側ライン２２０とグランドライン２３０との間に並列に設けられる。リレーＳＭＲＢ２１は、接続点Ｃ２と第２高電位側ライン２２０との間に設けられる。リレーＳＭＲＢ２２は、第２高圧系負荷８２と第２高電位側ライン２２０との間に設けられる。リレーＣＨＲ２，ＳＭＲＢ２１，ＳＭＲＢ２２は、例えば常態が開状態である。
また、第２リチウムイオンバッテリ５２とグランドライン２３０の間には、リレーＳＭＲＧ２（第２スイッチの一例）が設けられる。リレーＳＭＲＧ２は、第２リチウムイオンバッテリ５２を第２回路２２から電気的に切り離す開状態と、第２リチウムイオンバッテリ５２を第２回路２２に電気的に組み入れる閉状態とを選択的に形成する。リレーＳＭＲＧ２は、例えば常態が開状態である。
このようにして、図２に示す例では、充電器１０からの第２高電位側ライン２２０とグランドライン２３０との間には、第２ダイオード９２を介して、第２リチウムイオンバッテリ５２、第２高圧系負荷８２、及びＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２が並列に接続される。従って、グランドライン２３０は、低圧系と高圧系に対して共通である。
このような電源システム１によれば、２系統の電源回路を形成できるので、フェールに対してロバストな冗長系を実現できる。例えば、第１回路２１側がフェールした場合、第２回路２２を用いて、第２高圧系負荷８２や、第２低圧系負荷７２、第２所定負荷３２を動作させることができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２が昇降圧型である場合は、更に、第２回路２２において第２リチウムイオンバッテリ５２がフェールした場合でも、鉛バッテリＰｂＢ２及びＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２を用いて、第２低圧系負荷７２及び第２所定負荷３２を動作させることもできる。
また、電源システム１によれば、上述のようにグランドライン２３０が低圧系と高圧系に対して共通であるので、低圧系と高圧系との間を電気的に絶縁する場合に必要な構造（例えばフォットダイオード等）が不要となり、簡易な構造を実現できる。また、電源システム１によれば、リレーＳＭＲＧ１が第１リチウムイオンバッテリ５１とグランドライン２３０の間に設けられると共に、リレーＳＭＲＧ２が第２リチウムイオンバッテリ５２とグランドライン２３０の間に設けられる。これにより、必要に応じて、グランド側において低圧系と高圧系との間を電気的に切り離すことができる。また、電源システム１によれば、リレーＳＭＲＢ１１，ＳＭＲＢ１２、ＳＭＲＢ２１，ＳＭＲＢ２２が配置されるので、必要に応じて、高電位側において低圧系と高圧系との間を電気的に切り離すことができる。
次に、制御装置４０の機能について説明する。第１制御部４１及び第２制御部４２は、制御装置４０を形成する。
制御装置４０により実行される各種制御は、各種の電気負荷（第１所定負荷３１、第１低圧系負荷７１、第１高圧系負荷８１、第２所定負荷３２、第２低圧系負荷７２、第２高圧系負荷８２等）の制御や、充電器１０を介した充電の制御を含む。第１所定負荷３１、第１低圧系負荷７１、第１高圧系負荷８１、第２所定負荷３２、第２低圧系負荷７２、第２高圧系負荷８２は、制御装置４０による制御に基づいて電力を消費する。以下では、充電器１０を介した充電の制御について主に説明する。充電器１０を介した充電の制御は、充電器１０が外部の充電施設にケーブルを介して接続された状態で実行される。
制御装置４０は、リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２、ＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２を閉状態とし、かつ、充電器１０を動作状態とする（充電動作させる）ことで、充電器１０を介した第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電を開始する。
図２は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電中の電源システム１の状態の説明図である。図２では、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のいずれについても満充電となっていない状態が示される。図２には、外部の充電施設の交流電源６０が模式的に示されると共に、電流の流れ方向が矢印で模式的に示される。
図２に示す例では、制御装置４０は、リレーＳＭＲＢ１１、ＳＭＲＢ２１についても閉状態とし、かつ、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２を動作状態とすることで、充電器１０を介した鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の充電についても同時に行う。以下では、一例として、図２に示すように、制御装置４０は、充電器１０を介して第１リチウムイオンバッテリ５１、第２リチウムイオンバッテリ５２、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の充電を行うものとする。
制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電の開始後、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの第１リチウムイオンバッテリ５１が先に所定レベル以上の充電状態となった場合に、リレーＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２のうちの、リレーＳＭＲＧ１（第１リチウムイオンバッテリ５１に係るリレー）を開状態とする。この際、リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２、ＳＭＲＢ１１、ＳＭＲＢ２１、ＳＭＲＧ２は閉状態で維持される。以下、このようにして第２リチウムイオンバッテリ５２よりも先に第１リチウムイオンバッテリ５１が満充電状態になったことに起因して、リレーＳＭＲＧ１を開状態とする処理を、第１系統に係る「満充電側切断処理」と称する。
図３は、第１系統に係る満充電側切断処理後の電源システム１の状態の説明図である。図３には、図２と同様、外部の充電施設の交流電源６０が模式的に示されると共に、電流の流れ方向が矢印で模式的に示される。
図３に示す例では、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合が示される。この場合、リレーＳＭＲＧ１を開状態とされる。これにより、図３にて点線で模式的に示すように、第１リチウムイオンバッテリ５１が第１回路２１から電気的に切り離される。これにより、第１リチウムイオンバッテリ５１の過充電を防止しつつ、充電器１０を介して第２リチウムイオンバッテリ５２を所望の充電状態（例えば満充電状態）まで充電することが可能となる。
ところで、２系統の電源回路を持つ電源システム１では、上述のように、フェールに対してロバストな冗長系を実現できるが、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２間で充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）に差が生じる場合がある。かかる充電状態の差は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の個体特性や、使われ方の相違、第１回路２１と第２回路２２間の特性差等に起因して生じる。充電状態の差があるまま充電器１０を介した第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電が実行されると、いずれか一方だけが先に満充電状態となる場合があり得る。また、充電開始時に充電状態の差がなくても、電力の受け入れ性の相違に起因して、いずれか一方だけが先に満充電状態となる場合もあり得る。いずれにしても、一方だけが先に満充電状態となると、該一方の過充電を防止する必要がある。例えば、一方だけが先に満充電状態となった場合に、充電自体を終了させる方法があるが、かかる方法では、他方の充電状態を所望の充電状態まで充電することができない。
この点、本実施例によれば、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合には、リレーＳＭＲＧ１を開状態とされるので、第１リチウムイオンバッテリ５１の過充電を防止しつつ、充電器１０を介して第２リチウムイオンバッテリ５２を所望の充電状態まで充電することが可能となる。
ここで、本実施例では、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合に、リレーＳＭＲＧ１を開状態とされるが、リレーＣＨＲ１は、閉状態に維持される。但し、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合に、リレーＳＭＲＧ１と共にリレーＣＨＲ１が開状態とされてもよい。しかしながら、かかる変形例では、以下の不都合があり、本実施例の方が有利である。具体的には、上述のように、充電器１０は鉛バッテリＰｂＢ１から電力供給を受けて充電動作するので、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合にリレーＣＨＲ１を開状態とすると、鉛バッテリＰｂＢ１の電力が消費され、鉛バッテリＰｂＢ１の充電状態が低下することになる。また、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった時点で鉛バッテリＰｂＢ１が満充電状態でない場合は、電池全体としての充電状態を高めることができない。この点、本実施例によれば、第１リチウムイオンバッテリ５１が先に満充電状態となった場合でもリレーＣＨＲ１が閉状態に維持されるので、上記の変形例で生じる不都合を低減できる。
具体的には、本実施例によれば、図３にて矢印で模式的に示すように、リレーＳＭＲＧ１を開状態とされるが、リレーＣＨＲ１は、閉状態に維持されるので、図３にて矢印で模式的に示すように、充電器１０を介した鉛バッテリＰｂＢ１の充電を継続できる。これにより、電池全体としての充電状態を高めることが可能となる。
同様に、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の充電の開始後、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの第２リチウムイオンバッテリ５２が先に所定レベル以上の充電状態となった場合に、リレーＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２のうちの、リレーＳＭＲＧ２（第２リチウムイオンバッテリ５２に係るリレー）を開状態とする。この際、リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２、ＳＭＲＢ１１、ＳＭＲＢ２１、ＳＭＲＧ１は閉状態で維持される。以下、このようにして第１リチウムイオンバッテリ５１よりも先に第２リチウムイオンバッテリ５２が満充電状態になったことに起因して、リレーＳＭＲＧ２を開状態とする処理を、第２系統に係る「満充電側切断処理」と称する。
これにより、同様に、第２リチウムイオンバッテリ５２が先に満充電状態となった場合には、リレーＳＭＲＧ２を開状態とされるので、第２リチウムイオンバッテリ５２の過充電を防止しつつ、充電器１０を介して第１リチウムイオンバッテリ５１を満充電状態まで充電することが可能となる。
尚、上述では、第２系統に係る満充電側切断処理では、リレーＣＨＲ２が閉状態に維持されるが、これに限られない。上述のように、充電器１０は鉛バッテリＰｂＢ１から電力供給を受けて充電動作するので、第２系統に係る満充電側切断処理において、リレーＳＭＲＧ２については、必ずしも閉状態に維持される必要はない。例えば、制御装置４０は、第２リチウムイオンバッテリ５２が先に満充電状態となった時点で鉛バッテリＰｂＢ２が満充電状態である場合は、リレーＣＨＲ２を開状態に切り替えることで、第２回路２２を電気的に切り離してもよい。他方、制御装置４０は、第２リチウムイオンバッテリ５２が先に満充電状態となった時点で鉛バッテリＰｂＢ２が満充電状態でない場合は、リレーＣＨＲ２を閉状態に維持することで、充電器１０を介した鉛バッテリＰｂＢ２の充電を継続してもよい。
次に、図２乃至図４を参照して、充電器１０を介した充電の制御に関する制御装置４０の動作例を更に説明する。
図４は、充電器１０を介した充電の制御に関する制御装置４０の処理の一例を示す概略フローチャートである。図４では、概略化のため、充電器１０が外部の充電施設に接続された状態は、充電が正常に終了するまで（図２のエンドに至るまで）継続されるものとする。
図４の処理は、充電器１０が外部の充電施設に接続された状態が検出された場合に起動される。
ステップＳ４００では、制御装置４０は、充電準備を行う。充電準備とは、例えば、充電に必要な第１制御部４１等の起動や、ＣＰＬＴ信号の確認、他の充電開始条件の判定等を含む。
ステップＳ４０２では、制御装置４０は、充電器１０を介した充電を開始する。具体的には、リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２、ＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２、ＳＭＲＢ１１、ＳＭＲＢ２１を閉状態とし、充電器１０を動作状態とする（充電動作させる）と共に、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２を動作状態とする。これにより、充電器１０を介した第１リチウムイオンバッテリ５１、第２リチウムイオンバッテリ５２、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の充電が同時に開始される。尚、変形例では、リレーＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２、ＳＭＲＢ１１、ＳＭＲＢ２１を閉状態とするタイミングに差を設け、充電器１０を介した第１リチウムイオンバッテリ５１、第２リチウムイオンバッテリ５２、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２間で充電開始タイミングに差を設定してもよい。
ステップＳ４０４では、制御装置４０は、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の少なくともいずれか一方が満充電になったか否かを判定する。鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の少なくともいずれか一方が満充電になった場合は、ステップＳ４０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４０８に進む。
ステップＳ４０６では、制御装置４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２のうちの、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２のうちの満充電になった鉛バッテリ（以下、「鉛バッテリＰｂＢｎ」と称する）に係るＤＣ−ＤＣコンバータ（以下、「ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣｎ」と称する）の出力電圧の目標値Ｖｔを、鉛バッテリＰｂＢｎの開放電圧（Open-circuit voltage）Ｖｏｃｖ（ｎ）に所定値α（第１及び第２所定値の一例）を付加した値に設定する。即ち、Ｖｔ＝Ｖｏｃｖ（ｎ）＋αとする。鉛バッテリＰｂＢｎのＶｏｃｖ（ｎ）は、鉛バッテリＰｂＢｎの充電状態と温度とに基づいて算出できる。例えば、鉛バッテリＰｂＢｎのＶｏｃｖ（ｎ）は、鉛バッテリＰｂＢｎの開放電圧と温度とＳＯＣとの関係を表す特性データに基づいて算出できる。また、所定値αは、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣｎの低圧側端子から鉛バッテリＰｂＢｎまでの配線抵抗等による電圧降下分に相当する値である。以下、このように満充電となった鉛バッテリに対して行う制御を、「満充電維持制御」と称する。
ステップＳ４０８では、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の一方だけが先に満充電になったか否かを判定する。第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２の一方だけが先に満充電になった場合は、ステップＳ４１０に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４０２に戻り、第１リチウムイオンバッテリ５１や第２リチウムイオンバッテリ５２等の充電が継続される。
ステップＳ４１０では、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの満充電になっていない方の充電状態が略満充電状態であるか否かを判定する。満充電になっていない方の充電状態が略満充電状態である場合は、更なる充電が必要でないので、ステップＳ４２８に進む。他方、満充電になっていない方の充電状態が満充電状態よりも有意に低い場合は、更なる充電が必要であるので、ステップＳ４１２に進む。
ステップＳ４１２では、制御装置４０は、充電器１０の充電動作を一旦停止させる。
ステップＳ４１４では、制御装置４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２を一旦停止させる。
ステップＳ４１６では、制御装置４０は、リレーＳＭＲＧ１、ＳＭＲＧ２のうち、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの満充電となった側のリチウムイオンバッテリに係るリレー（以下、「リレーＳＭＲＧｍ」と称する）を開状態とする（満充電側切断処理）。これにより、上述のように、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの満充電となった側のリチウムイオンバッテリが、電源システム１の回路から電気的に切り離される。尚、前出のステップＳ４１２及びステップＳ４１４は、リレーＳＭＲＧｍの固着等を防止するための処理であり、即ち、前出のステップＳ４１２及びステップＳ４１４は、電流が流れていない状態で、リレーＳＭＲＧｍを閉状態から開状態へと切り替えるために実行される。
ステップＳ４２０では、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの満充電となっていない方の充電（片側充電）を開始する。具体的には、制御装置４０は、充電器１０の充電動作を再開させるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２を再び動作させる。
ステップＳ４２２では、制御装置４０は、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の少なくともいずれか一方が満充電であるか否かを判定する。鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の少なくともいずれか一方が満充電である場合は、ステップＳ４２４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４２６に進む。
ステップＳ４２４では、制御装置４０は、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２のうちの満充電である鉛バッテリに対して満充電維持制御（ステップＳ４０６参照）を行う。
ステップＳ４２６では、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの満充電になっていない方の充電状態が満充電になったか否かを判定する。満充電になっていない方の充電状態が満充電になった場合は、ステップＳ４２８に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４２０に戻り、片側充電が継続される。
ステップＳ４２８では、制御装置４０は、充電を正常に終了させる。具体的には、制御装置４０は、充電器１０の停止させ、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、ＤＤＣ２を停止させる。その後、制御装置４０は、リレーＳＭＲＧｍ等の閉状態にあるリレーを開状態に切り替える。
図４に示す処理によれば、第１リチウムイオンバッテリ５１又は第２リチウムイオンバッテリ５２が先に満充電状態となった場合に、満充電状態となっていない方のリチウムイオンバッテリの充電を継続できる。これにより、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２のうちの先に満充電状態となった方の過充電を防止しつつ、満充電状態となっていない方のリチウムイオンバッテリを充電器１０を介して満充電状態まで充電することが可能となる。
また、図４に示す処理によれば、第１リチウムイオンバッテリ５１又は第２リチウムイオンバッテリ５２が先に満充電状態となった場合でも、満充電状態となっていない方のリチウムイオンバッテリの充電の間、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２の充電を継続できる。これにより、電池全体としての充電状態を高めることができる。
また、図４に示す処理によれば、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２のいずれか又は双方が満充電状態となった場合に、満充電維持制御が実行されるので、満充電状態となった鉛バッテリの満充電状態を維持しつつ、該鉛バッテリの過充電を防止できる。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、５２Ｖ電源を生成する第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２が用いられるが、第１リチウムイオンバッテリ５１及び第２リチウムイオンバッテリ５２に代えて、６０Ｖを有意に超える高圧のバッテリが使用されてもよい。６０Ｖを有意に超える高圧のバッテリが使用される場合、グランドライン２３０は、低圧系と高圧系とで電気的に絶縁される。また、この場合、高圧のバッテリは、リチウムイオンバッテリ以外のバッテリであってもよい。
また、上述した実施例では、充電器１０は、鉛バッテリＰｂＢ１から電力供給を受けて充電動作するが、充電器１０は、鉛バッテリＰｂＢ１及び鉛バッテリＰｂＢ２のいずれか選択された一方から電力供給を受けて充電動作してもよい。この場合、鉛バッテリＰｂＢ１から充電器１０への電力供給系と、鉛バッテリＰｂＢ２から充電器１０への電力供給系とは、好ましくは、電気的に絶縁される。これにより、一方の系統におけるフェール（例えば地絡）が他方の系統に影響する不都合を無くすことができる。この場合、制御装置４０は、第１リチウムイオンバッテリ５１が第２リチウムイオンバッテリ５２よりも先に満充電状態となったときに、鉛バッテリＰｂＢ１が満充電状態である場合は、第１回路２１におけるリレーＣＨＲ１、ＳＭＲＧ１、ＳＭＲＢ１１を開状態に切り替えることとしてもよい。
また、上述した実施例では、リレーＳＭＲＧ１は、第１リチウムイオンバッテリ５１とグランドライン２３０の間に設けられるが、これに限られない。リレーＳＭＲＧ１は、第１高電位側ライン２１０と第１リチウムイオンバッテリ５１との間に設けられてもよい。リレーＳＭＲＧ２についても同様である。
また、上述した実施例では、鉛バッテリＰｂＢ１、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ１、第１低圧系負荷７１、及び第１所定負荷３１が設けられるが、これらは省略されてもよい。鉛バッテリＰｂＢ２、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２、第２低圧系負荷７２、及び第２所定負荷３２についても同様である。
１ 電源システム
１０ 充電器
２１ 第１回路
２２ 第２回路
３１ 第１所定負荷
３２ 第２所定負荷
４０ 制御装置
４１ 第１制御部
４２ 第２制御部
５１ 第１リチウムイオンバッテリ
５２ 第２リチウムイオンバッテリ
６０ 交流電源
７１ 第１低圧系負荷
７２ 第２低圧系負荷
８１ 第１高圧系負荷
８２ 第２高圧系負荷
９１ 第１ダイオード
９２ 第２ダイオード
２１０ 第１高電位側ライン
２２０ 第２高電位側ライン
２３０ グランドライン

Claims (4)

  1. 充電器と、
    前記充電器の高電位側に接続される第１及び第２高電位側ラインと、
    前記第１高電位側ラインに設けられ、アノード側が前記充電器に接続される第１ダイオードと、
    前記第２高電位側ラインに設けられ、アノード側が前記充電器に接続される第２ダイオードと、
    前記第１高電位側ラインにおける前記第１ダイオードのカソード側とグランドとの間に並列に接続される第１電池及び第１負荷と、
    前記第２高電位側ラインにおける前記第２ダイオードのカソード側とグランドとの間に並列に接続される第２電池及び第２負荷と、
    前記第１高電位側ラインと前記第１電池との間、又は、前記第１電池とグランドとの間に設けられる第１スイッチと、
    前記第２高電位側ラインと前記第２電池との間、又は、前記第２電池とグランドとの間に設けられる第２スイッチと、
    前記第１高電位側ラインにおける前記第１ダイオードのカソード側とグランドとの間に、前記第１電池に対して並列な関係で、電気的に接続され、直流で動作する第１電圧変換装置と、
    前記第１電池よりも定格電圧が低く、前記第１電圧変換装置の低電位側とグランドとの間に電気的に接続される第３電池と、
    前記第２高電位側ラインにおける前記第２ダイオードのカソード側とグランドとの間に、前記第２電池に対して並列な関係で、電気的に接続され、直流で動作する第２電圧変換装置と、
    前記第２電池よりも定格電圧が低く、前記第２電圧変換装置の低電位側とグランドとの間に電気的に接続される第４電池と、
    前記第１及び第２スイッチを閉状態としかつ前記充電器を動作状態とすることで、前記充電器を介した前記第１電池及び前記第２電池の充電を開始する制御装置とを含み、
    前記制御装置は、前記第１電池及び前記第２電池の充電の開始後、前記第２電池よりも前記第１電池が先に所定レベル以上の充電状態となった場合に、前記第１スイッチを開状態に切り替える一方、前記第２スイッチを閉状態に維持するように構成され、
    前記制御装置は、更に、前記充電器を介して前記第１電池及び前記第２電池の充電を行っている間、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を動作させて、前記充電器を介して前記第３電池及び前記第４電池の充電を行うように構成される、電源システム。
  2. 前記制御装置は、前記充電器を介して前記第３電池の充電を行っている間、前記第３電池が満充電状態となった場合は、前記第１電圧変換装置の出力電圧の目標値を、前記第３電池の開放電圧に基づいて、該開放電圧に第１所定値を付加した値に設定するように構成され、
    前記制御装置は、前記充電器を介して前記第４電池の充電を行っている間、前記第４電池が満充電状態となった場合は、前記第２電圧変換装置の出力電圧の目標値を、前記第４電池の開放電圧に基づいて、該開放電圧に第２所定値を付加した値に設定するように構成される、請求項１に記載の電源システム。
  3. 前記第１電池、前記第１負荷、前記第１電圧変換装置、及び前記第３電池は、共通の第１グランド線に接続され、
    前記第２電池、前記第２負荷、前記第２電圧変換装置、及び前記第４電池は、共通の第２グランド線に接続され、
    前記第１スイッチは、前記第１電池と前記第１グランド線との間に設けられ、
    前記第２スイッチは、前記第２電池と前記第２グランド線との間に設けられる、請求項１又は２に記載の電源システム。
  4. 前記第１負荷及び前記第２負荷は、前記制御装置の制御に基づいて電力を消費する、請求項１に記載の電源システム。
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