JP6919302B2 - 車両用蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される蓄電装置に関する。

下記の特許文献１には、この種の蓄電装置が開示されている。この蓄電装置は、発電機に接続され且つ互いに並列接続された上限電圧の異なる２つの蓄電池と、上限電圧の低い方の鉛蓄電池の電流経路に設けられた開閉手段と、開閉手段のオンオフを制御する制御ユニットと、を備えている。この蓄電装置において、制御ユニットは、発電機からの電力が鉛蓄電池の充電可能電力よりも高い場合に、開閉手段をオフ状態に設定するように構成されている。
この蓄電装置によれば、回生時に制御ユニットが開閉手段をオン状態に設定することによって、発電機から供給された電力を２つの蓄電池の両方に充電できる。また、この蓄電装置によれば、充電中に鉛蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる。

特開２０１４−２０９８２１号公報

しかしながら、上記の蓄電装置において、鉛蓄電池の上限電圧を考慮することなく上限電圧の高い方の蓄電池を充電した場合には、制御ユニットが開閉手段を再びオン状態に設定して２つの蓄電池を接続したときに、鉛蓄電池にその上限電圧よりも高い電圧が印加されるという問題が生じ得る。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、上限電圧の異なる２つの蓄電池を充電終了後に接続したときに上限電圧が低い方の蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる車両用蓄電装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
車両に搭載される車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）であって、
発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
を備え、
上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件として上記第１蓄電池の充電中のパラメータである充電容量（Ｑ）または充電電圧（Ｖ１）が上記第２蓄電池の上記上限電圧から定まる上限閾値（Ｑｔｈ，Ｖｔｈ）を超えないような充電条件で上記充電制御を行う、車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）、
にある。
本発明の他の態様は、
車両に搭載される車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）であって、
発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
を備え、
上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行い、
上記制御部は、上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための経路上に設けられた第１電流制限機構（１１）と、上記発電機で発生した電力を上記第２蓄電池に充電するための経路上に設けられた第２電流制限機構（２１，３０）と、によって上記第１蓄電池及び上記第２蓄電池のそれぞれに流れる電流を制限することによって上記充電制御を行う、車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）、
にある。
本発明の他の態様は、
車両に搭載される車両用蓄電装置（４１０）であって、
発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
を備え、
上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行い、
上記第１蓄電池及び上記第２蓄電池のそれぞれの電力を上記第１蓄電池に電気的に接続された複数の負荷のそれぞれに選択的に供給可能に構成された電力供給機構（４０）と、上記第１蓄電池をバイパスして上記発電機と上記第２蓄電池とを電気的に接続可能に構成されたバイパス機構（５０）と、の少なくとも一方を備える、車両用蓄電装置（４１０）、
にある。

上記の車両用蓄電装置によれば、制御部は第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧が第２蓄電池の上限電圧を超えないような充電条件で充電制御を行う。即ち、第２蓄電池の上限電圧を考慮しつつ第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧を予測しながら第１蓄電池の充電を行う。このため、充電終了後に２つの蓄電池が接続されたときに、第２蓄電池にその上限電圧よりも高い電圧が印加されるのを防ぐことができる。

以上のごとく、上記態様によれば、車両用蓄電装置において、上限電圧の異なる２つの蓄電池を充電終了後に接続したときに上限電圧が低い方の蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１に係る電源システムの構成図。 第１蓄電池のＳＯＣ−ＯＣＶマップを示す図。 実施形態１に係る充電制御のフローチャート。 図３の充電制御のうち充電容量閾値を設定する処理を示すフローチャート。 図４の処理を模式的に説明するための図。 図３の充電制御による電圧の経時変化を示す図。 図６の電圧の経時変化の別の例を示す図。 実施形態２に係る充電制御のうち充電容量閾値を設定する処理を示すフローチャート。 図８の処理を模式的に説明するための図。 実施形態３に係る充電制御のフローチャート。 図１０の充電制御のうち電圧閾値を設定する処理を示すフローチャート。 図１１の処理を模式的に説明するための図。 実施形態４に係る電源システムの構成図。 実施形態５に係る電源システムの構成図。

以下、車両に搭載される車両用蓄電装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（実施形態１）
図１に示される電源システム１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものであり、発電電力を充電して蓄えるとともに充電した電力を各電気部品へ供給する機能を有する。

実施形態１にかかるこの電源システム１は、発電機２と、補機等からなる負荷３と、車両用蓄電装置としての電池パック１０と、スイッチ２１と、鉛蓄電池２２と、電圧センサ２３と、電流センサ２４と、を備えている。

発電機２は、車両減速のときの回生時に発電可能なモーター機能付発電機（モータジェネレータ）であり、回生時に減速エネルギーによって発電した回生電力を出力するように構成されている。この発電機２は、電池パック１０の端子１０ａに電気的に接続されている。

負荷３は、発電機２、電池パック１０及び鉛蓄電池２２からの電力供給によって作動することができるように構成された電気機器である。この目的のために、この負荷３は、スイッチ２１を挟んで電池パック１０の端子１０ｂに電気的に接続され、且つスイッチ２１の下流で鉛蓄電池２２に電気的に接続されている。

電池パック１０は、スイッチ１１と、リチウム蓄電池１２と、電圧センサ１３と、電流センサ１４と、温度センサ１５と、電池ＥＣＵ１６と、を備えている。

スイッチ１１は、発電機２で発生した電力をリチウム蓄電池１２に充電するための経路上に、具体的には２つの端子１０ａ，１０ｂの間にオンオフ可能に設けられた第１電流制限機構である。このスイッチ１１は、半導体スイッチであるＰ−ＳＭＲスイッチとして構成されている。

このスイッチ１１は、電池ＥＣＵ１６からの制御信号に応じて、発電機２がリチウム蓄電池１２に電気的に接続されたオン状態と、この接続が解除されたオフ状態とのいずれか一方に設定されるように構成されている。このスイッチ１１によれば、リチウム蓄電池１２に流れる電流を個別に制限することができる。

このスイッチ１１がオン状態に設定されることによって、発電機２で生じた回生電力のリチウム蓄電池１２への充電が可能になる。一方で、このスイッチ１１がオフ状態に設定されることによって、発電機２で生じた回生電力のリチウム蓄電池１２への充電が不能になる。

リチウム蓄電池１２は、車両の走行のために発電機２に電気的に接続された蓄電池であり、特に、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。このリチウム蓄電池１２は、鉛蓄電池２２に比べて短時間により多くの電力を充電することができ、ごく短時間に発生する回生電力を効率的に充電することが可能な高入出力タイプの電池である。

このリチウム蓄電池１２として、正極にオリビン構造を有する素材であるリン鉄リチウムを用い、負極にカーボン（グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラフェンなど）を用い、電解質に有機溶媒などの非水電解質を用いるリチウムイオン電池を採用するのが好ましい。この場合、正極にオリビン構造を有する素材を用いることによって、放電能力を高めることができる。
なお、必要に応じては、このリチウム蓄電池１２に代えて、別の構造のリチウムイオン電池や、リチウムイオン電池以外の非水系二次電池を採用することもできる。

なお、以下の説明では、便宜上、一方の蓄電池であるこのリチウム蓄電池１２を「第１蓄電池１２」といい、他方の蓄電池である鉛蓄電池２２を「第２蓄電池２２」という。また、第１蓄電池１２のためのスイッチ１１を「第１スイッチ１１」といい、第２蓄電池２２のためのスイッチ２１を「第２スイッチ２１」という。

電圧センサ１３は、第１蓄電池１２の端子電圧ＯＣＶを検出するために、この第１蓄電池１２に電気的に接続された電圧検出部として構成されている。この電圧センサ１３は、電圧に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の電圧センサを用いて構成されている。この電圧センサ１３で検出された電圧は、電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａに伝送される。

電流センサ１４は、第１蓄電池１２の充電時の電流を検出するためのセンサである。この電流センサ１４は、電流に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の電流センサを用いて構成されている。この電流センサ１４で検出された電流は、電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａへ伝送される。

温度センサ１５は、第１蓄電池１２の温度を検出するためのセンサである。この温度センサ１５は、温度に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の温度センサによって構成されている。この温度センサ１５で検出された温度の値は、電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａへ伝送される。

電池ＥＣＵ１６は、発電機２で発生した電力を第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２のそれぞれに充電するための充電制御を行う機能を有する制御部として構成されている。この機能を実現するために、電池ＥＣＵ１６は、記憶部１６ａと、演算部１６ｂと、駆動部１６ｃと、を備えている。

記憶部１６ａは、演算式やセンサなどによって検出された各種の情報などを記憶する機能を有する。この記憶部１６ａには、図２に示されるように、端子電圧ＯＣＶ［Ｖ］と充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）［％］との相関を示すマップＭが予め準備されて記憶されている。このマップＭにおいて、相関線Ｌの傾きＳを一定の直線として近似することができる。

演算部１６ｂは、記憶部１６ａに記憶された情報や、各種のセンサで検出された情報を使用して、予め定められたタイミングで必要な演算を行う機能を有する。

駆動部１６ｃは、記憶部１６ａに記憶されている情報や、演算部１６ｂの演算結果、更には上位ＥＣＵ（図示省略）からの指令信号などに基づいて、第１スイッチ１１及び第２スイッチ２１のそれぞれを駆動するための制御信号を出力する機能を有する。

この機能により、第１スイッチ１１は、第１蓄電池１２が発電機２に接続されたオン状態と、当該接続が解除されたオフ状態のいずれ一方の状態に設定される。また、この機能により、第２スイッチ２１は、第２蓄電池２２が発電機２に接続されたオン状態と、当該接続が解除されたオフ状態のいずれ一方の状態に設定される。
なお、第２スイッチ２１の切換制御を、電池ＥＣＵ１６に代えて、この電池ＥＣＵ１６に接続された上位ＥＣＵが主体となって実行するようにしてもよい。

第２スイッチ２１は、発電機２で発生した電力を第２蓄電池２２に充電するための経路上に、具体的には発電機２側の電力供給経路と負荷３及び第２蓄電池２２が接続されている通電経路との間にオンオフ可能に設けられた第２電流制限機構である。この第２スイッチ２１は、半導体スイッチであるＰ−ＭＯＳスイッチとして構成されている。

この第２スイッチ２１は、電池ＥＣＵ１６の駆動部１６ｃからの制御信号に応じて、電力供給経路が負荷３及び第２蓄電池２２のそれぞれに電気的に接続されたオン状態と、この接続が解除されたオフ状態とのいずれか一方に設定されるように構成されている。この場合、制御信号は、電池ＥＣＵ１６から直接的に或いは上位ＥＣＵを介して間接的に第２スイッチ２１に伝送されるのが好ましい。この第２スイッチ２１によれば、第２蓄電池２２に流れる電流を個別に制限することができる。

この第２スイッチ２１がオン状態に設定されることによって、発電機２で生じた回生電力の第２蓄電池２２への充電と、負荷３への電力供給とが可能になる。一方で、この第２スイッチ２１がオフ状態に設定されることによって、発電機２で生じた回生電力の鉛蓄電池２２への充電と、負荷３への電力供給とが不能になる。

第２蓄電池２２は、電極に鉛を用い、電解液として希硫酸を用いた二次電池である。この第２蓄電池２２によれば、充電状態でその電力を負荷３に供給することができる。このような第２蓄電池２２は、第１蓄電池１２に比べて安価である。

この第２蓄電池２２は、その上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］が第１蓄電池１２の上限電圧Ｖ１ｍ［Ｖ］を下回るように構成されている。一方で、第１蓄電池１２は、その抵抗Ｒ［Ω］が第２蓄電池２２を下回るように構成されている。

電圧センサ２３は、電圧センサ１３と同様のセンサであり、第２蓄電池２２の端子電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を検出するために、この第２蓄電池２２に電気的に接続された電圧検出部として構成されている。この電圧センサ２３で検出された電圧は、上位ＥＣＵを介して電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａへ伝送される。

電流センサ２４は、電流センサ１４と同様のセンサであり、第２蓄電池２２側の電流を検出するためのセンサである。この電流センサ１４で検出された電流は、上位ＥＣＵを介して電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａへ伝送される。

以下、図３〜図５を参照しながら、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２の充電制御について具体的に説明する。この充電制御は、電池ＥＣＵ１６が主体となって実行されるものである。

この電池ＥＣＵ１６は、概して、第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］を超えないような充電条件、具体的には開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］になるような充電条件で充電制御を行う。この充電制御では、充電条件に基づいて２つのスイッチ１１，２１のそれぞれをオン状態からオフ状態に切換えるタイミングが適宜に制御される。

図３のフローチャートに示されるように、この充電制御は、ステップＳ１からステップＳ９までの処理を順次実行することによって達成される。
なお、必要に応じてこのフローチャートに別のステップが追加されてもよいし、或いは１つのステップが複数のステップに分割されてもよい。

ステップＳ１は、電源システム１の初期状態において、第１蓄電池１２の充電前の開回路電圧である電圧Ｖ０［Ｖ］を電圧センサ１３によって検出するステップである。このステップＳ１によれば、第１蓄電池１２の電圧Ｖ０［Ｖ］を取得できる。この初期状態では、２つのスイッチ１１，２１がともにオフ状態に設定されている。このため、第２蓄電池２２から負荷３への電力供給が可能になる。

ステップＳ２は、ステップＳ１で取得した電圧Ｖ０［Ｖ］に基づいて、第１蓄電池１２の充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を設定するステップである。この充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］は、第１蓄電池１２に充電可能な容量の上限閾値を示すものであり、上限電圧が低い方の第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］によって定まる。このステップＳ２は、図４中のステップＳ２ａからステップ２ｄまでの処理によって具現化される。

図４に示されるように、ステップＳ２ａは、図２のマップＭの相関線Ｌを用いて初期の充填率である初期ＳＯＣ［％］を導出するステップである。このステップでは、相関線Ｌの電圧Ｖ１［Ｖ］に対応した充填率ＳＯＣ［％］を求め、この充填率ＳＯＣ［％］を初期ＳＯＣ［％］として導出する。例えば、相関線Ｌにおいて電圧Ｖ１［Ｖ］に対応した充填率ＳＯＣが５０［％］である場合、初期ＳＯＣが５０［％］になる。

ステップＳ２ｂは、第２蓄電池２２の上限電圧である電圧Ｖ２ａ［Ｖ］から上限の充填率である上限ＳＯＣ［％］を導出するステップである。このステップでは、相関線Ｌの電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に対応した充填率ＳＯＣ［％］を求め、この充填率ＳＯＣ［％］を上限ＳＯＣ［％］として導出する。例えば、相関線Ｌにおいて電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に対応したＳＯＣが８０［％］である場合、上限ＳＯＣが８０［％］になる。

ステップＳ２ｃは、ステップＳ２ｂで導出した上限ＳＯＣ［％］からステップＳ２ａで導出した初期ＳＯＣ［％］を減算するステップである。このステップＳ２ｃによれば、その減算値ΔＳＯＣ［％］が導出される。例えば、上限ＳＯＣが８０［％］であり初期ＳＯＣが５０［％］である場合、減算値ΔＳＯＣが３０［％］になる。

ステップＳ２ｄは、ステップＳ２ｃで導出した減算値ΔＳＯＣ［％］を充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］に換算するステップである。具体的には、減算値ΔＳＯＣ［％］は、第１蓄電池１２の電池容量［Ａｈ］との積算によって、第１蓄電池１２の充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］に換算される。例えば、減算値ΔＳＯＣが３０［％］であり電池容量が１０［Ａｈ］である場合、充電容量閾値Ｑｔｈが３［Ａｈ］になる。

上述のステップＳ２ａからステップＳ２ｄまでの処理を、図５のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第１蓄電池１２の充電率ＳＯＣと開回路電圧ＯＣＶとの相関Ｌについて予め準備されたマップＭと、第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］と、に基づく充電容量閾値Ｑｔｈ［Ｖ］を、充電容量Ｑ［Ａｈ］の判定のための上限閾値としている。

図３に戻り、ステップＳ３は、発電機２が発電中であるか否か、即ち充電可能な状態であるか否かを判定するステップである。この判定は、発電機２についての出力情報を検出することによって可能になる。そして、この判定において、発電機２が発電中であると判定するまで、ステップＳ１からステップＳ３までの処理が繰り返される。

ステップＳ４は、発電機２が発電中であるという判定がなされた（ステップＳ３がＹｅｓである）ことを条件に、第１スイッチ１１及び第２スイッチ２１のそれぞれをオン状態に設定するステップである。このステップＳ４によれば、発電機２から供給された回生電力の第１蓄電池１２への充電が開始され、且つ第２蓄電池２２への充電が開始される。この充電開始からの経過時間は、タイマー（図示省略）によってカウントされて、電池ＥＣＵ１６の記憶部１６ａへ伝送される。

この場合、発電機２、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２から負荷３への電力供給が可能になる。一方で、発電機２が発電中でない場合には、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２から負荷３への電力供給が可能になる。

ステップＳ５は、第２蓄電池２２の充電中の充電電圧Ｖ２［Ｖ］がその上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電電圧Ｖ２［Ｖ］を上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］と対比することによって可能になる。

ステップＳ６は、充電電圧Ｖ２［Ｖ］が上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に達したという判定がなされた（ステップＳ５がＹｅｓである）ことを条件に、第２スイッチ２１をオン状態からオフ状態に切換設定するステップである。このステップＳ６によれば、第２蓄電池２２は、発電機２から分離されるためその充電が終了する。この場合、第２蓄電池２２から負荷３への電力供給が可能になる。

ステップＳ７は、第１蓄電池１２の充電中のパラメータである充電容量Ｑ［Ａｈ］を検出するステップである。この充電容量Ｑ［Ａｈ］は、電流センサ１４によって検出された電流と、前記のタイマーによって検出された充電開始からの経過時間との積算によって導出される。

ステップＳ８は、ステップＳ７で検出された充電容量Ｑ［Ａｈ］がステップＳ２で設定された充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］、即ち第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］から定まる上限閾値に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電容量Ｑ［Ａｈ］を充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］と対比することによって可能になる。

ステップＳ９は、充電容量Ｑ［Ａｈ］が充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］に達したという判定がなされた（ステップＳ８がＹｅｓである）ことを条件に、第１スイッチ１１をオンからオフに切換制御するステップである。このステップＳ９によれば、第１蓄電池１２は、発電機２から分離されるためその充電が終了する。即ち、充電容量Ｑ［Ａｈ］が充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］に達するまで第１蓄電池１２の充電を継続する。

上述の充電制御によれば、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２のそれぞれの電圧は図６に示されるように変化する。

第２蓄電池２２の電圧は、ステップＳ４で第２スイッチ２１がオンに制御された時間ｔａのときの初期電圧Ｖ０［Ｖ］から徐々に上昇する。その後、第２蓄電池２２の電圧は、ステップＳ６で第２スイッチ２１がオフに制御された時間ｔｂのときの電圧Ｖ２ａ［Ｖ］（上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に一致）を最大値として、充電終了後の開回路電圧であるＶ２ｂ［Ｖ］まで徐々に下降する。

一方で、第１蓄電池１２の電圧は、ステップＳ４で第１スイッチ１１がオンに制御された時間ｔａのときの初期電圧Ｖ０［Ｖ］から徐々に上昇する。その後、第１蓄電池１２の電圧は、ステップＳ９で第１スイッチ１１がオフに制御された時間ｔｃのときの電圧Ｖ１ａ［Ｖ］を最大値として、充電終了後の開回路電圧であるＶ１ｂ［Ｖ］まで徐々に下降する。このとき、第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］は、第２蓄電池２２の上限電圧上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］に一致する。

なお、ステップＳ８の判定で使用する上限閾値は、充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を下回る値であってもよい。即ち、充電容量Ｑ［Ａｈ］の値が第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］から定まる充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を超えないような条件であればよい。この場合、電池ＥＣＵ１６は、第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂが第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍを超えないような充電条件、具体的には開回路電圧Ｖ１ｂが第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］と充電終了後の開回路電圧Ｖ２ｂ［Ｖ］との間に領域に制御されるような充電条件で充電制御を行うのが好ましい。

特に、開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が開回路電圧Ｖ２ｂ［Ｖ］に一致する場合、即ち等電圧になる場合には、その後に、２つのスイッチ１１，２１をともにオンにしても電圧変動を生じさせることなく第１蓄電池１２と第２蓄電池２２とを直接接続することができる。

次に、実施形態１の作用効果について説明する。

上記の電池パック１０によれば、電池ＥＣＵ１６は、第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］を超えないような充電条件で充電制御を行う。即ち、第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］を考慮しつつ第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］を予測しながら第１蓄電池１２の充電を行う。このため、充電終了後に２つの蓄電池１２，２２が接続されたときに、第２蓄電池２２にその上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］よりも高い電圧が印加されるのを防ぐことができる。その結果、第２蓄電池２２の劣化を抑制できる。

また、上記の電池パック１０によれば、充電容量Ｑ［Ａｈ］とマップＭとを用いることによって、第１スイッチ１１をオンからオフに切換える判定に使用する充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］の設定を行うことができる。

また、上記の電池パック１０によれば、第１蓄電池１２の充電終了後の開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］以下となり、且つ第２蓄電池２２の充電終了後の開回路電圧Ｖ２ｂ［Ｖ］以上となる充電条件を採用しているため、第２蓄電池２２の劣化を抑制した上で、２つの蓄電池１２，２２の接続時の電圧変動を低く抑えることができる。特に、第１蓄電池１２の充電容量Ｑ［Ａｈ］が充電容量閾値Ｑｔｈ［Ｖ］に達するまで第１蓄電池１２の充電を継続するため、第１蓄電池１２の充電量をできるだけ増やすことができる。

以下、上記の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。

（実施形態２）
実施形態２の電池パック１１０は、実施形態１と同様に図１の電源システム１を構成するものである。この電池パック１１０は、実施形態１の電池パック１０と同様のシステム構成を有する。一方で、この電池パック１１０は、電池ＥＣＵ１６によって実行される図３の充電制御のうち、第１蓄電池１２の充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を設定するためのステップＳ２が実施形態１と相違しており、その他のステップは実施形態１と一致している。

概して、実施形態１では、第１蓄電池１２の充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を設定するのに、初期ＳＯＣ［％］及び上限ＳＯＣ［％］を用いるのに対して、この実施形態２では、マップＭの相関線Ｌの傾きＳ［Ｖ／％］を用いるようにしている。

この充電制御は、ステップＳ２を構成する図４のステップＳ２ａ〜２ｄに代えて、図８のステップＳ１２ａ〜１２ｃを採用している。

ステップＳ１２ａは、第１蓄電池１２の許容電圧ＶＡ［Ｖ］を導出するステップである。ここで、許容電圧ＶＡ［Ｖ］は、第１蓄電池１２の充電中の充電電圧Ｖ１［Ｖ］から第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］を減算することによって導出される。

ステップＳ１２ｂは、ステップＳ１２ａで導出した許容電圧ＶＡ［Ｖ］を図２中の相関線Ｌの傾きＳ［Ｖ／％］で除算するステップである。このステップＳ１２ｂによれば、その除算値Ｄ［％］が導出される。

ステップＳ１２ｃは、ステップＳ１２ｂで導出した除算値Ｄ［％］を充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］に換算するステップである。具体的には、除算値Ｄ［％］と第１蓄電池１２の電池容量［Ａｈ］との積算によって、第１蓄電池１２の充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］が導出される。

上述のステップＳ１２ａからステップＳ１２ｃまでの処理を、図９のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第１蓄電池１２の充電率ＳＯＣと開回路電圧ＯＣＶとの相関Ｌについて予め準備されたマップＭと、第１蓄電池１２の充電中の充電電圧Ｖ１［Ｖ］と、第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］と、に基づく充電容量閾値Ｑｔｈ［Ｖ］を、充電容量Ｑ［Ａｈ］の判定のための上限閾値としている。

上述の実施形態２によれば、充電容量閾値Ｑｔｈ［Ａｈ］を設定するためのステップの数を実施形態１の場合よりも少なくできる。このため、この設定の演算に要するコストを実施形態１に比べて低く抑えることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３の電池パック２１０は、実施形態１と同様に図１の電源システム１を構成するものである。この電池パック２１０は、実施形態１の電池パック１０と同様のシステム構成を有する。一方で、この電池パック１１０による充電制御は、電池ＥＣＵ１６が図１０中のステップＳ１からステップＳ９までの処理を順次実行することによって達成される。

この充電制御において、ステップＳ１０２と、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９が実施形態１と相違しており、その他のステップは実施形態１と一致している。即ち、図１０中のステップＳ１０３〜Ｓ１０６のそれぞれが、図３中のステップＳ３〜Ｓ６のそれぞれと一致している。

概して、実施形態１では、第１蓄電池１２の充電終了のタイミングをその充電容量Ｑ［Ａｈ］に基づいて判定しているのに対して、この実施形態３では、第１蓄電池１２の充電終了のタイミングをその充電電圧Ｖ１［Ｖ］に基づいて判定するようにしている。

ステップＳ１０２は、図４中のステップＳ２ａと同じものであり、図２のマップＭの相関線Ｌを用いて初期ＳＯＣ［％］を導出するステップである。
なお、必要に応じて、このステップＳ１０２を省略することもできる。

ステップＳ１０７は、第１蓄電池１２の電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］を設定するステップである。この電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］は、第１蓄電池１２の充電電圧Ｖ１［Ｖ］として許容される上限閾値を示すものであり、上限電圧が低い方の第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］によって定まる。このステップＳ１０７は、図１１中のステップＳ１０７ａ及びステップ１０７ｂの処理によって具現化される。

ステップＳ１０７ａは、第１蓄電池１２の過電圧ΔＶ［Ｖ］を導出するステップである。ここで、過電圧ΔＶ［Ｖ］は、第１蓄電池１２の充電中のパラメータである充電電圧Ｖ１［Ｖ］の補正値であり、電流センサ１４によって検出された電流Ｉ［Ａ］と、温度センサ１５によって検出された温度Ｔ［℃］から算出した抵抗Ｒ［Ω］と、の積算によって得られる。

ステップＳ１０７ｂは、ステップＳ１０７ａで導出した過電圧ΔＶ［Ｖ］から電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］を導出するステップである。ここで、電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］は、第１蓄電池１２の充電中の充電電圧Ｖ１［Ｖ］にステップＳ１０７ａで導出した過電圧ΔＶ［Ｖ］を加算することによって導出される。

図１０に戻り、ステップＳ１０８は、第１蓄電池１２の充電中の充電電圧Ｖ１［Ｖ］がステップＳ１０７で設定された電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電電圧Ｖ１［Ｖ］を電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］と対比することによって可能になる。

ステップＳ１０９は、充電電圧Ｖ１［Ｖ］が電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］に達したという判定がなされた（ステップＳ１０８がＹｅｓである）ことを条件に、第１スイッチ１１をオンからオフに切換制御するステップである。このステップＳ１０９によれば、第１蓄電池１２は、発電機２から分離されるためその充電が終了する。即ち、充電電圧Ｖ１［Ｖ］が電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］に達するまで第１蓄電池１２の充電を継続する。

上述のステップＳ１０７ａ及びステップＳ１０７ｂの処理を、図１２のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第１蓄電池１２の充電中の電流Ｉ［Ａ］と抵抗Ｒ［Ω］とによって定まる過電圧ΔＶ［Ｖ］）で充電電圧Ｖ１［Ｖ］を補正した電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］を、充電電圧Ｖ１［Ｖ］の判定のための上限閾値としている。

上述の実施形態３によれば、第１蓄電池１２の充電電圧Ｖ１［Ｖ］を用いることによって、第１スイッチ１１をオンからオフに切換える判定に使用する電圧閾値Ｖｔｈ［Ｖ］の設定を行うことができる。この設定により、開回路電圧Ｖ１ｂ［Ｖ］が上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］を超えないようにするための充電条件の精度を高めることができる。
また、第１蓄電池１２は第２蓄電池２２に比べて抵抗Ｒ［Ω］が小さく過電圧ΔＶ［Ｖ］も小さいため、充電制御が容易になる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態４）
図１３に示されるように、実施形態４に係る電源システム３０１は、実施形態１に係る電源システム１の電流制限機構である第２スイッチ２１に代えてセレクタ３０が設けられている点で実施形態１と相違している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

セレクタ３０は、発電機２と第２蓄電池２２との間の通電経路上で互いに背面接続（バック・ツー・バック接続）された２つのＭＯＳ−ＦＥＴ３１，３１を有する。このＭＯＳ−ＦＥＴ３１の制御端子としてのゲート端子にセレクタ制御回路３２が接続されている。

このセレクタ３０において、セレクタ制御回路３２が２つのＭＯＳ−ＦＥＴ３１，３１の一方をオンに且つ他方をオフに制御することによって、予め設定された設定電位差以上の電位差が生じたときに電流が流れる一方で、設定電位差を下回る電位差の場合には電流が流れなくなる。設定電位差は、ＭＯＳ−ＦＥＴ３１の半導体材料によって定まる。セレクタ３０は、このような原理によって、２つのスイッチ１１，２１と同様の電流制限機能を発揮する。

実施形態４の電池パック３１０において、電池ＥＣＵ１６は、第１蓄電池１２の充電中に第２蓄電池２２との間に設定電位差以上の電位差が生じて第２蓄電池２２側へ電流が流れたことを電流センサ２４が検出したことを条件に、第１スイッチ１１をオンからオフに制御するように構成されている。

上述の実施形態４によれば、セレクタ３０が第２蓄電池２２に対する第１蓄電池１２の相対的な電位差を決めるため、第１蓄電池１２と第２蓄電池２２との間の電圧変動を抑制できる。この抑制効果を高めるために、設定電位差が第２蓄電池２２の上限電圧Ｖ２ｍ［Ｖ］の例えば５％程度となるように、ＭＯＳ−ＦＥＴ３１の半導体材料を選定するのが好ましい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

なお、この実施形態４に関連して、上記のセレクタ３０に代えて、ＤＣ（直流）をＤＣ（直流）へ変換する機器であるＤＣ−ＤＣコンバータを用いて第１蓄電池１２と第２蓄電池２２との間の電位差を設定することもできる。

（実施形態５）
図１４に示されるように、実施形態５に係る電源システム４０１は、実施形態１に係る電源システム１の構成要素に加えて、３つの負荷４，５，６を備えている。また、実施形態５の電池パック４１０は、そのシステム構成が実施形態１の電池パック１０と相違している。図１４では、便宜上、図１中の電池ＥＣＵ１６及びセンサ類について、その記載を省略している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

電池パック４１０は、電池パック１０の構成要素に加えて、４つの端子１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆと、電力供給機構４０と、バイパス機構５０と、を備えている。なお、図１４中のスイッチ１７は、実施形態１のスイッチ２１に相当するスイッチであり、電池パック４１０の一構成である。

電池パック４１０は、端子１０ｂにおいて負荷３に接続され、端子１０ｄにおいて負荷４に接続され、端子１０ｅにおいて負荷５に接続され、端子１０ｆにおいて負荷６に接続されている。

なお、この電池パック４１０の端子の数は、車両に搭載される負荷の数に応じて適宜に設定されるのが好ましい。これにより、電池パック４１０の汎用性を高めることが可能になる。

電力供給機構４０は、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２のそれぞれの電力を第１蓄電池２２に電気的に接続された４つの負荷３，４，５，６のそれぞれに選択的に供給可能に構成されている。この機能を実現するために、電力供給機構４０は、２つのスイッチ４２，４３を備えている。

これら２つのスイッチ４２，４３は、第１蓄電池１２の正極端子を２つのスイッチ１１，１７を通ることなく端子１０ｂに接続する接続経路４１上にオンオフ可能に設けられている。また、この接続経路４１は、２つのスイッチ４２，４３の間から分岐して３つの端子１０ｄ，１０ｅ，１０ｆのそれぞれに接続されている。

スイッチ４２は、半導体スイッチであるＳ−ＭＯＳスイッチとして構成されており、スイッチ４３は、半導体スイッチであるＳ−ＳＭＲスイッチとして構成されている。これら２つのスイッチ４２，４３はそれぞれ、電池ＥＣＵ１６からの制御信号によってオン状態或いはオフ状態に設定されるように構成されている。

バイパス機構５０は、第１蓄電池１２をバイパスして発電機２と第２蓄電池２２とを電気的に接続可能に構成されている。この機能を実現するために、バイパス機構５０は、２つのバイパスリレー５２，５３を備えている。これら２つのバイパスリレー５２，５３は、電池パック４１０をバイパスして発電機２側の径路と第２蓄電池２２側の経路を接続するバイパス経路５１上に直列に設けられている。このバイパス経路５１は、端子１０ｃと３つの端子１０ｄ，１０ｅ，１０ｆのそれぞれとを接続している。

２つのバイパスリレー５２，５３はいずれも、常閉式の電磁リレーとして構成されており、通常時は電池ＥＣＵ１６から励磁電流が常時出力されることで開放状態に制御される一方で、電源失陥時に電池ＥＣＵ１６からの励磁電流の出力が停止されることによって閉鎖状態になる。

上述の実施形態５によれば、電力供給機構４０の２つのスイッチ４２，４３を適宜に制御することによって、発電機２から第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２に充電しながら、これら第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２のいずれからでも４つの負荷３，４，５，６のそれぞれに電力を供給することが可能になる。即ち、充電と放電を同時に行うことができる。例えば、第１蓄電池１２の充電中に第２蓄電池２２の電力を、電池パック４１０を挟んで反対側に設置されている３つの負荷４，５，６に供給することができる。

また、実施形態５によれば、バイパス機構５０を使用することによって、電池パック４１０の故障や電源失陥などが発生したときでも、発電機２や第２蓄電池２２の電力のみで４つの負荷３，４，５，６のそれぞれを作動させることが可能になる。この場合、電源システム４０１から電池パック４１０のみが除去されたのと同様の電源システムが構築される。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

なお、この実施形態５に関連して、電力供給機構４０及びバイパス機構５０の両方を備える構造に代えて、電力供給機構４０及びバイパス機構５０のいずれか一方を備える構造を採用することもできる。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、第１蓄電池１２としてリチウム蓄電池（正極にリン鉄リチウム、負極にカーボン）を用い、第２蓄電池２２として鉛蓄電池を用いる場合について例示したが、第１蓄電池１２及び第２蓄電池２２については、これに限定されるものではなく、以下のような変更例を採用することもできる。

第１蓄電池１２として、正極にニッケルマンガンコバルト酸リチウムを用い負極にカーボンを用いたリチウム蓄電池、正極にマンガン酸リチウムを用い負極にチタン酸リチウムを用いたリチウム蓄電池、正極にナトリウム金属酸化物を用い負極にカーボンを用いたナトリウム蓄電池、マグネシウム電池、アルミニウム空気電池、リチウムイオンキャパシタなどを採用することもできる。

第２蓄電池２２として、正極にナトリウム金属酸化物を用い負極にカーボンを用いたナトリウム蓄電池、正極にマンガン酸リチウムを用い負極にチタン酸リチウムを用いたリチウム蓄電池などを採用することもできる。

２ 発電機
３，４，５，６ 負荷
８ 画像処理装置（場所情報検出装置）
１０，１１０，２１０，３１０,４１０ 電池パック（車両用蓄電装置）
１１ 第１スイッチ（第１電流制限機構）
１２ 第１蓄電池（リチウム蓄電池）
１６ 電池ＥＣＵ（制御部）
２１ 第２スイッチ（第２電流制限機構）
２２ 第２蓄電池（鉛蓄電池）
３０ セレクタ（第２電流制限機構）
３１ ＭＯＳ−ＦＥＴ
４０ 電力供給機構
５０ バイパス機構
Ｉ 電流
Ｍ マップ
Ｑ 充電容量
Ｑｔｈ 充電容量閾値（上限閾値）
Ｒ 抵抗
ＳＯＣ 充電率
Ｖ１ 充電電圧
Ｖｔｈ 電圧閾値（上限閾値）
Ｖ１ｍ，Ｖ２ｍ 上限電圧
Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，ＯＣＶ 開回路電圧
ΔＶ 過電圧

Claims (12)

1. 車両に搭載される車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）であって、
   発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
   上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
   を備え、
   上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
   上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件として上記第１蓄電池の充電中のパラメータである充電容量（Ｑ）または充電電圧（Ｖ１）が上記第２蓄電池の上記上限電圧から定まる上限閾値（Ｑｔｈ，Ｖｔｈ）を超えないような充電条件で上記充電制御を行う、車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）。
2. 上記制御部は、上記充電容量を上記パラメータとしたとき、上記第１蓄電池の充電率（ＳＯＣ）と開回路電圧（ＯＣＶ）との相関について予め準備されたマップ（Ｍ）と、上記第２蓄電池の上記上限電圧と、に基づく充電容量閾値（Ｑｔｈ）を上記上限閾値とする、請求項１に記載の車両用蓄電装置。
3. 上記制御部は、上記充電電圧を上記パラメータとしたとき、上記第１蓄電池の充電中の電流（Ｉ）と抵抗（Ｒ）とによって定まる過電圧（ΔＶ）で上記充電電圧を補正した電圧閾値（Ｖｔｈ）を上記上限閾値とする、請求項１に記載の車両用蓄電装置。
4. 上記制御部は、上記パラメータが上記上限閾値に達するまで上記第１蓄電池の充電を継続する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用蓄電装置。
5. 上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の上記開回路電圧が上記第２蓄電池の上記上限電圧以下となり、且つ上記第２蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ２ｂ）以上となる条件を上記充電条件として設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用蓄電装置。
6. 上記充電条件において、上記第１蓄電池の充電終了後の上記開回路電圧が上記第２蓄電池の充電終了後の上記開回路電圧と等電圧になる、請求項５に記載の車両用蓄電装置。
7. 上記第１蓄電池は、その抵抗（Ｒ）が上記第２蓄電池を下回るように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用蓄電装置。
8. 車両に搭載される車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）であって、
   発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
   上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
   を備え、
   上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
   上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行い、
   上記制御部は、上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための経路上に設けられた第１電流制限機構（１１）と、上記発電機で発生した電力を上記第２蓄電池に充電するための経路上に設けられた第２電流制限機構（２１，３０）と、によって上記第１蓄電池及び上記第２蓄電池のそれぞれに流れる電流を制限することによって上記充電制御を行う、車両用蓄電装置（１０，１１０，２１０，３１０，４１０）。
9. 上記第２電流制限機構は、オンオフ可能なスイッチ（２１）と、互いに背面接続された２つのＭＯＳ−ＦＥＴ（３１，３１）を有するセレクタ（３０）と、のいずれかによって構成されている、請求項８に記載の車両用蓄電装置。
10. 車両に搭載される車両用蓄電装置（４１０）であって、
    発電機（２）に電気的に接続された第１蓄電池（１２）と、
    上記発電機で発生した電力を上記第１蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部（１６）と、
    を備え、
    上記第１蓄電池は、その上限電圧（Ｖ１ｍ）を下回る上限電圧（Ｖ２ｍ）を有する第２蓄電池（２２）に電気的に接続され、
    上記制御部は、上記第１蓄電池の充電終了後の開回路電圧（Ｖ１ｂ）が上記第２蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行い、
    上記第１蓄電池及び上記第２蓄電池のそれぞれの電力を上記第１蓄電池に電気的に接続された複数の負荷のそれぞれに選択的に供給可能に構成された電力供給機構（４０）と、上記第１蓄電池をバイパスして上記発電機と上記第２蓄電池とを電気的に接続可能に構成されたバイパス機構（５０）と、の少なくとも一方を備える、車両用蓄電装置（４１０）。
11. 上記第１蓄電池がリチウム蓄電池であり、上記第２蓄電池が鉛蓄電池である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車両用蓄電装置。
12. 上記リチウム蓄電池は、正極にオリビン構造を有する素材が用いられている、請求項１１に記載の車両用蓄電装置。

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