JP7023586B2 - 車両電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両電源装置に関する。
従来、車両電源装置として、例えば、特許文献１には、充電時には複数のバッテリを直列に接続し、走行時には複数のバッテリを並列に接続する電気自動車のバッテリ制御装置が開示されている。
特開２０１８－８５７９０号公報
ところで、上述の特許文献１に記載の電気自動車のバッテリ制御装置は、例えば、予備バッテリを別途設け、通常使用するバッテリの故障時には予備バッテリから電力を供給することで走行を継続することが考えられるが、このようなバッテリの故障時に電力を適正に供給することが望まれている。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バックアップ機能を有した電源系を適正に構築することができる車両電源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両電源装置は、車両に搭載され負荷部に電力を供給する複数のバッテリと、前記複数のバッテリの相互の接続を切り替える切替部と、前記切替部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のバッテリから前記負荷部に電力を供給する場合、前記切替部を制御し、前記複数のバッテリのうち前記負荷部に電力を供給しない少なくとも１つのバッテリであるバックアップバッテリと、前記バックアップバッテリを除いた残りのバッテリを直列に接続した給電用直列バッテリ群とを形成し、前記給電用直列バッテリ群から前記負荷部に電力を供給し、予め定められた条件が成立した場合に前記給電用直列バッテリ群に含まれるバッテリと前記バックアップバッテリとを順次切り替えるものであって、予め前記複数のバッテリに序列が付けられており、当該複数のバッテリの中で先頭のバッテリから順番に前記バックアップバッテリに切り替え、最後尾のバッテリまでくると前記先頭のバッテリに戻って当該先頭のバッテリを前記バックアップバッテリに切り替えるものであり、前記車両の走行距離が予め定められた基準距離を超えた場合、又は、前記複数のバッテリの充電回数が予め定められた基準回数を超えた場合、前記複数のバッテリの充電完了後及び前記車両の停止状態で、前記条件が成立したとして、前記給電用直列バッテリ群に含まれるバッテリと前記バックアップバッテリとを切り替えることを特徴とする。
上記車両電源装置において、前記制御部は、充電器により前記複数のバッテリを充電する場合、前記切替部を制御し、前記複数のバッテリにおいて同数のバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群を複数形成し、且つ、それぞれの前記充電用直列バッテリ群を並列に接続した並列バッテリ群を形成し、前記充電器から供給される電力を前記並列バッテリ群に充電することが好ましい。
上記車両電源装置において、前記制御部は、前記給電用直列バッテリ群の充電量が予め定められた基準充電量よりも低下した場合、前記切替部を制御し、前記バックアップバッテリも含めて前記複数のバッテリを全て直列に接続した緊急用直列バッテリ群を形成し、前記緊急用直列バッテリ群から前記負荷部に電力を供給することが好ましい。
本発明に係る車両電源装置は、給電用直列バッテリ群に含まれるバッテリとバックアップバッテリとを順次切り替えるので、各バッテリの劣化状態のバラツキを抑制することができ、この結果、バックアップ機能を有した電源系を適正に構築することができる。
図１は、実施形態に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る車両電源装置の充電例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る車両電源装置の第１給電例を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係る車両電源装置の第２給電例を示すブロック図である。 図５は、実施形態に係る車両電源装置の第３給電例を示すブロック図である。 図６は、実施形態に係る車両電源装置の第４給電例を示すブロック図である。 図７は、実施形態に係る車両電源装置の充電量低下時の給電例を示すブロック図である。 図８は、実施形態に係る車両電源装置の動作例を示すフローチャートである。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
図面を参照しながら実施形態に係る車両電源装置１について説明する。図１は、実施形態に係る車両電源装置１の構成例を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る車両電源装置１の充電例を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る車両電源装置１の第１給電例を示すブロック図である。図４は、実施形態に係る車両電源装置１の第２給電例を示すブロック図である。図５は、実施形態に係る車両電源装置１の第３給電例を示すブロック図である。図６は、実施形態に係る車両電源装置１の第４給電例を示すブロック図である。
車両電源装置１は、車両に搭載され、充電した電力を走行用のモータ（負荷部）Ｍに供給するものである。車両は、例えば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の電動車両である。
車両電源装置１は、例えば、充電器Ｃのコネクタが車両のインレットに接続され、インレットを介して充電器Ｃから供給される電力をバッテリユニット１０に充電する。そして、車両電源装置１は、充電した電力を走行用のモータＭに供給する。以下、車両電源装置１について詳細に説明する。
車両電源装置１は、図１に示すように、バッテリユニット１０と、遮断器２０と、切替部としてのスイッチユニット３０と、スイッチ制御部４０とを備えている。
バッテリユニット１０は、直流電力を充放電可能な蓄電池の集合体である。バッテリユニット１０は、例えば、複数のバッテリとして第１～第４バッテリ１１～１４を含んで構成される。第１バッテリ１１は、直流電力を充放電可能な蓄電池である。第１バッテリ１１は、複数の電池セルを有する。各電池セルは、それぞれが充放電可能な二次電池で構成され、例えば、リチウムイオン電池で構成されている。各電池セルは、隣接する電池セルと互いに直列に接続されている。なお、第２～第４バッテリ１２～１４も、第１バッテリ１１と同等に構成されている。そして、第１～第４バッテリ１１～１４は、同等の放電容量を有している。バッテリユニット１０は、充電器Ｃに接続され、当該充電器Ｃから供給される電力を充電する。また、バッテリユニット１０は、モータＭに接続され、充電した電力をモータＭに供給する。
遮断器２０は、バッテリユニット１０と充電器Ｃ及びモータＭとを通電又は遮断するものである。遮断器２０は、例えば、バッテリユニット１０と充電器Ｃとの間に配置されている。遮断器２０は、充電器Ｃによりバッテリユニット１０を充電している際に、当該充電器Ｃが短絡した場合、バッテリユニット１０と充電器Ｃとの接続を遮断する。遮断器２０は、バッテリユニット１０とモータＭとの間に配置されている。遮断器２０は、例えば、バッテリユニット１０からモータＭに電力を供給している際に、当該モータＭが短絡した場合、バッテリユニット１０とモータＭとの接続を遮断する。
スイッチユニット３０は、バッテリユニット１０の第１～第４バッテリ１１～１４の相互の接続を切り替えるものである。スイッチユニット３０は、複数のスイッチ３１～３８を含んで構成される。スイッチ３１は、第１バッテリ１１の正極側に設けられ、基準端子３１ａと、選択端子３１ｂ～３１ｄとを含んで構成される。基準端子３１ａは、第１バッテリ１１の正極に接続され、選択端子３１ｂは、第３バッテリ１３の負極に接続され、選択端子３１ｄは、第２バッテリ１２の負極に接続されている。選択端子３１ｃは、第１バッテリ１１を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３１は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３１ａと各選択端子３１ｂ～３１ｄとの接続を切り替える。スイッチ３１は、例えば、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｂを接続することにより、第１バッテリ１１の正極と第３バッテリ１３の負極とを接続する。スイッチ３１は、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｄを接続することにより、第１バッテリ１１の正極と第２バッテリ１２の負極とを接続する。スイッチ３１は、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｃを接続することにより、第１バッテリ１１の正極を電気的に非接続とする。
スイッチ３２は、第１バッテリ１１の負極側に設けられ、基準端子３２ａと、選択端子３２ｂ、３２ｃとを含んで構成される。基準端子３２ａは、第１バッテリ１１の負極に接続され、選択端子３２ｃは、第２バッテリ１２の負極及び充電器Ｃの負極、並びに、モータＭの負極に接続されている。選択端子３２ｂは、第１バッテリ１１を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３２は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３２ａと各選択端子３２ｂ、３２ｃとの接続を切り替える。スイッチ３２は、例えば、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｃを接続することにより、第１バッテリ１１の負極と第２バッテリ１２の負極及び充電器Ｃの負極とを接続する。また、スイッチ３２は、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｃを接続することにより、第１バッテリ１１の負極とモータＭの負極とを接続する。スイッチ３２は、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｂを接続することにより、第１バッテリ１１の負極を電気的に非接続とする。
スイッチ３３は、第２バッテリ１２の正極側に設けられ、基準端子３３ａと、選択端子３３ｂ～３３ｄとを含んで構成される。基準端子３３ａは、第２バッテリ１２の正極に接続され、選択端子３３ｂは、第４バッテリ１４の負極に接続され、選択端子３３ｄは、第３バッテリ１３の負極に接続されている。選択端子３３ｃは、第１バッテリ１１を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３３は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３３ａと各選択端子３３ｂ～３３ｄとの接続を切り替える。スイッチ３３は、例えば、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｂを接続し、第２バッテリ１２の正極と第４バッテリ１４の負極とを接続する。スイッチ３３は、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｄを接続し、第２バッテリ１２の正極と第３バッテリ１３の負極とを接続する。スイッチ３３は、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｃを接続し、第２バッテリ１２の正極を電気的に非接続とする。
スイッチ３４は、第２バッテリ１２の負極側に設けられ、基準端子３４ａと、選択端子３４ｂ～３４ｄとを含んで構成される。基準端子３４ａは、第２バッテリ１２の負極に接続され、選択端子３４ｂは、第１バッテリ１１の正極に接続されている。選択端子３４ｄは、第１バッテリ１１の負極及び充電器Ｃの負極、並びに、モータＭの負極に接続されている。選択端子３４ｃは、第２バッテリ１２を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３４は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３４ａと各選択端子３４ｂ～３４ｄとの接続を切り替える。スイッチ３４は、例えば、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｂを接続し、第２バッテリ１２の負極と第１バッテリ１１の正極とを接続する。スイッチ３４は、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｄを接続し、第２バッテリ１２の負極と第１バッテリ１１の負極及び充電器Ｃの負極とを接続する。また、スイッチ３４は、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｄを接続し、第２バッテリ１２の負極とモータＭの負極とを接続する。スイッチ３４は、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｃを接続し、第２バッテリ１２の負極を電気的に非接続とする。
スイッチ３５は、第３バッテリ１３の正極側に設けられ、基準端子３５ａと、選択端子３５ｂ～３５ｄとを含んで構成される。基準端子３５ａは、第３バッテリ１３の正極に接続され、選択端子３５ｂは、第４バッテリ１４の正極及び充電器Ｃの正極、並びに、モータＭの正極に接続され、選択端子３５ｄは、第４バッテリ１４の負極に接続されている。選択端子３５ｃは、第３バッテリ１３を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３５は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３５ａと各選択端子３５ｂ～３５ｄとの接続を切り替える。スイッチ３５は、例えば、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｂを接続し、第３バッテリ１３の正極と第４バッテリ１４の正極及び充電器Ｃの正極とを接続する。また、スイッチ３５は、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｂを接続し、第３バッテリ１３の正極とモータＭの正極とを接続する。スイッチ３５は、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｄを接続し、第３バッテリ１３の正極と第４バッテリ１４の負極とを接続する。スイッチ３５は、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｃを接続し、第３バッテリ１３の正極を電気的に非接続とする。
スイッチ３６は、第３バッテリ１３の負極側に設けられ、基準端子３６ａと、選択端子３６ｂ～３６ｄとを含んで構成される。基準端子３６ａは、第３バッテリ１３の負極に接続され、選択端子３６ｂは、第２バッテリ１２の正極に接続されている。選択端子３６ｄは、第１バッテリ１１の正極に接続されている。選択端子３６ｃは、第３バッテリ１３を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３６は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３６ａと各選択端子３６ｂ～３６ｄとの接続を切り替える。スイッチ３６は、例えば、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｂを接続し、第３バッテリ１３の負極と第２バッテリ１２の正極とを接続する。スイッチ３６は、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｄを接続し、第３バッテリ１３の負極と第１バッテリ１１の正極とを接続する。スイッチ３６は、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｃを接続し、第３バッテリ１３の負極を電気的に非接続とする。
スイッチ３７は、第４バッテリ１４の正極側に設けられ、基準端子３７ａと、選択端子３７ｂ、３７ｃとを含んで構成される。基準端子３７ａは、第４バッテリ１４の正極に接続され、選択端子３７ｃは、第３バッテリ１３の正極及び充電器Ｃの正極、並びに、モータＭの正極に接続されている。選択端子３７ｂは、第４バッテリ１４を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３７は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３７ａと各選択端子３７ｂ、３７ｃとの接続を切り替える。スイッチ３７は、例えば、基準端子３７ａ及び選択端子３７ｃを接続し、第４バッテリ１４の正極と第３バッテリ１３の正極及び充電器Ｃの正極とを接続する。また、スイッチ３７は、基準端子３７ａ及び選択端子３７ｃを接続し、第４バッテリ１４の正極とモータＭの正極とを接続する。スイッチ３７は、基準端子３７ａ及び選択端子３７ｂを接続し、第４バッテリ１４の正極を電気的に非接続とする。
スイッチ３８は、第４バッテリ１４の負極側に設けられ、基準端子３８ａと、選択端子３８ｂ～３８ｄとを含んで構成される。基準端子３８ａは、第４バッテリ１４の負極に接続され、選択端子３８ｂは、第２バッテリ１２の正極に接続されている。選択端子３８ｄは、第３バッテリ１３の正極に接続されている。選択端子３８ｃは、第４バッテリ１４を遮断するための端子であり、電気的に非接続である。スイッチ３８は、スイッチ制御部４０の切替信号に基づいて、基準端子３８ａと各選択端子３８ｂ～３８ｄとの接続を切り替える。スイッチ３８は、例えば、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｂを接続し、第４バッテリ１４の負極と第２バッテリ１２の正極とを接続する。スイッチ３８は、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｄを接続し、第４バッテリ１４の負極と第３バッテリ１３の正極とを接続する。スイッチ３８は、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｃを接続し、第３バッテリ１３の負極を電気的に非接続とする。
スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０と充電器Ｃ又はモータＭとの接続を切り替えると共に、スイッチユニット３０を制御するものである。スイッチ制御部４０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。
スイッチ制御部４０は、充電器Ｃによりバッテリユニット１０を充電する場合、切替信号によりスイッチユニット３０を制御し、バッテリユニット１０において同数のバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群Ｂ１を複数形成する。この例では、スイッチ制御部４０は、図２に示すように、２つのバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群Ｂ１を２つ形成する。スイッチ制御部４０は、例えば、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｂを接続し、且つ、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｄを接続することで、第１バッテリ１１及び第３バッテリ１３を直列に接続した第１の充電用直列バッテリ群Ｂ１を形成する。また、スイッチ制御部４０は、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｂを接続し、且つ、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｂを接続することで、第２バッテリ１２及び第４バッテリ１４を直列に接続した第２の充電用直列バッテリ群Ｂ１を形成する。そして、スイッチ制御部４０は、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｃを接続し且つ基準端子３４ａ及び選択端子３４ｄを接続し、並びに、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｂを接続し且つ基準端子３７ａ及び選択端子３７ｃを接続することで、第１の充電用直列バッテリ群Ｂ１及び第２の充電用直列バッテリ群Ｂ１を並列に接続した並列バッテリ群Ｂ２を形成する。つまり、スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０の第１～第４バッテリ１１～１４を２直列、２並列に接続した回路である並列バッテリ群Ｂ２を形成する。スイッチ制御部４０は、形成した並列バッテリ群Ｂ２と充電器Ｃとを接続し、充電器Ｃから供給される電力を並列バッテリ群Ｂ２に充電する。
スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０からモータＭに電力を供給する場合、切替信号によりスイッチユニット３０を制御し、図３に示すように、バックアップバッテリＢ３と、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａとを形成する。バックアップバッテリＢ３は、バッテリユニット１０の第１～第４バッテリ１１～１４のうちモータＭに電力を供給しない少なくとも１つのバッテリである。この例では、第１～第４バッテリ１１～１４のうち１つのバッテリをバックアップバッテリＢ３とするが、これに限定されず、複数のバッテリをバックアップバッテリＢ３としてもよい。給電用直列バッテリ群Ｂ４ａは、第１～第４バッテリ１１～１４のうちバックアップバッテリＢ３を除いた残りのバッテリを直列に接続したバッテリである。
スイッチ制御部４０は、例えば、図３に示すように、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｃを接続し、且つ、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｂを接続することで、第１バッテリ１１を遮断して当該第１バッテリ１１をバックアップバッテリＢ３とする。そして、スイッチ制御部４０は、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｄを接続し、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｂを接続し、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｄを接続し、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｄを接続することで、第２～第４バッテリ１２～１４を直列に接続した給電用直列バッテリ群Ｂ４ａを形成する。そして、スイッチ制御部４０は、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｄを接続し、且つ、基準端子３７ａ及び選択端子３７ｃを接続することで、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａをモータＭに接続し、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａからモータＭに電力を供給する。このとき、バックアップバッテリＢ３である第１バッテリ１１は、満充電された状態で遮断されている。
スイッチ制御部４０は、予め定められた条件が成立した場合に、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを順次切り替える。スイッチ制御部４０は、例えば、予め定められた条件として、充電器Ｃによりバッテリユニット１０の充電が完了後に車両が停車した状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを順次切り替える。これにより、スイッチ制御部４０は、第１～第４バッテリ１１～１４の充電量（充電率）がほぼ等しい状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを切り替えることができる。これにより、スイッチ制御部４０は、バッテリ切替時に各バッテリ間で電流が流れることを抑制することができ、電力の損失やバッテリの発熱を抑制することができる。
スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａからモータＭに電力を供給後、当該給電用直列バッテリ群Ｂ４ａの充電量が低下した場合、上述の図２に示したように、並列バッテリ群Ｂ２を形成して充電器Ｃによりバッテリユニット１０を充電する。そして、スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０の充電が完了後に車両が停車した状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３（第１バッテリ１１）とを切り替える。スイッチ制御部４０は、例えば、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれる第２バッテリ１２とバックアップバッテリＢ３（第１バッテリ１１）とを切り替える。スイッチ制御部４０は、例えば、図４に示すように、スイッチユニット３０を制御し、第２バッテリ１２をバックアップバッテリＢ３として形成し、且つ、第１バッテリ１１、第３バッテリ１３、及び、第４バッテリ１４を直列に接続した給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂを形成する。そして、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂをモータＭに接続し、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂからモータＭに電力を供給する。このとき、バックアップバッテリＢ３である第２バッテリ１２は、満充電された状態で遮断されている。
同様に、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂからモータＭに電力を供給後、当該給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂの充電量が少なくなった場合、上述の図２に示したように、並列バッテリ群Ｂ２を形成して充電器Ｃによりバッテリユニット１０を充電する。そして、スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０の充電が完了後に車両が停車した状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｂに含まれる第３バッテリ１３とバックアップバッテリＢ３（第２バッテリ１２）とを切り替える。スイッチ制御部４０は、例えば、図５に示すように、スイッチユニット３０を制御し、第３バッテリ１３をバックアップバッテリＢ３として形成し、且つ、第１バッテリ１１、第２バッテリ１２、及び、第４バッテリ１４を直列に接続した給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃを形成する。そして、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃをモータＭに接続し、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃからモータＭに電力を供給する。このとき、バックアップバッテリＢ３である第３バッテリ１３は、満充電された状態で遮断されている。
同様に、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃからモータＭに電力を供給後、当該給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃの充電量が少なくなった場合、上述の図２に示したように、並列バッテリ群Ｂ２を形成して充電器Ｃによりバッテリユニット１０を充電する。そして、スイッチ制御部４０は、バッテリユニット１０の充電が完了後に車両が停車した状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｃに含まれる第４バッテリ１４とバックアップバッテリＢ３（第３バッテリ１３）とを切り替える。スイッチ制御部４０は、例えば、図６に示すように、スイッチユニット３０を制御し、第４バッテリ１４をバックアップバッテリＢ３として形成し、且つ、第１バッテリ１１、第２バッテリ１２、及び、第３バッテリ１３を直列に接続した給電用直列バッテリ群Ｂ４ｄを形成する。そして、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｄをモータＭに接続し、給電用直列バッテリ群Ｂ４ｄからモータＭに電力を供給する。このとき、バックアップバッテリＢ３である第４バッテリ１４は、満充電された状態で遮断されている。
このように、スイッチ制御部４０は、図３～図６に示したように、給電用直列バッテリ群Ｂ４（Ｂ４ａ～Ｂ４ｄ）に含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを予め定められた順番で切り替える。この例では、スイッチ制御部４０は、第１バッテリ１１、第２バッテリ１２、第３バッテリ１３、第４バッテリ１４の順番で、給電用直列バッテリ群Ｂ４に含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを切り替える。言い換えれば、スイッチ制御部４０は、複数のバッテリに順序を付けて並べることで序列を付け、先頭のバッテリから順番にバックアップバッテリＢ３に切り替え、最後尾のバッテリまでくると、再度、先頭のバッテリに戻ってバックアップバッテリＢ３に切り替える。
次に、車両電源装置１の充電量低下時の給電例について説明する。図７は、実施形態に係る車両電源装置１の充電量低下時の給電例を示すブロック図である。スイッチ制御部４０は、走行用のモータＭを駆動させる場合に、予め定められた基準充電量に基づいて、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が十分であるか、或いは不十分であるかを判定する。スイッチ制御部４０は、例えば、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量と基準充電量とを比較し、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が基準充電量よりも低下した場合、スイッチユニット３０を制御し、緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成する。スイッチ制御部４０は、例えば、図７に示すように、バックアップバッテリＢ３も含めて第１～第４バッテリ１１～１４を全て直列に接続して緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成する。スイッチ制御部４０は、例えば、基準端子３１ａ及び選択端子３１ｄを接続し、基準端子３４ａ及び選択端子３４ｂを接続し、基準端子３３ａ及び選択端子３３ｄを接続し、基準端子３６ａ及び選択端子３６ｂを接続し、基準端子３５ａ及び選択端子３５ｄを接続し、基準端子３８ａ及び選択端子３８ｄを接続することで、第１バッテリ１１～第４バッテリ１４を全て直列に接続した緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成する。そして、スイッチ制御部４０は、基準端子３２ａ及び選択端子３２ｃを接続し、且つ、基準端子３７ａ及び選択端子３７ｃを接続することで、緊急用直列バッテリ群Ｂ５をモータＭに接続し、緊急用直列バッテリ群Ｂ５からモータＭに電力を供給する。なお、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が基準充電量以上である場合、緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成せずに、給電用直列バッテリ群Ｂ４の構成を維持する。
次に、車両電源装置１の動作例について説明する。図８は、実施形態に係る車両電源装置１の動作例を示すフローチャートである。車両電源装置１において、スイッチ制御部４０は、図８に示すように、充電か否かを判定する（ステップＳ１）。スイッチ制御部４０は、例えば、充電器Ｃのコネクタが車両のインレットに接続されたことを検出すると、充電であると判定する。スイッチ制御部４０は、充電の場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、充電方式を確認し（ステップＳ２）、充電用の並列バッテリ群Ｂ２を形成する（ステップＳ３）。スイッチ制御部４０は、例えば、並列バッテリ群Ｂ２として、バッテリユニット１０の第１～第４バッテリ１１～１４を２直列、２並列に接続した回路を形成する。そして、スイッチ制御部４０は、充電器Ｃから供給される電力を並列バッテリ群Ｂ２に充電し、充電が完了するまで充電を維持する（ステップＳ４）。
スイッチ制御部４０は、充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ５）。スイッチ制御部４０は、例えば、充電器Ｃのコネクタが車両のインレットから取り外されたことを検出すると、充電完了であると判定するが（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、これに限定されず、その他の方法により充電完了を判定してもよい。スイッチ制御部４０は、充電が完了した後、バックアップバッテリＢ３を変更し、給電用直列バッテリ群Ｂ４の再形成を行う（ステップＳ６）。次に、スイッチ制御部４０は、モータＭへの給電開始であるか否かを判定する（ステップＳ７）。スイッチ制御部４０は、モータＭへの給電開始である場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、モータＭへの給電を行い、処理を終了する。
一方、スイッチ制御部４０は、上述のステップＳ１で充電でない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、バッテリユニット１０の状態の確認を行う（ステップＳ８）。スイッチ制御部４０は、例えば、バッテリユニット１０の第１～第４バッテリ１１～１４に短絡等の異常がないか確認を行う。スイッチ制御部４０は、第１～第４バッテリ１１～１４のいずれかに異常が検知された場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、そのバッテリを隔離し、他のバッテリで給電用直列バッテリ群Ｂ４の再形成を行う（ステップＳ１０）。スイッチ制御部４０は、例えば、異常バッテリを隔離し、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａ～Ｂ４ｄのいずれかの接続状態に再形成し（図３～図６参照）、モータＭへの給電を行う。
スイッチ制御部４０は、上述のステップＳ９で、第１～第４バッテリ１１～１４に異常が検知されなかった場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量を確認し（ステップＳ１１）、当該充電量が基準充電量よりも低下したか否かを判定する（ステップＳ１２）。スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が基準充電量よりも低下した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成する（ステップＳ１３）。スイッチ制御部４０は、例えば、バックアップバッテリＢ３も含めて第１～第４バッテリ１１～１４を全て直列に接続して緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成し、モータＭへの給電を行う。スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が基準充電量よりも低下していない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、現在の給電用直列バッテリ群Ｂ４を維持し（ステップＳ１４）、モータＭへの給電を行う。なお、スイッチ制御部４０は、上述のステップＳ５で、充電完了でない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、繰り返し、充電が完了したか否かを判定する。スイッチ制御部４０は、上述のステップＳ７で、モータＭへの給電開始でない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、繰り返し、モータＭへの給電が開始されたか否かを判定する。
以上のように、実施形態に係る車両電源装置１は、第１～第４バッテリ１１～１４と、スイッチユニット３０と、スイッチ制御部４０とを備える。第１～第４バッテリ１１～１４は、車両に搭載され、モータＭに電力を供給する。スイッチユニット３０は、第１～第４バッテリ１１～１４の相互の接続を切り替える。スイッチ制御部４０は、第１～第４バッテリ１１～１４からモータＭに電力を供給する場合、スイッチユニット３０を制御し、第１～第４バッテリ１１～１４のうちモータＭに電力を供給しない少なくとも１つのバッテリであるバックアップバッテリＢ３と、バックアップバッテリＢ３を除いた残りのバッテリを直列に接続した給電用直列バッテリ群Ｂ４とを形成する。そして、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４からモータＭに電力を供給し、予め定められた条件が成立した場合に給電用直列バッテリ群Ｂ４に含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを順次切り替える。
この構成により、車両電源装置１は、第１～第４バッテリ１１～１４の中でバックアップバッテリＢ３をローテーションで切り替えるので、第１～第４バッテリ１１～１４のそれぞれの使用頻度をほぼ等しくすることができる。これにより、車両電源装置１は、第１～第４バッテリ１１～１４の劣化状態（ＳＯＨ；Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）のバラツキを抑制できる。また、車両電源装置１は、第１～第４バッテリ１１～１４にはバックアップバッテリＢ３を含むが、それぞれのバッテリを同種のバッテリとみなすことができ、従来のようにバックアップバッテリ専用のバッテリ監視部等を設ける必要がない。これにより、車両電源装置１は、部品点数の増加を抑制することができ、製造コストを抑制することができる。車両電源装置１は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の異常時にはバックアップバッテリＢ３を用いて電力を供給することができ、信頼性の低下を抑制することができる。この結果、車両電源装置１は、バックアップ機能を有した電源系を適正に構築することができる。
上記車両電源装置１において、スイッチ制御部４０は、充電器Ｃにより第１～第４バッテリ１１～１４を充電する場合、スイッチユニット３０を制御し、第１～第４バッテリ１１～１４において同数のバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群Ｂ１を複数形成する。そして、スイッチ制御部４０は、それぞれの充電用直列バッテリ群Ｂ１を並列に接続した並列バッテリ群Ｂ２を形成し、充電器Ｃから供給される電力を並列バッテリ群Ｂ２に充電する。この構成により、車両電源装置１は、所定の電圧で第１～第４バッテリ１１～１４を同時に充電することができる。
上記車両電源装置１において、スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が予め定められた基準充電量よりも低下した場合、スイッチユニット３０を制御し、バックアップバッテリＢ３も含めて第１～第４バッテリ１１～１４を全て直列に接続した緊急用直列バッテリ群Ｂ５を形成し、この緊急用直列バッテリ群Ｂ５からモータＭに電力を供給する。この構成により、車両電源装置１は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が低下しても、車両の走行を継続することができ、安全な場所まで移動することができる。
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。上記説明では、バッテリユニット１０は、第１～第４バッテリ１１～１４の４つのバッテリを含んで構成される例について説明したが、この個数に限定されない。
バックアップバッテリＢ３は、１つのバッテリである例について説明したが、これに限定されず、複数のバッテリでもよい。
スイッチ制御部４０は、充電完了後及び車両の停止状態を予め定められた条件とし、この条件を満たす場合に、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを順次切り替える例について説明したが、これに限定されない。スイッチ制御部４０は、例えば、予め定められた条件として、車両の走行距離や、バッテリの充電回数等を考慮してもよい。スイッチ制御部４０は、例えば、車両の走行距離が予め定められた基準距離を超えた場合に、充電完了後及び車両の停止状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを切り替えるようにしてもよい。また、スイッチ制御部４０は、バッテリの充電回数が予め定められた基準回数を超えた場合に、充電完了後及び車両の停止状態で、給電用直列バッテリ群Ｂ４ａに含まれるバッテリとバックアップバッテリＢ３とを切り替えるようにしてもよい。
スイッチ制御部４０は、充電器Ｃにより第１～第４バッテリ１１～１４を充電する場合、第１～第４バッテリ１１～１４において同数のバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群Ｂ１を複数形成する例について説明したが、これに限定されず、その他の接続により第１～第４バッテリ１１～１４を充電してもよい。
スイッチ制御部４０は、給電用直列バッテリ群Ｂ４の充電量が予め定められた基準充電量よりも低下した場合、緊急用直列バッテリ群Ｂ５によりモータＭに電力を供給する例について説明したが、これに限定されず、その他の方法によりモータＭに電力を供給してもよい。
スイッチ制御部４０は、第１～第４バッテリ１１～１４の中で異常なバッテリが含まれる場合、当該異常のバッテリを遮断し、残りのバッテリで給電用直列バッテリ群Ｂ４を構成してもよい。
バッテリユニット１０は、第１～第４バッテリ１１～１４を取り外し可能な構成とすることで、各バッテリの交換を容易にできるようにしてもよい。これにより、バッテリユニット１０は、バッテリのリサイクルやリユース等を推進することができる。また、バッテリユニット１０は、第１～第４バッテリ１１～１４を充電済みのバッテリと交換することにより、充電時間の短縮を図ることができ、例えば、カーシェア等での利用が期待できる。
１ 車両電源装置
１１～１４ 第１～第４バッテリ（複数のバッテリ）
３０ スイッチユニット（切替部）
４０ スイッチ制御部（制御部）
Ｂ１ 充電用直列バッテリ群
Ｂ２ 並列バッテリ群
Ｂ３ バックアップバッテリ
Ｂ４、Ｂ４ａ、Ｂ４ｂ、Ｂ４ｃ、Ｂ４ｄ 給電用直列バッテリ群
Ｂ５ 緊急用直列バッテリ群
Ｃ 充電器
Ｍ モータ（負荷部）

Claims (3)

  1. 車両に搭載され負荷部に電力を供給する複数のバッテリと、
    前記複数のバッテリの相互の接続を切り替える切替部と、
    前記切替部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記複数のバッテリから前記負荷部に電力を供給する場合、前記切替部を制御し、前記複数のバッテリのうち前記負荷部に電力を供給しない少なくとも１つのバッテリであるバックアップバッテリと、前記バックアップバッテリを除いた残りのバッテリを直列に接続した給電用直列バッテリ群とを形成し、前記給電用直列バッテリ群から前記負荷部に電力を供給し、予め定められた条件が成立した場合に前記給電用直列バッテリ群に含まれるバッテリと前記バックアップバッテリとを順次切り替えるものであって、予め前記複数のバッテリに序列が付けられており、当該複数のバッテリの中で先頭のバッテリから順番に前記バックアップバッテリに切り替え、最後尾のバッテリまでくると前記先頭のバッテリに戻って当該先頭のバッテリを前記バックアップバッテリに切り替えるものであり、前記車両の走行距離が予め定められた基準距離を超えた場合、又は、前記複数のバッテリの充電回数が予め定められた基準回数を超えた場合、前記複数のバッテリの充電完了後及び前記車両の停止状態で、前記条件が成立したとして、前記給電用直列バッテリ群に含まれるバッテリと前記バックアップバッテリとを切り替えることを特徴とする車両電源装置。
  2. 前記制御部は、充電器により前記複数のバッテリを充電する場合、前記切替部を制御し、前記複数のバッテリにおいて同数のバッテリを直列に接続した充電用直列バッテリ群を複数形成し、且つ、それぞれの前記充電用直列バッテリ群を並列に接続した並列バッテリ群を形成し、前記充電器から供給される電力を前記並列バッテリ群に充電する請求項１に記載の車両電源装置。
  3. 前記制御部は、前記給電用直列バッテリ群の充電量が予め定められた基準充電量よりも低下した場合、前記切替部を制御し、前記バックアップバッテリも含めて前記複数のバッテリを全て直列に接続した緊急用直列バッテリ群を形成し、前記緊急用直列バッテリ群から前記負荷部に電力を供給する請求項１又は２に記載の車両電源装置。
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