以下、電力変換装置の一実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態では、電力変換装置は、電源装置を構成する。
図1に示すように、電源装置11は、内燃機関12を備える車両13に搭載される。内燃機関12は、例えば、エンジンである。車両13は、例えば、自動車である。本実施形態では、車両13は、トラック、バスなどの大型自動車である。
電源装置11は、第1バッテリ21と、第2バッテリ22と、第1電気負荷23と、第2電気負荷24と、オルタネータ25と、電力変換装置としての電力変換部26とを備える。本実施形態の電源装置11は、さらに、第1バッテリセンサ28と、第2バッテリセンサ29とを備える。電源装置11は、さらに、スタータ30を備える。
電源装置11は、上述した複数の構成が複数のラインで接続されることによって構成される。本実施形態の電源装置11は、ラインとして、第1ライン31、第2ライン32、第3ライン33、第4ライン34、第5ライン35、第6ライン36及び第7ライン37を備える。
まず、ラインについて説明する。
第1ライン31は、第1バッテリ21と第2バッテリ22とに接続されるラインである。本実施形態の第1ライン31は、その途中に第1接続点P1を有する。
第2ライン32は、第2バッテリ22と第2電気負荷24とに接続されるラインである。本実施形態の第2ライン32は、その途中に第2接続点P2を有する。
第3ライン33は、第1ライン31と第1電気負荷23とに接続されるラインである。そのため、第3ライン33は、第1ライン31から分岐するともいえる。
第4ライン34は、第2ライン32とオルタネータ25とに接続されるラインである。そのため、第4ライン34は、第2ライン32から分岐するともいえる。本実施形態では、第2ライン32と第4ライン34との接続点を第2接続点P2という。
第5ライン35は、第2ライン32と電力変換部26とに接続されるラインである。そのため、第5ライン35は、第2ライン32から分岐するともいえる。本実施形態の第5ライン35は、第2ライン32に対し、第4ライン34と第2電気負荷24との間に接続される。
第6ライン36は、電力変換部26と第1ライン31とに接続される。そのため、第6ライン36は、第1ライン31から分岐するともいえる。本実施形態の第6ライン36は、第1ライン31に対し、第3ライン33と第2バッテリ22との間に接続される。本実施形態では、第1ライン31と第6ライン36との接続点を第1接続点P1という。
第7ライン37は、第4ライン34とスタータ30とに接続される。そのため、第7ライン37は、第4ライン34から分岐するともいえる。
次に、電源装置11の各種構成について説明する。
第1バッテリ21は、蓄電池である。第1バッテリ21は、例えば、鉛蓄電池であるが、ニッケル水素電池でもよいし、リチウムイオン電池でもよい。本実施形態では、第1バッテリ21は、公称電圧12Vの蓄電池である。
第1バッテリ21の正極端子は、第1ライン31によって、第2バッテリ22と接続される。第1バッテリ21の正極端子は、第1ライン31と第3ライン33とによって、第1電気負荷23と接続される。第1バッテリ21の正極端子は、第1ライン31と第6ライン36とによって、電力変換部26と接続される。第1バッテリ21の負極端子は、接地される。
第2バッテリ22は、蓄電池である。本実施形態では、第2バッテリ22は、第1バッテリ21と同種のバッテリである。そのため、本実施形態では、第2バッテリ22は、鉛蓄電池であるが、ニッケル水素電池でもよいし、リチウムイオン電池でもよい。第2バッテリ22は、公称電圧12Vの蓄電池である。第1バッテリ21と第2バッテリ22とが互いに直列接続されている。そのため、第1バッテリ21と第2バッテリ22とは、互いが直列接続されることによって形成される直列接続体38を構成する。
第2バッテリ22の正極端子は、第2ライン32によって、第2電気負荷24と接続される。第2バッテリ22の正極端子は、第2ライン32と第4ライン34とによって、オルタネータ25と接続される。第2バッテリ22の正極端子は、第2ライン32と第5ライン35とによって、電力変換部26と接続される。第2バッテリ22の正極端子は、第2ライン32と第4ライン34と第7ライン37とによって、スタータ30と接続される。
第2バッテリ22の負極端子は、第1ライン31によって、第1バッテリ21の正極端子と接続される。すなわち、第2バッテリ22の負極端子は、第1ライン31と第3ライン33とによって、第1電気負荷23と接続される。第2バッテリ22の負極端子は、第1ラインと第6ライン36とによって、電力変換部26と接続される。
第1電気負荷23は、第2電気負荷24よりも低い電圧で動作する電気負荷である。第1電気負荷23は、例えば、ヘッドライト、ブレーキランプなどの灯火系の電装部品を含む。第1電気負荷23は、例えば、12Vの電圧が供給されることによって動作する。
第1電気負荷23は、第1ライン31と第3ライン33とによって、第1バッテリ21の正極端子と第2バッテリ22の負極端子とに接続される。すなわち、第1電気負荷23は、第1バッテリ21と第2バッテリ22との間に接続される。第1電気負荷23は、第1ライン31と第3ライン33と第6ライン36とによって、電力変換部26と接続される。第1電気負荷23は、第1バッテリ21及び電力変換部26の少なくとも一方から電力が供給されることによって、動作する。
第2電気負荷24は、第1電気負荷23よりも高い電圧で動作する電気負荷である。第2電気負荷24は、例えば、リフト、ポンプなどの架装系の電装部品を含む。第2電気負荷24は、例えば、24Vの電圧が供給されることによって動作する。
第2電気負荷24は、第2ライン32によって、第2バッテリ22の正極端子と接続される。すなわち、第2電気負荷24は、第2バッテリ22と接続され、第1バッテリ21と第2バッテリ22とに対して直列である。具体的には、第2電気負荷24は、直列接続体38に対して直列である。第2電気負荷24は、第2ライン32と第4ライン34とによって、オルタネータ25と接続される。第2電気負荷24は、第2ライン32と第5ライン35とによって、電力変換部26と接続される。第2電気負荷24は、第2ライン32と第4ライン34と第7ライン37とによって、スタータ30と接続される。第2電気負荷24は、直列接続体38及びオルタネータ25の少なくとも一方から電力が供給されることによって、動作する。
オルタネータ25は、内燃機関12と接続される。オルタネータ25は、内燃機関12の駆動によって駆動する。オルタネータ25は、駆動することによって発電する。オルタネータ25は、レギュレータ39を有する。レギュレータ39は、オルタネータ25の出力電圧を制御する。
オルタネータ25は、第2ライン32と第4ライン34とによって、第2バッテリ22と第2電気負荷24とに接続される。すなわち、オルタネータ25は、第2バッテリ22と第2電気負荷24との間に接続される。オルタネータ25は、第2ライン32と第4ライン34と第5ライン35とによって、電力変換部26と接続される。オルタネータ25は、第4ライン34と第7ライン37とによって、スタータ30と接続される。
オルタネータ25によって発電された電力は、第2接続点P2を通じて第1バッテリ21、第2バッテリ22、第1電気負荷23、第2電気負荷24及び電力変換部26に供給される。オルタネータ25から第1バッテリ21と第2バッテリ22とに電力が供給されると、第1バッテリ21と第2バッテリ22とが充電される。
第2接続点P2の電位は、オルタネータ25の出力電圧と一致する。オルタネータ25の出力電圧は、例えば、24Vである。そのため、この場合には、第2接続点P2の電位は、24Vとなる。すなわち、第2電気負荷24と電力変換部26とには、オルタネータから24Vの出力電圧が供給される。
電力変換部26は、例えば、DC/DCコンバータである。電力変換部26は、供給される電力を変換する。本実施形態では、電力変換部26は、降圧型のDC/DCコンバータである。
電力変換部26は、制御部27と、第1スイッチング素子41と、第2スイッチング素子42と、第3スイッチング素子43と、第4スイッチング素子44と、コイル45とを有する。電力変換部26は、さらに、電力が入力される入力端子46と、電力が出力される出力端子47とを有する。制御部27については、後述する。
第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、例えば、MOSFETである。MOSFETとは、金属酸化膜電界効果トランジスタである。本実施形態では、第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、Nチャネル型のMOSFETである。第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、それぞれボディダイオード48を有する。
第1スイッチング素子41のドレインは、入力端子46と接続される。第1スイッチング素子41のソースは、第2スイッチング素子42とコイル45の一端とに接続される。第1スイッチング素子41のゲートは、制御部27と接続される。
第2スイッチング素子42のドレインは、第1スイッチング素子41のソースとコイル45の一端とに接続される。第2スイッチング素子42のソースは、接地される。第2スイッチング素子42のゲートは、制御部27と接続される。
第3スイッチング素子43のドレインは、コイル45の他端と接続される。第3スイッチング素子43のソースは、第4スイッチング素子44と接続される。第3スイッチング素子43のゲートは、制御部27と接続される。
第4スイッチング素子44のドレインは、出力端子47と接続される。第4スイッチング素子44のソースは、第3スイッチング素子43のソースと接続される。第4スイッチング素子44により、電力変換部26の出力端子47から電力変換部26に逆電流が流れることが抑制される。第4スイッチング素子44のゲートは、制御部27と接続される。
コイル45は、第1スイッチング素子41及び第2スイッチング素子42の間と、第3スイッチング素子43とに接続される。具体的には、コイル45は、第1スイッチング素子41のソース及び第2スイッチング素子42のドレインの間と、第3スイッチング素子43のドレインと接続される。
第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、制御部27からの信号によって、ONとOFFとで切り替わる。第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、ノーマリーオンでもよいし、ノーマリーオフでもよい。
電力変換部26は、例えば、第3スイッチング素子43と第4スイッチング素子44とがONの状態で、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42とがONとOFFとで交互に切り替わることによって、入力された電圧を降圧する。すなわち、第1スイッチング素子41がONの間、第2スイッチング素子42がOFFとなる。第1スイッチング素子41がOFFの間、第2スイッチング素子42がONとなる。第1スイッチング素子41におけるONとOFFとのデューティ比によって、電力変換部26の出力電圧が変化する。
入力端子46は、第5ライン35と第1スイッチング素子41のドレインと接続される。そのため、電力変換部26は、入力端子46を通じて、第2ライン32と第5ライン35とによって、第2バッテリ22の正極端子と第2電気負荷24とに接続される。すなわち、電力変換部26は、第2バッテリ22と第2電気負荷24との間に接続される。電力変換部26は、入力端子46を通じて、第2ライン32と第4ライン34と第5ライン35とによって、オルタネータ25と接続される。電力変換部26は、入力端子46を通じて、第2ライン32と第4ライン34と第5ライン35と第7ライン37とによって、スタータ30と接続される。
出力端子47は、第6ライン36と第4スイッチング素子44のドレインと接続される。そのため、電力変換部26は、出力端子47を通じて、第1ライン31と第6ライン36とによって、第1バッテリ21の正極端子と第2バッテリ22の負極端子とに接続される。すなわち、電力変換部26は、第1バッテリ21と第2バッテリ22との間に接続される。電力変換部26は、出力端子47を通じて、第1ライン31と第3ライン33と第6ライン36とによって、第1電気負荷23と接続される。
電力変換部26は、例えば、第2バッテリ22、オルタネータ25から供給される電力を変換する。電力変換部26は、変換した電力を、第1接続点P1を通じて第1バッテリ21、第1電気負荷23に出力する。この点において、電力変換部26が出力する電力は、オルタネータ25によって発電された電力であるともいえる。
電力変換部26の入力電圧は、第2接続点P2の電位と一致する。そのため、電力変換部26に入力される電力の電圧は、例えば、24Vである。電力変換部26は、24Vの電圧を、例えば、12Vに降圧する。第1接続点P1の電位は、電力変換部26の出力電圧と一致する。そのため、この場合には、第1接続点P1の電位は、12Vとなる。
本実施形態では、電力変換部26は、常時駆動する。すなわち、本実施形態の電力変換部26は、電力を常時出力する。本実施形態では、電力変換部26が出力する電流の定格は、第1電気負荷23の平均消費電流と同程度である。
制御部27は、α:コンピュータプログラムに従って各種処理を実行する1つ以上のプロセッサ、β:各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路等の1つ以上の専用のハードウェア回路、或いは、γ:それらの組み合わせ、を含む回路として構成される。プロセッサは、CPU並びに、RAM及びROM等のメモリを含み、メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる媒体を含む。
制御部27は、例えば、電力変換部26に搭載される。制御部27は、電力変換部26を制御する。具体的には、制御部27は、第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44のON及びOFFを個別に制御する。制御部27は、電力変換部26を制御することによって、電力変換部26の出力電圧を制御する。すなわち、制御部27は、第1接続点P1の電位を制御する。
制御部27は、第1接続点P1の電位を制御することによって、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧を制御する。例えば、電力変換部26の出力電圧が第1バッテリ21の電圧よりも高いと、第1バッテリ21が充電される。例えば、電力変換部26の出力電圧が第1バッテリ21の電圧よりも低いと、第1バッテリ21が放電する。このように、制御部27は、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧を制御することによって、第1バッテリ21の充放電を制御する。
制御部27は、第1接続点P1の電位を制御することによって、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧を制御する。例えば、電力変換部26の出力電圧が第1バッテリ21の電圧よりも高いと、第2バッテリ22の正極端子における電位が、オルタネータ25の出力電圧よりも高くなる。この場合、第2バッテリ22が放電する。例えば、電力変換部26の出力電圧が第1バッテリ21の電圧よりも低いと、第2バッテリ22の正極端子における電位が、オルタネータ25の出力電圧よりも低くなる。この場合、第2バッテリ22が充電される。このように、制御部27は、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧を制御することによって、第2バッテリ22の充放電を制御する。
本実施形態では、制御部27は、オルタネータ25も制御する。本実施形態の制御部27は、レギュレータ39に信号を送信することによって、オルタネータ25を制御する。制御部27は、オルタネータ25を制御することによって、オルタネータ25の出力電圧を制御する。すなわち、制御部27は、第2接続点P2の電位を制御する。
制御部27は、第1接続点P1の電位と第2接続点P2の電位とを制御することによって、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧を制御する。例えば、オルタネータ25の出力電圧と電力変換部26の出力電圧との差が第2バッテリ22の電圧よりも大きいと、第2バッテリ22が充電される。例えば、オルタネータ25の出力電圧と電力変換部26の出力電圧との差が第2バッテリ22の電圧よりも小さいと、第2バッテリ22が放電する。このように、制御部27は、電力変換部26とオルタネータ25とを制御することによって、電力変換部26のみを制御する場合と比べて、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧を細かに制御できる。すなわち、制御部27は、第2バッテリ22の充放電を細かに制御できる。
第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21の状態を検知する。第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21の正極端子と負極端子とに接続される。第1バッテリセンサ28は、制御部27と接続される。
第1バッテリセンサ28は、例えば、電圧計、電流計、温度計、コントローラなどを有する。第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21の電圧、電流、温度を測定することによって、第1バッテリ21の状態を検知する。具体的には、第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21のSOCと、第1バッテリ21の内部抵抗とを検知する。第1バッテリセンサは28、検知結果を制御部27に送信する。
第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21のOCVに基づいて、第1バッテリ21のSOCを算出する。OCVとは、開回路電圧である。SOCとは、充電率である。SOCは、OCVと相関がある。これにより、第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21のSOCを検知する。
第1バッテリセンサ28は、スタータ30を始動する場合に第1バッテリ21に流れる電流、すなわちクランキング時の電流に基づいて、第1バッテリ21の内部抵抗を算出する。具体的には、第1バッテリセンサ28は、クランキング時に第1バッテリ21に流れる電流と、第1バッテリ21に生じる電圧降下とに基づいて、第1バッテリ21の内部抵抗を算出する。このようにして、第1バッテリセンサ28は、第1バッテリ21の内部抵抗を検知する。
第1バッテリ21の内部抵抗は、第1バッテリ21の劣化が進行するほど大きくなる。そのため、第1バッテリ21の内部抵抗は、第1バッテリ21の劣化具合を示すパラメータである。第1バッテリ21は、充電及び放電を繰り返すことによって、劣化する。
第2バッテリセンサ29は、第2バッテリ22の状態を検知する。第2バッテリセンサ29は、第2バッテリ22の正極端子と負極端子とに接続される。第2バッテリセンサ29は、制御部27と接続される。
第2バッテリセンサ29は、第1バッテリセンサ28と同様の構成である。そのため、第2バッテリセンサ29は、第1バッテリセンサ28と同様の方法によって、第2バッテリ22の状態を検知する。すなわち、第2バッテリセンサ29は、第1バッテリセンサ28と同様の方法によって、第2バッテリ22のSOCと、第2バッテリ22の内部抵抗とを検知する。第2バッテリセンサ29は、検知結果を制御部27に送信する。
第2バッテリ22の内部抵抗は、第2バッテリ22の劣化が進行するほど大きくなる。そのため、第2バッテリ22の内部抵抗は、第2バッテリ22の劣化具合を示すパラメータである。第2バッテリ22は、充電及び放電を繰り返すことによって、劣化する。
スタータ30は、内燃機関12を始動させる機構である。スタータ30は、第1バッテリ21と第2バッテリ22とから電力が供給されることによって、始動する。スタータ30が始動すると、内燃機関12が始動する。
スタータ30は、第4ライン34と第7ライン37とによって、オルタネータ25と接続される。スタータ30は、第2ライン32と第4ライン34と第7ライン37とによって、第2バッテリ22と第2電気負荷24と接続される。スタータ30は、第2ライン32と第4ライン34と第5ライン35と第7ライン37とによって、電力変換部26と接続される。
次に、電源装置11の動作について説明する。
制御部27にイグニッション信号が入力されると、第1バッテリ21と第2バッテリ22とからスタータ30に電力が供給される。イグニッション信号は、例えば、ユーザーが車両13に搭載されるスイッチを押すことによって、制御部27に発信される。スタータ30が駆動すると、内燃機関12が駆動する。内燃機関12が駆動すると、オルタネータ25が駆動する。オルタネータ25から出力される電力は、第1バッテリ21、第2バッテリ22、第1電気負荷23、第2電気負荷24、電力変換部26などに供給される。
第1電気負荷23に対しては、第1バッテリ21の電圧が取り得る上限値よりも高い電圧を電力変換部26が出力することによって、第1バッテリ21の電力が供給されず、電力変換部26の電力のみが供給される。
第1電気負荷23が始動する場合、第1電気負荷23に突入電流が流れることがある。電力変換部26の定格が小さいと、第1電気負荷23への突入電流が電力変換部26の定格出力電流を上回ることがある。すなわち、第1電気負荷23が要求する要求電力が一時的に増大することによって、第1電気負荷23の要求電力が電力変換部26の定格出力電力を上回ることがある。そのため、通常、電源装置11においては、第1電気負荷23への突入電流に対応可能な定格電流を出力できる電力変換部26を採用する。しかし、電力変換部26の定格を大きくすると、電力変換部26が大型になる。
この点、本実施形態の電源装置11では、第1電気負荷23への電流が電力変換部26の定格出力電流を上回ると、すなわち第1電気負荷23の平均消費電流を上回る電流要求が発生すると、不足する電流が第1バッテリ21から流れる。制御部27は、第1電気負荷23への電流が電力変換部26の定格出力電流を上回っても、電力変換部26の出力電流が電力変換部26の定格出力電流を上回らないように、電力変換部26を制御する。このとき、制御部27は、電力変換部26を保護するように電力変換部26を制御する。
本実施形態では、電力変換部26が駆動している状況、且つ、第1電気負荷23への電流が電力変換部26の定格出力電流以下の状況では、第1バッテリ21の電圧が取り得る範囲の上限値よりも高い電圧を電力変換部26が出力することによって、電流が電力変換部26のみから第1電気負荷23に流れる。一方、第1電気負荷23への電流が電力変換部26の定格出力電流を上回る状況、すなわち第1電気負荷23の平均消費電流を上回る電流要求が発生する状況では、不足した分の電流が第1バッテリ21から第1電気負荷23に流れる。
例えば、第1電気負荷23への突入電流が40Aであるのに対して電力変換部26の定格電流が30Aである場合では、第1バッテリ21から10Aの電流が第1電気負荷23に流れる。このように、第1電気負荷23への電流が電力変換部26の定格電流を超える場合、すなわち第1電気負荷23の平均消費電流を上回る電流要求が発生する場合、第1バッテリ21によって第1電気負荷23への電力供給が担保される。そのため、本実施形態の電力変換部26は、第1電気負荷23の突入電流に対応可能な大きい定格の機器とする必要がない。したがって、電力変換部26を小型化できる。具体的には、電力変換部26が出力する定格電流が第1電気負荷23の平均消費電流と一致する程度に、電力変換部26を小型化できる。
まとめると、第1電気負荷23への電流が、電力変換部26が出力する定格電流以下の場合に、電力変換部26が変換した電力のみが第1電気負荷23に供給される。制御部27は、電力変換部26を制御することによって、電力変換部26に電力を出力させる。そのため、制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値未満の場合に、電力変換部26が変換した電力のみが第1電気負荷23に供給されるように電力変換部26を制御する、といえる。所定値とは、電力変換部26の定格電流で第1電気負荷23への電流が賄える電力である。
第1電気負荷23への電流が、電力変換部26が出力する定格電流を上回る場合に、電力変換部26が変換した電力と第1バッテリ21の電力とが第1電気負荷23に供給される。制御部27が電力変換部26の出力を所定値に制限することによって、第1電気負荷23に対して不足する電流を補完するように、第1バッテリ21から電流が流れる。このように、制御部27は、電力変換部26を制御することによって、電力変換部26と第1バッテリ21とから電力を出力させる。そのため、制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上の場合に、電力変換部26が変換した電力と第1バッテリ21の電力とが第1電気負荷23に供給されるように電力変換部26を制御する、といえる。
次に、制御部27が実行するバッテリの制御電圧の調整について説明する。本実施形態では、制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上から所定値未満になった場合に、バッテリの制御電圧の調整を実行する。バッテリの制御電圧とは、第1バッテリ21の目標電圧、第2バッテリ22の目標電圧のことである。第1バッテリ21の目標電圧とは、第1バッテリ21が目標とする電圧であり、第1接続点P1の電位によって決まる電圧である。第2バッテリ22の目標電圧とは、第2バッテリ22が目標とする電圧であり、第1接続点P1の電位と第2接続点P2の電位とによって決まる電圧である。
バッテリの制御電圧の調整とは、単純に第1バッテリ21の制御電圧と第2バッテリ22の制御電圧とを均衡させる方法と、第1バッテリ21と第2バッテリ22とのそれぞれの内部抵抗に応じて制御電圧を制御する方法と、第1バッテリ21と第2バッテリ22とのそれぞれのSOCに応じて制御電圧を制御する方法がある。制御電圧の調整は、前述のとおり、第1接続点P1、第2接続点P2の電位を調整することで可能であるので、第1バッテリ21の制御電圧と第2バッテリ22の制御電圧とを均衡させる方法の説明は省略する。
まず、バッテリの内部抵抗に応じてバッテリの制御電圧を制御する方法について説明する。
本実施形態では、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上の場合に、電力変換部26が変換した電力と第1バッテリ21の電力とが第1電気負荷23に供給される。このように、第1バッテリ21が使用されることによって、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とに差が生じることがある。第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とに差が生じると、第1バッテリ21と第2バッテリ22とで寿命差が生じるおそれがある。
図2Aに示すように、制御部27は、まず、ステップS11において、第1バッテリ21の内部抵抗は、第2バッテリ22の内部抵抗よりも所定の値以上大きいか否かを判定する。すなわち、制御部27は、ステップS11において、第1バッテリ21の劣化具合は、第2バッテリ22の劣化具合よりも進行しているか否かを判定する。第1バッテリ21の内部抵抗が第2バッテリ22の内部抵抗よりも所定の値以上大きい場合、制御部27は、ステップS12に処理を移行する。第1バッテリ21の内部抵抗が第2バッテリ22の内部抵抗よりも所定の値以上大きくない場合、制御部27は、ステップS14に処理を移行する。
制御部27は、ステップS12において、第1バッテリ21の制御電圧を下げるように制御するか、第2バッテリ22の制御電圧を上げるように制御するか、その両方の制御を実行する。本実施形態の制御部27は、ステップS12において、電力変換部26の出力電圧を制御することによって、第1バッテリ21の制御電圧を下げるように制御する。本実施形態の制御部27は、ステップS12において、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、第2バッテリ22の制御電圧を上げるように制御する。制御電圧を下げる量や上げる量は、あらかじめ実験的に決めておいてもよいし、内部抵抗の差に応じて、例えば差に比例して決めるようにしてもよい。これにより、通常のバッテリ使用において第1バッテリ21の充放電が第2バッテリ22に対して相対的に抑制される。その結果、第1バッテリ21の劣化の進行が抑制される。したがって、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が小さくなっていく。
バッテリをしばらく使用した後、制御部27は、ステップS13において、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満か否かを判定する。すなわち、制御部27は、ステップS13において、第1バッテリ21の劣化具合は、第2バッテリ22の劣化具合と略一致するか否かを判定する。第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満である場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満でない場合、制御部27は、ステップS12に処理を戻す。すなわち、制御部27は、ステップS12とステップS13とにおいて、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、バッテリの制御電圧を調整する。要するに、制御部27は、ステップS12とステップS13とにおいて、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。
制御部27は、ステップS14において、第2バッテリ22の内部抵抗は、第1バッテリ21の内部抵抗よりも所定の値以上大きいか否かを判定する。すなわち、制御部27は、ステップS14において、第2バッテリ22の劣化具合は、第1バッテリ21の劣化具合よりも進行しているか否かを判定する。第2バッテリ22の内部抵抗が第1バッテリ21の内部抵抗よりも所定の値以上大きい場合、制御部27は、ステップS15に処理を移行する。第2バッテリ22の内部抵抗が第1バッテリ21の内部抵抗よりも所定の値以上大きくない場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。
制御部27は、ステップS15において、第2バッテリ22の制御電圧を下げるように制御するか、第1バッテリ21の制御電圧を上げるように制御するか、その両方の制御を実行する。本実施形態の制御部27は、ステップS15において、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、第2バッテリ22の制御電圧を下げるように制御する。このとき、制御部27は、第1バッテリセンサ28の検知結果と、第2バッテリセンサ29の検知結果とに基づいて、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。これにより、通常のバッテリ使用において第2バッテリ22の充放電が第1バッテリ21に対して相対的に抑制される。その結果、第2バッテリ22の劣化の進行が抑制される。したがって、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が小さくなる。
バッテリをしばらく使用した後、制御部27は、ステップS16において、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満か否かを判定する。すなわち、制御部27は、ステップS16において、第2バッテリ22の劣化具合は、第1バッテリ21の劣化具合と略一致するか否かを判定する。第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗との差が所定の値未満でない場合、制御部27は、ステップS15に処理を戻す。すなわち、制御部27は、ステップS15とステップS16とにおいて、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。要するに、制御部27は、ステップS15とステップS16とにおいて、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。
次に、バッテリのSOCに応じてバッテリの制御電圧を制御する方法について説明する。
図2Bに示すように、制御部27は、ステップS17において、第1バッテリ21のSOCは、第2バッテリ22のSOCよりも所定の値以上大きいか否かを判定する。第1バッテリ21のSOCが第2バッテリ22のSOCよりも所定の値以上大きい場合、制御部27は、ステップS18に処理を移行する。第1バッテリ21のSOCが第2バッテリ22のSOCよりも所定の値以上大きくない場合、制御部27は、ステップS20に処理を移行する。
制御部27は、ステップS18において、第1バッテリ21のSOCを下げるように制御をするか、第2バッテリ22のSOCを上げるように制御をするか、その両方の制御を実行する。SOCの制御は当該バッテリの制御電圧を制御することで可能である。本実施形態の制御部27は、ステップS18において、電力変換部26の出力電圧を制御することによって、第1バッテリ21の制御電圧を制御し、第1バッテリ21のSOCを下げる。本実施形態の制御部27は、ステップS18において、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、第2バッテリ22の制御電圧を制御し、第2バッテリ22のSOCを上げる。SOCを上げる量や下げる量はあらかじめ実験的に決めておいてもよいし、SOCの差に応じて決めるようにしてもよい。その結果、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が小さくなる。
制御部27は、ステップS19において、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満か否かを判定する。第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満である場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満でない場合、制御部27は、ステップS18に処理を戻す。すなわち、制御部27は、ステップS18とステップS19とにおいて、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、バッテリの制御電圧を調整する。要するに、制御部27は、ステップS18とステップS19とにおいて、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。
制御部27は、ステップS20において、第2バッテリ22のSOCは、第1バッテリ21のSOCよりも所定の値以上大きいか否かを判定する。第2バッテリ22のSOCが第1バッテリ21のSOCよりも所定の値以上大きい場合、制御部27は、ステップS21に処理を移行する。第2バッテリ22のSOCが第1バッテリ21のSOCよりも所定の値以上大きくない場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。
制御部27は、ステップS21において、第1バッテリ21のSOCを上げるように制御するか、第2バッテリ22のSOCを下げるように制御するか、その両方の制御を実行する。本実施形態の制御部27は、ステップS21において、電力変換部26の出力電圧を制御することによって、第1バッテリ21の制御電圧を制御し、第1バッテリ21のSOCを上げる。本実施形態の制御部27は、ステップS21において、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、第2バッテリ22の制御電圧を制御し、第2バッテリ22のSOCを下げる。その結果、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が小さくなる。
制御部27は、ステップS22において、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満か否かを判定する。第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満の場合、制御部27は、バッテリの制御電圧の調整処理を終了する。第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとの差が所定の値未満でない場合、制御部27は、ステップS21に処理を戻す。すなわち、制御部27は、ステップS21とステップS22とにおいて、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御することによって、バッテリの制御電圧を調整する。要するに、制御部27は、ステップS21とステップS22とにおいて、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とが均衡するように、電力変換部26の出力電圧と、オルタネータ25の出力電圧とを制御する。
次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値未満の場合に、電力変換部26が変換した電力のみが第1電気負荷23に供給されるように電力変換部26を制御する。制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上の場合に、電力変換部26が変換した電力と第1バッテリ21の電力とが第1電気負荷23に供給されるように電力変換部26を制御する。
この場合、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上の場合に電力変換部26が変換した電力のみが第1電気負荷23に供給される構成と比べて、定格の小さい電力変換部26を採用できる。したがって、電力変換部26を小型化できる。
また、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上の場合にのみ、第1バッテリ21の電力が第1電気負荷23に供給されるようにし、通常の所定値未満の場合は電力変換部26が変換した電力のみが第1電気負荷23に供給されるので、バッテリの寿命差が生じることを抑制できる。
(2)制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上から所定値未満になった場合に、バッテリの制御電圧の調整を実行する。
この場合、電力変換部26の出力電圧が制御されることによって、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とが制御される。制御部27は、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とを制御することによって、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とを均衡させることができる。これにより、第1バッテリ21と第2バッテリ22とで寿命差が生じるおそれを低減できる。
(3)制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上から所定値未満になった場合に、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとに応じてSOCが均衡するように電力変換部26の出力電圧を制御することによって、制御電圧を調整する。
この場合、電力変換部26の出力電圧が制御されることによって、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とが制御される。第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とが制御されることによって、第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとが制御される。第1バッテリ21のSOCと第2バッテリ22のSOCとを均衡させることによって、第1バッテリ21と第2バッテリ22とで寿命差が生じるおそれを低減できる。
(4)制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上から所定値未満になった場合に、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗とに応じて内部抵抗が均衡するように電力変換部26の出力電圧を制御することによって、制御電圧を調整する。
この場合、電力変換部26の出力電圧が制御されることによって、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とが制御される。第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とが制御されることによって、第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗とが制御される。第1バッテリ21の内部抵抗と第2バッテリ22の内部抵抗とを均衡させることによって、第1バッテリ21の劣化具合と第2バッテリ22の劣化具合とが均衡する。これにより、第1バッテリ21と第2バッテリ22とで寿命差が生じるおそれを低減できる。
(5)制御部27は、第1バッテリセンサ28の検知結果と第2バッテリセンサ29の検知結果とに基づいて、電力変換部26の出力電圧を制御する。
この場合、第1バッテリセンサ28と第2バッテリセンサ29とによって、第1バッテリ21の状態と第2バッテリ22の状態とを精度よく検知できる。
(6)制御部27は、オルタネータ25を制御する。
この場合、オルタネータ25の出力電圧が制御される。これにより、第2バッテリ22の端子間かかる電圧を細かに制御できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○図3に示すように、電源装置11は、第2バッテリセンサ29の代わりに、電圧計51を備える構成としてもよい。電圧計51は、例えば、電力変換部26に搭載される。電圧計51は、第2バッテリ22の正極端子と負極端子とに接続される。電圧計51は、制御部27と接続される。電圧計51は、第2バッテリ22の電圧を検知する。電圧計51は、検知結果を制御部27に送信する。
制御部27は、第1バッテリセンサ28の検知結果と電圧計51の検知結果とに基づいて、第2バッテリ22の内部抵抗を推定する。具体的には、制御部27は、クランキング時に発生する第1バッテリ21の電圧降下と第2バッテリ22の電圧降下との比に基づいて、第1バッテリ21の内部抵抗から第2バッテリ22の内部抵抗を推定する。これにより、制御部27は、第2バッテリ22についての推定結果を得る。このように、この変更例において、制御部27は、第1バッテリセンサ28の検知結果と第2バッテリ22についての推定結果とに基づいて、電力変換部26の出力電圧を制御する。
上記変更例によれば、以下の効果が得られる。
(7)第2バッテリ22の状態を検知するバッテリセンサと接続される必要がないため、電力変換部26の構成を簡易にできる。
○制御部27は、例えば、第1バッテリ21の充放電を検知することによって、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値未満であるか、所定値以上であるかを判定してもよい。すなわち、第1バッテリ21が充電されている場合、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値未満である。第1バッテリ21が放電している場合、第1電気負荷23が要求する要求電力が所定値以上である。
また、第1電気負荷23の動作や車両13の状況に応じて、あらかじめ要求電力を求めておき、要求電力を推定してもよいし、実際に第3ライン33に流れる電流を監視することによって要求電力を検知してもよい。
○制御部27は、オルタネータ25を制御せず、電力変換部26を制御する構成でもよい。この場合でも、制御部27は、第1バッテリ21の端子間にかかる電圧と、第2バッテリ22の端子間にかかる電圧とを制御できる。すなわち、制御部27は、この変更例でも、バッテリの制御電圧の調整を実行できる。
○第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、第3スイッチング素子43及び第4スイッチング素子44は、MOSFETに限らず、BJT、IGBTでもよい。BJTとは、バイポーラトランジスタである。IGBTとは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。
○制御部27は、第1電気負荷23が要求する要求電力が再び所定値以上となるまで、バッテリの制御電圧の調整を繰り返し実行してもよい。