JP7409364B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用電源装置に関する。

特許文献１に、電源の接続状態を切換えることが可能な車両用電源装置が記載されている。この車両用電源装置では、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第１蓄電装置と、第２ノードと第３ノードとの間に接続された第１スイッチと、第３ノードと第４ノードとの間に接続された第２蓄電装置と、第１ノードと第３ノードとの間に接続された第２スイッチと、第２ノードに接続されたＤＣ－ＤＣコンバータとを備える。ＤＣ－ＤＣコンバータは、第２ノードと、第３ノードまたは第４ノードとを接続可能にすることにより、第２ノードの電位を変更しており、第１ノードと第４ノードとの間から取り出される出力電力は電動機に供給される。電動機の負荷が小さく、電動機で必要とされる駆動電圧が小さい場合には、第１スイッチを開かつ第２スイッチを閉として電動機に対して第１蓄電装置と第２蓄電装置とを並列に接続する。一方、電動機の負荷が大きく、電動機で必要とされる駆動電圧が大きい場合には、第１スイッチを閉かつ第２スイッチを開として電動機に対して第１蓄電装置と第２蓄電装置とを直列に接続する。

特開２０１２－１５２０７９号公報

特許文献１の車両用電源装置では、電動機に対する電力供給を維持した状態で電動機の負荷の大きさに応じて、電動機に対する第１蓄電装置と第２蓄電装置との接続を並列と直列との間で切り替えることができる。また、ＤＣ－ＤＣコンバータを第１蓄電装置と第２蓄電装置との接続の切り替え時にのみ動作させることにより、スイッチング損失の増大を抑制することができる。しかしながら、特許文献１の車両用電源装置は、車両の停車中に、第１蓄電装置と第２蓄電装置との間で電力を受給できるように構成されていない。

上記に鑑み、本発明は、充放電中における電源の直列／並列接続の切替えと、停車中における電源間の電力の受給とを両立可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１蓄電装置および第２蓄電装置と、前記第１蓄電装置の低電位側と、前記第２蓄電装置の高電位側に接続された第１スイッチと、前記第１蓄電装置の高電位側と、前記第２蓄電装置の低電位側と前記第１スイッチとの間に接続された第２スイッチと、前記第２蓄電装置の低電位側と、前記第１蓄電装置の低電位側と前記第１スイッチとの間に接続された第３スイッチと、前記第１蓄電装置の両端に接続された第１端子と、前記第２蓄電装置の両端に接続された第２端子と、を有するＤＣ－ＤＣコンバータと、を備える車両用電源装置を提供する。

上記の車両用電源装置によれば、第１スイッチを遮断状態とし、第２スイッチおよび第３スイッチを接続状態とすることにより、第１蓄電装置と第２蓄電装置とを並列接続できる。第１スイッチを接続状態とし、第２スイッチおよび第３スイッチを遮断状態とすることにより、第１蓄電装置と第２蓄電装置とを直列接続できる。直列／並列接続の切替えにおいて、全てのスイッチを遮断することによって、充放電中でも安全な切替えを実現できる。また、ＤＣ－ＤＣコンバータは、第１蓄電装置の両端に接続された第１端子と、第２蓄電装置の両端に接続された第２端子とを有している。第１蓄電装置と第２蓄電装置とを並列接続した状態でＤＣ－ＤＣコンバータを作動させることにより、第１蓄電装置と第２蓄電装置との間に突入電流が流れることを抑制でき、安全な切替えを実現できる。さらに、車両の停車中に、第１蓄電装置と第２蓄電装置とを並列接続した状態でＤＣ－ＤＣコンバータを作動させることにより、第１蓄電装置と第２蓄電装置との間で電力を受給させることができる。この電力の受給により、停車中に各電源の温度を昇温させて電源効率を向上させる等の効果を得ることができる。すなわち、上記の車両用電源装置によれば、充放電中における電源の直列／並列接続の切替えと、停車中における電源間の電力の受給とを両立可能な車両用電源装置を提供できる。

第１実施形態に係る車両用電源装置を含む車載システムを示す図。 各バッテリを直列接続するスイッチング制御を示す図。 各バッテリを直列接続から並列接続に切替える経過におけるスイッチング制御を示す図。 各バッテリを並列接続するスイッチング制御を示す図。 各バッテリを並列接続から直列接続に切替える経過におけるスイッチング制御を示す図。 ＤＣ－ＤＣコンバータについて実行される第１ノードと第３ノードとの電圧差制御のフローチャート。 図６に示す電圧差制御を実行した場合のタイムチャートの一例。 ＤＣ－ＤＣコンバータについて実行される各バッテリの昇温制御のフローチャート。 図８に示す昇圧制御を実行した場合のタイムチャートの一例。 第２実施形態に係る車両用電源装置を含む車載システムを示す図。 第３実施形態に係る車両用電源装置を含む車載システムを示す図。

（第１実施形態）
図１に示すように、車載システム１は、車両に搭載され、回路装置１０と、制御装置１３とを備えている。回路装置１０は、電動機（Ｍ）１４を駆動制御する駆動用インバータ（Ｍ－ＩＮＶ）１５と、発電機（Ｇ）１６の発電を制御する発電用インバータ（Ｇ－ＩＮＶ）１７と、電源装置３０と、リレー１９～２２と、を備えている。なお、電動機１４および発電機１６は、回転電機の一例である。

Ｍ－ＩＮＶ１５と、Ｇ－ＩＮＶ１７とは、並列に接続されており、Ｇ－ＩＮＶ１７からＭ－ＩＮＶ１５に電力を供給することができる。Ｍ－ＩＮＶ１５およびＧ－ＩＮＶ１７は、リレー１９，２０を介して電源装置３０に接続されている。電源装置３０は、リレー２１，２２を介して、外部給電機１１に接続することができる。

リレー１９、２１は、回路装置１０の高電位配線に設けられている。リレー２０、２２は、回路装置１０の低電位配線に設けられている。リレー１９，２０は、ＳＭＲリレーであり、リレー２１，２２は、ＤＣリレーである。

電源装置３０は、車両用電源装置であり、第１バッテリ（ＢＴ１）３１と、第２バッテリ（ＢＴ２）３２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第３スイッチＳＷ３と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８と、第１電圧検出装置３３と、第２電圧検出装置３４と、を備えている。第１バッテリ３１および第２バッテリ３２は、２次電池であり、より具体的には、例えば、出力電圧は数百Ｖ程度のリチウムイオン蓄電池であり、複数のセル（単電池）の直列接続体を備える組電池である。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１８は、第１端子Ｈ１，Ｌ１と、第２端子Ｈ２，Ｌ２とを備えている。第１端子Ｈ１，Ｌ１は、第１バッテリ３１の両端に接続されている。より具体的には、第１端子Ｈ１は、第１バッテリ３１の高電位側に接続された第１高電位端子である。第１端子Ｌ１は、第１バッテリ３１の低電位側に接続された第１低電位端子である。第２端子Ｈ２，Ｌ２は、第２バッテリ３２の両端に接続されている。より具体的には、第２端子Ｈ２は、第２バッテリ３２の高電位側に接続された第２高電位端子である。第２端子Ｌ２は、第２バッテリ３２の低電位側に接続された第２低電位端子である。ＤＣ－ＤＣコンバータ１８は、第１端子Ｈ１，Ｌ１から入力または出力される電力と、第２端子Ｈ２，Ｌ２から入力または出力される電力とを互いに変換することができる。

電源装置３０は、外部給電機１１からの供給された電力を第１バッテリ３１および第２バッテリ３２に充電することができる。電源装置３０は、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２に充電された電力を、電動機１４の駆動電力としてＭ－ＩＮＶ１５に供給できる。また、電源装置３０は、発電機１６が発電した発電電力をＧ－ＩＮＶ１７を介して第１バッテリ３１および第２バッテリ３２に充電することができる。

電源装置３０は、第１ノードｎ１と、第２ノードｎ２と、第３ノードｎ３と、第４ノードｎ４とを備えている。第１ノードｎ１は、第１バッテリ３１の高電位側と、第２スイッチＳＷ２と、第１端子Ｈ１との接続点である。第２ノードｎ２は、第１バッテリ３１の低電位側と、第１スイッチＳＷ１と、第３スイッチＳＷ３と、第１端子Ｌ１との接続点である。第３ノードｎ３は、第２バッテリ３２の高電位側と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第２端子Ｈ２との接続点である。第４ノードｎ４は、第２バッテリ３２の低電位側と、第３スイッチＳＷ３と、第２端子Ｌ２との接続点である。電源装置３０は、第１ノードｎ１において回路装置１０の高電位配線に接続され、第４ノードｎ４において回路装置１０の低電位配線に接続されている。

第１スイッチＳＷ１は、第２ノードｎ２において第１バッテリ３１の低電位側と接続され、第３ノードｎ３において第２バッテリ３２の高電位側に接続されている。第１スイッチＳＷ１は、ＩＧＢＴと還流ダイオードが逆並列に接続されたＲＣ－ＩＧＢＴであり、第３ノードｎ３から第２ノードｎ２に向かう電流の方向が順方向となるように接続されている。すなわち、第１スイッチＳＷ１の順方向は、第２バッテリ３２の高電位側から、第１バッテリ３１の低電位側に向かう電流の方向である。すなわち、第１スイッチＳＷ１は、その還流ダイオードの導通方向が第１バッテリ３１の低電位側から、第２バッテリ３２の高電位側に向かう電流の方向であるように設置されている。

第２スイッチＳＷ２は、第１ノードｎ１において第１バッテリ３１の高電位側と接続され、第３ノードｎ３において第２バッテリ３２の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、ＩＧＢＴと還流ダイオードが逆並列に接続されたＲＣ－ＩＧＢＴであり、第１ノードｎ１から第３ノードｎ３に向かう電流の方向が順方向となるように接続されている。すなわち、第２スイッチＳＷ２の順方向は、第１バッテリ３１の高電位側から、第２バッテリ３２の高電位側と第１スイッチＳＷ１との間に向かう電流の方向である。すなわち、第２スイッチＳＷ２は、その還流ダイオードの導通方向が第２バッテリ３２の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間から、第１バッテリ３１の高電位側に向かう電流の方向であるように設置されている。

第３スイッチＳＷ３は、第２ノードｎ２において第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間に接続され、第４ノードｎ４において第２バッテリ３２の低電位側に接続されている。第３スイッチＳＷ３は、ＩＧＢＴと還流ダイオードが逆並列に接続されたＲＣ－ＩＧＢＴであり、第２ノードｎ２から第４ノードｎ４に向かう電流の方向が順方向となるように接続されている。すなわち、第３スイッチＳＷ３の順方向は、第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間から、第２バッテリ３２の低電位側に向かう電流の方向である。すなわち、第３スイッチＳＷ３は、還流ダイオードの導通方向が第２バッテリ３２の低電位側から、第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間に向かう電流の方向であるように設置されている。

上記の回路構成により、電源装置３０は、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３のオンオフ制御によって、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替えることができる。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の第１端子Ｈ１は、第１ノードｎ１において第１バッテリ３１の高電位側に接続されている。第２端子Ｈ２は、第３ノードｎ３において、第２バッテリ３２の高電位側と第１スイッチＳＷ１との間に接続されている。第１端子Ｈ１および第２端子Ｈ２は、第１ノードｎ１および第３ノードｎ３において第２スイッチＳＷ２と接続されている。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の第１端子Ｌ１は、第２ノードｎ２において第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間に接続されている。第２端子Ｌ２は、第４ノードｎ４において、第２バッテリ３２の低電位側に接続されている。

第１電圧検出装置３３は、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間において第１バッテリ３１と並列に接続され、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間の電圧ＶＢ１を検出できる。第２電圧検出装置３４は、第３ノードｎ３と第４ノードｎ４との間において第２バッテリ３２と並列に接続され、第３ノードｎ３と第４ノードｎ４との間の電圧ＶＢ２を検出できる。

制御装置１３は、制御部４０と、検出部５０とを備えている。制御部４０は、スイッチ（ＳＷ）制御部４１と、コンバータ（ＣＮＶ）制御部４２と、インバータ（ＩＮＶ）制御部４３と、リレー（ＲＬ）制御部４４とを備えている。検出部５０は、電圧検出部５１と、電流検出部５２と、温度検出部５３と、負荷検出部５４と、給電（ＣＢ）電圧検出部５５とを備えている。制御装置１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えるＥＣＵとして車両に搭載され、ＣＰＵが、ＲＯＭにインストールされているプログラムを実行することでこれら各機能を実現する。

ＳＷ制御部４１は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３のオンオフ制御を行う。ＣＮＶ制御部４２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を制御する。ＩＮＶ制御部４３は、Ｍ－ＩＮＶ１５およびＧ－ＩＮＶ１７に含まれる半導体スイッチング素子のオンオフ制御を行う。ＲＬ制御部４４は、リレー１９～２２のオンオフ制御を行う。

電圧検出部５１は、第１電圧検出装置３３が検出した、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間の電圧ＶＢ１を取得し、第２電圧検出装置３４が検出した、第３ノードｎ３と第４ノードｎ４との間の電圧ＶＢ２を取得する。電流検出部５２は、電動機１４の駆動電流および発電機１６の発電電流の検出値または推定値を取得する。温度検出部５３は、外部給電機１１の温度を取得する。例えば、外部給電機１１に設けられた温度センサによって検出された外部給電機１１の温度を取得する。負荷検出部５４は、例えば、電流検出部５２が検出した駆動電流に基づいて、電動機１４の負荷の検出値または推定値を取得する。ＣＢ電圧検出部５５は、外部給電機１１の電圧を取得する。例えば、外部給電機１１に設けられた電圧センサによって検出された外部給電機１１の出力電圧を取得する。

ＳＷ制御部４１は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３のオンオフ制御を行うことにより、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替える。図２～図４は、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を直列接続から並列接続に切替える際の制御を示している。図２～図４は、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を直列接続から並列接続に切替える際の制御を示している。図４，５は、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続から直列接続に切替える際の制御を示している。

図２に示すように、第１スイッチＳＷ１をオン状態に制御し、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をオフ状態に制御した状態では、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２は直列接続される。各バッテリ３１，３２の放電中においては、図２に矢印で示す電流Ｉａが流れる。電流Ｉａは、ＩＧＢＴ経由で通電する。

図３は、図２の状態から、第１スイッチＳＷ１をオフ状態に切り替えた状態を示す。第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３の全てがオフ状態であり、図３に矢印で示す電流Ｉｂ，Ｉｃが流れる。電流Ｉｂは、第２スイッチＳＷ２の還流ダイオード経由で通電する。電流Ｉｃは、第３スイッチＳＷ３の還流ダイオード経由で通電する。全てがオフ状態であっても、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３において還流ダイオード経由の電流Ｉｂ，Ｉｃが流れるため、放電電流が瞬断されることを抑制できる。

図４は、図３の状態から、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をオン状態に切り替えた状態を示す。第１スイッチＳＷ１がオフ状態であり、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をオン状態である。この状態では、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２は並列接続され、図４に矢印で示す電流Ｉｄ，Ｉｅが流れる。電流Ｉｄは、第２スイッチＳＷ２のＩＧＢＴ経由で通電する。電流Ｉｅは、第３スイッチＳＷ３のＩＧＢＴ経由で通電する。

逆に、図４に示す並列接続の状態から、図２に示す直列接続の状態に切り替える場合には、まず、図５に示すように、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をオフ状態に切り替えて、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３の全てをオフ状態に制御する。各バッテリ３１，３２の放電中においては、図５に矢印で示す電流Ｉｆが流れる。電流Ｉｆは、第２スイッチＳＷ２の還流ダイオード経由で通電する。全てがオフ状態であっても、第２スイッチＳＷ２において還流ダイオード経由の電流Ｉｆが流れるため、放電電流が瞬断されることを抑制できる。図５の状態から、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替えると、図２に示す直列接続の状態に切り替えることができる。

ＳＷ制御部４１は、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を直列接続から並列接続に切替える場合に、図２，３，４の順序で第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御する。また、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続から直列接続に切替える場合に、図４，５，２の順序で第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御する。このため、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を、その放電中に切替えても、放電電流が瞬断されることを抑制できる。

ＳＷ制御部４１は、検出部５０が取得する各種パラメータも基づいて、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を切替えるように構成されていてもよい。例えば、負荷検出部５４が検出する電動機１４の負荷である検出負荷や、ＣＢ電圧検出部５５が検出する外部給電機１１の負荷である検出給電圧に基づいて、接続状態を切替えるように構成されていてもよい。

具体的には、ＳＷ制御部４１は、検出負荷が所定の負荷閾値以上である場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを直列接続し、検出負荷が負荷閾値より小さい場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを並列接続するように、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御するように構成されていてもよい。また、ＳＷ制御部４１は、検出給電圧が所定の給電電圧閾値を超える場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを直列接続し、検出負荷が給電電圧閾値以下である場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを並列接続するように、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御するように構成されていてもよい。

この場合、負荷閾値は、例えば、車両のアクセルペダルの踏み込み量と、要求駆動力とに基づいて設定することが好ましい。具体的には、踏み込み量が大きく、要求駆動力が大きいほど、負荷閾値を小さくすることが好ましい。要求駆動力に応じて第１バッテリ３１と第２バッテリ３２の接続状態を適切に切り替えることができる。

また、給電圧閾値は、例えば、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを並列接続した際の電源装置３０のシステム電圧であることが好ましい。具体的には、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２の定格電圧が４００Ｖである場合には、並列接続時のシステム電圧は、４００Ｖである。給電圧閾値を４００Ｖに設定すれば、検出給電圧が８００Ｖである場合には直列接続し、検出給電圧が４００Ｖである場合には並列接続するという制御が可能となる。検出給電圧に応じて、回転電機の負荷に応じて第１バッテリ３１と第２バッテリ３２の接続状態を適切に切り替えることができる。

コンバータ制御部４２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を制御することにより、第１端子Ｈ１，Ｌ１の電圧と、第２端子Ｈ２，Ｌ２の電圧とを制御する。図４に示すように、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とが並列接続されている場合に、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間の電圧をＶＢ１とし、第３ノードｎ３と第４ノードｎ４との間の電圧をＶＢ２とすると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させることにより電圧ＶＢ１と電圧ＶＢ２との差を低減することができる。

電圧ＶＢ１と電圧ＶＢ２との電圧差（ＶＢ１－ＶＢ２）の絶対値：Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）を低減することにより、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続を直列接続から並列接続に切替える際に、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間で突入電流が流れることを抑制できる。Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）は、第１スイッチＳＷ１の両端の電圧差に相当する。

図４に示す並列接続時に常にＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させて電圧制御を行うと、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の損失により、電費が低くなってしまうことが懸念される。このため、コンバータ制御部４２は、第１スイッチＳＷ１の両端の電圧差Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）が所定の作動電圧閾値Ｘ１よりも大きい場合には、電圧差Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）を小さくするようにＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させる。そして、電圧差Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）が所定の停止電圧閾値Ｘ２よりも小さい場合には、コンバータ制御部４２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を停止させる。

なお、作動電圧閾値Ｘ１は、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間で突入電流が流れた場合に、その突入電流が各スイッチを構成する半導体スイッチング素子に影響を与えないような電圧値をシミュレーションや実験等により求めた値に設定されることが好ましい。また、停止電圧閾値Ｘ２は、作動電圧閾値Ｘ１以下（Ｘ２≦Ｘ１）に設定すればよく、作動電圧閾値Ｘ１よりも小さく（Ｘ２＜Ｘ１）設定することが好ましい。

図６に、コンバータ制御部４２がＤＣ－ＤＣコンバータ１８について実行する電圧差制御処理のフローチャートを示す。図６に示す処理は、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続を直列接続から並列接続に切替える際に、所定の間隔で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、第１電圧検出装置３３が検出した電圧ＶＢ１と、第２電圧検出装置３４が検出した電圧ＶＢ２とを取得する。その後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、電圧差Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）が作動電圧閾値Ｘ１を超えているか否かを判定する。Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）＞Ｘ１である場合には、ステップＳ１０３に進み、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８をオン状態に制御して作動させた後、処理を終了する。Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）≦Ｘ１である場合には、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、電圧差Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）が停止電圧閾値Ｘ２未満であるか否かを判定する。Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）＜Ｘ２である場合には、ステップＳ１０５に進み、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８をオフ状態に制御して停止させた後、処理を終了する。Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）≧Ｘ２である場合には、そのまま処理を終了する。

図７に、図６に示す処理を実行した場合の電圧差：Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）とコンバータ制御のオン／オフ状態についてのタイムチャートを示す。なお、横軸ｔは時間軸を示す。

時間ｔ０において、電圧差は、Ｘ２＜Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）≦Ｘ１であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８はオフ状態に制御されている。時間ｔ０～ｔ１の直前までの期間、電圧差は、徐々に上昇するが、Ｘ２≦Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）≦Ｘ１であるため、図６に示すステップＳ１０２，Ｓ１０４において否定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８はオフ状態に維持される。

時間ｔ１において、電圧差は、Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）＞Ｘ１となる。このため、ステップＳ１０２において肯定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８はオフ状態からオン状態に切り替えられる。その結果、時間ｔ１～ｔ２の直前までの期間、電圧差は、徐々に下降するが、Ｘ２≦Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）≦Ｘ１であるため、図６に示すステップＳ１０２，Ｓ１０４において否定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８はオン状態に維持される。

時間ｔ２において、電圧差は、Ａｂｓ（ＶＢ１－ＶＢ２）＜Ｘ２となる。このため、ステップＳ１０２において否定判定されるとともに、ステップＳ１０４において肯定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８はオン状態からオフ状態に切り替えられる。

また、コンバータ制御部４２は、車両の停車中に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させることにより、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２の昇温や劣化検出を実行可能に構成されていてもよい。第１バッテリ３１および第２バッテリ３２のようなリチウムイオン蓄電池においては、バッテリ温度が低すぎると十分に出力を得られない場合がある。

図４に示すように、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とが並列接続されている場合に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させて、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との間で電力のやり取りをさせることにより、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２の昇温させることができる。例えば、車両が停車している間に第１バッテリ３１と第２バッテリ３２の温度が低下した場合に、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との間で電力を受給させるようにＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させる昇温制御を実行することにより、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２の温度が低下し過ぎて十分に出力を得られないことを回避できる。

コンバータ制御部４２は、温度検出部５３から、第１バッテリ３１の温度である第１温度と、第２バッテリ３２の温度である第２温度を取得する。そして、コンバータ制御部４２は、第１温度と第２温度の少なくともいずれか一方が所定の作動温度閾値Ｙ１よりも低い場合に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させて、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との間で電力を受給させることにより、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２を昇温させる昇温制御を実行する。そして、第１温度と第２温度の双方が所定の停止温度閾値Ｙ２よりも高い場合に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８による昇温制御を終了させる。

なお、作動温度閾値Ｙ１は、各バッテリの組電池を構成するセルの低温時における出力能力によって決められる値に設定することが好ましい。具体的には、また、停止温度閾値Ｙ２は、作動温度閾値Ｙ１以上（Ｙ２≧Ｙ１）に設定すればよく、作動温度閾値Ｙ１よりも大きく（Ｙ２＞Ｙ１）設定することが好ましい。

図８に、コンバータ制御部４２がＤＣ－ＤＣコンバータ１８について実行する昇温制御処理のフローチャートを示す。図８に示す処理は、車両の停車時に、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２が並列接続されている状態において、所定の間隔で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、バッテリ温度Ｙを取得する。バッテリ温度Ｙは、第１温度と第２温度の双方であってもよいし、いずれか一方であってもよい。その後、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、バッテリ温度Ｙが作動温度閾値Ｙ１未満であるか否かを判定する。Ｙ＜Ｙ１である場合には、ステップＳ２０３に進み、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８に昇温制御を実行させた後、処理を終了する。Ｙ≧Ｙ１である場合には、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、バッテリ温度Ｙが停止温度閾値Ｙ２を超えているか否かを判定する。Ｙ＞Ｙ２である場合には、ステップＳ２０５に進み、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御を停止させた後、処理を終了する。Ｙ≦Ｙ２である場合には、そのまま処理を終了する。

図９に、図８に示す処理を実行した場合のバッテリ温度Ｙと、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御のオン／オフ状態と、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間の電圧差：（ＶＢ１－ＶＢ２）と、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間に流れる電流についてのタイムチャートを示す。なお、横軸ｔは時間軸を示す。

時間ｔ０において、バッテリ温度Ｙは、Ｙ＞Ｙ１であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御はオフ状態に制御されている。第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間において電圧差は零であり、電流も零である。時間ｔ０～ｔ１の直前までの期間、バッテリ温度Ｙは、徐々に下降するが、Ｙ≧Ｙ１であるため、図８に示すステップＳ２０２，Ｓ２０４において否定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御はオフ状態に維持される。

時間ｔ１において、バッテリ温度Ｙ＜Ｙ１となる。このため、ステップＳ２０２において肯定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御はオフ状態からオン状態に切り替えられる。ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御がオン状態になることにより、時間ｔ１～ｔ２の直前までの期間、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間の電圧差は、－Ｖｓ～Ｖｓの間で曲線状に周期的に変化するように制御される。その結果、第１ノードｎ１と第３ノードｎ３との間に流れる電流は、－Ｉｓ～Ｉｓの間で直線状に周期的に変化する。バッテリ温度Ｙは、徐々に上昇するが、Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２であるため、図８に示すステップＳ２０２，Ｓ２０４において否定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御はオン状態に維持される。

時間ｔ２において、バッテリ温度Ｙは、Ｙ＞Ｙ２となる。このため、ステップＳ２０２において否定判定されるとともに、ステップＳ２０４において肯定判定され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８の昇温制御はオン状態からオフ状態に切り替えられる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、各スイッチＳＷ１～ＳＷ３が各ノードｎ１～ｎ４のいずれかに接続されている回路装置１０および電源装置３０を例示して説明したが、これに限定されない。

第２実施形態に係る回路装置１０ａは、図１０に示すように、電源装置３０ａを含む。電源装置３０ａでは、第２スイッチＳＷ２は、第１ノードｎ１に替えて、リレー１９とＭ－ＩＮＶ１５およびＧ－ＩＮＶ１７とを接続する第５ノードｎ５において第１バッテリ３１の高電位側と接続されている。第３スイッチＳＷ３は、第４ノードｎ４に替えて、リレー２０とＭ－ＩＮＶ１５およびＧ－ＩＮＶ１７とを接続する第６ノードｎ６において第２バッテリ３２の低電位側に接続されている。その他の構成は、図１に係る回路装置１０と同様であるため、説明を省略する。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る回路装置１０ｂは、図１１に示すように、電源装置３０ｂを含む。電源装置３０ｂでは、第２スイッチＳＷ２は、第１ノードｎ１に替えて、リレー２１と外部給電機１１とを接続する第７ノードｎ７において第１バッテリ３１の高電位側と接続されている。第３スイッチＳＷ３は、第４ノードｎ４に替えて、リレー２２と外部給電機１１とを接続する第８ノードｎ８において第２バッテリ３２の低電位側に接続されている。その他の構成は、図１に係る回路装置１０と同様であるため、説明を省略する。

第２および第３実施形態に係る回路装置１０ａ，１０ｂについても、図１に示す制御装置１３と組み合わせることにより、車載システムを構成することができる。電源装置３０ａ，３０ｂにおいても、第１実施形態で図２～５を用いて説明した手順により、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替えることができ、同様の作用効果を得ることができる。また、図６～９を用いて説明したＤＣ－ＤＣコンバータ１８の制御を実行することができ、同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記の各実施形態では、電源装置３０，３０ａ，３０ｂに含まれる各スイッチＳＷ１～ＳＷ３が半導体スイッチング素子である場合を例示して説明したが、半導体スイッチング素子に替えて、物理スイッチを用いることもできる。第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３に半導体スイッチング素子を用いる場合、図３および図５に示す状態において還流ダイオードに電流が流れて放電電流の瞬断を抑制できる点において、物理スイッチを用いる場合よりも好ましい。

また、上記の各実施形態では、電源装置が、電源装置３０，３０ａ，３０ｂのように、回路装置１０，１０ａ，１０に含まれる回路構成である場合を例示して説明したが、図１に示す制御装置１３のような制御装置も含んだ電源装置であってもよい。すなわち、電源装置３０，３０ａ，３０ｂと、制御装置１３が含む各構成とを含む装置を電源装置としてもよい。

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

車両用の電源装置３０は、第１蓄電装置としての第１バッテリ３１と、第２蓄電装置としての第２バッテリ３２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第３スイッチＳＷ３と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８とを備える。第１スイッチＳＷ１は、第１バッテリ３１の低電位側と、第２バッテリ３２の高電位側に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第１バッテリ３１の高電位側と、第２バッテリ３２の低電位側と第１スイッチとの間に接続されている。第３スイッチＳＷ３は、第２バッテリ３２の低電位側と、第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチとの間に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１８は、第１バッテリ３１の両端に接続された第１端子Ｈ１，Ｌ１と、第２バッテリ３２の両端に接続された第２端子Ｈ２，Ｌ２と、を有する。

第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３のうちの少なくともいずれか１つに還流ダイオードを備える半導体スイッチング素子が用いられていてもよい。この場合、第１スイッチＳＷ１として用いられる半導体スイッチング素子は、第２バッテリ３２の高電位側から、第１バッテリ３１の低電位側に向かう電流の方向を順方向とするように設置されていることが好ましい。第２スイッチＳＷ２として用いられる半導体スイッチング素子は、第１バッテリ３１の高電位側から、第２バッテリ３２の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間に向かう電流の方向を順方向とするように設置されることが好ましい。第３スイッチＳＷ３として用いられる半導体スイッチング素子は、第１バッテリ３１の低電位側と第１スイッチＳＷ１との間から、第２バッテリ３２の低電位側に向かう電流の方向を順方向とするように設置されることが好ましい。第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替える際に、還流ダイオードに電流が流れることにより放電電流の瞬断を効果的に抑制できる。

電源装置は、電源装置３０，３０ａ，３０ｂのように、車載の回転電機（例えば、電動機１４や発電機１６）および外部給電機１１に接続可能に構成されていてもよい。この場合、電源装置は、制御装置１３に含まれる各部をさらに備えるものであってもよい。例えば、回転電機の負荷を検出負荷として検出する負荷検出部５４と、外部給電機１１の電圧を検出給電圧として検出するＣＢ電圧検出部５５と、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３の接続状態を制御するスイッチ制御部４１と、第１端子Ｈ１，Ｌ１の電圧と、第２端子Ｈ２，Ｌ２の電圧とを制御するコンバータ制御部４２と、を備えていてもよい。

この場合、スイッチ制御部４１は、検出負荷が所定の負荷閾値以上である場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを直列接続するように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３の接続状態を制御し、検出負荷が負荷閾値より小さい場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを並列接続するように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３の接続状態を制御するように構成されていてもよい。検出した回転電機の負荷に応じて、適切に第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を切替えることができる。

また、スイッチ制御部４１は、検出給電圧が所定の給電電圧閾値を超える場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを直列接続するように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３の接続状態を制御し、検出給電圧が給電電圧閾値以下である場合には、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２とを並列接続するように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および、第３スイッチＳＷ３の接続状態を制御するように構成されていてもよい。検出した給電圧に応じて、適切に第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続状態を切替えることができる。

また、コンバータ制御部４２は、スイッチ制御部４１により第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続を直列接続から並列接続に切替える際に、第１スイッチＳＷ１の両端の電圧差が所定の作動電圧閾値Ｘ１よりも大きい場合には、電圧差を小さくするようにＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させるように構成されていてもよい。第１スイッチＳＷ１の両端の電圧差により突入電流が流れることにより各スイッチを構成する半導体スイッチング素子が破損する等の影響を受けることを抑制できる。

また、コンバータ制御部４２は、スイッチ制御部４１により第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との接続を直列接続から並列接続に切替える場合に、第１スイッチＳＷ１の両端の電圧差が所定の停止電圧閾値Ｘ２よりも小さい場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１８を停止させるように構成されていてもよい。並列接続時に常にＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させてＤＣ－ＤＣコンバータ１８の損失により電費を低下させる状況を回避できる。

また、電源装置は、第１バッテリ３１の温度を第１温度として検出するとともに、第２バッテリ３２の温度を第２温度として検出する温度検出部５３を備えていてもよい。この場合、コンバータ制御部４２は、第１温度と第２温度の少なくともいずれか一方が所定の作動温度閾値Ｙ１よりも低い場合に、第１バッテリ３１と第２バッテリ３２との間で電力を受給させるようにＤＣ－ＤＣコンバータ１８を作動させるように構成されていてもよい。車両が停車している間等に、第１バッテリ３１および第２バッテリ３２の温度が低下し過ぎて十分に出力を得られないことを回避できる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１８…ＤＣ－ＤＣコンバータ、３０…車両用電源装置、３１…第１バッテリ、３２…第２バッテリ、Ｈ１，Ｌ１…第１端子、Ｈ２，Ｌ２…第２端子、ＳＷ１～ＳＷ３…第１～第３スイッチ

Claims (8)

1. 第１蓄電装置（３１）および第２蓄電装置（３２）と、
   前記第１蓄電装置の低電位側と、前記第２蓄電装置の高電位側に接続された第１スイッチ（ＳＷ１）と、
   前記第１蓄電装置の高電位側と、前記第２蓄電装置の高電位側と前記第１スイッチとの間に接続された第２スイッチ（ＳＷ２）と、
   前記第２蓄電装置の低電位側と、前記第１蓄電装置の低電位側と前記第１スイッチとの間に接続された第３スイッチ（ＳＷ３）と、
   前記第１蓄電装置の両端に接続された第１端子（Ｈ１，Ｌ１）と、前記第２蓄電装置の両端に接続された第２端子（Ｈ２，Ｌ２）と、を有するＤＣ－ＤＣコンバータ（１８）と、を備え、
   前記第１端子は、前記第１蓄電装置の高電位側および低電位側にそれぞれ接続された第１高電位側端子（Ｈ１）および第１低電位側端子（Ｌ１）を含み、
   前記第２端子は、前記第２蓄電装置の高電位側および低電位側にそれぞれ接続された第２高電位側端子（Ｈ２）および第２低電位側端子（Ｌ２）を含み、
   前記第１低電位側端子は、前記第１蓄電装置の低電位側と前記第１スイッチとの間に接続され、
   前記第２高電位側端子は、前記第１スイッチと前記第２蓄電装置の高電位側との間に接続されている車両用電源装置（３０）。
2. 前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチのうちの少なくともいずれか１つに還流ダイオードを備える半導体スイッチング素子が用いられており、
   前記第１スイッチとして用いられる半導体スイッチング素子は、前記第２蓄電装置の高電位側から、前記第１蓄電装置の低電位側に向かう電流の方向を順方向とし、
   前記第２スイッチとして用いられる半導体スイッチング素子は、前記第１蓄電装置の高電位側から、前記第２蓄電装置の高電位側と前記第１スイッチとの間に向かう電流の方向を順方向とし、
   前記第３スイッチとして用いられる半導体スイッチング素子は、前記第１蓄電装置の低電位側と前記第１スイッチとの間から、前記第２蓄電装置の低電位側に向かう電流の方向を順方向とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 車載の回転電機（１４，１６）および外部給電機（１１）に接続可能であり、
   前記回転電機の負荷を検出負荷として検出する負荷検出部（５４）と、
   前記外部給電機の電圧を検出給電圧として検出する給電電圧検出部（５５）と、
   前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御するスイッチ制御部（４１）と、
   前記第１端子の電圧と、前記第２端子の電圧とを制御するコンバータ制御部（４２）と、を備える請求項１または２に記載の車両用電源装置。
4. 車載の回転電機に接続可能であり、
   前記回転電機の負荷を検出負荷として検出する負荷検出部と、
   前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御するスイッチ制御部と、を備え、
   前記スイッチ制御部は、
   前記検出負荷が所定の負荷閾値以上である場合には、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置とを直列接続するように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御し、
   前記検出負荷が前記負荷閾値より小さい場合には、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置とを並列接続するように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御する、請求項１～３のいずれかに記載の車両用電源装置。
5. 外部給電機に接続可能であり、
   前記外部給電機の電圧を検出給電圧として検出する給電電圧検出部と、
   前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御するスイッチ制御部と、を備え、
   前記スイッチ制御部は、
   前記検出給電圧が所定の給電電圧閾値を超える場合には、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置とを直列接続するように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御し、
   前記検出給電圧が前記給電電圧閾値以下である場合には、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置とを並列接続するように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御する、請求項１～４のいずれかに記載の車両用電源装置。
6. 前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御するスイッチ制御部と、
   前記第１端子の電圧と、前記第２端子の電圧とを制御するコンバータ制御部と、を備え、
   前記コンバータ制御部は、前記スイッチ制御部により前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続を直列接続から並列接続に切替える際に、前記第１スイッチの両端の電圧差が所定の作動電圧閾値よりも大きい場合には、前記電圧差を小さくするように前記ＤＣ－ＤＣコンバータを作動させる請求項１～５のいずれかに記載の車両用電源装置。
7. 前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および、前記第３スイッチの接続状態を制御するスイッチ制御部と、
   前記第１端子の電圧と、前記第２端子の電圧とを制御するコンバータ制御部と、を備え、
   前記コンバータ制御部は、前記スイッチ制御部により前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続を直列接続から並列接続に切替える場合に、前記第１スイッチの両端の電圧差が所定の停止電圧閾値よりも小さい場合には、前記ＤＣ－ＤＣコンバータを停止させる請求項１～６のいずれかに記載の車両用電源装置。
8. 前記第１蓄電装置の温度を第１温度として検出するとともに、前記第２蓄電装置の温度を第２温度として検出する温度検出部と、
   前記第１端子の電圧と、前記第２端子の電圧とを制御するコンバータ制御部と、を備え、
   前記コンバータ制御部は、前記第１温度と前記第２温度の少なくともいずれか一方が所定の作動温度閾値よりも低い場合に、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間で電力を受給させるように前記ＤＣ－ＤＣコンバータを作動させる請求項１～７のいずれかに記載の車両用電源装置。

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