JPWO2013002120A1 - 電源装置および電力供給方法 - Google Patents

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Abstract

複数の二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うこと。直列接続された複数の二次電池１１，１２を有し、これら全ての二次電池の合成電圧を出力するとともに、一部の二次電池の出力を部分電圧として出力する電源装置１０において、二次電池の状態を検出する検出手段（状態検出部１７）と、検出手段の検出結果に基づいて、状態が相対的に良好な二次電池から部分電圧が出力されるように、複数の二次電池の直列接続の順序を変更する変更手段（スイッチ１３〜１６）と、を有する。

Description

本発明は、電源装置および電力供給方法に関するものである。
トラックやバス等の大型の車両では、主にスタータモータを駆動するための２４Ｖ電源と、車載のアクセサリを駆動するための１２Ｖ電源の２電源を有する場合が多い。このような２電源を供給する方法としては、１２Ｖの二次電池を直列接続して、これらの合計電圧としての２４Ｖを得るとともに、一方の二次電池から１２Ｖを得る方法が一般的である。
ところで、このように２つの二次電池を直列接続して用いる場合、１２Ｖ電源を取り出す側の二次電池が、他方の二次電池に比較して、放電の進み方が速く、２つの二次電池間で充電率に差が生じる場合がある。そのような場合、一方の二次電池の寿命が短縮したり、あるいは、放電が進むとスタータモータを駆動できなくなったりする場合がある。
そこで、そのような事態を防ぐために、従来、電圧が高い側の二次電池に抵抗素子を接続して放電させて両者のバランスを取る技術（特許文献１）、電圧が高い二次電池から低い二次電池にコンバータまたはトランスを用いて電力を移送する技術（特許文献２、特許文献３）、あるいは、充電時において満充電状態になった二次電池をバイパスさせることで、充電状態を均等にする技術（特許文献４）が存在する。
特開２００７−２６７４５４ 特開２０１０−９３９８０ 特開２０００−６００１９ 特開１９９８−１４００２
ところで、特許文献１に記載の技術では、電力を抵抗によって熱に変換するので、電力の損失が生じて効率が悪いという問題点がある。また、特許文献２に記載の技術では、二次電池間で電力の移送を行うため、移送に時間を要するという問題点がある。また、特許文献３に記載の技術では、トランスを用いて電力の移送を行うことから、コイルの巻線比によって移送が適正に行われない場合があるとともに、移送に時間を要するという問題点がある。また、特許文献４に記載の技術では、充電を管理する技術であるため、放電については管理できないという問題点がある。
そこで、本発明は、複数の二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能な電源装置および電力供給方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、直列接続された複数の二次電池を有し、これら全ての二次電池の合成電圧を出力するとともに、一部の二次電池の出力を部分電圧として出力する電源装置において、前記二次電池の状態を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、状態が相対的に良好な二次電池から前記部分電圧が出力されるように、前記複数の二次電池の直列接続の順序を変更する変更手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、複数の二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能になる。また、状態が相対的に良好な二次電池から部分電圧が出力されるように、複数の二次電池の直列接続の順序を変更することで、一つの二次電池に負荷が集中することを避けられるため、電池の寿命を延ばすことができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、２つの二次電池を有し、２つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、前記検出手段は、前記２つの二次電池の状態を検出し、前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な方の二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、２つの二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能になる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記変更手段は、１つの共通端子と２つの選択端子を有する４つのスイッチを有し、前記２つの二次電池のプラス極およびマイナス極は前記４つのスイッチのそれぞれの共通端子に接続され、前記４つのスイッチの一方の選択端子は相互に接続されて前記部分電圧を出力する端子とされ、プラス極に前記共通端子が接続された２つのスイッチの他方の選択端子は相互に接続されて前記合成電圧を出力する端子とされ、マイナス極に前記共通端子が接続された２つのスイッチの他方の選択端子は相互に接続されてグランドに接続される端子とされ、これら４つのスイッチの接続状態を制御することにより、直列接続の順序を変更する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な構成によって２つの二次電池の充放電管理を効率良く行うことができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記グランドに接続される端子と、前記グランドとの間には前記検出手段が接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、２つの二次電池に流れる電流を確実に検出することにより、二次電池の状態を正確に検出することができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記部分電圧を出力する端子と、前記グランドとの間には、前記二次電池の状態を検出する際に前記二次電池を放電させるための放電手段が接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池を放電させ、そのときの電圧および電流を検出することで、二次電池の状態を正確に検出することができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記２つの二次電池を前記４つのスイッチによって並列接続し、負荷に前記部分電圧を供給することを特徴とする。
このような構成によれば、部分電圧を出力する際には、二次電池を並列接続することで、状態の偏りを防ぐことができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記検出手段によって前記二次電池の状態を検出する場合に、一方の二次電池の状態を検出手段によって検出するとともに、他方の二次電池の端子電圧を部分電圧として負荷に供給することを特徴とする。
このような構成によれば、負荷に電流が流れない状態で、二次電池の状態を検出できるので、二次電池の状態をさらに正確に検出することができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、３つの二次電池を有し、３つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された１つの二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、前記検出手段は、前記３つの二次電池の状態を検出し、前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更することを特徴とする。
このような構成によれば、３つの二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能になる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、４つの二次電池を有し、４つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された１または２つの二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、前記検出手段は、前記４つの二次電池の状態を検出し、前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更することを特徴とする。
このような構成によれば、４つの二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能になる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記二次電池の状態を検出する検出手段が一つであることを特徴とする。
このような構成によれば、複数の二次電池の直列接続の順序を変更することで、一つの状態検出部で複数の二次電池の状態を検出することが可能になる。これにより、個々の二次電池ごとに状態検出部を配置する必要がなくなるため、装置全体としてのコストダウンを図ることができる。
また、本発明は、直列接続された複数の二次電池を有し、これら全ての二次電池の合成電圧を出力するとともに、一部の二次電池の出力を部分電圧として出力する電源供給方法において、前記二次電池の状態を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、状態が相対的に良好な二次電池から前記部分電圧が出力されるように、前記複数の二次電池の直列接続の順序を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、複数の二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能になる。また、状態が相対的に良好な二次電池から部分電圧が出力されるように、複数の二次電池の直列接続の順序を変更することで、一つの二次電池に負荷が集中することを避けられるため、電池の寿命を延ばすことができる。
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記検出ステップにおいて検出された電流が所定の電流以下の場合にのみ変更スイッチを切り替えることを特徴とする。
このような方法によれば、所定の電流値以上の大きな電流が流れている際にスイッチングすることでスイッチの接点が劣化してしまうことを防止することができる。
本発明によれば、複数の二次電池の充放電管理を短時間で効率よく行うことが可能な電源装置および電力供給方法を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、状態が相対的に良好な二次電池から部分電圧が出力されるように、複数の二次電池の直列接続の順序を変更することで、一つの二次電池に負荷が集中することを避けられるため、電池の寿命を延ばすことができる。
さらに、本発明によれば、複数の二次電池の直列接続の順序を変更することで、一つの状態検出部で複数の二次電池の状態を検出することが可能になる。これにより、個々の二次電池ごとに状態検出部を配置する必要がなくなるため、装置全体としてのコストダウンを図ることができる。
本発明の実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。 図１に示す実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態の接続状態の変化を示す図である。 図１に示す実施形態の測定時における接続状態の変化を示す図である。 図１に示す実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図５に示すフローチャートが実行された際の接続状態を示す図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は本発明の実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。この図１に示すように、電源装置１０は、二次電池１１，１２、スイッチ１３〜１６、状態検出部１７、および、制御部１８を主要な構成要素とし、その外部には放電回路１９、１２Ｖ負荷２０、２４Ｖ負荷２１、スタータモータ２２、および、オルタネータ２３が接続されている。
ここで、二次電池１１，１２は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池によって構成され、例えば、１２Ｖの直流電力を発生して出力する。
スイッチ１３〜１６は、例えば、電磁リレー等によって構成される。スイッチ１３は、共通端子が二次電池１１のプラス極に接続され、選択端子の一方が接続点Ａに接続され、選択端子の他方が接続点Ｂに接続される。スイッチ１３は、制御部１８によって制御され、二次電池１１のプラス極を、接続点Ａまたは接続点Ｂのいずれか一方に接続する。スイッチ１４は、共通端子が二次電池１１のマイナス極に接続され、選択端子の一方が接続点Ｂに接続され、選択端子の他方が接続点Ｃに接続される。スイッチ１４は、制御部１８によって制御され、二次電池１１のマイナス極を、接続点Ｂまたは接続点Ｃのいずれか一方に接続する。
スイッチ１５は、共通端子が二次電池１２のプラス極に接続され、選択端子の一方が接続点Ａに接続され、選択端子の他方が接続点Ｂに接続される。スイッチ１５は、制御部１８によって制御され、二次電池１２のプラス極を、接続点Ａまたは接続点Ｂのいずれか一方に接続する。スイッチ１６は、共通端子が二次電池１２のマイナス極に接続され、選択端子の一方が接続点Ｂに接続され、選択端子の他方が接続点Ｃに接続される。スイッチ１６は、制御部１８によって制御され、二次電池１２のマイナス極を、接続点Ｂまたは接続点Ｃのいずれか一方に接続する。
状態検出部１７は、二次電池１１，１２の状態を検出して制御部１８に通知する。より具体的には、状態検出部１７は、二次電池１１，１２の電流、電圧、および、温度を検出し、制御部１８に通知する。
制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成され、状態検出部１７から供給される二次電池１１，１２の状態に基づいて、スイッチ１３〜１６および放電回路１９等を制御する。なお、図１において、制御部１８から各部へ接続される破線は制御線を示している。
放電回路１９は、制御部１８の制御に応じて、接続点Ｂに接続されている二次電池を周期的に放電させる。このときの電流、電圧、内部抵抗を検出することで、充電率ＳＯＣ（State of Charge）または劣化状態ＳＯＨ（State of Health）を測定する。
１２Ｖ負荷２０は、例えば、カーオーディオ装置、カーナビゲーション装置、クラクション等であり、接続点Ｂに印加される１２Ｖの電圧により動作する。２４Ｖ負荷２１は、例えば、ＡＢＳ（Anti Brake System）、ＴＣＵ（Transmission Control Unit）等であり、接続点Ａに印加される２４Ｖの電圧により動作する。
スタータモータ２２は、直流電動機によって構成され、２４Ｖの直流電力が供給されて図示しないエンジンを始動する。オルタネータ２３は、図示しないエンジンによって回転駆動され、２４Ｖの直流電力を発生し、二次電池１１，１２を充電する。
（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作について説明する。図２は、本実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。この図の処理が開始されると、以下のステップが実行される。
ステップＳ１０では、制御部１８は、図示しないイグニッションキーが操作されてイグニッションオンの状態にされたか否かを判定し、イグニッションオンの状態にされたと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には処理を終了する。具体的には、運転者が車両のエンジンを始動するために、イグニッションオンの状態にした場合には、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、制御部１８は、スイッチ１３〜１６を制御して二次電池１１，１２のいずれかを測定対象として選択する。図３（Ａ）はスイッチ１３〜１６によって二次電池１２を測定対象として選択した状態を示し、図３（Ｂ）は二次電池１１を測定対象として選択した状態を示している。図３（Ａ）の状態では、スイッチ１３，１４はともに図の上側の選択端子を選択し、スイッチ１５，１６はともに図の下側の選択端子を選択しているので、二次電池１２のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７を介して接地される。図３（Ｂ）の状態では、スイッチ１３，１４はともに図の下側の選択端子を選択し、スイッチ１５，１６はともに図の上側の選択端子を選択しているので、二次電池１１のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７を介して接地される。
ステップＳ１２では、制御部１８はステップＳ１１で選択した二次電池の充電率ＳＯＣ１および劣化状態ＳＯＨ１を測定する。具体的には、制御部１８は、放電回路１９を制御し、選択した二次電池を一定の電流で放電させた場合の電流値と電圧値を状態検出部１７から取得し、得られた電流値と電圧値に対応するＳＯＣを、例えば、テーブルから取得してＳＯＣ１とする。なお、その際、状態検出部１７から取得した温度による補正と、後述するＳＯＨ１に基づく劣化による補正を行う。また、制御部１８は、放電回路１９を制御し、選択した二次電池を所定の周波数で放電させ、そのときの電圧と電流の変化から内部抵抗を求め、求めた内部抵抗の値からＳＯＨ１を求める。測定に用いる放電の周波数は、例えば、数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲で適宜選定することができる。図４（Ａ）は二次電池１２を測定する状態を示し、図４（Ｂ）は二次電池１１を測定する状態を示す。図４（Ａ）では、二次電池１２のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７を介して接地されている。一方、図４（Ｂ）では、二次電池１１のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７を介して接地されている。このような状態で、二次電池１１，１２のＳＯＣ１，ＳＯＨ１，ＳＯＣ２，ＳＯＨ２が測定される。
ステップＳ１３では、制御部１８は、状態検出部１７からの情報に基づいて、ステップＳ１１で選択した二次電池からグランドに流れる電流が所定の電流値未満か否かを判定し、所定の電流値未満である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には同様の処理を繰り返す。
ステップＳ１４では、制御部１８は、スイッチ１３〜１６を制御し、二次電池１１，１２のうち、ステップＳ１１で選択しなかった方を測定対象として選択する。例えば、ステップＳ１１において二次電池１１を測定対象として選択した場合（図３（Ｂ）の場合）には、ステップＳ１４では二次電池１２を測定対象として選択する（図３（Ａ）とする）。なお、ステップＳ１３において、所定の電流値未満か否かを判定した後に接続を切り換える理由は、所定の電流値以上の大きな電流が流れている際に、スイッチ１３〜１６を切り換えると、１２Ｖ負荷２０または２４Ｖ負荷２１が誘導性の負荷を含む場合には、スイッチングによる自己誘導によって高い電圧が発生し、装置に負担が生じるのを防ぐためと、比較的大きい電流が流れている際にスイッチングすることでスイッチ１３〜１６の接点が劣化するのを防ぐためである。所定の電流値は、スイッチの許容電流値等によって適宜設定することが可能である。
ステップＳ１５では、制御部１８は、ステップＳ１４で選択した他方の二次電池のＳＯＣ２，ＳＯＨ２を測定する。なお、測定方法は、ステップＳ１２の場合と同様である。
ステップＳ１６では、ステップＳ１２で測定した一方の二次電池のＳＯＣ１と、ステップＳ１５で測定した他方の二次電池のＳＯＣ２とを比較し、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）にはステップＳ１８に進む。例えば、二次電池１１の充電率がＳＯＣ１であり、二次電池１１の充電率がＳＯＣ２である場合に、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２が成立する場合にはステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７では、制御部１８は、スイッチ１３〜１６を制御し、一方の二次電池を低圧側に設定する。より具体的には、二次電池１２が一方の二次電池として選択された場合、ＳＯＣ１は二次電池１２の測定値となり、ＳＯＣ２は二次電池１１の測定値となる。そして、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２である場合、すなわち、二次電池１２が二次電池１１の充電率よりも高い場合には二次電池１２が低圧側に設定され、図３（Ａ）に示す接続状態となる。この結果、２４Ｖ負荷２１およびスタータモータ２２には二次電池１１，１２の双方から電力が供給され、１２Ｖ負荷２０には充電率が高い二次電池１２から電力が供給される。
ステップＳ１８では、制御部１８は、スイッチ１３〜１６を制御し、他方の二次電池を低圧側に設定する。より具体的には、二次電池１２が一方の二次電池として選択された場合、ＳＯＣ１は二次電池１２の測定値となり、ＳＯＣ２は二次電池１１の測定値となる。そして、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２である場合、すなわち、二次電池１１が二次電池１２の充電率よりも高い場合には二次電池１１が低圧側に設定され、図３（Ｂ）に示す接続状態となる。この結果、２４Ｖ負荷２１には二次電池１１，１２の双方から電力が供給され、１２Ｖ負荷２０には充電率が高い二次電池１１から電力が供給される。
なお、ＳＯＣ１＝ＳＯＣ２の場合には、例えば、ランダムにいずれかを選択するか、あるいは、ＳＯＨ１およびＳＯＨ２を比較し、劣化状態が進んでいない方（ＳＯＨの値が大きい方）の二次電池を低圧側に設定するようにすることも可能である。
ステップＳ１９では、制御部１８は、一方の二次電池のＳＯＨ１が所定の閾値Ｔｈ未満であるか否かを判定し、閾値Ｔｈ未満である場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ２１に進む。具体的には、ＳＯＨ１が新品時に比較して所定の閾値Ｔｈ未満になった場合にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合にはステップＳ２１に進む。所定の閾値は使用する二次電池の性状等に応じて適宜設定することが可能であり、鉛電池を使用する場合には、例えば、３０〜６０％の範囲で設定することができる。
ステップＳ２０では、制御部１８は、一方の二次電池を交換するように促すメッセージを提示する。具体的には、ステップＳ１９において、一方の二次電池のＳＯＨ１が新品時の５０％未満であると判定された場合には、例えば、図示しない表示部に一方の二次電池の交換を促すメッセージを提示する。
ステップＳ２１では、制御部１８は、他方の二次電池のＳＯＨ２が所定の閾値Ｔｈ未満であるか否かを判定し、閾値Ｔｈ未満である場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）には処理を終了する。なお、この処理の詳細は、ステップＳ１９の場合と同様である。
ステップＳ２２では、制御部１８は、他方の二次電池を交換するように促すメッセージを提示する。なお、この処理の詳細は、ステップＳ２０の場合と同様である。
以上の処理によれば、運転者が車両のエンジンを始動するために、イグニッションキーを操作してイグニッションオンの状態にすると、二次電池１１，１２が順次選択されてＳＯＣとＳＯＨがそれぞれ測定される。そして、ＳＯＣが大きい側の二次電池が選択されて低圧側に接続されるので、１２Ｖ負荷２０にはＳＯＣが大きい側の二次電池から電力が供給される。これにより、二次電池の充電率の偏りが是正される。また、二次電池１１，１２のＳＯＨが所定の閾値Ｔｈ未満となった場合には交換を促すメッセージが提示される。
つぎに、図５を参照して、二次電池１１，１２を並列接続し、１２Ｖ負荷２０に電力を供給する場合について説明する。図５に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。
ステップＳ３０では、制御部１８は、図示しないイグニッションキーが操作されイグニッションオンの状態になっているか否かを判定し、イグニッションオンの状態である場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）にはステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１では、制御部１８は、図示しないイグニッションキーが操作されてＡＣＣ（Accessory）オンの状態にされているか否かを判定し、オンの状態である場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）には処理を終了する。
ステップＳ３２では、制御部１８は、エンジンが停止しているか否かを判定し、エンジンが停止している場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）にはステップＳ３３に進み、それ以外の場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）には処理を終了する。例えば、エンジンが停止された状態で、イグニッションオンまたはＡＣＣオンの状態にされた場合（１２Ｖ負荷２０に電力が供給されている場合）にはステップＳ３３に進み、それ以外の場合（例えば、エンジンが始動されている場合）には処理を終了する。
ステップＳ３３では、制御部１８は、スイッチ１３〜１６を制御し、図６に示すように、二次電池１１，１２を並列接続した状態にする。すなわち、図６の例では、スイッチ１３〜１６が全て図の下側の選択端子に接続された状態となっており、二次電池１１，１２のプラス極がともに接続点Ｂに接続され、マイナス極がともに接続点Ｃに接続されている。
以上の処理によれば、二次電池１１，１２が並列接続された状態で、１２Ｖ負荷２０に電力が供給されることから、エンジンが停止されて充電がされない状態において、一方の二次電池の充電率のみが低下することを防止できる。
以上に説明したように、本実施形態では、二次電池１１，１２の状態に応じて、スイッチ１３〜１６により二次電池１１，１２の直列接続の順序を変更するようにした。このため、充電率が高い二次電池を低圧側に設定し、１２Ｖ負荷２０に電力を供給することで、充電率の偏りを是正することができる。このようにして、一つの二次電池に負荷が集中することが避けられるため、電池の寿命を延ばすことができる。
また、本実施形態では、スイッチ１３〜１６によって二次電池１１，１２をひとつずつ選択してＳＯＣおよびＳＯＨを測定するようにしたので、測定を正確に行うことができる。このようにして、一つの状態検出部１７で２つの二次電池１１，１２の状態を検出することが可能になり、個々の二次電池ごとに状態検出部を配置する必要がなくなるため、装置全体としてのコストダウンを図ることができる。
また、本実施形態では、スイッチによって接続を変更するようにしたので、電力の損失を少なくしつつ、充電率の偏りを是正することができる。
また、本実施形態では、二次電池１１，１２のＳＯＨを測定し、所定の閾値Ｔｈ未満である場合には、交換を促すメッセージを提示するようにしたので、二次電池１１，１２の交換時期を知ることができる。
また、本実施形態では、エンジンが停止されてオルタネータ２３が動作していない状態において、イグニッションオンまたはＡＣＣオンの状態にされた場合には、二次電池１１，１２を並列接続し、１２Ｖ負荷２０に対して電力を供給するようにしたので、一方の二次電池のみが放電され、充電率に偏りが生じることを防止できる。
（Ｃ）変形実施形態
なお、上記の各実施形態は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、以上の実施形態では、二次電池１１，１２が１２Ｖの端子電圧を有する場合を例に挙げて説明したが、これ以外の電圧であってもよい。
また、図２に示すフローチャートでは、充電率ＳＯＣ１，ＳＯＣ２に基づいて二次電池１１，１２の状態を判定するようにしたが、劣化状態ＳＯＨ１，ＳＯＨ２に基づいて二次電池１１，１２の状態を判定するようにしてもよい。具体的には、ＳＯＨ１，ＳＯＨ２を比較し、値が大きい方の二次電池を低圧側に接続するようにすればよい。あるいは、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２とＳＯＨ１，ＳＯＨ２の双方に基づいて判定することも可能である。具体的には、これらの積ＳＯＣ１×ＳＯＨ１およびＳＯＣ２×ＳＯＨ２の大小に基づいて判定することも可能である。
また、以上の実施形態では、放電回路１９による放電時の電流および電圧の変化に基づいて充電率ＳＯＣおよび劣化状態ＳＯＨを検出するようにしたが、これ以外の方法に基づいて充電率ＳＯＣおよび劣化状態ＳＯＨを検出するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、図２に示すフローチャートは、イグニッションキーがイグニッションオンの状態にされた場合に、ステップＳ１１以降の処理が実行されるようにしたが、エンジンが停止された場合にステップＳ１１以降の処理が実行されるようにしてもよい。あるいは、エンジン停止直後ではなく、エンジンが停止されてから一定期間が経過し、二次電池１１，１２の状態が安定した後にステップＳ１１以降の処理を実行するようにしてもよい。また、走行中またはアイドリング中に、グランド側の二次電池のＳＯＣを検出し、ＳＯＣが所定の閾値以下になった場合に、所定のタイミング（例えば、エンジン停止後、または、充放電電流が所定の閾値以下になった場合）において、２つの二次電池の直列接続の順序を切り換えるようにしてもよい。さらに、直列接続の順序を切り換えるタイミングについては、エンジン停止後だけでなく、走行中またはアイドリング中において、充放電電流が所定の閾値以下になった場合に切り換えるようにしてもよい。さらにまた、走行中、停止中、または、アイドリング中に測定したＳＯＣまたはＳＯＨについては、フロントパネル等に配置された表示部に表示してユーザに提示するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、スイッチとして、電磁リレーを用いるようにしたが、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Isolated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチを用いるようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、放電回路１９と１２Ｖ負荷２０が測定対象となる二次電池に並列に接続されるようにしたが、放電回路１９と１２Ｖ負荷２０を別の二次電池に接続するようにしてもよい。図７は放電回路１９と１２Ｖ負荷２０を別の二次電池に接続する実施形態である。この図７の例では、図１の場合に比較すると、スイッチ１４およびスイッチ１６がスイッチ３４およびスイッチ３６に置換され、スイッチ３７，３８が新たに追加されている。ここで、スイッチ３４は１つの共通端子と３つの選択端子を有しており、共通端子は二次電池１１のマイナス極に接続され、上側の選択端子は接続点Ｂに接続され、中側の選択端子は接続点Ｃに接続され、下側の選択端子は接地されている。また、スイッチ３６も同様に１つの共通端子と３つの選択端子を有しており、共通端子は二次電池１２のマイナス極に接続され、上側の選択端子は接続点Ｂに接続され、中側の選択端子は接続点Ｃに接続され、下側の選択端子は接地されている。スイッチ３７は、２つの選択端子と１つの共通端子を有しており、スイッチ１３，１５のいずれか一方の選択端子を選択し、２４Ｖ負荷２１、スタータモータ２２、および、オルタネータ２３に接続する。スイッチ３８は、２つの選択端子と１つの共通端子を有し、選択端子はスイッチ１３，１５の選択端子にそれぞれ接続され、共通端子は放電回路１９に接続されている。
つぎに、図７の実施形態の動作について説明する。図７に示す状態では、スイッチ１３は下側の選択端子を選択し、スイッチ１５は上側の選択端子を選択し、スイッチ３４は下側の選択端子を選択し、スイッチ３６は中側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８は左側の選択端子を選択している。この場合、二次電池１２のプラス極がスイッチ１５，３８を介して放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７を介して接地される。一方、二次電池１１のプラス極は、スイッチ１３を介して１２Ｖ負荷２０に接続され、マイナス極はスイッチ３４を介して接地される。
なお、二次電池１１を測定対象として選択する場合には、スイッチ１３が上側の選択端子を選択し、スイッチ１５が下側の選択端子を選択し、スイッチ３４が中側の選択端子を選択し、スイッチ３６が下側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が右側の選択端子を選択した状態とすればよい。
測定が終了し、例えば、二次電池１１を低圧側に設定する場合には、スイッチ１３が下側の選択端子を選択し、スイッチ１５が上側の選択端子を選択し、スイッチ３４が下側の選択端子を選択し、スイッチ３６が上側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が右側の選択端子を選択した状態とすればよい。一方、二次電池１２を低圧側に設定する場合には、スイッチ１３が上側の選択端子を選択し、スイッチ１５が下側の選択端子を選択し、スイッチ３４が上側の選択端子を選択し、スイッチ３６が下側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が左側の選択端子を選択した状態とすればよい。
なお、スイッチ１３，１５が下側の選択端子を選択し、スイッチ３４，３６が下側の選択端子を選択した状態とすれば、図６に示すように二次電池１１，１２を並列接続して１２Ｖ負荷２０に電力を供給することもできる。
このように図７に示す実施形態では、一方の二次電池を放電回路１９のみに接続することができるので、１２Ｖ負荷２０の影響を除外することで、測定を正確に行うことができる。
図８はさらに他の実施形態を示している。この図８の例では、図１の場合と比較すると、スイッチ３７，３８，４０，４１が新たに追加されている。それ以外の構成は図１の場合と同様である。ここで、スイッチ３７は、２つの選択端子と１つの共通端子を有しており、スイッチ１３，１５のいずれか一方の選択端子を選択し、共通端子に接続された２４Ｖ負荷２１、スタータモータ２２、および、オルタネータ２３に接続する。スイッチ３８は、２つの選択端子と１つの共通端子を有し、選択端子はスイッチ１３，１５の選択端子にそれぞれ接続され、共通端子は放電回路１９に接続されている。スイッチ４０は、２つの選択端子と１つの共通端子を有し、選択端子はスイッチ１４，１６の下側の選択端子にそれぞれ接続され、共通端子は状態検出部１７に接続されている。スイッチ４１は、２つの選択端子と１つの共通端子を有し、選択端子はスイッチ１４，１６の下側の選択端子にそれぞれ接続され、共通端子は接地されている。
図８に示す例では、スイッチ１３，１４が下側の選択端子を選択し、スイッチ１５が上側の選択端子を選択し、スイッチ１６が下側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が左側の選択端子を選択し、スイッチ４０，４１が下側の選択端子を選択している。このような接続状態では、二次電池１１が１２Ｖ負荷２０に接続される。また、二次電池１２のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７に接続されるので、二次電池１２を単独で計測することができる。
一方、スイッチ１３が上側の選択端子を選択し、スイッチ１４が下側の選択端子を選択し、スイッチ１５，１６が下側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が右側の選択端子を選択し、スイッチ４０，４１が上側の選択端子を選択した状態では、二次電池１２が１２Ｖ負荷２０に接続される。また、二次電池１１のプラス極が放電回路１９に接続され、マイナス極が状態検出部１７に接続されるので、二次電池１１を単独で計測することができる。
測定が終了し、二次電池１１を低圧側に設定する場合には、スイッチ１３，１４が下側の選択端子を選択し、スイッチ１５，１６が上側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が右側の選択端子を選択し、スイッチ４０，４１が下側の選択端子を選択するように設定する。一方、二次電池１２を低圧側に設定する場合には、スイッチ１３，１４が上側の選択端子を選択し、スイッチ１５，１６が下側の選択端子を選択し、スイッチ３７，３８が左側の選択端子を選択し、スイッチ４０，４１が上側の選択端子を選択するように設定する。
このように図８に示す実施形態では、一方の二次電池を放電回路１９のみに接続することができるので、１２Ｖ負荷２０の影響を除外することで、測定を正確に行うことができる。
以上の各実施形態では、２つの二次電池１１，１２を直列接続する場合を例に挙げて説明したが、３つ以上の二次電池を直列接続するようにしてもよい。図９は、３つの二次電池１１，１２，５０を直列接続する場合の実施形態である。この図の例では、図１の場合に比較すると、二次電池５０、および、スイッチ５１〜５５が追加され、２４Ｖ負荷２１が３６Ｖ負荷５６に置換され、オルタネータ２３がオルタネータ２３Ａに置換されている。
ここで、スイッチ５１は共通端子が接続点Ａに接続され、選択端子の一方が他のスイッチ５２〜５４の選択端子の一方と相互に接続され、選択端子の他方がスイッチ５３の選択端子の他方に接続されている。スイッチ５２は共通端子が接続点Ｃに接続され、選択端子の一方が他のスイッチ５１，５３，５４の選択端子の一方と接続され、選択端子の他方がスイッチ５４の選択端子の他方に接続されている。スイッチ５３は共通端子が二次電池５０のプラス極に接続され、選択端子の一方が他のスイッチ５１，５２，５４の選択端子の一方に接続され、選択端子の他方がスイッチ５１の選択端子の他方に接続されている。スイッチ５４は共通端子が二次電池５０のマイナス極に接続され、選択端子の一方が他のスイッチ５１，５２，５３の選択端子の一方に接続され、選択端子の他方がスイッチ５２の選択端子の他方に接続されている。また、スイッチ５５は、共通端子が１２Ｖ負荷２０に接続され、選択端子の一方が接続点Ｅに接続され、選択端子の他方が接続点Ｂに接続されている。
３６Ｖ負荷５６は、３６Ｖの電圧が供給される負荷である。また、オルタネータ２３Ａは３６Ｖの電圧を出力し、二次電池１１，１２，５０を充電する。
つぎに、図９に示す実施形態の動作について説明する。図９に示す実施形態では、スイッチ１３〜１６の動作は図１の場合と同様であり、これらのスイッチ１３〜１６の接続状態によって二次電池１１，１２の直列接続の順序が変更される。一方、スイッチ５１〜５４は、二次電池１１，１２および二次電池５０の直列接続の順序を変更する。具体的には、図９に示すようにスイッチ５１，５２が上側の選択端子を選択し、スイッチ５３，５４が下側の選択端子を選択し、スイッチ５５が上側の選択端子を選択している場合には、二次電池５０が状態検出部１７を介して接地され、二次電池１２，１１がこの順番で二次電池５０のプラス側に直列接続される。このとき、１２Ｖ負荷２０には二次電池５０から電力が供給され、３６Ｖ負荷５６には二次電池１１，１２，５０から電力が供給される。なお、このような状態において、スイッチ１３〜１６の接続状態を変更することにより、二次電池１１，１２の接続の順序を変更できることは図１の場合と同様である。
一方、スイッチ５１，５２が下側の選択端子を選択し、スイッチ５３，５４が上側の選択端子を選択し、スイッチ５５が下側の選択端子を選択している場合には、二次電池１２が接地され、二次電池１１，５０がこの順序で二次電池１２のプラス側に接続される。このとき、１２Ｖ負荷２０には二次電池１２から電力が供給され、３６Ｖ負荷５６には二次電池１１，１２，５０から電力が供給される。なお、このような状態において、スイッチ１３〜１６の接続状態を変更することにより、二次電池１１，１２の接続の順序を変更できることは図１の場合と同様である。
以上に説明したように、図９に示す実施形態では、３つの二次電池１１，１２，５０を直列接続するとともに、その直列接続の順序を変更することができるので、３つの二次電池の充放電管理を容易に行うことができる。
つぎに、図１０を参照して、４つの二次電池１１，１２，６１，６２を直列接続する場合について説明する。図１０に示す実施形態では、図１に比較すると、二次電池６１，６２、スイッチ６３〜７１、および、４８Ｖ負荷７２が追加され、オルタネータ２３がオルタネータ２３Ｂに置換されている。
ここで、二次電池６１，６２およびスイッチ６３〜６６は、二次電池１１，１２およびスイッチ１３〜１６と同様の接続とされている。スイッチ６７，６９は、共通端子が接続点Ａ，Ａ’にそれぞれ接続され、選択端子の一方が相互に接続されるとともにスイッチ６８，７０の一方の選択端子に接続され、選択端子の他方が相互に接続されて４８Ｖ負荷７２およびオルタネータ２３Ｂに接続されている。スイッチ６８，７０は、共通端子が接続点Ｃ，Ｃ’にそれぞれ接続され、選択端子の一方が相互に接続されるとともにスイッチ６７，６９の一方の選択端子に接続され、選択端子の他方が相互に接続されて状態検出部１７に接続されている。スイッチ７１は共通端子が１２Ｖ負荷２０に接続され、選択端子の一方が接続点Ｂ’に接続され、選択端子の他方が接続点Ｂに接続されている。
つぎに、図１０の実施形態の動作について説明する。図１０の実施形態では、スイッチ６７〜７０の接続を変更することにより、二次電池１１，１２および二次電池６１，６２のいずれをグランド側にするかを選択することができる。具体的には、図１０に示すように、スイッチ６７，６８が上側の選択端子を選択し、スイッチ６９，７０が下側の選択端子を選択し、スイッチ７１が上側の選択端子を選択している場合には、二次電池６１，６２がグランド側に接続される。このとき、１２Ｖ負荷２０には二次電池６１から電圧が供給され、２４Ｖ負荷２１には直列接続された二次電池６１，６２から電力が供給され、４８Ｖ負荷７２には直列接続された二次電池６１，６２，１１，１２から電力が供給される。一方、スイッチ６７，６８が下側の選択端子を選択し、スイッチ６９，７０が上側の選択端子を選択し、スイッチ７１が下側の選択端子を選択している場合には、二次電池１１，１２がグランド側に接続される。このとき、１２Ｖ負荷２０には二次電池１２から電圧が供給され、２４Ｖ負荷２１には直列接続された二次電池１１，１２から電力が供給され、４８Ｖ負荷７２には直列接続された二次電池６１，６２，１１，１２から電力が供給される。
以上に説明したように、図１０に示す実施形態では、４つの二次電池１１，１２，６１，６２を直列接続するとともに、その直列接続の順序を変更することができるので、４つの二次電池の充放電管理を容易に行うことができる。
１０ 電源装置
１１，１２，５０，６１，６２ 二次電池
１３〜１６ スイッチ（変更手段）
１７ 状態検出部（検出手段）
１８ 制御部
１９ 放電回路
２０ １２Ｖ負荷
２１ ２４Ｖ負荷
２２ スタータモータ
２３，２３Ａ，２３Ｂ オルタネータ
３４，３６，３７，３８ スイッチ
４０，４１ スイッチ
５１〜５５ スイッチ
５６ ３６Ｖ負荷
６３〜７１ スイッチ
７２ ４８Ｖ負荷

Claims (12)

  1. 直列接続された複数の二次電池を有し、これら全ての二次電池の合成電圧を出力するとともに、一部の二次電池の出力を部分電圧として出力する電源装置において、
    前記二次電池の状態を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて、状態が相対的に良好な二次電池から前記部分電圧が出力されるように、前記複数の二次電池の直列接続の順序を変更する変更手段と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  2. ２つの二次電池を有し、
    ２つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、
    前記検出手段は、前記２つの二次電池の状態を検出し、
    前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な方の二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記変更手段は、１つの共通端子と２つの選択端子を有する４つのスイッチを有し、
    前記２つの二次電池のプラス極およびマイナス極は前記４つのスイッチのそれぞれの共通端子に接続され、前記４つのスイッチの一方の選択端子は相互に接続されて前記部分電圧を出力する端子とされ、プラス極に前記共通端子が接続された２つのスイッチの他方の選択端子は相互に接続されて前記合成電圧を出力する端子とされ、マイナス極に前記共通端子が接続された２つのスイッチの他方の選択端子は相互に接続されてグランドに接続される端子とされ、これら４つのスイッチの接続状態を制御することにより、直列接続の順序を変更する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記グランドに接続される端子と、前記グランドとの間には前記検出手段が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
  5. 前記部分電圧を出力する端子と、前記グランドとの間には、前記二次電池の状態を検出する際に前記二次電池を放電させるための放電手段が接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電源装置。
  6. 前記２つの二次電池を前記４つのスイッチによって並列接続し、負荷に前記部分電圧を供給することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。
  7. 前記検出手段によって前記二次電池の状態を検出する場合に、一方の二次電池の状態を検出手段によって検出するとともに、他方の二次電池の端子電圧を部分電圧として負荷に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
  8. ３つの二次電池を有し、
    ３つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された１つの二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、
    前記検出手段は、前記３つの二次電池の状態を検出し、
    前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  9. ４つの二次電池を有し、
    ４つの二次電池の端子電圧の合成電圧を出力するとともに、グランド側に接続された１または２つの二次電池の端子電圧を部分電圧として出力し、
    前記検出手段は、前記４つの二次電池の状態を検出し、
    前記変更手段は、前記検出手段によって検出された状態が相対的に良好な二次電池がグランド側に接続されるように直列接続の順序を変更する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  10. 前記電源装置において、
    前記二次電池の状態を検出する検出手段が一つである
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電源装置。
  11. 直列接続された複数の二次電池を有し、これら全ての二次電池の合成電圧を出力するとともに、一部の二次電池の出力を部分電圧として出力する電源供給方法において、
    前記二次電池の状態を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにおける検出結果に基づいて、状態が相対的に良好な二次電池から前記部分電圧が出力されるように、前記複数の二次電池の直列接続の順序を変更する変更ステップと、
    を有することを特徴とする電源供給方法。
  12. 前記電源供給方法において、
    前記検出ステップにおいて検出された電流が所定の電流以下の場合にのみ変更スイッチを切り替える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電源供給方法。
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