(57)【要約】【課題】車両のバッテリを充電する充電装置では、車両の搭載バッテリが増大するに伴い、充電器の供給負荷が大きくなり、１つの充電器では、ロスで発生する発熱量の増大が課題である。また、１つの充電器では、部品が大型化し、車載電源装置の大型化を招くといった課題も発生する。【解決手段】本発明においては、充電モジュール１０２ａは、制御部１０５からの駆動制御信号を入力し、この駆動制御信号に従ってバッテリ１１４への供給電力を変化させる。この充電モジュールを複数個並列に設けることにより、発熱量を少なくし、車載電源装置を小型化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載したバッテリを充電する充電装置において、
車両の外部からの電力を分散して、電力を昇圧、あるいは降圧し、前記バッテリへ電力
を供給する複数の充電モジュールと、
前記車両に搭載したバッテリの状態を検知した状態検知信号により、バッテリの状態を推定し、前記複数の充電モジュールの充電制御を行う制御部とを備えた充電装置。
【請求項２】
制御部は、さらに車外からの電力供給が途絶えた時に、バッテリを駆動する駆動モード、車外からの電力供給を検知し、車両の電力消費機器の動作時に、バッテリの充放電を行う充放電モード、車外から電力供給の開始を検知した時にバッテリを充電する充電モードのいずれか一つのモードに切り替える請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部に接続され、前記制御部からバッテリの状態信号を入力する表示手段を備えた請求項１〜３のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両外部から給電し、車載用バッテリを充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を電気で駆動する電気自動車やハイブリッド車などは、車両本体を駆動するため大きな駆動力の供給が可能な大容量バッテリが搭載されている。
【０００３】
大容量バッテリを搭載したシステム設計では、電源電圧と定格電流の決定が大きな課題となる。特に定格電流はシステムに内在する抵抗成分による発熱量に直接関わるため、これを低減する試みが知られている。
【０００４】
車載の大容量バッテリの単位モジュール当たりの電源電流を削減する試みとして高電圧のバッテリモジュールを採用する例の他に、特許文献１や特許文献２に記されるような、バッテリモジュールを複数個並列に接続することで単位モジュール当たりの電流容量を抑制する構成が知られている。本構成においては、バッテリを並列接続することにより、あるバッテリの容量がなくなる等の問題が発生した場合でも、並列に接続された残りのバッテリによって駆動を継続できる。
【特許文献１】特許第3655277号公報
【特許文献２】特開2004-147477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら２件の特許文献では、車両の搭載バッテリ容量の変化に対して、電源供給システムの電圧構成は変化しないことから、車両のバッテリ容量を自由に増減できるといった特長を有するが、車外の電源を用いて、搭載バッテリへ充電を如何に行うかについての開示は全くなされていない。
【０００６】
車両のバッテリを充電する充電装置では、車両の搭載バッテリが増大するに伴い、車両外部からの給電により充電を実施するための充電部の供給電力の増大が求められるようになっている。充電器の供給負荷が大きくなるにつれ、１つの充電器では、ロスで発生する発熱量の増大が課題である。また、１つの充電器では、部品が大型化し、車両の電源装置の大型化を招くといった課題も発生する。
【０００７】
本発明は上記の従来の課題を解決するためになされたもので、発熱量が少なく、電源装置を小型化できる充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の充電装置は、バッテリから供給される状態信号を入力し、駆動制御信号を出力する制御手段と、電力と前記制御手段からの駆動制御信号を入力し、前記駆動制御信号に従ってバッテリへの供給電力を変化させる充電手段を備え、前記充電手段を複数個並列に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の充電装置は、発熱量を少なくすると共に、車載の電源装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の充電装置について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は車両に搭載された単一のバッテリモジュールに対し、充電モジュールを複数個並列に設けた車載電源装置のブロック図である。
【００１１】
車載電源装置の構成について説明する。車外の給電部であるプラグ１０６は、電源部１０１に電力を供給する。ここで、車外の給電方式は特に限定するものではないが、一般家庭に配線されている３相２００Ｖ電源であるものとして説明する。電源部１０１のＡＣ/ＤＣコンバータ部は、プラグ１０６からの電力を交流から直流へ変換する。充電部１０２は電源部１０１と接続され、複数個の充電モジュール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆが並列接続され、電力を分散して変換している。充電モジュール１０２ａのＤＣ/ＡＣ変換部１１１は、電源部１０１のＡＣ/コンバータ部１１０から入力された直流を交流に変換する。充電モジュール１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆも、電源部１０１に接続され、充電モジュール１０２aと同様の動作を行う。蓄電部１０３は、充電部１０２の充電モジュール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆと接続され、ＤＣ/ＡＣ変換部１１１からの電力が、トランス１１２で昇圧、あるいは降圧され、整流器１１３のＡＣ/ＤＣコンバータ部を経て供給される。制御部１０５は、充電部１０２と蓄電部１０３に接続され、蓄電部１０３のバッテリ１１４の状態に応じて充放電制御を行う。車両負荷１０７は、蓄電部１０３に接続され、蓄電部１０３から電力が供給される。
【００１２】
以下、動作について説明する。電源部１０１では、プラグ１０６から給電された電力が、電源部１０１の整流器１１０を介して整流され、充電部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆへ電力供給される。充電モジュール１０２ａでは、電源部１０１から供給される電力と制御部１０５から出力される充電制御信号とを入力し、充電制御信号に応じて、ＤＣ／ＡＣ変換部１１１でＡＣ電力に変換し、トランス１１２、整流器１１３を経て充電電力が蓄電部１０３に供給される。充電モジュール１０２ａに並列接続された充電モジュール１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆも同様に動作し、蓄電部１０３に充電電力が供給される。
【００１３】
蓄電部１０３では、充電モジュール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆから供給された充電電力がバッテリ１１４に接続されており、バッテリ１１４は充電される。一方、トランス１１２に伝達される電力が十分でない（即ち、トランス１１２の端子間での起電電圧がバッテリ１１４の電圧以下）場合、整流器１１３のダイオードの整流作用によりバッテリ１１４への充電は行われない。ＤＣ／ＤＣ変換部１１６は、バッテリ１１４に蓄えられた電力を入力し、制御部１０５から入力される電源制御信号に応じて電力変換を行い、車両負荷１０７に電力を供給する。また、ブレーキ回生などで車両負荷が電力を発生しているときは、電源制御信号に応じ、ＤＣ／ＤＣ変換部１１６を介してバッテリ１１４に回生電力を供給し、バッテリ１１４は充電される。
【００１４】
バッテリセンサ１１５は、バッテリ１１４の状態（バッテリ温度、端子電圧、充放電電流）を検知し、その検出情報はバッテリ状態信号として、制御部１０５に出力される。
【００１５】
制御部１０５は充電モード、駆動モード、充放電モードが設定されている。これらのモードの切替えは、車両の状況に応じて自動に切替えられるか、手動によるスイッチ切替えでなされる。車両の状況に応じた自動切替えの例として、車外からの電力供給が途絶えた時に、駆動モードへ切替える。また、車外からの電力供給を検知し、かつ、車両に搭載された大電力消費機器（例えばカーエアコン、カーマルチメディア機器）のＯＮ時やエンジン始動時、エンジンやモータの温度が低い時に充放電モードに切替える。また、ドライブモードからパーキングモードへの切替え、自動車の鍵が車外にあるときのドアロック時、
エンジン停止時、ソーラーパネルの発電量が一定値を超えた時に充電モードとする。また、車外からの電力給電が開始されたときに充電モードに切り替える。手動切替えの例として、充電パドルの差し込み、モード切替えボタンの押下や切り替えなどがある。
【００１６】
充電モード時の制御部１０５は、プラグ１０６から電力が供給されていることを検出し、同時にバッテリ状態信号を入力しバッテリの充電状態の推定を開始する。このプラグ１０６から電力が供給されている事を確認後、一定の時間をおいて、充電状態の推定結果に応じて、充電部１０２を充電制御する。これは、少なくともモードが切り替わるか、バッテリの充電状態が満充電状態と推定されるまで継続される。駆動モード時の制御部１０５は、ＤＣ／ＡＣ変換部１１１の動作を停止し、電源部の消費電流を最小化する。これは、プラグ１０６の抜き差し時に発生する瞬発電流を最小にするためであり、電源部の主電源ラインにスイッチを設け、これを遮断しても同様の効果が得られる。また、バッテリの充電状態と車両負荷の負荷状態に応じて、蓄電部１０３の充放電を行う。
【００１７】
本実施の形態の効果を車載機器充電装置の観点で述べる。車載器として重要なことは、広い温度保証範囲（−４０℃〜１００℃）、小型・軽量化である。特に熱設計は品質に大きく関わる重要な課題である。
【００１８】
充電部における発熱量を試算すると、充電モジュール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆは６個のモジュールが並列に接続されているため、充電電力の負荷電流はモジュール毎で見ると１／６倍となる。内在する抵抗成分Ｒと電流Ｉで生じるモジュール毎の発熱量は、Ｒ×Ｉ＾２（Ｉの２乗）に比例するため、発熱量は１／６＾２（６の２乗）であり、モジュールが６個連なるため、充電部１０２全体の発熱量は、６個の充電モジュールと同等の電力を発生する１個の充電モジュールと比較すると、１／６に低減できることとなる。
【００１９】
同等の効果を、１つの充電モジュールにおいて、抵抗値の低減で追求した場合を検討する。コイルと磁性体で構成されるトランス１１２に注目すると、コイルの抵抗成分は、その太さの二乗に反比例するため、発熱量を１／ｍに抑えるためのサイズとして、ｍ＾０．５（ｍの１/２乗）倍の大きさが求められることになる。容積に換算すると、ｍ＾１．５倍（ｍの３/２乗）となることから、ｍ個並列に接続する提案方式（容積でｍ倍）の方が、６個の充電モジュールと同等の電力を発生する１個の充電モジュールと比較すると、小型化できることは明らかである。さらに付け加えると、磁束密度の飽和特性の影響で大電流時は、トランス１１２そのものの効率が低下するため、発熱量はより深刻な課題となる。
【００２０】
以上説明したように、充電モジュールを並列に複数設ける構成により、発熱量が少なく、小型化した充電装置を得ることができる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図２は車両に搭載された複数のバッテリモジュールに対し、充電モジュールを複数設ける発明について、車載電源の全体構成図である。
【００２２】
本実施の形態では、第１の実施の形態との差異のみを説明する。
【００２３】
図２と図１の相違点は、蓄電モジュールが複数個並列に設けられている構成である。
【００２４】
以下、本構成における動作について説明する。
【００２５】
電源部１０１では、プラグ１０６から給電された電力が、整流器１１０を介して整流さ
れ、充電モジュール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆへ電力供給される。
【００２６】
充電モジュール１０２ａでは、電源部１０１から電力供給される電力と制御部１０５から出力される充電制御信号とを入力し、充電制御信号に応じて、主電源をＤＣ／ＡＣ変換部１１１でＡＣ電力に変換し、トランス１１２、整流器１１３を経て充電電力が蓄電部１０３に供給される。充電モジュール１０２ａに並列接続された充電モジュール１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆも同様に動作し、各充電モジュールに各々対応する蓄電モジュール１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆに充電電力が供給される。
【００２７】
蓄電部１０３では、充電部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆから供給された充電電力が、それぞれの充電モジュールのバッテリに接続されており、バッテリは充電される。
【００２８】
バッテリセンサ１１５は、バッテリ１１４の状態（バッテリ温度、端子電圧、充放電電流）を検知し、その検出情報はバッテリ状態信号として制御部１０５へ出力する。
【００２９】
制御部１０５は充電モード、駆動モード、充放電モードが設定されている。充電モード時の制御部１０５は、バッテリ状態信号を入力しバッテリの充電状態を推定する。この推定結果に応じて、充電部１０２を充電制御する。充放電モード時の制御部１０５は、バッテリの充電状態と車両負荷の負荷状態に応じて、蓄電部１０３の充放電を行う。特に、バッテリが複数ある本構成の場合、バッテリ毎の個別残量に応じて適切に充放電を繰り返す事が可能であり、特定のバッテリのみに過大な負荷をかけることを回避できる。
【００３０】
以上のように構成することで、第１の実施の形態でも説明したとおり、充電モジュールの省電力化、小型化・軽量化が容易になると同時に、それぞれの充電モジュールと蓄電モジュールの対応毎に同一パッケージに納めモジュールとして一体化することにより、電源モジュールとしての取扱い、保守・交換が容易になるといった格別な効果を得ることができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、第１の実施の形態や第２の実施の形態において、複数に系統化された各モジュールの稼働状態を表示し、システムの健全性の確認を簡易にするものである。
【００３２】
図３において、制御部１０５はモニタである表示部３０１と接続されている。制御部１０５は各蓄電モジュール１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆから出力されたバッテリ状態信号を収集し、各バッテリの残量推定、充放電特性を更新し、充放電による劣化度を推定する。制御部１０５は、蓄電モジュール１０３ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆから得られたバッテリ状態信号から対応するバッテリの劣化度合いが一定レベルを超えたことをしめすバッテリ警告信号と、各バッテリの残量推定値とを送出する。
【００３３】
表示部３０１では、蓄電モジュールに対応したバッテリについて、バッテリ劣化警告アイコンと、バッテリの状態を表示する。
【００３４】
このように複数あるバッテリモジュールについてバッテリに対応させて劣化警告を表示することで、利用者に対してシステム保守を容易にすることができる。また、各バッテリの残量を表示することにより、利用者に対して適切な充電時期を通知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は充電装置に関し、発熱量が少なく、車載電源装置を小型化することができる充電装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車載電源装置のブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態における車載電源装置のブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態における車載電源装置の制御部と表示部のブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１０２  充電部
１０３  蓄電部
１０５  制御部
１１４  バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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