(57)【要約】【課題】バッテリ内部で充電電流を調整することにより、蓄電装置が過電圧になることを抑制又は遅らせる。【解決手段】  蓄電装置２０であって、複数の蓄電素子３１と、前記複数の蓄電素子３１への通電路に設けられたスイッチＱ１と、前記複数の前記蓄電素子３１の各電圧を検出する電圧検出部６１と、制御部７０と、を備え、前記制御部７０は、充電中に、前記複数の蓄電素子３１の電圧が上限電圧に到達しない又は到達を遅らせるように、前記スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを切り換える。【選択図】図４
2018023257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置であって、
複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子への通電路に設けられたスイッチと、
前記複数の前記蓄電素子の各電圧を検出する電圧検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、充電中に、
前記複数の蓄電素子の電圧が上限電圧に到達しない又は到達を遅らせるように、前記スイッチのデューティ比を切り換える、蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えた場合、
前記スイッチを、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング状態に制御する、蓄電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置であって、
前記制御部は、前記複数の蓄電素子の最高電圧が高いほど、前記スイッチのデューティ比を小さくする、蓄電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記閾値は、前記複数の蓄電素子の総電圧の充電目標値である充電目標電圧を素子数で割った電圧と、上限電圧との間の数値である、蓄電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記複数の蓄電素子と並列に接続され、前記蓄電素子を放電する複数の放電回路を備え、
前記制御部は、前記放電回路の動作中に、
前記複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えた場合、前記放電回路による電圧均等化処理と並行して、前記スイッチを前記スイッチング状態に制御する蓄電装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の蓄電装置であって、
前記複数の蓄電素子は、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池である、蓄電装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記スイッチは、放電方向を順方向とする寄生ダイオードを有する、ＦＥＴである、蓄電装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記制御部は、前記スイッチをオフした後、前記蓄電装置の外部端子の端子間電圧が設定電圧を超えた場合、前記スイッチをオフからオンに切り換えて、前記外部端子に接続された車両発電機から前記蓄電装置に充電電流を流すことにより、前記車両発電機の出力電圧を下げる出力抑制処理を実行する、蓄電装置。
【請求項９】
蓄電装置の制御方法であって、
充電中に、前記蓄電装置を構成する複数の蓄電素子の電圧が上限電圧に到達しない又は到達を遅らせるように、前記複数の蓄電素子の通電路に配置されたスイッチのデューティ比を切り換える、蓄電装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の蓄電装置を備えた車両。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車両であって、
前記蓄電装置の外部端子に接続された車両発電機を有し、
前記蓄電装置の制御部は、
前記スイッチがオフした状態で、前記外部端子が設定電圧を超えた場合、
前記スイッチをオフからオンに切り換えて、前記車両発電機から前記蓄電装置に充電電流を流すことにより、前記車両発電機の出力電圧を下げる出力抑制処理を実行する、車両。
【請求項１２】
請求項１１に記載の車両であって、
前記蓄電装置の制御部は、
前記スイッチを、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング状態に制御するスイッチング制御の実行中に、前記出力抑制処理を実行する、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置は、安全性を高めるため、リレーや半導体スイッチング素子などのスイッチを内蔵しており、蓄電素子が過放電状態や過充電状態になることを防いでいる。こうした蓄電装置は、例えば、車両用の電源として使用されており、車両のオルタネータにより充電される構成となっている。また、下記特許文献１には、オルタネータの発生した電圧を電圧変換器により降圧して、蓄電装置などの負荷に電力供給する点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６６０２０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、組電池を構成する各蓄電素子は、電圧のばらつきがあることから、各蓄電素子が過充電になることを抑制することが好ましい。しかしながら、車両に搭載されたオルタネータや充電器が、蓄電装置から各蓄電素子の情報を得ていない場合がある。また、車両に搭載されたオルタネータや充電器が、安価な構成で、充電制御機能を有さないことがある。そのため、蓄電装置内部に充電電流の調整機能を持たせることにより、車両に搭載されたオルタネータ等が蓄電装置から各蓄電素子の情報を得ていない場合や、オルタネータ等の性能に関わらず、組電池を構成する蓄電素子が過電圧になることを抑制又は遅らせることが求められていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電装置内部で充電電流を調整することにより、蓄電装置が過電圧になることを抑制又は遅らせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書により開示される蓄電装置は、複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子への通電路に設けられたスイッチと、前記複数の前記蓄電素子の各電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、充電中に、前記複数の蓄電素子の電圧が上限電圧に到達しない又は到達を遅らせるように、前記スイッチのデューティ比を切り換える。
【０００６】
本明細書により開示される蓄電装置の制御方法は、充電中に、前記蓄電装置を構成する複数の蓄電素子の電圧が上限電圧に到達しない又は到達を遅らせるように、前記複数の蓄電素子の通電路に配置されたスイッチのデューティ比を切り換える。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書により開示される蓄電装置によれば、デューティ比の切り換えにより、蓄電装置単独で、充電電流を切り換えることができ、車両に搭載されたオルタネータ等が蓄電装置から各蓄電素子の電圧の情報を得ていない場合や、オルタネータ等の性能に関わらず、複数の蓄電素子が上限電圧に到達することを抑制できる。又は、複数の蓄電素子が上限電圧に到達することを遅らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に適用された車両の側面図
【図２】バッテリの斜視図
【図３】バッテリの分解斜視図
【図４】バッテリの回路図
【図５】二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示すグラフ
【図６】放電回路の回路図
【図７】充電電流制御のフローチャート図
【図８】二次電池の充電特性を示すグラフ
【図９】実施形態２において二次電池の最高電圧と半導体スイッチのデューティ比の関係を示す図
【図１０】実施形態３に適用されたバッテリの回路図
【図１１】出力抑制処理の流れを示すフローチャート図
【図１２】充電中に半導体スイッチをスイッチングした時のオルタネータの出力電圧Ｖｓの推移を示すグラフ
【図１３】他の実施形態を示すバッテリの回路図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
初めに、本実施形態にて開示する蓄電装置の概要について説明する。
蓄電装置は、複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子への通電路に設けられたスイッチと、前記複数の前記蓄電素子の各電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の蓄電素子の電圧が上限電圧を超えないように、前記スイッチのオン時間とオフ時間のデューティ比を切り換える。この構成では、デューティ比の切り換えにより、蓄電装置単独で、充電電流を切り換えることができ、車両に搭載されたオルタネータ等が蓄電装置から各蓄電素子の電圧の情報を得ていない場合や、オルタネータ等の性能に関わらず、複数の蓄電素子が上限電圧を超えることを抑制できる。又は複数の蓄電素子が上限電圧に到達することを遅らせることができる。
【００１０】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えた場合、前記スイッチを、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング状態に制御する。この構成では、複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えると、スイッチがスイッチング状態に制御されるので、それ以降、電圧の高い蓄電素子を含む全蓄電素子の電圧上昇を抑えることができる。
【００１１】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記制御部は、前記複数の蓄電素子の最高電圧が高いほど、前記スイッチのデューティ比を小さくする。この構成では、複数の蓄電素子の最高電圧が高いほど、充電電流を下がる。そのため、蓄電素子の電圧上昇をさらに抑えることができ、蓄電素子が上限電圧に到達するのを遅らせることができる。
【００１２】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記閾値は、前記複数の蓄電素子の総電圧の充電目標値である充電目標電圧を素子数で割った電圧と、上限電圧との間の数値である。この構成では、全蓄電素子の電圧が均等であれば、スイッチング制御が実行されずに、蓄電素子を充電目標電圧まで充電できる。すなわち、充電電流が絞られることなく、充電できるので、充電速度が落ちない。一方、複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えると、スイッチング制御が実行されるので、それ以降は、蓄電素子の電圧上昇が抑えられ、蓄電素子が上限電圧に到達するのを抑制又は、遅らせることができる。
【００１３】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記複数の蓄電素子と並列に接続され、前記蓄電素子を放電する複数の放電回路を備え、前記制御部は、前記放電回路の動作中に、前記複数の蓄電素子の最高電圧が閾値を超えた場合、前記放電回路による電圧均等化処理と並行して、前記スイッチを前記スイッチング状態に制御する。この構成では、蓄電素子の電圧を均等化しつつ、蓄電素子の電圧上昇を抑制できる。
【００１４】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記複数の蓄電素子は、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池である。リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池は充電末期において、ＳＯＣの変化に対してＯＣＶが急激に上昇することから、特定の二次電池が上限電圧に達し易い。本技術を、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池に適用することで、電圧上昇を抑えることが可能となるため、特定のリチウムイオン二次電池が、充電末期に上限電圧に達することを抑制できる。または、上限電圧に達することを遅らせることができる。
【００１５】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記スイッチは、放電方向を順方向とする寄生ダイオードを有する、ＦＥＴである。この構成では、ＦＥＴをオフすることで、充電は遮断し、放電は継続することが出来る。
【００１６】
また、本実施形態にて開示する蓄電装置の一実施態様として、前記制御部は、前記スイッチをオフした後、前記蓄電装置の外部端子の端子間電圧が設定電圧を超えた場合、前記スイッチをオンする。この構成では、スイッチをオンすることで、充電電流が流れるので、車両発電機のの電圧上昇を抑えることが可能である。
【００１７】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図８によって説明する。
１．バッテリの説明
図１は車両の側面図、図２はバッテリの斜視図、図３はバッテリの分解斜視図である。
【００１８】
車両１は、図１に示すように、電子制御装置１３、オルタネータ１５、バッテリ２０を備えている。尚、図１は省略してあるが、車両１には、電子制御装置１３以外に、エアコン、ヘッドランプなどの車両負荷１０が搭載されている、尚、バッテリ２０が本発明の「蓄電装置」に相当し、オルタネータが本発明の「車両発電機」に相当する。
【００１９】
バッテリ２０は、電子制御装置１３を含む車両負荷１０に対して電力を供給すると共に、電子制御装置１３によって制御されるオルタネータ１５と接続されている。オルタネータ１５は、出力を調整する調整部（図略）を備えており、出力電圧が一定となるようにフィードバック制御されている。そのため、この例では、バッテリ２０は、オルタネータ１５により、定電圧で充電されるようになっている。尚、オルタネータ１５は、本実施形態の例に限定されるものではなく、例えば、出力電圧の調整機能やパルス充電機能を有する高機能のオルタネータであってもよい。また、車両の駆動に伴い発電するだけの簡易な構成のオルタネータであってもよい。
【００２０】
バッテリ２０は、図２に示すように、ブロック状の電池ケース２１を有しており、電池ケース２１内には、複数の二次電池３１からなる組電池３０や回路基板２８が収容されている。尚、以下の説明において、図２および図３を参照する場合、電池ケース２１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース２１の上下方向をＹ方向とし、電池ケース２１の長辺方向に沿う方向をＸ方向とし、電池ケース２１の奥行き方向をＺ方向をとして説明する。
【００２１】
電池ケース２１は、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体２３と、複数の二次電池３１を位置決めする位置決め部材２４と、ケース本体２３の上部に装着される中蓋２５と、中蓋２５の上部に装着される上蓋２６とを備えて構成されている。ケース本体２３内には、図３に示すように、各二次電池３１が個別に収容される複数のセル室２３ＡがＸ方向に並んで設けられている。
【００２２】
位置決め部材２４は、図３に示すように、複数のバスバー２７が上面に配置されており、位置決め部材２４がケース本体２３内に配置された複数の二次電池３１の上部に配置されることで、複数の二次電池３１が、位置決めされると共に複数のバスバー２７によって直列に接続されるようになっている。
【００２３】
中蓋２５は、図２に示すように、平面視略矩形状をなし、Ｙ方向に高低差を付けた形状とされている。中蓋２５のＸ方向両端部には、図示しないハーネス端子が接続される一対の端子部２２Ｐ、２２Ｎが設けられている。一対の端子部２２Ｐ、２２Ｎは、例えば、鉛合金等の金属からなり、２２Ｐが正極端子、２２Ｎが負極端子である。尚、正極端子２２Ｐ、負極端子２２Ｎが本発明の「外部端子」の一例である。
【００２４】
また、中蓋２５は、図３に示すように、回路基板２８が内部に収容可能とされており、中蓋２５がケース本体２３に装着されることで、二次電池３１と回路基板２８とが接続されるようになっている。
【００２５】
２．バッテリ２０の電気的構成
図４はバッテリ２０の電気的構成を示す回路図である。バッテリ２０には、外部端子である正極端子２２Ｐ、負極端子２２Ｎを介して、車両負荷１０と、オルタネータ１５が接続されている。バッテリ２０は、組電池３０と、電流検出抵抗４１と、温度センサ４３と、半導体スイッチＱ１と、放電回路４５と、組電池３０を管理する管理装置５０とを有する。
【００２６】
組電池３０、電流検出抵抗４１、半導体スイッチＱ１は、通電路Ｌを介して、直列に接続されている。本例では、電流検出抵抗４１を負極側、半導体スイッチＱ１を正極側に配置している。
【００２７】
組電池３０は、直列接続された複数（本例では、４つ）のリチウムイオン二次電池（本発明の「蓄電素子」の一例）３１から構成されている。二次電池３１は、例えば、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にカーボン（グラファイト）を用いたリン酸鉄系のリチウムイオン二次電池とされる。
【００２８】
尚、「リン酸鉄系」のリチウムイオン二次電池とは、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)を用いたリチウムイオン二次電池であり、負極活物質はカーボン以外に、チタン酸リチウム、シリコンでもよい。図５にリン酸鉄系のリチウムイオン二次電池３１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示す。
【００２９】
リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池３１は、図５に示すように、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が相対的に低い低変化領域と、相対的に高い高変化領域とを有している。具体的には、ＳＯＣが１０％未満である充電初期（放電末期）は、ＳＯＣの変化量に対してＯＣＶが急激に変化する高変化領域である。また、ＳＯＣが９０％以上である充電末期（図５に示す立ち上がり領域Ｆ）も、ＳＯＣの変化量に対してＯＣＶが急激に変化する高変化領域である。また、ＳＯＣが１０％以上、９０％未満である充電中期（放電中期）には、ＳＯＣに対してＯＣＶが略一定である平坦領域（プラトー領域）である。尚、ＳＯＣ（State of charge）は充電状態を意味し、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は開放電圧を意味する。
【００３０】
電流検出抵抗４１は、二次電池３１に流れる電流を検出する機能を果たす。温度センサ４３は接触式あるいは非接触式で、二次電池３１の温度［℃］を測定する機能を果たす。
【００３１】
電流検出抵抗４１と温度センサ４３は、信号線によって、管理装置５０に電気的に接続されており、電流検出抵抗４１や温度センサ４３の検出値は、管理装置５０に取り込まれる構成になっている。
【００３２】
半導体スイッチＱ１は、ＮチャンネルのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。半導体スイッチＱ１は、ドレンを正極端子２２Ｐに接続し、ソースを組電池３０の正極に接続している。半導体スイッチＱ１のゲートには、ドライバ４７が接続されている。ドライバ４７には、制御部７０からの制御信号が入力される構成になっており、半導体スイッチＱ１は、制御部７０からの指令（制御信号）に応答して、正極側の通電路Ｌを開閉する機能を果たす。
【００３３】
また、半導体スイッチＱ１は寄生ダイオード３７を有している。寄生ダイオード３７は、組電池３０の放電方向が順方向となっており、半導体スイッチＱ１を、オフを保持する状態に制御すると、組電池３０への充電電流は遮断されるが、組電池３０からの放電電流は寄生ダイオード３７を通じて流れるようになっている。
【００３４】
放電回路４５は各二次電池３１に対応して設けられている。放電回路４５は、図６に示すように、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとを備え、二次電池３１に対して並列に接続されている。制御部７０から指令を与えて、放電スイッチＳＷをオンすることで二次電池３１を個別に放電することが出来る。
【００３５】
管理装置５０は、電圧検出部６１と制御部７０とを備えている。電圧検出部６１は、検出ラインを介して各二次電池３１の両端にそれぞれ接続され、各二次電池３１の電圧及び組電池３０の総電圧を測定する機能を果たす。
【００３６】
制御部７０は、中央処理装置であるＣＰＵ７１と、メモリ７３と、通信部７５とを含む。ＣＰＵ７１は、電流検出抵抗４１、電圧検出部６１、温度センサ４３の出力から、二次電池３１の電流、電圧、温度を監視する。また、制御部７０は、後述する電圧均等化処理や充電電流制御を実行する。メモリ７３は、電圧均等化処理や充電電流制御の実行に必要なデータ（例えば、第１電圧、第２電圧、上限電圧のデータなど）が記憶されている。
【００３７】
メモリ７３には、バッテリ２０を監視するための情報が記憶されている。また、それ以外に、後述する二次電池３１の均等化処理や充電電流制御を行うためのデータが記憶されている。通信部７５は、車両に搭載された電子制御装置１３と通信を行う。
【００３８】
管理装置５０、半導体スイッチＱ１、放電回路４５、電流検出抵抗４１は、回路基板２８に搭載されており、バッテリ２０の内部に設けられている。また、温度センサ４３も、バッテリ２０の内部に設けられている。
【００３９】
尚、制御部７０は、電流検出抵抗４１の検出値に基づいて、オルタネータ１５からの充電を検出することができる。具体的には、電流検出抵抗４１に発生する電圧の正、負により、充電状態か、放電状態かを検出できる。また、それ以外にも、電子制御装置１３との通信により、オルタネータ１５からの充電を検出することができる。
【００４０】
３．放電回路４５による電圧均等化処理
制御部７０は、電流検出抵抗４１の検出値により、オルタネータ１５からの充電を検出すると、電圧検出部６１により計測される各二次電池３１の電圧を、第２電圧（一例として３．５Ｖ）と比較する処理を行う。そして、第２電圧は電圧均等化処理の実行の可否を決める判定値であり、第２電圧を上回る二次電池３１に対応する放電回路４５をすべて動作させて、第２電圧を上回る二次電池３１を抵抗放電する。
【００４１】
これにより、電圧の高い二次電池３１は電圧が下がり、各二次電池３１の電圧を均等化できる。また、電圧の均等化中も、充電は継続されるので、各二次電池３１の電圧は、均等化されながら上昇してゆく。そして、組電池３０の総電圧が充電目標電圧（一例として、１４、４Ｖ）に到達すると、バッテリ２０側から車両側の電子制御部１３にその情報が送信される。これにより、電子制御部１３の指令によりオルタネータ１５は発電を停止することから、バッテリ２０の充電は終了する。そして、充電終了に伴って均等化処理も終了する。
【００４２】
尚、本実施形態では、組電池３０の充電目標電圧１４．４Ｖであり、組電池３０は４つの二次電池３１を直列に接続して構成されていることから、充電目標電圧をセル数（素子数）４で割った電圧（充電目標電圧を単セルに換算した電圧）は３．６Ｖである。また、セルは、１つの二次電池を意味する。
【００４３】
４．充電電流制御
ところで先に説明したように、第２電圧（一例として３．５Ｖ）を超えると、放電回路４５による均等化処理が実行されることから、充電開始時点で、各二次電池間に電圧のばらつきがあったも、充電中に電圧ばらつきを抑えることができる。
【００４４】
しかしながら、リチウムイオン二次電池３１は、図５に示すように、充電末期の電圧カーブが急であることから、放電回路４５による電圧均等化が電圧上昇に対して追い付かず、特定の二次電池３１の電圧が上昇する場合がある。これにより、特定の二次電池３１が、使用限界の上限電圧（一例として４．０Ｖ）を超え、過電圧になることが懸念される。
【００４５】
そこで、制御部７０は、電流検出抵抗４１の検出値から充電を検出すると、充電検出後、充電電流制御（図７）を行うことで、二次電池３１の電圧上昇を抑制して、過電圧になることを抑えている。
【００４６】
オルタネータ１５による充電開始後、電圧検出部６１は、各二次電池３１の電圧を計測、及び組電池３０の総電圧を、継続的に計測する（Ｓ１０）する。
【００４７】
制御部７０は、計測された各二次電池３１の電圧を比較して最高電圧Ｖｍを検出し（Ｓ２０）、二次電池３１の最高電圧Ｖｍを第１電圧と比較する処理を行う（Ｓ３０）。尚、第１電圧は、一例として３．７Ｖであり、組電池３０の充電目標電圧をセル数で割った電圧３．６Ｖと、二次電池３１の上限電圧４．０Ｖの間の数値に設定されている。また、第１電圧が、本発明の「閾値」に相当する。
【００４８】
二次電池３１の最高電圧Ｖｍが第１電圧未満の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、制御部７０は、ドライバ４７を介して、半導体スイッチＱ１を、オンを保持する状態に制御する（Ｓ５０）。
尚、本例では、半導体スイッチＱ１のスイッチング周波数は１００Ｈｚ〜数ｋＨｚであり、オンを保持するとは、半導体スイッチＱ１のスイッチング周期よりも長い時間（例えば、少なくとも数周期以上）、半導体スイッチＱ１をデューティ比１００％の状態に保持していることを意味する。
【００４９】
すなわち、二次電池３１の電圧ばらつきが小さく、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが第１電圧未満であれば、半導体スイッチＱ１はオンを保持し、半導体スイッチＱ１が導通した状態で、バッテリ２０の充電が進行する。そして、組電池３０の総電圧が充電目標電圧（一例として１４．４Ｖ）に達すると、オルタネータ１５は発電を停止することから、バッテリ２０の充電は終了し、それに伴って、充電電流制御も終了する（Ｓ８０：ＹＥＳ）。
【００５０】
一方、二次電池３１の電圧ばらつきが大きく、充電中に、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが第１電圧を超えると（Ｓ３０：ＮＯ）、制御部７０は、二次電池３１の最高電圧Ｖｍを上限電圧と比較する処理を行う（Ｓ４０）。
【００５１】
二次電池３１の最高電圧Ｖｍが上限電圧未満の場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、制御部７０は、ドライバ４７を介して、半導体スイッチＱ１を、オンを保持した導通状態（デューティ比Ｄｙが１００％）から、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング状態に制御する（Ｓ６０）。以下、スイッチング状態に制御することを、スイッチング制御と呼ぶ。
【００５２】
半導体スイッチＱ１がスイッチング制御に切り換わると、二次電池３１への充電電流が減少する。具体的には、本例では、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを５０％に設定していることから、二次電池３１への充電電流は概ね、切り換え前の約５０％に低下する。
【００５３】
Ｄｙ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）・・・・（１）式
Ｔｏｎは、半導体スイッチＱ１のオン時間、Ｔｏｆｆは半導体スイッチＱ１のオフ時間である。
【００５４】
従って、二次電池３１の電圧上昇を抑えることができ、二次電池３１は電圧上昇速度が遅くなる。そのため、放電回路４５の均等化処理が電圧上昇に追い付き、二次電池間の電圧ばらつきが小さくなる。従って、特定の二次電池３１の電圧が上昇することを抑えつつ、充電を行うことができる。
【００５５】
そして、組電池３０の総電圧が充電目標電圧（一例として１４．４Ｖ）に達すると、オルタネータ１５は発電を停止することから、バッテリ２０の充電は終了し、それに伴って、充電電流制御も終了する（Ｓ８０：ＹＥＳ）。
【００５６】
また、半導体スイッチＱ１を、スイッチング制御して充電量をセーブしても、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが上限電圧を超えた場合（Ｓ４０：ＮＯ）、制御部７０は、ドライバ４７を介して、半導体スイッチＱ１を、オフを保持する状態に制御する（Ｓ７０）。
【００５７】
尚、オフを保持する状態とは、デューティ比Ｄｙが０％の状態が、半導体スイッチＱ１のスイッチング周期より長い時間（例えば、少なくとも数周期以上）、継続する状態であり、半導体スイッチＱ１は遮断状態（通路路を開放した状態）となる。これにより、二次電池３１への充電は遮断されることから、二次電池３１が上限電圧を超え、過電圧になることを抑制できる。
【００５８】
図８は、組電池を所定レートで充電した時の充電特性（Ｔ−Ｖ）を示しており、横軸は時間Ｔ、縦軸は二次電池（単セル）３１の電圧Ｖを示している。図８の例では、時刻ｔ１にて、二次電池３１の電圧が第２電圧（３．５Ｖ）に到達し、時刻ｔ２にて、二次電池３１の電圧が第１電圧（３、７Ｖ）に到達し、時刻ｔ４に、二次電池３１の電圧が上限電圧（４．０Ｖ）に到達している。
【００５９】
そのため、図８の例では、時刻ｔ１以降の期間Ｔ１では、放電回路４５による均等化処理が行われ、更に、時刻ｔ２以降の期間Ｔ２では、放電回路４５による均等化処理と、半導体スイッチＱ１のスイッチング制御が並行して行われる。
【００６０】
尚、本実施形態では、組電池３０の充電目標電圧１４．４Ｖをセル数４で割った電圧は「３．６Ｖ」である。また、スイッチング制御が開始される第１電圧は「３．７Ｖ」、均等化処理が実行される第２電圧は「３．５Ｖ」である。すなわち、「第１電圧」と「第２電圧」は、「組電池３０の充電目標電圧をセル数（素子数）で割った電圧」に近い値に設定されている。
【００６１】
そのため、組電池３０の電圧が目標充電電圧に近くなる充電末期では、放電回路４５による電圧均等化処理と並行して半導体スイッチＱ１のスイッチング制御が実行される。従って、充電末期において、組電池３０を構成する各二次電池３１の電圧ばらつき抑えつつ、特定の二次電池３１が電圧上昇することができる。
【００６２】
５．効果説明
本実施形態では、デューティ比Ｄｙの切り換えにより、バッテリ単独で、充電電流を切り換えることができる。そのため、車両１に搭載されたオルタネータ１５がバッテリ２０から各二次電池３１の電圧の情報を得ていない場合や、オルタネータ１５の性能に関わらず、バッテリ２０側で、電圧の高い特定の二次電池３１が上限電圧に到達することを抑制できる。又は電圧の高い特定の二次電池３１が上限電圧に到達することを遅らせることができる。
【００６３】
また、放電回路４５による均等化処理と、半導体スイッチＱ１によるスイッチング制御を並行して行うことで、二次電池３１の電圧ばらつきを抑えつつ、二次電池３１が電圧上昇することを抑制できる。そのため、電圧の高い特定の二次電池３１が上限電圧に到達することを抑制できる。又は、電圧の高い特定の二次電池３１が上限電圧に到達することを遅らせることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが上限電圧を超えると、半導体スイッチＱ１を、オフを保持する状態に制御するため、バッテリ２０への充電電流は遮断される。しかし、寄生ダイオード３７を介して放電は行うことが可能であり、バッテリ２０への充電を遮断した後も、バッテリ２０から車両負荷１０に対して電力を供給することができる。
【００６５】
また、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池３１は、充電末期の電圧カーブが急であることから、容量ばらつきが想定よりも大きいと、特定の二次電池３１の電圧が高くなり、上限電圧を超える恐れがある。この点、本実施形態では、充電末期に、電圧均等化処理と並行してスイッチング制御を実行するため、特定の二次電池３１が上限電圧を超えて過電圧になることを抑制できる。または、上限電圧に到達することを遅らせることができる。
【００６６】
また、第１電圧（３．７Ｖ）は、組電池３０の充電目標電圧をセル数で割った電圧（３．６Ｖ）と、上限電圧（４．０Ｖ）の間の数値に設定してある。そのため、二次電池３１の電圧が均等であれば、スイッチング制御が実行されずに、組電池３０を充電目標電圧まで充電できる。すなわち、充電電流が絞られることなく、充電できるので、充電速度が落ちない。
【００６７】
一方、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが第１電圧（３．７Ｖ）を超えると、スイッチング制御が実行されるので、それ以降は、二次電池３１の電圧上昇が抑えられ、電圧の高い特定の二次電池３１が上限電圧に到達することを抑制できる。又は上限電圧に到達するのを遅らせることができる。
【００６８】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図９によって説明する。
実施形態１では、スイッチング制御中、半導体スイッチＱ１のデューティ比を５０％の固定値とした例を示した。実施形態２は、二次電池３１の最高電圧Ｖｍに応じて、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを切り換える。
【００６９】
具体的には、図９に示すように、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが３．７Ｖ〜３．８Ｖの場合、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを５０％とし、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが３．８Ｖ〜３．９Ｖの場合、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを３０％とし、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが３．９〜４．０[Ｖ]の場合、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを１０％とする。
【００７０】
このように、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが高いほど、半導体スイッチＱ１のデューティ比Ｄｙを小さく切り換えることで、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが上限電圧に近くなるに連れ、充電量が下がる。そのため、電圧の上昇速度が遅くなり、二次電池３１は上限電圧に到達し難くなる。
【００７１】
＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図１０〜図１２によって説明する。図１０は、実施形態３におけるバッテリ１２０の電気的構成を示すブロック図、図１１は出力抑制処理の流れを示すフローチャート図である。
【００７２】
実施形態１では、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが、充電中に第１電圧（一例として３．７Ｖ）を超えた場合に、半導体スイッチＱ１を導通状態から、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング状態に切り換えた例を示した。
【００７３】
充電中に、半導体スイッチＱ１をスイッチング制御に切り換えると、半導体スイッチＱ１がオフしている間、バッテリ２０はオルタネータ１５から切り離された状態となる。そのため、オルタネータ１５は、バッテリ分の負荷が軽くなることから、出力電圧が上昇する傾向になる。オルタネータ１５は、フィールドコイル（図略）に流れるフィールド電流などを調整することにより、出力電圧が一定になるようにフィードバック制御されている。
【００７４】
しかし、フィードバック制御の応答速度が遅いと、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓは設定電圧Ｖｔを超え、オルタネータ１５に接続された他の車両負荷（例えば、電子制御装置１３など）に高電圧が加わることが懸念される。尚、設定電圧Ｖｔは、例えば、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓの適正範囲（許容範囲）の上限値である。
【００７５】
そこで、実施形態３のバッテリ１２０は、図１０に示すように、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓを検出するため、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎの端子間電圧Ｖｓを計測する電圧検出部６５を設けている。
【００７６】
そして、制御部７０は、スイッチング制御の実行中に、端子間電圧Ｖｓが設定電圧を超えた場合、オルタネータ１５の出力電圧を下げる出力抑制処理を実行する。
【００７７】
具体的には、図１１に示すように、制御部７０は、半導体スイッチＱ１をオフすると、その後、電圧検出部６５により、端子間電圧Ｖｓを計測する（Ｓ１１０、Ｓ１２０）。
【００７８】
そして、制御部７０は、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓを設定電圧Ｖｔと比較する処理を行う（Ｓ１３０）。オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓが設定電圧Ｖｔ以上の場合、制御部７０は、半導体スイッチＱ１をオフからオンに切り換える（Ｓ１４０：出力抑制処理）。
【００７９】
半導体スイッチＱ１をオンすると、オルタネータ１５とバッテリ１２０が導通状態になり、オルタネータ１５からバッテリ１２０に充電電流が流れる。すなわち、オルタネータ１５による発電量の余剰分を、バッテリ１２０が充電することにより受け持つことになるから、負荷が軽くなり、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓを下げることができる。そのため、オルタネータ１５に接続された他の車両負荷（例えば、電子制御装置１３など）に高電圧が加わることを抑制することができる。本実施形態では、半導体スイッチＱ１のスイッチング制御の実行中に、出力抑制処理を実行する。
【００８０】
図１２は、充電中に、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが第１電圧を超えたことにより、時刻ｔ２にて、半導体スイッチＱ１を、オンを保持する導通状態から、オンオフを所定周期で繰り返すスイッチング制御に切り換えた場合について、オルタネータ１５の出力電圧（端子間電圧）Ｖｓの波形を示している。
【００８１】
図１２に示すように、半導体スイッチＱ１がスイッチング制御に切り換わった直後（時刻ｔ２直後）、オルタネータ１５からバッテリ１２０が切り離されることから、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓは急上昇し、時刻ｔ３にて設定電圧Ｖｔに到達する。
【００８２】
すると、制御部７０が半導体スイッチＱ１をオフからオンに切り換えるため、オルタネータ１５による発電量の余剰分を、バッテリ１２０が充電することにより受け持つことから、負荷が軽くなり、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓは下がる。
【００８３】
その後、半導体スイッチＱ１は所定周期Ｔでオンオフを繰り返すことから、半導体スイッチＱ１がオンからオフに切り換わる度に、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓが上昇する。しかし、フィードバック制御が電圧の上昇に追い付き、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓのピークは次第に低下してゆく。図１２の例であれば、２周期目以降、オルタネータ１５の出力電圧Ｖｓのピークは、設定電圧Ｖｔ以下に抑えられている。そのため、２周期目以降、半導体スイッチＱ１はデューティ比５０％でスッチングしており、１周期目だけデューティ比が５０％以上になっている。
【００８４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８５】
（１）実施形態１では、バッテリ２０を自動車に搭載した例を示したが、バッテリ２０の使用用途は、自動車に限定されるものではなく、例えば、自動二輪に適用してもよい。また、ＵＰＳなど、それ以外の使用用途に使用してもよい。また、充電器は必ずしも、オルタネータ等の車両発電機である必要はなく、非車載の専用充電器でもよい。
【００８６】
（２）実施形態１では、スイッチの一例として、半導体スイッチＱ１を示したが、半導体スイッチＱ１に変えてリレーを用いてもよい。また、半導体スイッチを用いる場合でも、パワートランジスタなど、ＦＥＴ以外の素子を用いるようにしてもよい。
【００８７】
（３）上記実施形態１では、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池３１を４つ直列に接続して組電池３０として例を示したが、二次電池３１の接続数は４つ以外でも無論よい。
【００８８】
（４）上記実施形態１では、蓄電素子の一例として、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池３１を例示したが、例えば、３元系のリチウムイオン二次電池に対しても適用することが出来る。尚、３元系のリチウムイオン二次電池は、正極活物質にＣｏ，Ｍｎ、Ｎｉの元素を含有したリチウム含有金属酸化物を用い、負極活物質はグラファイトやカーボン等を用いた電池である。また、蓄電素子は、鉛蓄電池など他の二次電池や、キャパシタであってもよい。
【００８９】
（５）実施形態１では、半導体スイッチＱ１を、オンを保持する状態（デューティ比が１００％）からスイッチング制御（デューティ比が５０％）に切り換えることにより、二次電池３１に対する充電電流を切り換える構成をとった。これ以外にも、例えば、図１３に示すように、バッテリ内部に降圧回路を設けて、充電電圧の降圧機能を付加してもよい。
【００９０】
図１３のバッテリ２２０は、降圧回路を、リアクトルＲｅと半導体スイッチＱ２とから構成している。リアクトルＲｅは、半導体スイッチＱ１と直列に接続されており、一端を半導体スイッチＱ１のソースに接続し、他端を組電池の正極に接続している。また、半導体スイッチＱ２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、ソースを負極側の通電路に接続し、ドレンを半導体スイッチＱ１とリアクトルＲｅの中間接続点に接続している。半導体スイッチＱ２のゲートにはドライバ４８が接続されており、制御部７０から指令を送ることで、半導体スイッチＱ２をオンオフ制御できる。同回路は、半導体スイッチＱ２をスイッチングすることで充電電圧を降圧することができ、半導体スイッチＱ１をスイッチングすることで、充電電流を制御することができる。
【００９１】
（６）実施形態１では、充電末期において、放電回路４５による二次電池３１の電圧均等化処理と、半導体スイッチＱ１のスイッチング制御を並行して行った例を示した。放電回路４５による電圧均等化処理は必須でなく、半導体スイッチＱ１のスイッチング制御だけを行うようにしてもよい。この場合でも、スイッチング制御の実行により、バッテリ側で充電電流を絞ることができる。従って、二次電池３１の電圧上昇を遅らせることができ、二次電池３１の最高電圧Ｖｍが上限電圧に到達するまでの時間を遅らせることができる。そのため、バッテリ２０がオルタネータ１５からの充電を遮断するまでの時間を長く確保できる。
【００９２】
（７）実施形態３では、出力抑制処理（図１１：Ｓ４０）を、スイッチング制御の実行中に行った例を示した。出力抑制処理の実行時期は、半導体スイッチＱ１がオンからオフに切り換わる時であれば、スイッチング制御の実行中以外のタイミングで行うようにしてもよい。例えば、半導体スイッチＱ１について、オンを保持する状態からオフを状態に切り換える時に、出力抑制処理を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１...車両
１０...車両負荷
１５...オルタネータ（本発明の「車両発電機」の一例）
２０...バッテリ
３０...組電池
３１...二次電池（本発明の「蓄電素子」の一例）
４１...電流検出抵抗
４５...放電回路
５０...管理装置
６０...電圧検出部
７０...制御部
Ｑ１...半導体スイッチ（本発明の「スイッチ」の一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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