(57)【要約】【課題】複数の蓄電装置が搭載された車両において、蓄電装置の組付けおよび蓄電装置間での電力の供給元の切り換えを円滑に行なう。【解決手段】  車両２に搭載された車両用電源装置は、ベース電池１００と、ベース電池１００から供給される電圧を目標電圧まで変圧してインバータ２０２に対して電力を供給するための昇圧コンバータ２００と、インバータ２０２と昇圧コンバータ２００との間を接続する電源ラインＰＬ１と、正極が電源ラインＰＬ１上に設けられるノード２１２に接続され、インバータ２０２に対して電力を供給するための第１オプション電池１５０および第２オプション電池１６０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された車両用電源装置であって、
第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置から供給される電圧を目標電圧まで変圧して電気機器に対して電力を供給するためのコンバータと、
前記電気機器と前記コンバータとの間を接続する電源ラインと、
正極が前記電源ライン上に設けられるノードに接続され、前記電気機器に対して電力を供給するための第２蓄電装置とを含む、車両用電源装置。
【請求項２】
前記第２蓄電装置の電圧の下限値は、前記第１蓄電装置の電圧の上限値よりも高くなるように設定される、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記車両用電源装置は、
前記第２蓄電装置に直列に接続され、導通状態および非導通状態の間で状態を切り換えるための第１リレーと、
第３蓄電装置と、
前記第３蓄電装置に直列に接続され、導通状態および非導通状態の間で状態を切り換えるための第２リレーと、
前記車両の状態に応じて前記第１および第２リレーを制御するためのリレー制御部とをさらに含み、
前記第２蓄電装置および前記第１リレーと、前記第３蓄電装置および前記第２リレーとは、並列に接続され、
前記リレー制御部は、前記第１および第２リレーが同時に導通状態にならないように前記第１および第２リレーを制御する、請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記車両用電源装置は、
前記正極と前記ノードとの間の電流を検出するための検出部と、
前記検出部によって検出された電流に基づいて前記コンバータを制御するためのコンバータ制御部とをさらに含み、
前記コンバータ制御部は、
前記第２蓄電装置および前記第３蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置から他方の蓄電装置に前記電気機器に対する電力の供給元を切り換える際に、前記検出部によって検出された電流が、前記一方の蓄電装置の電圧と前記コンバータから前記電気機器側に出力される出力電圧とが等しいことを示す予め定められた値以下になるように前記コンバータを制御し、
前記検出部によって検出された電流が前記予め定められた値以下に低下した場合に前記リレー制御部に対して前記電力の供給元の切り換えを指示する、請求項３に記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電装置を用いて車両の動力源に電力を供給する車両用電源装置に関し、特に、蓄電装置の組付けおよび蓄電装置間での電力の供給元の切り換えを円滑に行なうための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の１つとして、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。
【０００３】
たとえば、特開２００４−３６４４８１号公報（特許文献１）は、制限なく走行できるようにするとともに、コストを安くする電気自動車を開示する。この電気自動車は、従来の電気自動車に使用されている主電池の他に、この主電池を充電する蓄電池を搭載し、これらの電池の出力によって走行することを特徴とする。
【０００４】
上述した公報に開示された電気自動車によると、遠距離を走行する場合でも蓄電池の交換、追加によって走行可能とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６４４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車両に搭載された複数の蓄電装置を互いに並列に接続されるように組付ける場合や並列に接続された複数の蓄電装置のうちのいずれか１つを選択して電気負荷に対して電力を供給する場合などにおいて、複数の蓄電装置間で電気的に導通するときに蓄電装置間の電圧差によってアークが生じたり、蓄電装置間で電流循環が起こる場合がある。このような問題を解消するため、コイル、ダイオードあるいはコンバータ等の部品を追加する必要がありコストが上昇する要因となる場合がある。
【０００７】
特に、電池等を含む蓄電装置は、充電状態や電池セルの特性等により全く同じ状態のものを作り出すことが困難であるため、蓄電装置間が導通状態になる場合に電圧差が不可避的に生じ、電流循環が発生する場合がある。
【０００８】
上述した公報に開示された電気自動車においては、このような問題について何ら考慮されておらず、解決することはできない。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の蓄電装置が搭載された車両において、蓄電装置の組付けおよび蓄電装置間での電力の供給元の切り換えを円滑に行なうことができる車両用電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面に係る車両用電源装置は、車両に搭載された車両用電源装置である。この車両用電源装置は、第１蓄電装置と、第１蓄電装置から供給される電圧を目標電圧まで変圧して電気機器に対して電力を供給するためのコンバータと、電気機器とコンバータとの間を接続する電源ラインと、正極が電源ライン上に設けられるノードに接続され、電気機器に対して電力を供給するための第２蓄電装置とを含む。
【００１１】
好ましくは、第２蓄電装置の電圧の下限値は、第１蓄電装置の電圧の上限値よりも高くなるように設定される。
【００１２】
さらに好ましくは、車両用電源装置は、第２蓄電装置に直列に接続され、導通状態および非導通状態の間で状態を切り換えるための第１リレーと、第３蓄電装置と、第３蓄電装置に直列に接続され、導通状態および非導通状態の間で状態を切り換えるための第２リレーと、車両の状態に応じて第１および第２リレーを制御するためのリレー制御部とをさらに含む。第２蓄電装置および第１リレーと、第３蓄電装置および第２リレーとは、並列に接続される。リレー制御部は、第１および第２リレーが同時に導通状態にならないように第１および第２リレーを制御する。
【００１３】
さらに好ましくは、車両用電源装置は、正極とノードとの間の電流を検出するための検出部と、検出部によって検出された電流に基づいてコンバータを制御するためのコンバータ制御部とをさらに含む。コンバータ制御部は、第２蓄電装置および第３蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置から他方の蓄電装置に電気機器に対する電力の供給元を切り換える際に、検出部によって検出された電流が、一方の蓄電装置の電圧とコンバータから電気機器側に出力される出力電圧とが等しいことを示す予め定められた値以下になるようにコンバータを制御し、検出部によって検出された電流が予め定められた値以下に低下した場合にリレー制御部に対して電力の供給元の切り換えを指示する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る車両用電源装置の全体の構成を示す図である。
【図２】ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵの機能ブロック図（その１）である。
【図４】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。
【図５】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵの動作を示すタイミングチャート（その１）である。
【図６】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵの機能ブロック図（その２）である。
【図７】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。
【図８】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵの動作を示すタイミングチャート（その２）である。
【図９】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵの機能ブロック図（その３）である。
【図１０】本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
本実施の形態に係る車両２は、電池部１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、電気負荷であるモータジェネレータ３０とを含む。
【００１７】
ＰＣＵ２０は、電池部１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ３０に供給して、モータジェネレータ３０を駆動させる。
【００１８】
モータジェネレータ３０は、車両２の動力源であって、ＰＣＵ２０から与えられる電力によって駆動輪を駆動させる。モータジェネレータ３０は、たとえば、三相交流同期電動機である。
【００１９】
電池部１０は、ベース電池１００と、第１オプション電池１５０と、第２オプション電池１６０とを含む。第１オプション電池１５０と第２オプション電池１６０とは、互いに並列に設けられる。
【００２０】
ＰＣＵ２０は、モータジェネレータ３０を駆動するインバータ２０２と、インバータ２０２に給電を行なう電源ラインＰＬ１と、ベース電池１００と電源ラインＰＬ１との間に設けられ、電圧変換を行なう電圧変換器である昇圧コンバータ２００と、平滑用コンデンサ２０４と、放電用抵抗２０６とを含む。
【００２１】
昇圧コンバータ２００は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）３００から受信する制御信号に基づいてベース電池１００から供給される電圧を目標電圧まで変圧する。昇圧コンバータ２００は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１によってインバータ２０２に接続される。
【００２２】
昇圧コンバータ２００は、一方端が電源ラインＰＬ２に接続されるリアクトル２０８と、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２３】
リアクトル２０８の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００２４】
平滑用コンデンサ２０４は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間に接続される。平滑用コンデンサ２０４は、昇圧コンバータ２００からインバータ２０２に対して出力された電圧を平滑化する。
【００２５】
電圧センサ２１４は、昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃを検出する。電圧センサ２１４は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間の電圧Ｖｃを検出して、検出された電圧Ｖｃを示す信号をＥＣＵ３００に送信する。
【００２６】
放電用抵抗２０６は、昇圧コンバータ２００、インバータ２０２および平滑用コンデンサ２０４の各々に対して並列接続となるように電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間に接続される。放電用抵抗２０６は、車両２のシステム停止後等に平滑用コンデンサ２０４に蓄えられた電荷を放電する。
【００２７】
電流センサ２１０は、電源ラインＰＬ１上であって、電池部１０と昇圧コンバータ２００との間の電流Ｉａを検出する。電流センサ２１０は、検出された電流Ｉａを示す信号をＥＣＵ３００に送信する。
【００２８】
インバータ２０２は、ＥＣＵ３００から受信する制御信号に基づいて昇圧コンバータ２００から与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ３０に出力する。
【００２９】
ベース電池１００は、ベース電池本体１０２と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２およびＳＭＲ３と、ＳＭＲ１に対して直列に接続される制限抵抗１１０と、ベース電池１００の電圧Ｖｂを検出するための電圧センサ１１４と、電源ラインＰＬ２の電流Ｉｂを検出するための電流センサ１１６とを含む。
【００３０】
電圧センサ１１４は、検出されたベース電池１００の電圧Ｖｂを示す信号をＥＣＵ３００に送信する。電流センサ１１６は、検出された電流Ｉｂを示す信号をＥＣＵ３００に送信する。
【００３１】
システムメインリレーＳＭＲ２は、ベース電池本体１０２の正極と電源ラインＰＬ２との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗１１０は、システムメインリレーＳＭＲ２に対して並列接続される。システムメインリレーＳＭＲ３は、ベース電池本体１０２の負極と接地ラインＳＬ１との間に接続される。
【００３２】
システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３は、ＥＣＵ３００から与えられる制御信号ＣＯＮＴ１，ＣＯＮＴ２，ＣＯＮＴ３のそれぞれに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００３３】
第１オプション電池１５０は、第１オプション電池本体１５４と、第１オプション電池本体１５４に直列に接続される第１リレー１５２と、第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１を検出するための電圧センサ１５６とを含む。第２オプション電池１６０は、第２オプション電池本体１６４と、第２オプション電池本体１６４に直列に接続される第２リレー１６２と、第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２を検出するための電圧センサ１６６とを含む。
【００３４】
電圧センサ１５６は、検出された電圧Ｖｏｐ１を示す信号をＥＣＵ３００に送信する。電圧センサ１６６は、検出された電圧Ｖｏｐ２を示す信号をＥＣＵ３００に送信する。
【００３５】
第１オプション電池本体１５４の正極は、第１リレー１５２を介在して電源ラインＰＬ１上に設けられるノード２１２に接続される。第２オプション電池本体１６４は、第２リレー１６２を介在してノード２１２に接続される。ノード２１２は、昇圧コンバータ２００とインバータ２０２との間の電源ラインＰＬ１上に設けられる。
【００３６】
すなわち、第１オプション電池本体１５４および第１リレー１５２は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１の間に接続される。また、第２オプション電池本体１６４および第２リレー１６２は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１の間に接続される。
【００３７】
すなわち、第１オプション電池１５０、第２オプション電池１６０、昇圧コンバータ２００およびインバータ２０２の各々は、互いに並列に接続される。
【００３８】
第１リレー１５２は、ＥＣＵ３００から与えられる制御信号ＣＯＮＴ４に応じて導通／非導通状態が制御される。第２リレー１６２は、ＥＣＵ３００から与えられる制御信号ＣＯＮＴ５に応じて導通／非導通状態が制御される。
【００３９】
本実施の形態においては、ベース電池本体１０２、第１オプション電池本体１５４および第２オプション電池本体１６４は、蓄電装置であれば、特に限定されるものではなく、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池等の二次電池であってもよいし、電池に代えて、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いるようにしてもよい。
【００４０】
以上のような構成を有する車両２において、本実施の形態に係る車両用電源装置は、第１オプション電池１５０または第２オプション電池１６０の正極が昇圧コンバータ２００とインバータ２０２との間のノード２１２に接続され、インバータ２０２に対して電力を供給する点に特徴を有する。
【００４１】
また、本実施の形態に係る車両用電源装置において、第１オプション電池１５０および第２オプション電池１６０の電圧の下限値の各々は、ベース電池１００の電圧の上限値よりも高くなるように設定される。本実施の形態においては、第１オプション電池１５０および第２オプション電池１６０の電圧の下限値は、各充電量の予め定められた下限値に対応する電圧である。
【００４２】
たとえば、図２に第１オプション電池１５０におけるＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶとの関係を示す。図２の縦軸は、開放電圧ＯＣＶを示し、図２の横軸は、ＳＯＣを示す。図２に示すように、開放電圧ＯＣＶは、ＳＯＣが低下するほど低下する傾向を示す。
【００４３】
このような関係を有する第１オプション電池１５０においては、図２に示すように、第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた下限値ｂである場合における第１オプション電池１５０の電圧Ｖｄが、ベース電池１００の電圧Ｖｂよりも高くなるように第１オプション電池１５０の仕様が設定される。なお、第２オプション電池１６０についても第１オプション電池１５０と同様に仕様が設定される。そのため、その詳細な説明は繰返さない。
【００４４】
さらに、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００は、第１リレー１５２および第２リレー１６２が同時に導通状態にならないように第１リレー１５２および第２リレー１６２を制御する。
【００４５】
また、ＥＣＵ３００は、第１オプション電池１５０および第２オプション電池１６０のうちのいずれか一方の蓄電装置から他方の蓄電装置にインバータ２０２に対する電力の供給元の切り換えの際に、電流センサ２１０によって検出された電流が、一方の蓄電装置の電圧と昇圧コンバータ２００からインバータ２０２側に出力される出力電圧とが等しいことを示す予め定められた値以下になるように昇圧コンバータ２００を制御し、電流センサ２１０によって検出された電流が予め定められた値以下になる場合に電力の供給元を切り換えるように第１リレー１５２および第２リレー１６２を制御する。
【００４６】
＜システム起動時に第１オプション電池を電力の供給元とする際の動作について＞
以下に、車両２のシステム起動時に、第１オプション電池１５０を電力の供給元とする際の車両用電源装置の動作について説明する。
【００４７】
図３に、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００によって車両システムの起動時にベース電池からオプション電池に電力の供給元を切り換える動作を行なうための機能ブロック図を示す。
【００４８】
ＥＣＵ３００は、システム起動判定部３０２と、ベース電池リレー制御部３０４と、昇圧制御部３０６と、電圧判定部３０８と、オプション電池リレー制御部３１０と、コンバータ遮断制御部３１２とを含む。
【００４９】
システム起動判定部３０２は、車両２のシステムの起動要求の有無を判定する。システム起動判定部３０２は、たとえば、運転者がスタートスイッチを操作することによってスタートスイッチから操作信号を受信した場合に車両２のシステムの起動要求があると判定する。なお、システム起動判定部３０２は、車両２のシステムの起動要求があると判定した場合に起動要求判定フラグをオンするようにしてもよい。
【００５０】
ベース電池リレー制御部３０４は、車両２のシステムの起動要求があると判定された場合に、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする。なお、ベース電池リレー制御部３０４は、たとえば、起動要求判定フラグがオンされた場合に、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンするようにしてもよい。
【００５１】
ベース電池リレー制御部３０４は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンした後、予め定められた時間経過後にシステムメインリレーＳＭＲ２をオンするとともに、システムメインリレーＳＭＲ１をオフする。
【００５２】
昇圧制御部３０６は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされた場合に、電圧センサ１５６によって検出される第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１を目標電圧として、昇圧コンバータ２００を制御する。具体的には、昇圧制御部３０６は、電圧センサ２１４によって検出される昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ１と一致するように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００５３】
電圧判定部３０８は、出力電圧Ｖｃと第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値ａ以下であるか否かを判定する。予め定められた値ａは、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ１とが等しいことを示す値であって、特に限定されるものではない。なお、電圧判定部３０８は、たとえば、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値ａ以下である場合に電圧判定フラグをオンするようにしてもよい。
【００５４】
オプション電池リレー制御部３１０は、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値以下である場合に、第１リレー１５２が導通状態になるように第１リレー１５２を制御する。なお、オプション電池リレー制御部３１０は、たとえば、電圧判定フラグがオンされた場合に、第１リレー１５２が導通状態になるように第１リレー１５２を制御するようにしてもよい。
【００５５】
コンバータ遮断制御部３１２は、第１リレー１５２が導通状態となるときと同時またはその前後で昇圧コンバータ２００を遮断する。具体的には、コンバータ遮断制御部３１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止する。
【００５６】
本実施の形態において、システム起動判定部３０２と、ベース電池リレー制御部３０４と、昇圧制御部３０６と、電圧判定部３０８と、オプション電池リレー制御部３１０と、コンバータ遮断制御部３１２とは、いずれもＥＣＵ３００のＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。
【００５７】
図４を参照して、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００で実行される車両システムの起動時にベース電池からオプション電池に電力の供給元を切り換えるためのプログラムの制御構造について説明する。
【００５８】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ３００は、車両２のシステムが起動したか否かを判定する。車両２のシステムが起動したと判定された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。
【００５９】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ３００は、ベース電池１００のシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ３００は、昇圧コンバータ２００の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ１になるように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００６０】
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ３００は、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値ａ以下であるか否かを判定する。出力電圧Ｖｃとオプション電池の電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値ａ以下である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０４に戻される。
【００６１】
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ３００は、第１リレー１５２が導通状態になるように第１リレー１５２をオンする。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ３００は、昇圧コンバータ２００を遮断する。
【００６２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００によって行なわれる、車両２のシステムの起動時に第１オプション電池１５０を電力の供給元とする動作について図５を用いて説明する。
【００６３】
たとえば、車両２のシステムがオフされている場合を想定する。時間Ｔａ（０）にて、運転者がスタートスイッチを操作して車両２のシステムが起動した場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ベース電池１００のシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３がオンされて（Ｓ１０２）、昇圧コンバータ２００に対して昇圧制御が開始される（Ｓ１０４）。
【００６４】
そのため、出力電圧Ｖｃが上昇して第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１に近づくため、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値は減少していく。
【００６５】
時間Ｔａ（１）にて、出力電圧Ｖｃと目標電圧Ｖｏｐ１との差の絶対値が予め定められた値ａ以下である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、第１リレー１５２がオンされるとともに（Ｓ１０８）、昇圧コンバータ２００が遮断される（Ｓ１１０）。
【００６６】
このように出力電圧Ｖｃを切換先の蓄電装置である第１オプション電池１５０の電圧とほぼ等しくなるように昇圧コンバータ２００を制御することにより、第１リレー１５２をオンする際に接点部においてアークが発生する等を抑制することができる。
【００６７】
なお、以上の説明においては、車両２のシステムの起動時に第１オプション電池１５０を電力の供給元とする動作について説明したが、車両２のシステムの起動時に第２オプション電池１５０を電力の供給元とする動作についても同様である。そのため、その詳細な説明は繰返さない。車両２のシステムの起動時においてＥＣＵ３００は、たとえば、第１オプション電池１５０および第２オプション電池のうちのいずれかＳＯＣが低い方を電力の供給元とするようにしてもよいし、あるいはいずれかＳＯＣが高い方を電力の供給元とするようにしてもよい。
【００６８】
＜第１オプション電池から第２オプション電池への電力の供給元の切り換え動作＞
以下に、第１オプション電池１５０のＳＯＣ低下時に、第２オプション電池１６０に電力の供給元を切り換える動作について説明する。
【００６９】
図６に、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００によって第１オプション電池１５０から第２オプション電池１６０に電力の供給元を切り換える動作を行なうための機能ブロック図を示す。
【００７０】
ＥＣＵ３００は、ＳＯＣ判定部３５２と、第１昇圧制御部３５４と、電流判定部３５６と、第１リレー制御部３５８と、第２昇圧制御部３６０と、電圧判定部３６２と、第２リレー制御部３６４と、コンバータ遮断制御部３６６とを含む。
【００７１】
ＳＯＣ判定部３５２は、第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下したか否かを判定する。ＳＯＣ判定部３５２は、たとえば、第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１および電流Ｉａに基づいて第１オプション電池１５０のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下したか否かを判定する。なお、ＳＯＣ判定部３５２は、たとえば、推定されたＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下したと判定された場合、第１ＳＯＣ低下判定フラグをオンするようにしてもよい。
【００７２】
第１昇圧制御部３５４は、第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下した場合に、第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１を目標電圧として、昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ１になるように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００７３】
なお、第１昇圧制御部３５４は、たとえば、第１ＳＯＣ低下判定フラグがオンされた場合に、昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ１になるように昇圧コンバータ２００を制御するようにしてもよい。
【００７４】
電流判定部３５６は、電流Ｉａが予め定められた値ｃ以下であるか否かを判定する。予め定められた値ｃは、出力電圧Ｖｃと目標電圧Ｖｏｐ１とが等しいことを示す値、すなわち、電源ラインＰＬ１において電池部１０と昇圧コンバータ２００との間で電流が流れていないことを示す値であればよく、たとえば、ゼロであってもよいし、電流センサ２１０の誤差等を考慮したゼロよりも大きい値であってもよい。
【００７５】
なお、電流判定部３５６は、たとえば、電流Ｉａが予め定められた値ｃ以下であると判定された場合に、電流判定フラグをオンするようにしてもよい。
【００７６】
第１リレー制御部３５８は、電流Ｉａが予め定められた値ｃ以下であると判定された場合に、第１リレー１５２のオフ指示を示す制御信号ＣＯＮＴ４を生成して、第１リレー１５２に送信する。なお、第１リレー制御部３５８は、たとえば、電流判定フラグがオンされた場合に、第１リレー１５２をオフするようにしてもよい。
【００７７】
第２昇圧制御部３６０は、第１リレー１５２がオフされた後に、第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２を目標電圧として、昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ２になるように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００７８】
電圧判定部３６２は、出力電圧Ｖｃと、第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値が予め定められた値ｄ以下であるか否かを判定する。なお、予め定められた値ｄは、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ２とがほぼ等しいと判定できるしきい値であればよく、たとえば、ゼロであってもよいし、電圧センサ１６６，２０８の誤差等を考慮したゼロより大きい値であってもよい。
【００７９】
第２リレー制御部３６４は、出力電圧Ｖｃと電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値が予め定められた値ｄ以下である場合に、第２リレー１６２のオン指示を示すＣＯＮＴ５を生成して、第２リレー１６２に送信する。なお、第２リレー制御部３６４は、たとえば、電圧判定フラグがオンされた場合に、第２リレー１６２をオンするようにしてもよい。
【００８０】
コンバータ遮断制御部３６６は、第２リレー１６２がオンされた後に、昇圧コンバータ２００を遮断する。具体的には、コンバータ遮断制御部３６６は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止する。
【００８１】
本実施の形態において、ＳＯＣ判定部３５２と、第１昇圧制御部３５４と、電流判定部３５６と、第１リレー制御部３５８と、第２昇圧制御部３６０と、電圧判定部３６２と、第２リレー制御部３６４と、コンバータ遮断制御部３６６とは、いずれもＥＣＵ３００のＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。
【００８２】
次に、図７を参照して、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００で実行される、第１オプション電池１５０のＳＯＣ低下時に、第１オプション電池１５０から第２オプション電池１６０に電力の供給元を切り換えるためのプログラムの制御構造について説明する。
【００８３】
Ｓ２００にて、ＥＣＵ３００は、第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下したか否かを判定する。第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた下限値ｂよりも低下した場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。もしそうでない場合（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。
【００８４】
Ｓ２０２にて、ＥＣＵ３００は、第１昇圧制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ３００は、第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１を目標電圧として、昇圧コンバータ２００のインバータ２０２側の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ１になるように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００８５】
Ｓ２０４にて、ＥＣＵ３００は、電流Ｉａが予め定められた値ｃ以下であるか否かを判定する。電流Ｉａが予め定められた値ｃ以下である場合（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６に移される。もしそうでない場合（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０２に戻される。
【００８６】
Ｓ２０６にて、ＥＣＵ３００は、第１リレー１５２をオフする。Ｓ２０８にて、ＥＣＵ３００は、第２昇圧制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ３００は、第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２を目標電圧として、昇圧コンバータ２００の出力電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｐ２になるように昇圧コンバータ２００を制御する。
【００８７】
Ｓ２１０にて、ＥＣＵ３００は、出力電圧Ｖｃと第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値が予め定められた値ｄ以下であるか否かを判定する。出力電圧Ｖｃと第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値が予め定められた値ｄ以下であると判定された場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２に移される。もしそうでない場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０８に戻される。
【００８８】
Ｓ２１２にて、ＥＣＵ３００は、第２オプション電池１６０の第２リレー１６２をオンする。Ｓ２１４にて、ＥＣＵ３００は、昇圧コンバータ２００を遮断する。
【００８９】
以上のような構成およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００が車両２のシステムの起動中に第１オプション電池１５０のＳＯＣが低下した場合に、第１オプション電池１５０から第２オプション電池１６０に電力の供給元を切り換える動作について図８を参照して説明する。
【００９０】
たとえば、第１オプション電池１５０の電力を用いてモータジェネレータ３０を駆動して車両２が走行している場合を想定する。モータジェネレータ３０の作動によって電力が消費されるため、第１オプション電池１５０のＳＯＣは、時間の経過とともに低下していく。
【００９１】
時間Ｔｂ（０）にて、第１オプション電池１５０のＳＯＣが予め定められた値ｂよりも低下した場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、昇圧コンバータ２００がオンされて、第１昇圧制御が実行される（Ｓ２０２）。そのため、電流Ｉａが時間Ｔｂ（０）以降において低下していくことになる。
【００９２】
時間Ｔｂ（１）にて、電流Ｉａが予め定められた値ｂ以下になる場合（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、第１オプション電池１５０の第１リレー１５２がオフされて（Ｓ２０６）、第２昇圧制御が実行される（Ｓ２０８）。
【００９３】
第２昇圧制御によって出力電圧Ｖｃは、時間の経過とともに電圧Ｖｏｐ２に近づいていくため、時間Ｔｂ（１）以降において、出力電圧Ｖｃと第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値は、低下していく。
【００９４】
また、このとき、第１リレー１５２および第２リレー１６２はいずれもオフされるため、昇圧コンバータ２００によって昇圧されたベース電池１００の電力がインバータ２０２に供給される。
【００９５】
時間Ｔｂ（２）にて、出力電圧Ｖｃと第２オプション電池１６０の電圧Ｖｏｐ２との差の絶対値が予め定められた値ｄ以下となった場合、第２オプション電池１６０の第２リレー１６２がオンされ、かつ、昇圧コンバータ２００が遮断される。このとき、第２オプション電池１６０の電力がインバータ２０２に供給される。
【００９６】
このように第１リレー１５２および第２リレー１６２が同時にオンする期間がないようにして、第１オプション電池１５０から第２オプション電池１６０へと電力の供給元を切り換えることにより、第１リレー１５２のオフ時および第２リレー１６２のオン時に接点部においてアークが発生する等を抑制することができる。また、第１オプション電池１５０から第２オプション電池に電力の供給元を切り換える動作が完了するまでの間の第１リレー１５２および第２リレー１６２がいずれもオフされている期間においては、ベース電池１００の電力を用いて駆動力を低下させることなく車両の走行を継続することができる。
【００９７】
以上の説明においては、第１オプション電池１５０の電力を用いてモータジェネレータ３０を駆動させている場合に、第１オプション電池１５０のＳＯＣの低下に応じて第１オプション電池１５０から第２オプション電池１６０に電力の供給元を切り換える動作について説明したが、第２のオプション電池１５０の電力を用いてモータジェネレータ３０を駆動させている場合に、第２オプション電池１６０のＳＯＣの低下に応じて第２オプション電池１６０から第１オプション電池１５０に電力の供給元を切り換える動作も同様である。そのため、その詳細な説明は繰返さない。
【００９８】
＜第１オプション電池の使用中にベース電池のＳＯＣが下限に近づいた場合の制御＞
以下に、第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下した場合の車両用電源装置の動作について説明する。
【００９９】
図９に、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００によって第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値よりも低下した場合に、ベース電池１００を充電する動作を行なうための機能ブロック図を示す。
【０１００】
ＥＣＵ３００は、ＳＯＣ判定部４０２と、ベース電池充電制御部４０４と、充電完了判定部４０６とを含む。
【０１０１】
ＳＯＣ判定部４０２は、ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下したか否かを判定する。ＳＯＣ判定部４０２は、たとえば、ベース電池１００の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂに基づいてベース電池１００のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下したか否かを判定する。なお、ＳＯＣ判定部４０２は、たとえば、推定されたＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下したと判定された場合、第２ＳＯＣ低下判定フラグをオンするようにしてもよい。
【０１０２】
ベース電池充電制御部４０４は、ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下した場合に、ベース電池１００の充電を開始する。ベース電池充電制御部４０４は、たとえば、第１オプション電池１５０からベース電池１００に電力を引き込むように昇圧コンバータ２００を制御する。
【０１０３】
具体的には、第１オプション電池１５０の第１リレー１５２がオンされ、第２オプション電池１６０の第２リレー１６２がオンされている場合に、ベース電池充電制御部４０４は、目標電圧を第１オプション電池１５０の電圧Ｖｏｐ１よりも低い予め定められた電圧を目標電圧として設定して、設定された目標電圧になるように昇圧コンバータ２００を制御する。目標電圧に設定される電圧は、第１オプション電池１５０の電力を用いてベース電池１００の充電が適切に行なわれる電圧であれば特に限定されるものではない。
【０１０４】
なお、ベース電池充電制御部４０４は、たとえば、第２ＳＯＣ低下判定フラグがオンである場合に、目標電圧を設定して、設定された目標電圧になるように昇圧コンバータ２００を制御するようにしてもよい。
【０１０５】
また、ベース電池充電制御部４０４は、第１オプション電池１５０の電力を用いたベース電池１００の充電に加えてまたは代えて、車両２の減速時等に回生ブレーキによってインバータ２０２において生じる電力をベース電池１００に引き込むようにしてもよい。このようにしても、ベース電池１００の充電が可能となる。
【０１０６】
充電完了判定部４０６は、ベース電池１００の充電が完了したか否かを判定する。充電完了判定部４０６は、たとえば、ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた値ｆ以上である場合にベース電池１００の充電が完了したと判定するようにしてもよいし、ベース電池充電制御部４０４によってベース電池１００の充電が開始されてから予め定められた時間が経過した場合にベース電池１００の充電が完了したと判定するようにしてもよい。予め定められた値ｆは、予め定められた値ｅよりも大きい値であれば特に限定されるものではなく、実験等により設定される値であればよい。
【０１０７】
充電完了判定部４０６は、たとえば、ベース電池１００の充電が完了したと判定した場合に、充電完了判定フラグをオンするようにしてもよい。
【０１０８】
次に図１０を参照して、本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００で実行される、第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下した場合の車両用電源装置の動作について説明する。
【０１０９】
Ｓ３００にて、ＥＣＵ３００は、ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下したか否かを判定する。ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下した場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ３０２に移される。もしそうでない場合（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３００に戻される。
【０１１０】
Ｓ３０２にて、ＥＣＵ３００は、ベース電池充電制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ３００は、第１オプション電池１５０からベース電池１００に電力を引き込むように昇圧コンバータ２００を制御する。
【０１１１】
Ｓ３０４にて、ＥＣＵ３００は、ベース電池１００の充電が完了したか否かを判定する。ベース電池１００の充電が完了した場合（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでない場合（Ｓ３０４にてＮＯ）、処理はＳ３０２に戻される。
【０１１２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両用電源装置に含まれるＥＣＵ３００の第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが予め定められた下限値ｅよりも低下した場合の車両用電源装置の動作について説明する。
【０１１３】
たとえば、第１オプション電池１５０の電力を用いてモータジェネレータ３０が駆動されて車両２が走行中である場合を想定する。ベース電池１００のＳＯＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータの作動やエアコンインバータの作動によって、モータジェネレータ３０に電力が供給されていなくても時間の経過とともに低下していく。
【０１１４】
ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた値ｅよりも低下した場合に（Ｓ３００にてＹＥＳ）、第１オプション電池１５０の電力を用いてベース電池１００が充電される（Ｓ３０２）。そのため、ベース電池１００のＳＯＣは増加していくこととなる。
【０１１５】
なお、第１オプション電池１５０のＳＯＣが下限値を示す予め定められた値ｂに近づいても、第１オプション電池１５０の電圧は、ベース電池１００の電圧よりも高くなるため、第２オプション電池１６０に切り換えられるまでは、第１オプション電池１５０の電力を用いてベース電池１００の充電が可能となる。
【０１１６】
ベース電池１００のＳＯＣが予め定められた値ｆ以上となる場合あるいは充電が開始されてから予め定められた時間が経過した場合、充電が完了したと判定される（Ｓ３０４にてＹＥＳ）。
【０１１７】
なお、走行中に第１オプション電池１５０のＳＯＣの低下により第１オプション電池１５０を第２オプション電池１６０に切り換える動作が行なわれる場合には、ベース電池１００の充電制御を中止するようにしてもよい。
【０１１８】
このように第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが低下した場合においても第１オプション電池１５０の電力を用いてベース電池１００を充電することができる。
【０１１９】
なお、以上の説明においては、第１オプション電池１５０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが低下した場合に第１オプション電池１５０の電力を用いてベース電池１００を充電する動作について説明したが、第２オプション電池１６０の使用中にベース電池１００のＳＯＣが低下した場合に第２オプション電池１６０の電力を用いてベース電池１００を充電する動作についても同様である。そのため、その詳細な説明は繰返さない。
【０１２０】
以上のようにして、本実施の形態に係る車両用電源装置によると、ベース電池、コンバータおよびインバータの既存の構成に対して第１オプション電池の正極が昇圧コンバータとインバータとの間の電源ライン上に設けられるノードに接続されるように組み付けられる。そのため、車両の生産工程あるいは車両に対するいわゆるアフターサービスにおいて、ベース電池に対して第１オプション電池を並列に接続するように組付ける場合と比較して、組み付け時のアークの発生を抑制することができる。また、接地ラインＳＬ１をベース電池と第１オプション電池または第２オプション電池とで共用することができるため、３本のパワーケーブルによって電池部とＰＣＵとを接続することができる。また、第１オプション電池および第２オプション電池の電流監視については、電流センサ２１０を共用できる。そのため、オプション電池を追加したことによる不要な部品点数の増加を抑制することができる。
【０１２１】
さらに、第１オプション電池のＳＯＣが下限に近づいても、第１オプション電池の電圧の下限値は、ベース電池の電圧の上限値よりも高くなるように設定されるため、ベース電池のＳＯＣが低下した場合においても第１オプション電池の電力を用いてベース電池を充電することができる。
【０１２２】
さらに、第１リレーおよび第２リレーは、同時に導通状態にならないように制御されるため、第１リレーのオン／オフ時および第２リレーのオン／オフ時に接点部においてアークが発生したり、第１オプション電池および第２オプション電池間で電流循環が発生することを抑制することができる。
【０１２３】
さらに、ＥＣＵは、第１オプション電池から第２オプション電池に電力の供給元の切り換え要求を受けた場合に、第１のオプション電池の電圧を目標電圧として電流Ｉａが略ゼロになるように昇圧コンバータを制御して、電力の供給元を切り換えるように第１リレーおよび第２リレーを制御することにより、第１リレーのオフ時のアークの発生を抑制することができる。また、第１リレーのオフ後に、第２のオプション電池の電圧を目標電圧として出力電圧との差がゼロに近づくように昇圧コンバータを制御することにより、第２リレーのオン時のアークの発生を抑制することができる。
【０１２４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２５】
２  車両、１０  電池部、２０  ＰＣＵ、３０  モータジェネレータ、１００  ベース電池、１０２  ベース電池本体、１１０  制限抵抗、１１４  電圧センサ、１１６  電流センサ、１５０，１６０  オプション電池、１５２，１６２  リレー、１５４，１６４  オプション電池本体、１５６，１６６，２１４  電圧センサ、２００  昇圧コンバータ、２０２  インバータ、２０４  平滑用コンデンサ、２０６  放電用抵抗、２０８  リアクトル、２１０  電流センサ、２１２  ノード、３００  ＥＣＵ、３０２  システム起動判定部、３０４  ベース電池リレー制御部、３０６，３５４，３６０  昇圧制御部、３０８  電圧判定部、３１０  オプション電池リレー制御部、３１２，３６６  コンバータ遮断制御部、３５２，４０２  ＳＯＣ判定部、３５６  電流判定部、３５８，３６４  リレー制御部、３６２  電圧判定部、４０４  ベース電池充電制御部、４０６  充電完了判定部。
【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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