(57)【要約】【課題】バッテリの充電時間の短縮及び補機バッテリの劣化を抑制することができる電源制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】外部の交流電源３０からＡＣ−ＤＣコンバータ１２を介して主バッテリ２０に充電を行い、主バッテリ２０から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を介して補機バッテリ２２を充電するか、又はＡＣ−ＤＣコンバータ１２から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して補機バッテリ２２を充電するかのうち少なくともいずれか一方で補機バッテリ２２の充電を行う電源制御装置であって、補機バッテリ２２の充電の際には、第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０，１４）のうち、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータを定電流制御し、出力電圧が所定値に達した際に定電圧制御に切り替えるＥＣＵ１８を備える。【選択図】図１
2012222889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の交流電源からＡＣ−ＤＣコンバータを介して主バッテリに充電を行い、
前記主バッテリから第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して補機バッテリを充電するか、又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータから第２ＤＣ−ＤＣコンバータを介して補機バッテリを充電するかのうち少なくともいずれか一方で前記補機バッテリの充電を行う電源制御装置であって、
補機バッテリを充電する際には、前記第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータのうち、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを定電流制御し、出力電圧が所定値に達した際に定電圧制御に切り替える制御手段を備えることを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記定電圧制御において、前記出力電圧を前記所定値で所定時間保持した後、前記出力電圧を前記所定値より低い電圧で保持するように前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを制御することを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータは前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１又は２記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部の交流電源から充電器を介してバッテリに充電する電源制御装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両には、一般的に、モータを駆動するための走行用の主バッテリと、ヘッドライトやファンモータ等の補機負荷を駆動するための補機バッテリが搭載されている。
【０００３】
この補機バッテリの電力は走行時の補機動作で消費され、また停止時においても制御装置の暗電流等により消費される。また、近年では、モータによる走行距離（ＥＶ走行距離）を長くするために、主バッテリの電力を使わず又は電力を制限し、補機バッテリの電力に頼るケースが増えている。そのため、補機バッテリは適度な充電が必要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、主バッテリの充電中に、補機バッテリを規定電圧（１４．５Ｖ）で規定時間充電し、その後規定電圧より低い電圧（１３．４Ｖ）で充電する充電方法が開示されている。この方法によれば、補機バッテリに供給される電力の電圧降下が抑制され、補機バッテリを確実に充電することができる。
【０００５】
また、例えば、特許文献２では、充電初期は、外部の交流電源から充電器を介して定電流充電により主バッテリのみを充電し、定電流充電から低電圧充電に移行して所定時間経過後に、主バッテリからＤＣ−ＤＣコンバータを介して（ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させて）、補機バッテリの充電を行う充電装置が開示されている。この充電装置によれば、主バッテリと同時に補機バッテリへの充電電力の供給が不要になるため、充電器の容量を低減させ、小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３７９０３号公報
【特許文献２】特開平７−１１１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の充電方法では、主バッテリ又は補機バッテリの充電に長時間を要し、また、充電サイクルが増えると、補機バッテリの劣化が促進される。特に充電サイクルに弱い鉛二次電池を補機バッテリとして使用する場合には、劣化度合が大きくなる。
【０００８】
そこで、本発明は、バッテリの充電時間の短縮及び補機バッテリの劣化を抑制することができる電源制御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】
【０００９】
本発明は、外部の交流電源からＡＣ−ＤＣコンバータを介して主バッテリに充電を行い、前記主バッテリから第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して補機バッテリを充電するか、又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータから第２ＤＣ−ＤＣコンバータを介して補機バッテリを充電するかのうち少なくともいずれか一方で前記補機バッテリの充電を行う電源制御装置であって、補機バッテリを充電する際には、前記第１及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータのうち、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを定電流制御し、出力電圧が所定値に達した際に定電圧制御に切り替える制御手段を備える。
【００１０】
また、前記電源制御装置において、前記制御手段は、前記定電圧制御時に、前記出力電圧を前記所定値で所定時間保持した後、前記出力電圧を前記所定値より低い電圧で保持するように前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを制御することが好ましい。
【００１１】
また、前記電源制御装置において、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータは前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バッテリの充電時間の短縮及び補機バッテリの劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る電源制御装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る電源制御装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図３】本実施形態におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。
【図４】従来例におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る電源制御装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る電源制御装置は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０、充電器１６、ＥＣＵ１８（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を備える。充電器１６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備える。なお、充電器１６は、少なくともＡＣ−ＤＣコンバータ１２を備えていればよく、充電器１６と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４とを別体として構成してもよい。本実施形態の充電器１６は、後述するように、外部電源から主バッテリ２０を充電、外部電源から主バッテリ２０及び補機バッテリ２２を充電、又は外部電源から直接補機バッテリ２２を充電することができるものである。
【００１６】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の入力側には主バッテリ２０が接続され、また、主バッテリ２０を介して充電器１６のＡＣ−ＤＣコンバータ１２等が接続されている。出力側には、補機バッテリ２２、前照灯、ワイパ等の補機負荷２４、インバータ２６及び回転電機２８（ＭＧ）等が接続されている。また、充電器１６の第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力側には、充電器１６のＡＣ−ＤＣコンバータ１２等が接続され、出力側には、主バッテリ２０、補機バッテリ２２、補機負荷２４等が接続されている。なお、電源制御装置の小型化等の点で、主に補機バッテリ２２に充電電力を供給するために使用される第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０より容量の小さいコンバータであることが望ましい。
【００１７】
主バッテリ２０の充電は、外部の交流電源３０である外部電源（車外の電源等）から充電器１６に入力された交流電流が、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２により所定の電圧の直流に変換され、主バッテリ２０へ出力されることにより行われる。補機バッテリ２２の充電は、主バッテリ２０から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を介して補機バッテリ２２へ充電電力が出力されるか、又はＡＣ−ＤＣコンバータ１２から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して補機バッテリ２２へ充電電力が出力されるかのうち少なくともいずれか一方により行われる。このように、本実施形態の充電器１６は、外部電源から供給される交流電流をＡＣ−ＤＣコンバータ１２により所定の電圧（直流）に変換し、主バッテリ２０側に出力する他に、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から出力された所定の電圧を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により、さらに所定の電圧に変換し、補機バッテリ２２側に出力することができるものであり、外部電源から主バッテリ２０を充電、外部電源から主バッテリ２０及び補機バッテリ２２を充電、又は外部電源から直接補機バッテリ２２を充電することができるものである。
【００１８】
ＥＣＵ１８は、補機バッテリ２２の充電を行うにあたって、（第１又は第２）ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０，１４）の出力電流が一定となるように定電流制御を実施し、出力電圧が所定の電圧に達した際に定電圧制御を実施するように（第１又は第２）ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０，１４）の動作を制御する制御手段としての機能を有する。なお、不図示であるが、ＥＣＵ１８は、（第１又は第２）ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０，１４）の出力電流及び電圧をモニタリングすることができる機能を備えており、（第１又は第２）ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０，１４）の出力電流及び電圧をモニタリングしながら、定電流及び定電圧制御を実施する。
【００１９】
ＥＣＵ１８は、その他に、アクセル踏み込み量や車両速度等の運転状況を示す各種センサ（不図示）からの出力に基づき、回転電機２８へのトルク指令値を設定し、回転電機２８が設定したトルク指令値に基づくトルクを出力するようにインバータ２６を制御する機能を有していてもよい。また、ＥＣＵ１８は、モータ回転数、及びトルク指令値等から、回転電機２８への電圧指令値を決定し、回転電機２８が設定した電圧指令値にしたがって動作するように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を制御する機能を有していてもよい。なお、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０によって、主バッテリ２０から供給された電圧を電圧指令値にしたがって昇降圧して回転電機２８の動作電圧を生成し、インバータ２６に出力される。
【００２０】
主バッテリ２０は、補機バッテリ２２より高電圧、高容量の二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等である。また、補機バッテリ２２は、主に補機負荷２４を作動させるためのものであり、汎用性の高い二次電池が望ましく、例えば、鉛二次電池等である。
【００２１】
回転電機２８は、主にモータとして機能するモータジェネレータと、主にジェネレータとして機能するモータジェネレータと、を含むものであり、車両の走行状態に応じて、ジェネレータとして機能したり、モータとして機能したりするものである。
【００２２】
インバータ２６は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０から出力される回転電機２８の動作電圧（直流電圧）を、回転電機２８を駆動する交流電圧に変換する。なお、インバータ２６には、ＥＣＵ１８等から指定されたトルク指令値にしたがったトルクを生じさせる電流が流れるように、ＥＣＵ１８から制御信号が送られている。
【００２３】
次に、主バッテリ２０及び補機バッテリ２２の充電時の電源制御装置の動作について説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る電源制御装置の動作を説明するためのフロー図である。
【００２５】
図２に示すように、まず、ステップＳ１０では、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両の駐車（停車）時に、外部の交流電源３０に充電器１６を接続する。ステップＳ１２では、充電器１６のＡＣ−ＤＣコンバータ１２により、主バッテリ２０に充電電力が供給され、主バッテリ２０の充電を開始する。ステップＳ１４では、ＥＣＵ１８によって、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータ（実質的にはコンバータを構成するトランジスタ等）を制御して、出力電力を一定にして、定電流で補機バッテリ２２の充電を開始する。ここで、ＥＣＵ１８によって制御されるコンバータは、主バッテリ２０から充電電力が入力される第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から充電電力が入力される第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４のいずれか一方又は両方であるため、ここでは、単に補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータと標記して説明する。
【００２６】
ステップＳ１６では、ＥＣＵ１８は、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータの出力電圧を監視し、出力電圧が所定の電圧に達した際に、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電圧を所定の電圧値に保持し、定電圧で補機バッテリ２２の充電を行う（定電流から定電圧に移行）。ステップＳ１８では、所定時間経過後、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータの出力電圧を所定の電圧値より低い値（若しくは停止）に下げ、その値に保持する。ステップＳ１８において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４両方が補機バッテリ２２の充電の際に使用されている場合には、いずれか一方のコンバータの動作を停止させることが望ましい。本実施形態では、主バッテリ２０から補機バッテリ２２への充電電力の供給を停止して、主バッテリ２０の充電時間を短縮させることができる点で、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作を停止させることが好ましい。
【００２７】
図３は、本実施形態におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。図４は、従来例におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。
【００２８】
従来では、図４に示すように、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電圧を所定の電圧に保持し、定電圧で補機バッテリ２２の充電を行う。このように、定電圧で補機バッテリ２２を充電すると、出力電流が減少していくため、補機バッテリ２２の充電に長い時間が必要となる。特に、主バッテリ２０からコンバータを介して補機バッテリ２２を充電する場合には、主バッテリ２０から長時間、補機バッテリ２２へ充電電力を供給しなければならないので、主バッテリ２０の充電時間も長くなる場合がある。
【００２９】
一方、本実施形態では、図３に示すように、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電流を一定にして、定電流で充電することにより補機バッテリ２２の充電時間を短縮することができる。補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータに過電流リミッタが設定されている（過電流リミッタ回路が設けられている等）場合、定電流制御での電流値は、補機バッテリ２２の充電時間を短縮することが出来る点で、補機バッテリ２２の充電の際に使用するコンバータの過電流リミッタの電流値とすることが好ましい。
【００３０】
また、図３に示すように、定電流充電によって出力電圧が所定の電圧に達することにより、好ましくは所定時間、所定の電圧で定電圧充電することにより、充電サイクルによって補機バッテリ２２（特に鉛二次電池）の電極に付着した析出物を電極から剥離させることができるため、補機バッテリ２２の劣化を抑制することができる。ここで、所定の電圧は、補機バッテリ２２の容量等によって適宜設定されるものであるが、補機バッテリ２２が過充電状態となって劣化が促進されない値に設定されることが望ましい。また、本実施形態では、前述の所定時間を設けなくてもよい（即ち所定時間が零）が、所定時間を設けた方が、電極に付着した析出物をより効果的に電極から剥離させ、補機バッテリ２２の劣化をより抑制することができる。
【００３１】
また、図３に示すように、定電流制御を行った後は定電圧制御に切り替えられるが、定電流制御によって補機電池の充電時間が短縮されるため、早期に出力電圧を低減（所定の電圧より低い値）させることができる。或いは、前述したように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作を停止させることができる。このように、早期にコンバータの出力電圧を低減又は停止することにより、補機側の電力消費を大幅に低減させることができる。ここで、定電圧制御において、出力電圧を所定の電圧より低い値に設定する場合には、補機バッテリ２２から補機負荷２４へ電力供給されないような電圧、すなわち、定電流制御によって充電された補機バッテリ２２の電圧以上の電圧に設定することが望ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、１２  ＡＣ−ＤＣコンバータ、１４  第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６  充電器、２０  主バッテリ、２２  補機バッテリ、２４  補機負荷、２６  インバータ、２８  回転電機、３０  交流電源。
【図１】
2012222889.tif 000003
【図２】
2012222889.tif 000004
【図３】
2012222889.tif 000005
【図４】
2012222889.tif 000006