(57)【要約】【課題】バッテリの充電効率の向上を図ることができる車両用電源装置を提供する。【解決手段】電気負荷１３への電流供給によるバッテリ１２の放電時にバッテリ１２の全部のセル１２ａが直列接続される第１の接続態様Ａ１とするものに対し、少なくともバッテリ１２の充電時の一部においては、第１の接続態様Ａ１よりもバッテリ１２の電圧が低くなるセル１２ａの組み合わせとなる第２の接続態様Ａ２に切替スイッチ１４が切り替えられる。例えば第２の接続態様Ａ２としては、一部（１個）のセル１２ａが切り離されてセル１２ａの直列接続数を減じる態様とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オルタネータ及びバッテリを備えるとともに、これらから車載の電気負荷への駆動電流の供給を行うべく制御するコントローラを備えた車両用電源装置であって、
前記バッテリは複数のセルからなり、全部のセルが直列接続される第１の接続態様と、第１の接続態様よりも前記バッテリの電圧が低くなる前記セルの組み合わせとなる第２の接続態様とに切り替える切替手段を備え、
前記コントローラは、前記電気負荷への電流供給による前記バッテリの放電時においては前記バッテリを第１の接続態様とし、少なくとも前記バッテリの充電時の一部においては前記バッテリを第２の接続態様に切り替える制御を行うことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源装置において、
前記切替手段により切り替えられる第２の接続態様は、一部のセルを切り離してセルの直列接続数を減じる態様であることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用電源装置において、
前記切替手段により切り替えられる第２の接続態様は、全部のセルを２以上の並列接続に切り替える態様であることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用電源装置において、
前記コントローラは、前記オルタネータによる前記バッテリの充電への切替タイミングに基づいて、前記バッテリを第２の接続態様に切り替えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用電源装置において、
前記コントローラは、前記バッテリの電圧が閾値電圧よりも高くなる切替タイミングに基づいて、前記バッテリを第２の接続態様に切り替えることを特徴とする車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリを用いる車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用電源装置において、エンジン動作時や回生時等によるオルタネータ（発電機）の発電動作に基づいて車載バッテリの充電を行う、例えば特許文献１に開示のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７８３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バッテリが満充電に近づきバッテリ電圧が高くなるに連れて、オルタネータの充電電圧（出力電圧）との差が小さくなる。つまり、オルタネータからの充電電流がバッテリに入りづらくなり、バッテリの充電効率が悪くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記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、バッテリの充電効率の向上を図ることができる車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する車両用電源装置は、オルタネータ及びバッテリを備えるとともに、これらから車載の電気負荷への駆動電流の供給を行うべく制御するコントローラを備えた車両用電源装置であって、前記バッテリは複数のセルからなり、全部のセルが直列接続される第１の接続態様と、第１の接続態様よりも前記バッテリの電圧が低くなる前記セルの組み合わせとなる第２の接続態様とに切り替える切替手段を備え、前記コントローラは、前記電気負荷への電流供給による前記バッテリの放電時においては前記バッテリを第１の接続態様とし、少なくとも前記バッテリの充電時の一部においては前記バッテリを第２の接続態様に切り替える制御を行う。
【０００７】
この構成によれば、電気負荷への電流供給によるバッテリの放電時にバッテリの全部のセルが直列接続される第１の接続態様とするものに対し、少なくともバッテリの充電時の一部においては、第１の接続態様よりもバッテリの電圧が低くなるセルの組み合わせとなる第２の接続態様に切り替えられる。これにより、少なくともバッテリの充電時の一部においてバッテリ内が第２の接続態様に切り替えられると、オルタネータの充電電圧（出力電圧）とバッテリの電圧との電位差が大きくなるため、オルタネータからバッテリへの充電電流が増加し、充電効率が向上する。
【０００８】
また、上記の車両用電源装置において、前記切替手段により切り替えられる第２の接続態様は、一部のセルを切り離してセルの直列接続数を減じる態様であることが好ましい。
この構成によれば、第２の接続態様は一部のセルを切り離してセルの直列接続数を減じる態様であることから、少なくともバッテリの充電時の一部においてバッテリ内が第２の接続態様に切り替えられると、減じられたセル分だけバッテリの電圧が低くなる。これにより、バッテリへの充電電流が増加し、充電効率が向上する。
【０００９】
また、上記の車両用電源装置において、前記切替手段により切り替えられる第２の接続態様は、全部のセルを２以上の並列接続に切り替える態様であることが好ましい。
この構成によれば、第２の接続態様は全部のセルを２以上の並列接続に切り替える態様であることから、少なくともバッテリの充電時の一部においてバッテリ内が第２の接続態様に切り替えられると、並列接続による個々のセルの直列接続数が少なくなることでバッテリの電圧が低くなる。これにより、バッテリへの充電電流が増加し、充電効率が向上する。
【００１０】
また、上記の車両用電源装置において、前記コントローラは、前記オルタネータによる前記バッテリの充電への切替タイミングに基づいて、前記バッテリを第２の接続態様に切り替えることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、コントローラは、オルタネータによるバッテリの充電への切替タイミングに基づきバッテリ内を充電効率の良い第２の接続態様に切り替えるため、切替制御が簡単な制御で実現可能である。
【００１２】
また、上記の車両用電源装置において、前記コントローラは、前記バッテリの電圧が閾値電圧よりも高くなる切替タイミングに基づいて、前記バッテリを第２の接続態様に切り替えることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、コントローラは、バッテリの電圧が閾値電圧よりも高くなる切替タイミングに基づきバッテリ内を充電効率の良い第２の接続態様に切り替えるため、特にバッテリの電圧が高い電圧となった際に充電効率が落ちるのを適切に防止可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車両用電源装置によれば、バッテリの充電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）（ｂ）は第１実施形態の車両用電源装置を示す電気構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は第２実施形態の車両用電源装置を示す電気構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、車両用電源装置の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の車両用電源装置１０は、エンジン動作時や回生時等に発電動作するオルタネータ（ＡＬＴ）１１と車載バッテリ１２とを備え、これらから車載の電気負荷１３への駆動電流の供給が行われる。
【００１７】
バッテリ１２は、ニッケル水素バッテリ等にて構成され、また複数のセル１２ａを有して構成されている。本実施形態のバッテリ１２は、例えば単体で１．２Ｖのセル１２ａが１０個直列に接続され、全体で１２Ｖとなるように構成されている。これに対し、オルタネータ１１の充電電圧（出力電圧）は１３．５Ｖに設定されている。
【００１８】
本実施形態のバッテリ１２は、例えば１０個のセル１２ａと切替スイッチ１４とを備え、直列接続される９個のセル１２ａと１個のセル１２ａとの間に切替スイッチ１４が介在されて構成されている。バッテリ１２内のセル１２ａの接続構成が図１（ａ）に示す第１の接続態様Ａ１となるように切替スイッチ１４が切り替えられると、プラス側電源線Ｌ１とグランドＧＮＤとの間に１０個のセル１２ａが直列接続される態様となる。これに対し、バッテリ１２内のセル１２ａの接続構成が図１（ｂ）に示す第２の接続態様Ａ２となるように切替スイッチ１４が切り替えられると、プラス側電源線Ｌ１とグランドＧＮＤとの間に９個のセル１２ａが直列接続される態様となる。第２の接続態様Ａ２では、セル１２ａが１個分が減じられる。この切替スイッチ１４の切替動作は、コントローラ１５により制御される。
【００１９】
コントローラ１５は、電気負荷１３に駆動電流を供給すべくバッテリ１２（セル１２ａ）の放電時においては、バッテリ１２内の接続構成が図１（ａ）の第１の接続態様Ａ１となるように切替スイッチ１４を切り替え、１０個のセル１２ａによる電流供給を行う。つまり、全部のセル１２ａを用いた電気負荷１３への電流供給が行われる。
【００２０】
これに対し、バッテリ１２（セル１２ａ）への充電時において、コントローラ１５は、バッテリ１２内の接続構成が図１（ｂ）の第２の接続態様Ａ２となるように切替スイッチ１４を切り替え、直列接続の９個のセル１２ａへの充電を行う。
【００２１】
この場合、コントローラ１５は、第１の切替タイミングとして、充電と放電との切り替えに同期させて切替スイッチ１４の切り替えを行い、第１及び第２の接続態様Ａ１，Ａ２を切り替える。即ち、充電開始当初から第２の接続態様Ａ２である直列接続の９個のセル１２ａへの充電が行われる。
【００２２】
また、第２の切替タイミングとして、コントローラ１５は、バッテリ１２の電圧が閾値電圧よりも高くなった時に切替スイッチ１４の切り替えを行い、第１の接続態様Ａ１から第２の接続態様Ａ２に切り替える。即ち、バッテリ１２の電圧がある程度高いときに限定して、９個のセル１２ａが直列接続となる第２の接続態様Ａ２に切り替える。逆に言えば、バッテリ１２の電圧が低いときには、１０個のセル１２ａが直列接続となる第１の接続態様Ａ１のままである。
【００２３】
つまり、何れの切替タイミングにおいても、バッテリ１２（セル１２ａ）の充電時、特にバッテリ１２の電圧が高くなってオルタネータ１１の充電電圧（出力電圧）との差が小さくなる状況の中で、１個のセル１２ａを切り離すことでそのセル１２ａの電圧分だけバッテリ１２の電圧が低くなり、オルタネータ１１の充電電圧との電位差が大きくなる。これにより、オルタネータ１１からバッテリ１２への充電電流が増加し、充電効率の向上が図られる。
【００２４】
なお、第１及び第２の切替タイミングを含むコントローラ１５の各種制御において、バッテリ１２の全体の電圧、切替スイッチ１４にて切り分けられる一方側（９個側）のセル１２ａ群の電圧、他方側（１個）のセル１２ａの電圧等、各箇所の電圧を検出し、これに基づいて各種の制御を行うことが好ましい。
【００２５】
因みに、第１の切替タイミングでは、切り離し対象の１個のセル１２ａがオルタネータ１１にて充電されないため、そのセル１２ａに対して個別に充電する手段を別途設けることが好ましい。第２の切替タイミングでは、切り離し対象の１個のセル１２ａが途中まで充電されるため、別途充電する手段を設けてもいいし、設けなくてもよい。
【００２６】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）電気負荷１３への電流供給によるバッテリ１２の放電時にバッテリ１２の全部のセル１２ａが直列接続される第１の接続態様Ａ１とするものに対し、少なくともバッテリ１２の充電時の一部においては、第１の接続態様Ａ１よりもバッテリ１２の電圧が低くなるセル１２ａの組み合わせとなる第２の接続態様Ａ２に切り替えられる。本実施形態の第２の接続態様Ａ２は、一部（１個）のセル１２ａを切り離してセル１２ａの直列接続数を減じる態様としている。これにより、少なくともバッテリ１２の充電時の一部においてバッテリ１２内が第２の接続態様Ａ２に切り替えられると、減じられたセル１２ａ分だけバッテリ１２の電圧が低くなって、オルタネータ１１の充電電圧（出力電圧）とバッテリ１２の電圧との電位差が大きくなる。そのため、オルタネータ１１からバッテリ１２への充電電流を増加させることができ、バッテリ１２の充電効率の向上を図ることができる。
【００２７】
（２）オルタネータ１１によるバッテリ１２の充電への第１の切替タイミングに基づきバッテリ１２内を充電効率の良い第２の接続態様Ａ２に切り替える制御とすることで、切替制御を簡単な制御で実現することができる。また、バッテリ１２の電圧が閾値電圧よりも高くなる第２の切替タイミングに基づきバッテリ１２内を充電効率の良い第２の接続態様Ａ２に切り替える制御とすることで、特にバッテリ１２の電圧が高い電圧となった際に充電効率が落ちるのを適切に防止することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
以下、車両用電源装置の第２実施形態について説明する。
図２に示すように、本実施形態の車両用電源装置２０は、バッテリ１２を構成する例えば１０個のセル１２ａを２個の切替スイッチ２１，２２を用い、バッテリ１２内のセル１２ａの接続構成が図２（ａ）の第１の接続態様Ｂ１と図２（ｂ）の第２の接続態様Ｂ２との何れかに切替可能に構成されている。
【００２９】
即ち、バッテリ１２内のセル１２ａの接続構成が図２（ａ）に示す第１の接続態様Ｂ１となるように切替スイッチ２１，２２が切り替えられると、プラス側電源線Ｌ１とグランドＧＮＤとの間に１０個のセル１２ａが直列接続される態様となる。これに対し、バッテリ１２内のセル１２ａの接続構成が図２（ｂ）に示す第２の接続態様Ｂ２となるように切替スイッチ２１，２２が切り替えられると、プラス側電源線Ｌ１とグランドＧＮＤとの間に５個直列接続のセル１２ａ群一対が並列接続される態様となる。これら切替スイッチ２１，２２の切替動作は、コントローラ２３により制御される。
【００３０】
そして、コントローラ２３は、バッテリ１２（セル１２ａ）の放電時においては、バッテリ１２内の接続構成が図２（ａ）の第１の接続態様Ｂ１となるように切替スイッチ２１，２２を切り替え、１０個のセル１２ａによる電流供給を行う。つまり、第１実施形態と同様に、全部のセル１２ａを用いた電気負荷１３への電流供給が行われる。
【００３１】
これに対し、バッテリ１２（セル１２ａ）への充電時において、コントローラ２３は、バッテリ１２内の接続構成が図２（ｂ）の第２の接続態様Ｂ２となるように切替スイッチ２１，２２を切り替え、５個ずつ直列接続される一対のセル１２ａ群の並列的な充電を行う。
【００３２】
つまり、バッテリ１２（セル１２ａ）の充電時、特にバッテリ１２の電圧が高くなってオルタネータ１１の充電電圧（出力電圧）との差が小さくなる状況の中で、１０個のセル１２ａを５個ずつの並列接続に切り替えることでバッテリ１２の電圧が低くなり、オルタネータ１１の充電電圧との電位差が大きくなる。これにより本実施形態においても、オルタネータ１１からバッテリ１２への充電電流が増加し、充電効率の向上が図られる。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）電気負荷１３への電流供給によるバッテリ１２の放電時にバッテリ１２の全部のセル１２ａが直列接続される第１の接続態様Ｂ１とするものに対し、少なくともバッテリ１２の充電時の一部においては、第１の接続態様Ｂ１よりもバッテリ１２の電圧が低くなるセル１２ａの組み合わせとなる第２の接続態様Ｂ２に切り替えられる。本実施形態の第２の接続態様Ｂ２は、全部のセル１２ａを２以上（２つ）の並列接続に切り替える態様としている。これにより、少なくともバッテリ１２の充電時の一部においてバッテリ１２内が第２の接続態様Ｂ２に切り替えられると、並列接続による個々のセル１２ａの直列接続数が少なくなることでバッテリ１２の電圧が低くなって、オルタネータ１１の充電電圧（出力電圧）とバッテリ１２の電圧との電位差が大きくなる。そのため、オルタネータ１１からバッテリ１２への充電電流を増加させることができ、バッテリ１２の充電効率の向上を図ることができる。
【００３４】
（２）上記の第１実施形態の効果（２）と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・各実施形態において、バッテリ１２を構成するセル１２ａの数を１０個としたが、１０個以外でもよい。
【００３５】
・各実施形態における第２の接続態様Ａ２，Ｂ２は一例であるため、適宜変更してもよい。
例えば第１実施形態では、その第２の接続態様Ａ２において１個のセル１２ａを切り離すようにしたが、２個や３個等、過半数以下で適宜変更してもよい。バッテリ１２を構成するセル１２ａの数等に応じて、セル１２ａの切り離す数を設定してもよい。
【００３６】
また第２実施形態では、その第２の接続態様Ｂ２において２つの並列接続に切り替えるようにしたが、３以上の並列接続に切り替えるようにしてもよい。バッテリ１２を構成するセル１２ａの数等に応じて、セル１２ａの並列接続数を設定してもよい。並列接続による個々のセル１２ａの直列接続数は同数が好ましい。
【００３７】
・各実施形態において、バッテリ１２やセル１２ａの電圧値は一例であるため、数値はこれに限らない。
・各実施形態において、バッテリ１２（セル１２ａ）をニッケル水素バッテリとしたが、これ以外のバッテリに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１１…オルタネータ、１２…バッテリ、１２ａ…セル、１３…電気負荷、１４，２１，２２…切替スイッチ（切替手段）、１５，２３…コントローラ、Ａ１，Ｂ１…第１の接続態様、Ａ２，Ｂ２…第２の接続態様。
【図１】
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【図２】
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