(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電圧負荷へ低電源電圧を出力するローワー（LOWER）蓄電ブロックと、
前記ローワー蓄電ブロックの高位側へ直列接続されて前記ローワー蓄電ブロックとともに高電圧負荷へ高電源電圧を出力する１乃至互いに直列接続された複数のハイヤー（HIGHER)蓄電ブロックと、
互いに直列接続された前記ローワー蓄電ブロック及びハイヤー蓄電ブロックからなる直列接続蓄電ブロック群に送電する発電部と、
を備えて車両に搭載される複数電圧出力型車両用電源装置において、
前記ハイヤー蓄電ブロックの両端間の電圧を電圧変換して前記ローワー蓄電ブロックの両端に印加することにより前記ハイヤー蓄電ブロックの蓄電電力により前記ローワー蓄電ブロックのみを充電するローワー蓄電ブロック補充充電用のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記各電池ブロックの平均セル電圧に関連する電気パラメータを検出して比較し、前記比較結果に基づいて前記各電池ブロックの平均セル電圧を略一致させるブロック間送電制御部と、
を備え、
前記低電源電圧出力用の電池ブロックに給電するべき要求電力値に等しい平均電力を出力する際の前記における前記ＤＣ−ＤＣコンバータの部分負荷連続運転時の装置運転効率と、間欠運転時の装置運転効率とを算出し、
前記間欠運転時の装置運転効率が前記部分負荷連続運転時の装置運転効率を上回る場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを間欠運転することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
それぞれ複数のセルを直列接続してなる前記各電池ブロックに個別に接続された複数のセル電圧均等化回路を備え、
前記各セル電圧均等化回路は、自己が接続された前記電池ブロック内の前記各セルの電圧を均等化することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
前記ローワー蓄電ブロック補充充電用のＤＣ−ＤＣコンバータを前記各セル電圧均等化回路の作動完了した状態で作動させることを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
前記ローワー蓄電ブロックのＳＯＣ又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が所定の第一のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動し、前記差が前記第一のしきい値より小さくなっても所定期間又は前記差が前記第一のしきい値より小さい第二の所定値より小さくなるまで前記ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動を持続することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
前記ローワー蓄電ブロックのＳＯＣ又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が所定の第一のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを所定デューティ比で間欠駆動することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
前記ローワー蓄電ブロックのＳＯＣ又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が前記第一のしきい値より更に大きい第二のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを連続駆動することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
前記車両のイグニッションスイッチのオフ期間に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを所定期間ごとに所定時間だけ運転することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、
車速が所定値未満である場合の前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を、車速が前記所定値以上である場合の前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力よりも削減することを特徴とする複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数電圧出力型電源装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車両用電源装置では、従来の車両用電気負荷へ出力する通常電源電圧（略１２Ｖ）に加えて、大電気負荷へ更に高圧の電源電圧（たとえば３６Ｖ）や制御装置の電源電圧としての低電圧（たとえば５Ｖ）を出力する複数電源電圧出力型車両用電源方式が提案されている。この複数電源電圧出力型車両用電源方式によれば、大車載負荷への送電電力損失の低減やワイヤハーネスの小型軽量化を実現でき、制御装置用電源装置を簡素化することができる。この場合、各電源電圧ごとに異なる組電池を設けることは不経済かつ重量・積載スペースの点で不利であるため、低電源電圧出力用の電池ブロックに追加の電池ブロックを重ねて高電圧出力用の組電池とすることが提案されている。
【０００３】
しかし、この複数電圧出力型組電池では、低電源電圧出力用の電池ブロックと追加の電池ブロックとの間で放電量が異なってしまう。そこで、低電源電圧出力用の電池ブロックを追加充電するために、組電池の電力を電圧変換して低電源電圧出力用の電池ブロックに給電するＤＣ−ＤＣコンバータを追加することが従来より提案されている。
【０００４】
また、組電池を構成する各単電池のＳＯＣを個別に制御することは回路が複雑化するため、複数の単電池を一個の電池とみなして一括してＳＯＣ制御を行うのが通常である。しかし、この場合、各単電池ごとにＳＯＣ制御を行わないので、組電池の繰り返し充放電に伴って各単電池間の充放電特性のばらつきが増大し、その結果、全体としてはＳＯＣが基準範囲内にあるにもかかわらず、特定の単電池が過充電状態となったり、過放電状態となったりする可能性がある。特にリチウム系の電池は、このような過充電状態や過放電状態に弱いので、各単電池（セル）のうち、もっともＳＯＣが小さい（又は端子電圧が小さい）端子電圧（以下、最小ＳＯＣセルとも呼ぶ）の端子電圧にその他の単電池の端子電圧が低下するまで、これらその他の単電池を放電させる放電回路を設けることが、行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した複数電圧出力型組電池では、低電源電圧出力用の電池ブロックの単電池と、追加の電池ブロックの単電池との間のＳＯＣ（端子電圧）のばらつきが生じやすいという問題や制御回路構成が複雑となるという問題があった。たとえば、低電源電圧出力用の電池ブロックが低圧負荷に給電する電流をモニタしてこの電流に等しい電流だけ上記ＤＣ−ＤＣコンバータが電流を出力するように制御すればよいが、この時の制御誤差が累積すると、低電源電圧出力用の電池ブロックと追加の電池ブロックとの間で大きなＳＯＣ（端子電圧）誤差が生じてしまい、過充電、過放電の問題が発生してしまう。
【０００６】
この問題を解決するために上記放電回路を用いて、組電池を構成する各単電池のＳＯＣ（端子電圧）を最小の単電池のそれに一致させることも可能であるが、上記したように各電池ブロック間でＳＯＣ（端子電圧）は差が生じやすいので、この放電回路の運転による電力損失や発熱の増大が問題となる。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、組電池内の単電池間のＳＯＣ（端子電圧）のばらつきを無駄な電力損失を低減しつつ解消可能な車両用複数電圧出力型電源装置の制御方法を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法は、低電圧負荷へ低電源電圧を出力するローワー（LOWER）蓄電ブロックと、前記ローワー蓄電ブロックの高位側へ直列接続されて前記ローワー蓄電ブロックとともに高電圧負荷へ高電源電圧を出力する１乃至互いに直列接続された複数のハイヤー（HIGHER)蓄電ブロックと、互いに直列接続された前記ローワー蓄電ブロック及びハイヤー蓄電ブロックからなる直列接続蓄電ブロック群に送電する発電部とを備えて車両に搭載される複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において、前記ハイヤー蓄電ブロックの両端間の電圧を電圧変換して前記ローワー蓄電ブロックの両端に印加することにより前記ハイヤー蓄電ブロックの蓄電電力により前記ローワー蓄電ブロックのみを充電するローワー蓄電ブロック補充充電用のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記各電池ブロックの平均セル電圧に関連する電気パラメータを検出して比較し、前記比較結果に基づいて前記各電池ブロックの平均セル電圧を略一致させるブロック間送電制御部とを有し、  前記低電源電圧出力用の電池ブロックに給電するべき要求電力値に等しい平均電力を出力する際の前記における前記ＤＣ−ＤＣコンバータの部分負荷連続運転時の装置運転効率と、間欠運転時の装置運転効率とを算出し、前記間欠運転時の装置運転効率が前記部分負荷連続運転時の装置運転効率を上回る場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを間欠運転することを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、ハイヤー蓄電ブロックとローワー蓄電ブロックとを直列接続してハイヤー蓄電ブロックの高位端から高電圧負荷へ給電し、両電池ブロックの接続点から低電圧負荷に給電する複数電圧出力型蓄電体と、ハイヤー蓄電ブロックからローワー蓄電ブロックへの送電を行うＤＣ−ＤＣコンバータとにより構成される。つまり、高電圧負荷及び低電圧負荷の両方へ給電するために高電圧負荷のみに給電するハイヤー蓄電ブロックに比較してローワー蓄電ブロックが放電しやすい（電圧又はＳＯＣが低下しやすい）という特性を利用して、ブロック間送電回路はハイヤー蓄電ブロックからローワー蓄電ブロックへの送電を行う。これにより、ブロック間送電回路を比較的単純な構成の一方向送電型のＤＣ−ＤＣコンバータで構成することができ、従来に比較して回路の単純化による装置の重量、体格、コストの低減を実現することができる。
【００１０】
更に、本構成では、ブロック間送電制御部により、前記各電池ブロックごとに平均セル電圧に関連する電気パラメータを検出してそれらを比較し、前記比較結果に基づいて前記各電池ブロックの平均セル電圧を略一致させる。これにより、各電池ブロックの平均セル電圧を均等化するので、各電池ブロック間の容量ばらつきを簡素な演算制御で解消することができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御において、低電源電圧出力用の電池ブロックが低圧負荷に出力する低圧負荷電流を検出す電流センサを設ける必要もなく、この電流センサの出力値とＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流との間の誤差が低電源電圧出力用の電池ブロックに累積することもないので、各電池ブロックのセルの平均容量状態を簡素な制御で一致させることができる。
【００１１】
なお、上記電気パラメータとして平均セル電圧を採用すれば、電池ブロック電圧を電池ブロックのセル数で割ることにより容易に電気パラメータを得ることができ、演算が特に簡単となる。この他、各電池ブロックの最小セル電圧を採用してもよく、平均ＳＯＣ又は最小ＳＯＣを採用してもよい。
更にそのうえ、本構成では、前記低電源電圧出力用の電池ブロックに給電するべき要求電力値に等しい平均電力を出力する際の前記における前記ＤＣ−ＤＣコンバータの部分負荷連続運転時の装置運転効率と、間欠運転時の装置運転効率とを算出し、前記間欠運転時の装置運転効率が前記部分負荷連続運転時の装置運転効率を上回る場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを間欠運転する。なお、ここでいう部分負荷連続運転とは出力電流が連続して出力される運転を意味し、ＤＣ−ＤＣコンバータのＰＷＭ（パルス幅変調）によるデューティ制御による運転を含む。また、ここでいう間欠運転とは、出力電流が周期的に遮断される運転を意味する。
このようにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの間欠運転がその部分負荷デューティ比での連続運転よりも高効率の場合にのみ間欠運転を行うので、全負荷領域にわたって効率を装置の運転効率を改善することができる。また、単にＤＣ−ＤＣコンバータの効率だけでなく、電池の充放電効率も含んで効率比較を行うので、効率改善が可能となる。
【００１２】
請求項２記載の構成は請求項１記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、それぞれ複数のセルを直列接続してなる前記各電池ブロックに個別に接続された複数のセル電圧均等化回路が設けられ、前記各セル電圧均等化回路は、自己が接続された前記電池ブロック内の前記各セルの電圧を均等化することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、本構成では、セル電圧均等化回路は、各電池ブロックごとに設けられるので、本発明のように各電池ブロックごとにＳＯＣ（端子電圧）が異なりやすい場合であっても、組電池の各セルを単一のセル電圧均等化回路でセル電圧一致させる場合に比較して、セル電圧均等化のための送電もしくは放電を大幅に減らすことができ、セル電圧均等化のための電力損失及び発熱を格段に低減することができる。
【００１４】
また、本構成の電池ブロックごとのセル電圧均等化回路では各電池ブロック間のセル間電圧ばらつきは解消できるが、異なる電池ブロック間のセル電圧ばらつきを解消することができないが、ブロック間送電制御部が各電池ブロックの平均セル電圧を略一致させる制御を行うので、これらブロック間送電制御部と、電池ブロックごとのセル電圧均等化回路との共同動作により、組電池の各単電池の容量状態を良好に一致させることができる。
【００１５】
更に説明すると、ＤＣ−ＤＣコンバータによるハイヤー蓄電ブロックからローワー蓄電ブロックへのブロック間送電を行う場合、発生する問題は、各電池ブロックにおいて、本当に各電池ブロックの実用最小容量を決定するのは、平均セル（平均セル容量）ではなく、ブロック内で最も小さいセル電圧（最も小さいＳＯＣをもつ）をもつセルであるということである。
【００１６】
つまり、平均セル電圧を一致化させるブロック間送電制御が簡便ではあるが、電池ブロック内のセル間電圧ばらつきが大きい場合には、各電池ブロック間における実用上放電可能なＳＯＣがそれに応じて大きくばらつくため、ブロック間送電の有益性が低下してしまう。
【００１７】
各電池ブロックの各セルのうち最小セル電圧又は最小ＳＯＣを検出してそれを一致させれば有益であるが、回路構成又は演算が複雑化してしまう。その上、電池ブロック間の最小ＳＯＣは一致させられるが、各セル間のＳＯＣ又は電圧のばらつきはそのままであり、放電可能な容量減少分が回復されるわけでもない。場合によっては、上記ブロック間送電により、最大セル電圧をもつセルが過充電される危険も生じてしまう。
【００１８】
各セル間の電圧ばらつきを均等化することも可能である。従来、セル間電圧均等化技術としては、各セル電圧をそれぞれの放電により最小セル電圧に一致させる最小セル電圧一致方式と、セル間で電磁的に電力授受する電磁方式とが知られている。けれども、前者の方式では、複数電圧出力型蓄電体において、ローワー蓄電ブロックとハイヤー蓄電ブロックとで、放電条件が全く異なるためにローワー蓄電ブロックのセル電圧とハイヤー蓄電ブロックのセル電圧は異なり易いため、放電損失が大きくなるという問題があり、後者の方式では、回路構成が複雑となるという問題がある。
【００１９】
そこで、本態様では、これらの問題を解決するために、各電池ブロックごとにそれぞれセル電圧均等化回路を設け、各セル電圧均等化回路は、自己が接続された前記電池ブロック内の各セル電圧を均等化対象とする。更に具体的に言えば、ローワー蓄電ブロック一つとハイヤー蓄電ブロック一つの２ブロック構成であれば、ローワー蓄電ブロックの各セル電圧をローワーブロック用のセル電圧均等化回路で均等化し、ハイヤー蓄電ブロックの各セル電圧をハイヤーブロック用のセル電圧均等化回路で均等化する。したがって、本構成では、放電条件が等しいセル同士でセル電圧の均等化し、放電条件が異なるセル同士でセル電圧の均等化しないので、均等化時の放電損失を大幅に低減することができる。
【００２０】
請求項３記載の構成は請求項２記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、前記ローワー蓄電ブロック補充充電用のＤＣ−ＤＣコンバータを前記各セル電圧均等化回路の作動完了した状態で作動させることを特徴としている。
【００２１】
すなわち、本構成によれば、ブロック間送電用のＤＣ−ＤＣコンバータは、各セル電圧均等化回路による上記均等化が実質的に完了した段階で、平均セル電圧を用いたブロック間の電圧（最終的にはＳＯＣ）の均等化を行うので、ブロック間送電後において各電池ブロック間の実用上の放電可能容量のばらつきを大幅に低減することができ、上記過充電発生危険も回避することができる。
【００２２】
請求項４記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、前記ローワー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が所定の第一のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動し、前記差が前記第一のしきい値より小さくなっても所定期間又は前記差が前記第一のしきい値より小さい第二の所定値より小さくなるまでは前記ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動を持続することを特徴としている。
【００２３】
この制御方法によれば、両ブロック間の負荷電流差や平均セル電圧差やＳＯＣ差などがある程度大きければ、ＤＣ−ＤＣコンバータをヒステリシス駆動する。これにより、実質的に間欠駆動できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータを小電流出力運転することによる効率低下をＤＣ−ＤＣコンバータの小型化なしで防止できる。
【００２４】
請求項５記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、前記ローワー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が所定の第一のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを所定デューティ比で間欠駆動することを特徴としている。
【００２５】
この制御方法によれば、両ブロック間の負荷電流差や平均セル電圧差やＳＯＣ差などがある程度大きい場合に一定タイミングで間欠駆動するので、ＤＣ−ＤＣコンバータを小電流出力運転することによる効率低下をＤＣ−ＤＣコンバータの小型化なしで防止できる。
【００２６】
請求項６記載の構成は請求項４又は５記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、前記ローワー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する電気パラメータが前記ハイヤー蓄電ブロックの負荷電流又は前記平均セル電圧のどちらかに正相関を有する前記電気パラメータより小さくかつその差が前記第一のしきい値より更に大きい第二のしきい値より大きい場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータを連続駆動することを特徴としている。
【００２７】
本構成によれば、両ブロック間のＳＯＣ又はその変化率差がかなり大きい場合にＤＣ−ＤＣコンバータを連続駆動するので、ＤＣ−ＤＣコンバータを大型化することを防止することができる。
【００３０】
請求項７記載の構成は請求項１乃至６のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、前記車両のイグニッションスイッチのオフ期間に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを所定期間ごとに所定時間だけ運転することを特徴としている。
【００３１】
このようにすれば、イグニッションスイッチオフ時における低電圧負荷使用におけるＤＣ−ＤＣコンバータの効率を改善することができる。
【００３２】
請求項８記載の構成は請求項１乃至７のいずれか記載の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法において更に、車速が所定値未満である場合の前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を、車速が前記所定値以上である場合の前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力よりも削減することを特徴としている。
【００３３】
このようにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの必要最小限の機能を確保しつつ低車速時におけるＤＣ−ＤＣコンバータの過熱を抑止することができる。
【００３４】
【発明を実施するための形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００３５】
【実施例１】
実施例１の複数電圧出力型電源装置を図１を参照して説明する。
【００３６】
（回路構成）
１３は３個の鉛電池（本発明で言う電池ブロック）１１１、１１２、１１３を直列に接続した鉛組電池、１６１は低圧の負荷、１６２は高圧の負荷、１８１、１８２はＤＣーＤＣコンバータ、１７は整流器内蔵の発電機、２２はコントローラである。
【００３７】
１５１は組電池１３の低位端子、１５２は鉛電池１１１と１１２の接続点１４１に接続される中間端子、１５３は鉛電池の高位端子である。鉛電池１３は平均電圧が略１２Ｖであるので、中間端子１５２の電圧は略１２Ｖであり、低電圧負荷１６１（例：ＥＣＵ、室内灯、カーオーディオ等）が接続されている。組電池１３の正極端子１５３の電圧は略３６．０Ｖであり、高電圧負荷１６２（電動パワーステアリング用モータ、エアコン用電動コンプレッサ、電動ウォーターポンプ等）が接続されている。組電池１３の両端間にはエンジン駆動の整流機内蔵型発電機１７が接続されており、発電機１７１３は組電池１３を充電し、負荷１６１および負荷１６２へ給電している。
【００３８】
第一のＤＣーＤＣコンバータ１８１は、ＭＯＳーＦＥＴ等のスイッチング素子２０１、トランス１９１、ダイオード２１１からなる。一対の入力端子は、鉛電池１１１と１１２の接続点１４１および鉛電池１１２と１１３の接続点１４２に接続され、一対の出力端子は、鉛電池１１１と１１２の接続点１４１および組電池１３の負極端子１５１に接続されている。スイッチング素子２０１のスイッチングにより鉛電池１１３の電力が鉛電池１１１へ送電される。
【００３９】
第二のＤＣーＤＣコンバータ１８２は、ＭＯＳーＦＥＴ等のスイッチング素子２０２、トランス１９２、ダイオード２１２からなる。一対の入力端子は、鉛電池１１２と１１３の接続点１４２およ組電池１３の正極端子１５３に接続され、また一対の出力端子は、鉛電池１１１と１１２の接続点１４１および組電池１３の負極端子１５１に接続されており、鉛電池１１３の電力が鉛電池１１１へ送電される。また、コントローラ２２はスイッチング素子２０１、２０２を制御する。
【００４０】
（動作）
図１において、負荷１６２への電力供給は鉛電池１１１、鉛電池１１２、鉛電池１１３および発電機１７によって行われ、負荷１６１への電力供給は、第一の鉛電池１１１から、ＤＣーＤＣコンバータ１８１を介して鉛電池１１２から、ＤＣーＤＣコンバータ１８２を介して鉛電池１１３から行われる。鉛電池１１１〜１１３の電圧が互いに略等しくなるようにＤＣーＤＣコンバータ１８１、１８２の電力変換量を制御することで、組電池１３の全てのセルの容量を均等化することができる。
【００４１】
【実施例２】
他の実施例を図２を参照して説明する。
【００４２】
１０個のリチウム電池（セル）１１１〜１１１０を直列に接続した組電池１３は、リチウム電池（セル）１１１〜１１４からなるローワー蓄電ブロック１２１と、リチウム電池（セル）１１５〜１１１０からなるハイヤー蓄電ブロック１２２とからなる。
【００４３】
リチウム電池（セル）の平均電圧は略３．６Ｖであるので、組電池の負極端子１５１と中間端子１５２の間の電圧は略１４．４Ｖであり、低電圧負荷１６１が接続されている。組電池１３の電圧は略３６．０Ｖであり、高電圧負荷１６２が接続されている。
【００４４】
セル均等化回路２３１はローワー蓄電ブロック１２１の各リチウム電池１１１〜１１４の各端子に接続され、セル均等化回路２３２はハイヤー蓄電ブロック１２２のリチウム電池１１５〜１１１０の各端子に接続されている。セル電圧均等化回路２３１はローワー蓄電ブロック１２１内のセル電圧のばらつきを解消し、セル電圧均等化回路２３２はハイヤー蓄電ブロック１２２内のセル電圧のばらつきを解消する。
【００４５】
セル電圧均等化回路２３１、２３２は、均等化を行う対象である電池ブロックから動作電力を給電され、電池ブロックに近接配置されている。セル電圧均等化回路の更なる詳細については後述するものとする。
【００４６】
ＤＣーＤＣコンバータ１８は、ＭＯＳーＦＥＴ等のスイッチング素子２０、トランス１９、ダイオード２１からなる。一対の入力端子は、組電池１３の正極端子１５３およびリチウム電池１１４と１１５との接続点１４に接続され、一対の出力端子は、リチウム電池１１４と１１５との接続点１４および組電池１３の負極端子１５１に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、ハイヤー蓄電ブロック１２２の電力をローワー蓄電ブロック１２１へ送電する。コントローラ２２はスイッチング素子２０を制御する。
【００４７】
セル電圧均等化回路２３１、２３２の一例を図３に示す。
【００４８】
電池ブロック３１はＮ個のセル３２１〜３２Ｎを直列接続して構成されている。３３１〜３３Ｎは互いに直列接続されて電池ブロック３１から給電される抵抗分圧回路である。
【００４９】
抵抗分圧回路の各端子の電位と、電池ブロックの各セル３２１〜３２Ｎの正極電位とが、コンパレータ３４１〜３４（Ｎー１）により比較され、その結果が論理回路３５に入力される。論理回路３５は、各コンパレータ出力の比較結果によりセル電圧が平均電圧よりも高いセルを判定し、セル電圧が平均電圧よりも高いセルに対応する個別放電回路の放電スイッチ３７１〜３７ＮをＯＮさせ、放電抵抗３６１、３６２、…、３６Ｎでセルのエネルギを消費させ、電圧が均等化させる。
【００５０】
この実施例の装置によれば、セル単位で電圧を使用範囲内に管理することができるのでリチウム電池や電気二重層コンデンサ等を使用する場合に好適である。
【００５１】
（変形態様）
変形態様を図４を参照して以下に説明する。
【００５２】
この変形態様は、図２の電池ブロック１２１を、セル１４３、１４４からなる電池ブロック１２２と、セル１１１、１１２からなる電池ブロック１２１に分割し、電池ブロック１２２の電力を電池ブロック１２１に送電する点をその特徴としている。この送電を可能とするために、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８１が追加されている。三つにブロック化された組電池１３は３つの出力端子１５２〜１５４をもち、それぞれ最低電圧負荷１６１、低電圧負荷１６２、高電圧負荷１６３に給電している。１４１、１４２はそれぞれ電池ブロック間の接続点である。
【００５３】
（変形態様）
変形態様を図５を参照して以下に説明する。
【００５４】
この変形態様は、図３の回路において、第二の発電機２４をローワー蓄電ブロック１２１の両端に追加した点をその特徴としている。
【００５５】
これにより低電圧負荷１６１の要求電流の一部をこの発電機２４で負担してＤＣ−ＤＣコンバータ１８の負担を減らすことができる。
【００５６】
【実施例３】
他の実施例を図２、図６を参照して説明する。
【００５７】
上記説明したＤＣーＤＣコンバータ１８の出力に対する効率の特性例を示す。２５０Ｗ〜６００Ｗの出力範囲においては効率はほぼ平坦な特性で、９０〜９１％であるのに対して、２５０Ｗ以下では効率が著しく低下する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は部分負荷効率が悪い。
【００５８】
しかし、たとえば車両減速時に組電池１３に回生した電力量を低電圧負荷１６１で消費する場合がある。この時、低電圧負荷１６１の消費電力を平均２００Ｗであるとすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は１２０Ｗを出力する必要があり、３００Ｗ〜６００Ｗを出力時に比べて電力損失が大きい。そこで、この実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の部分負荷運転時に間欠運転を行ってその効率を向上する。また、この実施例では、電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）等に基づいてＤＣーＤＣコンバータ出力を制御する。  制御の具体例を図７〜図９を参照して更に詳しく説明する。図７は電池ブロック１２１のＳＯＣ変化を、図８はＤＣーＤＣコンバータ１８の出力変化を、図９は電池ブロック１２１の出力変化を示す。コントローラ２２は電池ブロック（ローワー蓄電ブロック）１２１のＳＯＣを算出し、それが５０％まで低下したらＤＣーＤＣコンバータ１８を出力４００Ｗで動作させ、４００Ｗの内２００Ｗは低電圧負荷へ供給し、残りの２００Ｗを電池ブロック１２１に一時的に蓄える。次に、ＳＯＣが６０％まで上昇したらＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を停止し、電池ブロック１２１のみが低電圧負荷へ２００Ｗを供給する。
【００５９】
ただし、ＤＣーＤＣコンバータ１８を上記したように間欠運転する場合には、電池ブロック１２１の過剰な充放電による損失が無視できないので、低電圧負荷１６１の消費電力が所定値以下の場合は上記した間欠駆動を行い、所定値を上回る場合には間欠駆動を停止することが好適である。
【００６０】
この点については以下詳しく説明する。リアルタイムに負荷消費電力に応じた出力で動作する場合には電池の充放電による損失は無く、トータルのエネルギ効率Ｅ1 は、
Ｅ1 ＝｛０．４＋０．６ηDC（０．６ＰL ）／１００｝×１００〔％〕
となる。ここで、ＰL は低電圧負荷の消費電力（Ｗ）、ηDC（Ｐ）はＤＣーＤＣコンバータ１８の効率であり出力ｐの関数である。ηDC（Ｐ）の一例は図７に示すようなものである。一方で、効率が良い所定の出力Ｐconst で間欠的な動作をする場合は、エネルギを一旦電池に蓄えるので電池の充放電による損失が発生し、トータルのエネルギ効率Ｅ2 は、
Ｅ2 ＝[０．４＋｛０．６ηDC（Ｐconst ）／１００｝・｛ηbat1（ＰconstーＰL ）／１００｝・｛ηbat2（ＰL ）／１００｝]×１００〔％〕
となる。ここでηbat1は電池の充電効率（％）、ηbat2は電池の放電効率（％）であり、各々充電電力および放電電力の関数である。充電効率および放電効率は電池の内部抵抗により変化するが、その一例を図１０に示す。Ｅ1 とＥ2 を比較し、Ｅ1 ≧Ｅ2 の場合はリアルタイムに負荷消費電力に応じた出力で動作させ、Ｅ1 ＜Ｅ2 の場合は間欠的な動作をさせれば最も高効率な運転が可能となる。単セルの内部抵抗が２ｍΩ・Ｐconst ＝４００Ｗの条件においてＥ1 とＥ2 を比較した一例を図１１に示す。低電圧負荷の消費電力ＰL が約３００Ｗ以上の場合にはＥ1 ≧Ｅ2 となるのでリアルタイムに負荷消費電力に応じた出力で動作させ、ＰL が約３００Ｗより小さい場合にはＥ1 ＜Ｅ2 となるので間欠的な動作とする制御を行えばよい。なお、上記の制御例では電池のＳＯＣを用いてＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を制御したが、電池の端子電圧を用いて同様の制御を行っても良い。
【００６１】
また、このような制御を行う場合には、電池ブロックのＳＯＣなどはある程度の計測誤差をもつので、このばらつきを考慮して、ＳＯＣや電圧が許容ばらつき範囲内にあるようにセル電圧均等化を行う。これにより、広い出力範囲において、ＤＣーＤＣコンバータの平均効率を高く維持することができる。
【００６２】
【実施例４】
他の実施例を図１２〜図１４を参照して説明する。
【００６３】
イグニッションスイッチＯＮ時に必要とされる電力供給能力より数百Ｗ以上の最大出力が出るような大出力型のＤＣーＤＣコンバータは、イグニッションスイッチＯＦＦ時にＥＣＵのメモリバックアップ等での消費される極めて小さい電力（例えば約２００ｍＷ）で動作させようとした場合には、動作が不安定になり正常の働きをしなくなるという問題がある。本実施例ではこの点を解決する方法として、イグニッションスイッチＯＦＦ時には所定の周期で間欠運転する制御を行う。
【００６４】
具体的な制御について、図１２〜図１４を参照して説明する。図１２はイグニッションスイッチＯＦＦ時におけるコントローラ２２の電源のＯＮ／ＯＦＦの状態を示している。この様に、コントローラ２２はタイマー等によって例えば約６時間に一回、数十秒間電源がＯＮになるという周期的な動作を繰り返す。このＯＮ期間中にコントローラは、ＥＣＵが接続されている電池ブロック１２１の電圧を測定し、それが所定値以下であればＤＣーＤＣコンバータ１８によって電池ブロック１２２から電池ブロック１２１へ、約４００Ｗの電力を約１５秒間移動する。一方、電圧が所定値を上回っている場合には電力の移動を行わない。電池ブロック１２１の電圧変化を図１３に、ＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を図１４に示す。時間をｔとして、ｔ＝６（ｈ）においては電圧が所定値（１４．４Ｖ）を上回っているのでＤＣーＤＣコンバータは動作しないが、ｔ＝１２（ｈ）においては電圧が所定値（１４．４Ｖ）以下でありＤＣーＤＣコンバータは４００Ｗを１５秒間出力して、電池ブロック１２１を充電している。このような動作を繰り返せば、ＥＣＵメモリバックアップ用の電力を安定して供給することができる。
【００６５】
この実施例によれば、１台のＤＣーＤＣコンバータで、車両のイグニッションスイッチＯＮ状態およびＯＦＦ状態の両方における消費電力を安定して供給することが可能であり、システムの小型化・低コスト化が可能となる。
【００６６】
【実施例５】
他の実施例を図１５〜図１７を参照して説明する。
【００６７】
最高電力変換効率が９０％のＤＣーＤＣコンバータを用いて４００Ｗを出力する場合でも、４０Ｗの電力が熱となる。このため、ＤＣーＤＣコンバータ１８はフィン等の冷却機構で冷却するのが通常である。車両走行時には走行風を利用した強制対流冷却が可能であるが、車両停車時や低速度で走行中には走行風が十分に得られないので、ファンによって強制冷却する必要が生じる。しかし、ファンの消費電力が効率低下を招くという問題がある。
【００６８】
そこで、この実施例では、車速が所定値以下で走行風が充分に得られない場合には、ＤＣーＤＣコンバータを極力動作しないようにして発熱を抑制する制御行う。
【００６９】
具体的な制御について、図１５〜図１７を参照して説明する。図１５は車速変化を、図１６はＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を、図１７は電池ブロック１２１の電圧を示す。
【００７０】
車速が所定値より大きくて走行風が充分に得られる場合には、ＤＣーＤＣコンバータ１８は出力を行うが、車速が所定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以下では走行風が充分に得られない場合には、ＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を停止して発熱を抑制する。ＤＣーＤＣコンバータ１８の出力を停止している期間中は、一時的に電池ブロック１２１から低電圧負荷へ給電し、車速が所定値を上回っている期間にその分を補充する。
【００７１】
また、このように車速が所定値以下の場合には、電池ブロック１２１に蓄えたエネルギのみを消費することを見込んで、車速が所定値より大きい場合には電池ブロック１２１の電圧またはＳＯＣを他の電池ブロックのそれらよりも所定量だけ高く制御すれば、車速が所定値以下の状態が比較的長時間継続するケースにも対応することができる。
【００７２】
上記説明したＤＣ−ＤＣコンバータの間欠運転技術について更に補足説明する。
【００７３】
従来のＤＣ−ＤＣコンバータは、電池ブロックの容量（ＳＯＣ）に関連する電気パラメータ、たとえば、電圧、電流、電流積算量Ａh、ＳＯＣなどを検出し、各電池ブロック間のこれらの電気パラメータの差が０となるようにフィードバック制御を行っていた。しかし、電池ブロック間の出力電流差が小さいと、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動を開始すればすぐに上記差が解消してＤＣ−ＤＣコンバータは停止されることになり、必然的に間欠動作運転となる。また、この時、電気パラメータの上記差が小さいことなどに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子２０のオン時間を電池ブロック１２１の充電が可能な範囲で短縮して出力電流を減らす制御も行うこともできるが、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング損失や鉄損などの損失は発生するので、必然的に部分負荷では効率が低下する。
【００７４】
そこで、電池ブロック（ローワー蓄電ブロック）１２１の容量（ＳＯＣ）に関連する電気パラメータ、たとえば、電圧、電流、電流積算量Ａh、ＳＯＣが、他の電池ブロック（ハイヤー蓄電ブロック）の１２２の上記電気パラメータよりあるしきい値以上小さくなるまではＤＣ−ＤＣコンバータの運転を遅延させるか、又は、両電池ブロック間の電気パラメータの差が解消してもＤＣ−ＤＣコンバータの運転をある程度持続することにより一回のＤＣ−ＤＣコンバータの運転時間を長くするとともにＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流を増大させる。
【００７５】
たとえば、上記運転の遅延は、検出した上記電気パラメータの差が所定値を超えたかどうかを判別して超えた場合にのみＤＣ−ＤＣコンバータの運転を開始するようにすればよい。上記電気パラメータの差が解消してもＤＣ−ＤＣコンバータの運転をある程度持続するには、上記差の解消時点ではなく、電池ブロック（ローワー蓄電ブロック）１２１の容量（ＳＯＣ）に関連する電気パラメータ、たとえば、電圧、電流、電流積算量Ａh、ＳＯＣが、電池ブロック（ハイヤー蓄電ブロック）１２２のそれよりもあるしきい値以上大きくなるまでＤＣ−ＤＣコンバータの運転を持続するいわゆるヒステリシス（運転開始しきい値より運転停止しきい値を高く設定する制御）動作を行えばよい。
【００７６】
又は、上記電気パラメータの差が小さい場合には、間欠的に一定時間だけ強制運転すればよい。これにより、電池ブロック１２１は過剰充電されるため、その後、この過剰充電が解消され、更に上記電気パラメータの差が次の充電が開始されるべき値に達するまで長期のＤＣ−ＤＣコンバータの運転休止が生じるために、一回の運転期間を相対的に長期化するか又は運転時の出力を向上したＤＣ−ＤＣコンバータの間欠運転が可能となり、その平均効率を向上することができるわけである。
【００７７】
（実施例３〜５の制御例）
上記した実施例３〜５の制御例を図１８に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００７８】
まず、イグニッションスイッチがオンされたかどうかを調べ（Ｓ１００）、オンされていれば車速が所定値以上かどうかを調る（Ｓ１０２）。車速が所定値以上であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率Ｅ１、Ｅ２を演算する（Ｓ１０４）。
【００７９】
なお、ここでいう効率Ｅ１は、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１８を低電圧負荷１６１の消費電力に応じた出力で運転する場合のＤＣ−ＤＣコンバータ１８の効率を意味し、効率Ｅ２は、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１８を平均効率が最良となる出力で間欠運転する場合のＤＣ−ＤＣコンバータ１８の効率を意味する。
【００８０】
次に、効率Ｅ１が効率Ｅ２以上かどうかを調べ（Ｓ１１０）、ＹＥＳであればＤＣ−ＤＣコンバータ１８を低電圧負荷１６１の消費電力に応じた出力で運転し（Ｓ１１０）、ＮＯであれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を平均効率が最良となる出力で間欠運転する（Ｓ１１２）。
【００８１】
ステップＳ１０２にて車速が所定値未満であれば、ローワー蓄電ブロック１２１の電圧が所定値以上かどうかを調べ、ＹＥＳであればＤＣ−ＤＣコンバータ１８の運転を停止し、ＮＯであればステップＳ１０４に進む。
【００８２】
ステップＳ１１８にてコントローラ２２に内蔵されているタイマーがその所定のカウント満了を報知したかどうかを調べ（Ｓ１１８）、報知がなければ不図示のステップを実行した後、Ｓ１００にリターンする。なお、このタイマーはイグニッションスイッチのオフ期間に所定時間経過ごとに上記報知のための信号を出力する循環タイマである。
【００８３】
Ｓ１１８にて報知があれば、ローワー蓄電ブロック１２１の電圧が所定値以下かどうかを調べ、ＹＥＳであればＤＣ−ＤＣコンバータ１８を所定時間運転してハイヤー蓄電ブロック１２２からローワー蓄電ブロック１２１へ送電を行い（Ｓ１２２）、その後、上記タイマー及びそれに付随する回路以外のコントローラ２２の回路部分への電源電圧給電を停止してコントローラ２２をスリープさせる（Ｓ１２４）。また、ステップＳ１２０にてＮＯであればＳ１２４へジャンプして、コントローラ２２をスリープさせる。
【００８４】
このようにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの間欠運転がその部分負荷デューティ比での連続運転よりも高効率の場合にのみ間欠運転を行うので、全負荷領域にわたって効率を装置の運転効率を改善することができる。
【００８５】
また、車速が所定値未満では、走行風によるＤＣ−ＤＣコンバータ１８の冷却効果が減少するので、この場合には、ローワー蓄電ブロック１２１に許容可能な最小のＳＯＣ（端子電圧）を確保するという条件でできるだけＤＣ−ＤＣコンバータ１８の運転を停止させて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の発熱を抑止し、これによりＤＣ−ＤＣコンバータ１８の耐久性を向上させる。
【００８６】
更に、イグニッションオフ時における車両電気負荷としては、低圧負荷１６１の使用によるローワー蓄電ブロック１２１の容量低下があるが、この時の低圧負荷１６１の電力消費はＤＣ−ＤＣコンバータ１８の全負荷運転時の送電電力に対して非常に小さく、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は小部分負荷運転状態となって効率が大幅に低下してしまう。そこでこの制御例では、イグニッションオフ（組電池充電がない）時には、ローワー蓄電ブロック１２１の容量を許容可能な所定値に保つに足るだけのＤＣ−ＤＣコンバータの送電を間欠的に（所定時間ごとに）実施することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の部分負荷運転による効率低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の複数電圧出力型車両用電源装置を示す回路図である。
【図２】実施例２の複数電圧出力型車両用電源装置を示す回路図である。
【図３】セル電圧均等化回路の一例を示す回路図である。
【図４】実施例２の変形態様を示す回路図である。
【図５】実施例２の変形態様を示す回路図である。
【図６】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示す特性図である。
【図７】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図９】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１０】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示す特性図である。
【図１１】実施例３の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示す特性図である。
【図１２】実施例４の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１３】実施例４の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１４】実施例４の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１５】実施例５の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１６】実施例５の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１７】実施例５の複数電圧出力型車両用電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１８】実施例３〜５の制御例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１３  組電池（複数電圧出力型蓄電体）
１１１  電池ブロック（ローワー蓄電ブロック）
１１２  電池ブロック（ハイヤー蓄電ブロック）
１１３  電池ブロック（ハイヤー蓄電ブロック）
１８１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１８２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
【図１】
0004244531.tif 000002
【図２】
0004244531.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004244531.tif 000007
【図７】
0004244531.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004244531.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004244531.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004244531.tif 000016
【図１６】
0004244531.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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