JP2004194410A - 電源装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】コストを抑制しつつセルグループ間の充電残存容量のばらつきを解消することが可能な電源装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】車両用電源装置１は、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続してなる第一のセルグループ２と、その第一のセルグループに直列に接続された第二のセルグループ３と、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３へ充電電力を供給する発電機１０とを備え、電気負荷Ｌ１，Ｌ２へ電源電力を供給するように構成され、第二の電流センサ５が第一のセルグループ２及び第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、コントローラ８は電流差Ｉｄを用いてＤＣ−ＤＣコンバータ９を制御することにより第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の充電残存容量のばらつきを解消する。
【選択図】 図１
【解決手段】車両用電源装置１は、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続してなる第一のセルグループ２と、その第一のセルグループに直列に接続された第二のセルグループ３と、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３へ充電電力を供給する発電機１０とを備え、電気負荷Ｌ１，Ｌ２へ電源電力を供給するように構成され、第二の電流センサ５が第一のセルグループ２及び第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、コントローラ８は電流差Ｉｄを用いてＤＣ−ＤＣコンバータ９を制御することにより第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の充電残存容量のばらつきを解消する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等に搭載される電源装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用電源においては、駆動電圧の異なる複数の電気負荷を駆動するために複数の電源電圧を供給することが必要とされる場合がある。例えば、このような用途における従来技術として、２個のセルグループを直列に接続してその全体から２４［Ｖ］を、両セルグループの連結点から１２［Ｖ］をそれぞれ出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてセルグループ間でエネルギーの移動を行うことによって、両セルグループにおける充電残存容量のばらつきを解消するように構成された電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、充電残存容量のばらつきを精度良く解消するためには、各セルグループの充電残存容量を高精度に検出する必要がある。そこで、従来、各セルグループの電圧及び電流を検出し、これらの検出値に基づいて充電残存容量を演算により高精度に求める方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ここで、従来技術における複数電源電圧を供給する車両用電源装置の構成例について、図５を参照しつつ説明する。従来技術における車両用電源装置１０１において、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続してなる第一のセルグループ１０２と第二のセルグループ１０３とは直列に接続されている。電気負荷Ｌ１へはジャンクションＰ１から、電気負荷Ｌ２へはジャンクションＰ２からそれぞれ電力が供給される。ここで、ジャンクションＰ１の電位はジャンクションＰ２の電位よりも高く、電気負荷Ｌ１と電気負荷Ｌ２とは異なる電圧で駆動されている（例えば、４２［Ｖ］と１４［Ｖ］）。第一の電流センサ１０４は、第一のセルグループ１０２を流れる電流Ｉ１を検出し、コントローラ１０８へその電流値Ｉ１に応じた信号を伝達する。同様に、第二の電流センサ１０５は、第二のセルグループ１０３を流れる電流Ｉ２を検出し、コントローラ１１０へその電流値Ｉ２に応じた信号を伝達する。さらに、第一の電圧検出器１０６は、第一のセルグループ１０２の端子間電圧Ｖ１を検出し、同様に、第二の電圧検出器１０７は、第二のセルグループ１０３の端子間電圧Ｖ２を検出する。
【０００５】
コントローラ１０８では、第一のセルグループ１０２の電流Ｉ１と電圧Ｖ１とから第一のセルグループ１０２の充電残存容量ＳＯＣ１を演算する。同様に、第二のセルグループ１０３の電流Ｉ２と電圧Ｖ２とから第二のセルグループ１０３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算する。さらに、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０９の出力電流を制御する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０９は、コントローラ１０８からの出力電流の指令値Ｉｏｕｔに応じて、第一のセルグループ１０２の電圧を、第二のセルグループ１０３の電圧へ電圧変換し、第一のセルグループ１０２のエネルギーを第二のセルグループ１０３へ移動することによって第二のセルグループ１０３を充電する。また、発電機１１０は、図示しない車両エンジンによって駆動されて交流電力を発生し、その交流電力をインバータ１１１で直流に変換して第一のセルグループ１０２及び第二のセルグループ１０３を充電する。
【０００６】
【特許文献１】
特公平１−３５５８２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−１３７０６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来技術の車両用電源装置１０１においては、第一のセルグループ１０２の電流を検出する第一の電流センサ１０４と第二のセルグループ１０３の電流を検出する第二の電流センサ１０５とは、各々のセルグループ１０２，１０３の最大電流を測定可能な測定レンジを持つ必要があるため、例えば、両セルグループ１０２，１０３の最大電流が共に１５０［Ａ］である場合には、電流センサ１０４，１０５は、共に測定レンジが１５０［Ａ］以上のものを使用する必要があった。このため、測定レンジが大きい高価な電流センサをセルグループの個数分用いなければならず、電源装置全体のコストが高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、コストを抑制しつつセルグループ間の充電残存容量のばらつきを解消することが可能な電源装置及びその制御方法を提供することを解決すべき課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の電源装置は、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置において、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出する電流差検出手段と、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御する充放電電流制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
従って、電流差検出手段は、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御するので、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、電流差検出手段としては、電流差を検出可能な測定レンジであればよいため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとが直列に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
従って、直列接続された複数のセルグループ間に生じる充電残存容量の不均衡を確実に是正することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の電源装置は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出する電流検出手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００１５】
従って、電流検出手段は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出し、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて算出される各セルグループの電流絶対値に基づいて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うエネルギー移動手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算する第一の残存容量演算手段と、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算する第二の残存容量演算手段とを有し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように、前記エネルギー移動手段によるエネルギー移動を制御することを特徴とする。
【００１７】
従って、前記充放電電流制御手段は、第一の残存容量演算手段によって前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算すると共に、第二の残存容量演算手段によって前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように、前記エネルギー移動手段によるエネルギー移動を制御し、エネルギー移動手段は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行う。よって、各セルグループについてそれぞれ演算された充電残存容量に基づいて、より高精度に両セルグループの充放電電流を制御することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の電源装置は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出する第一の電圧検出手段と、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出する第二の電圧検出手段と、を備え、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００１９】
従って、第一の電圧検出手段は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出し、第二の電圧検出手段は、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出し、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を高精度に演算することができ、前記第二の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の電源装置は、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二の残存容量演算手段は、前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照すて得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００２１】
従って、各セルグループについてそれぞれ電流積算に基づいて求めた充電残存容量を、開回路電圧に対する充電残存容量の特性データに基づいて求めた充電残存容量を用いて補正するので、電気負荷に急峻な負荷変動が生じた場合でも確実に検出誤差を補正して、充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとは略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替える電流切替手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄが零となるように前記電流切替手段による電流の切り替えを制御することを特徴とする。
【００２３】
従って、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄが零となるように電流切替手段による電流の切り替えを制御し、電流切替手段は、並列に接続された前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替るので、極めて簡単な構成で確実に両セルグループの充電残存容量の不均衡が生じることを防止することができる。
【００２４】
また、請求項８に記載の電源装置は、前記単位セルがリチウム電池であることを特徴とする。
【００２５】
即ち、リチウム電池は、エネルギー密度が高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を得るにしても、少ないセル数で、容量の大きなセルグループを構成することができ、セルグループ自体や電源装置全体を小型軽量化することができる。さらに、リチウム電池は、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が非常に安定しているため、開回路電圧から高精度に充電残存容量を求めることができ、電流積算に基づいて求めた充電残存容量を高精度に補正することができる。このため、電流差検出手段の測定レンジをより小さくすることが可能であり、これにより一層の低コスト化を図ることができる。
【００２６】
また、請求項９に記載の電源装置は、前記電流差検出手段が、一つの電流センサからなることを特徴とする。
【００２７】
従って、一つの電流センサによって前記電流差Ｉｄを検出することができると共に、測定レンジの小さい安価な電流センサを用いることができるため、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００２８】
また、請求項１０に記載の電源装置は、前記電流センサが、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力するように構成され、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置されることを特徴とする。
【００２９】
従って、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を電流センサによって検出するので、１個の電流センサで２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００３０】
また、請求項１１に記載の電源装置の制御方法は、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置の制御方法において、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００３１】
従って、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、電流差検出工程では、電流差を検出可能な測定レンジであればよいため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
また、請求項１２に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出し、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００３３】
従って、各セルグループの電流絶対値に基づいて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００３４】
また、請求項１３に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算すると共に、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うことを特徴とする。
【００３５】
従って、各セルグループについてそれぞれ演算された充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２に基づいて、より高精度に両セルグループの充放電電流を制御することができる。
【００３６】
また、請求項１４に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出すると共に、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出し、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００３７】
従って、前記充電残存容量ＳＯＣ１及び前記充電残存容量ＳＯＣ２を高精度に演算することにより、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００３８】
また、請求項１５に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００３９】
従って、各セルグループについてそれぞれ電流積算に基づいて求めた充電残存容量を、開回路電圧に対する充電残存容量の特性データに基づいて求めた充電残存容量を用いて補正するので、電気負荷に急峻な負荷変動が生じた場合でも確実に検出誤差を補正して、充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００４０】
また、請求項１６に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとが略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、前記電流差Ｉｄが零となるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替えることを特徴とする。
【００４１】
従って、電流切替えによる簡単な制御で確実に両セルグループの充電残存容量の不均衡が生じることを防止するように前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することができる。
【００４２】
また、請求項１７に記載の電源装置の制御方法は、前記電流差Ｉｄを一つの電流センサによって検出することを特徴とする。
【００４３】
従って、一つの電流センサによって前記電流差Ｉｄを検出することができると共に、測定レンジの小さい安価な電流センサを用いることができるため、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００４４】
また、請求項１８に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とを、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置し、前記各導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力することにより、前記電流差Ｉｄの検出を行うことを特徴とする。
【００４５】
従って、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を電流センサによって検出するので、１個の電流センサで２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源装置及びその制御方法を具体化した車両用電源装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
まず、第一の実施形態の車両用電源装置１について、図１〜３を参照しつつ説明する。本実施形態の車両用電源装置１は、異なる２種類の電圧を電気負荷に供給するように構成された車両に搭載される電源装置である。
【００４８】
車両用電源装置１は、図１のブロック図に示すように、第一のセルグループ２と、第一のセルグループ２に直列接続された第二のセルグループ３と、第一の電流センサ４と、第二の電流センサ５と、第一の電圧検出器６と、第二の電圧検出器７と、コントローラ８と、ＤＣ−ＤＣコンバータ９と、発電機１０と、インバータ１１とを備え、ジャンクションＰ１及びＰ３において第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３に接続された電気負荷Ｌ１に高電圧の電力（例えば、４２［Ｖ］）を、ジャンクションＰ２及びＰ３において第二のセルグループ３のみに接続された電気負荷Ｌ２に低電圧の電力（例えば、１４［Ｖ］）をそれぞれ供給するように構成されている。
【００４９】
尚、第一の電流センサ４が本発明の電流検出手段を、第二の電流センサ５が電流差検出手段を、第一の電圧検出器６が第一の電圧検出手段を、第二の電圧検出器７が第二の電圧検出手段を、コントローラ８が充放電電流制御手段を、ＤＣ−ＤＣコンバータ９がエネルギー移動手段を、発電機１０が充電電源をそれぞれ構成するものである。
【００５０】
第一のセルグループ２は、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されている。また、第二のセルグループ３は、第一のセルグループ２にジャンクションＰ２を介して直列に接続され、第一のセルグループ２と同様にリチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されている。
【００５１】
第一の電流センサ４は、第一のセルグループ２を流れる電流を検出する電流センサである。より詳細には、第一の電流センサ４は、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力する公知の電流センサであり、例えば、入力電流によって発生した磁界をホール素子を用いて電圧に変換し出力する磁束測定式電流センサや、入力電流によって発生した磁界を常に打ち消すように二次巻線に帰還電流を流し、この帰還電流を出力する磁気平衡式電流センサ等を用いることができる。そして、第一の電流センサ４は、電流検出の対象となる導体を挿入させる孔状をなす検出部を有しており、第一のセルグループ２が接続されるジャンクションＰ１〜Ｐ２間の導体をなす電線を、検出部の孔内に挿入させた状態で取付けられる。また、第一の電流センサ４は、コントローラ８に接続されており、検出電流Ｉ１がコントローラ８に入力される。
【００５２】
第二の電流センサ５は、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の各々を流れる電流の差を検出する電流センサである。第二の電流センサ５は、上述した第一の電流センサ４と同様の公知の電流センサである。そして、第二の電流センサ５は、孔状をなす検出部内で、第一のセルグループ２が接続されるジャンクションＰ１〜Ｐ２間の導体をなす電線と、第二のセルグループ３が接続されるジャンクションＰ２〜Ｐ３間の導体をなす電線とが、それぞれの電流方向が互いに逆向きとなるように配置され、２本の電線が検出部の孔内に挿入された状態で取付けられる。尚、本実施形態では、第一のセルグループ２を流れる電流から第二のセルグループ３を流れる電流を減じて得られる電流差を検出するために、電流センサの検出部の孔内において、Ｐ１〜Ｐ２間の電線を流れる電流が正方向、Ｐ２〜Ｐ３間の電線を流れる電流が逆方向となるようにそれぞれ挿入される。また、第二の電流センサ５は、第一の電流センサ４と同様にコントローラ８に接続されており、検出電流Ｉｄがコントローラ８に入力される。尚、第二のセルグループ３を流れる電流をＩ２としたとき、Ｉｄ，Ｉ１，Ｉ２の間には、Ｉｄ＝Ｉ１−Ｉ２の関係が成立する。従って、第一の電流センサ４によって第一のセルグループ２の電流絶対値Ｉ１が検出されると共に、電流差の検出電流値Ｉｄと電流絶対値Ｉ１とによって第二のセルグループ３の電流絶対値Ｉ２を算出することができる。
【００５３】
第一の電圧検出器６は、第一のセルグループ２の端子間電圧を検出する電圧検出器である。第一の電圧検出器６は、コントローラ８に接続されており、検出電圧Ｖ１がコントローラ８に入力される。
【００５４】
第二の電圧検出器７は、第二のセルグループ３の端子間電圧を検出する電圧検出器である。第二の電圧検出器７は、第一の電圧検出器６と同様にコントローラ８に接続されており、検出電圧Ｖ２がコントローラ８に入力される。
【００５５】
コントローラ８は、図示しないマイクロコンピュータ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を主体として構成され、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算により求め、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるように、出力電流の指令値Ｉｏｕｔを送出することによりＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力電流を制御する。
【００５６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、コントローラ８から送出された出力電流の指令値Ｉｏｕｔに応じて第一のセルグループ２の電圧を第二のセルグループ３の電圧へ電圧変換し、第一のセルグループ２のエネルギーを第二のセルグループ３へ移動することによって第二のセルグループ２を充電する。
【００５７】
発電機１０は、図示しない車両エンジンによって駆動されることにより交流電力を発生する公知の発電機である。
【００５８】
インバータ１１は、発電機１０に接続されて交流電力を直流に変換し、ジャンクションＰ１及びＰ３を介して接続された第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３に充電電力を供給し、両セルグループ２及び３を充電する。
【００５９】
次に、コントローラ８の具体的構成及び充放電電流制御の内容について、図２〜３を参照しつつ説明する。尚、図２は、コントローラ８において、検出電流値Ｉ１，Ｉｄ及び検出電圧値Ｖ１，Ｖ２に基づいて、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算により求めるまでの各工程を示すブロック図である。また、図３は、コントローラ８において、図２の工程において演算により求められた第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２に基づいて ＤＣ−ＤＣコンバータ９へ制御信号（出力電流の指令値Ｉｏｕｔ）を出力するまでの各工程を示すブロック図である。
【００６０】
ここで、コントローラ８は、図示しないＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、第一の電流センサ４から入力された検出電流値Ｉ１、第二の電流センサ５から入力された検出電流値Ｉｄ、第一の電圧検出器６から入力された検出電圧値Ｖ１、及び第二の電圧検出器７から入力された検出電圧値Ｖ２を、それぞれデジタル値に変換するように構成され、以下に示す演算は各々のデジタル値に基づいて行われる。
【００６１】
最初に、第一のセルグループ２における充電残存容量ＳＯＣ１を演算により求める手順について、図２のブロック図を参照しつつ説明する。図示しない車両のイグニションスイッチがオンされると、開回路電圧推定部８０２にて電流値Ｉ１と電圧値Ｖ１とから開回路電圧が推定されると共に、予めＲＯＭに記憶された第一のセルグループ２の開回路電圧（ＯＣＶ＝ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）に対する充電残存容量（ＳＯＣ＝ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）の特性データ８０３を参照することによりＳＯＣ１の初期値が求められてＲＡＭに記憶される。そして、イグニションスイッチがオンされている間、電流積算部８０１にて電流値Ｉ１の積算が実行され、上述したＳＯＣ１の初期値から電流値Ｉ１の積算値を減ずることによってＳＯＣｉｎｔ＿１が求められる。これと並行して、開回路電圧推定部８０２にて電流値Ｉ１と電圧値Ｖ１とから開回路電圧ＯＣＶ１が推定され、ＲＯＭに記憶された第一のセルグループ２の開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ８０３を参照することによりＳＯＣＯＣＶ＿１が求められる。そして、補正部８０４にてＳＯＣＯＣＶ＿１を用いてＳＯＣｉｎｔ＿１を比例積分によって補正することにより、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１が求められる。尚、開回路電圧とは、電流を流さないときの電池の電圧を意味し、電池開放電圧とも称される。
【００６２】
一方、イグニションスイッチがオンされると、電流値Ｉ１から電流値Ｉｄ（＝Ｉ１−Ｉ２）を減ずることによって電流値Ｉ２が求められ、開回路電圧推定部８１２にて電流値Ｉ２と電圧値Ｖ２とから開回路電圧が推定されると共に、予めＲＯＭに記憶された第二のセルグループ３の開回路電圧に対する充放電電流の特性データ８１３を参照することによりＳＯＣ２の初期値が求められてＲＡＭに記憶される。そして、イグニションスイッチがオンされている間、電流値Ｉ１と電流値Ｉｄとから電流値Ｉ２が算出されると共に、電流積算部８１１にて電流値Ｉ２の積算が実行され、上述したＳＯＣ２の初期値から電流値Ｉ２の積算値を減ずることによってＳＯＣｉｎｔ＿２が求められる。これと並行して、開回路電圧推定部８１２にて電流値Ｉ２と電圧値Ｖ２とから開回路電圧ＯＣＶ２が推定され、ＲＯＭに記憶された第二のセルグループ３の開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ８１３を参照することによりＳＯＣＯＣＶ＿２が求められる。そして、補正部８１４にてＳＯＣＯＣＶ＿２を用いてＳＯＣｉｎｔ＿２を比例積分によって補正することにより、第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２が求められる。
【００６３】
尚、電流積算部８０１、開回路電圧推定部８０２、充電残存容量の特性データ８０３及び補正部８０４が、本発明の第一の残存容量演算手段を、電流積算部８１１、開回路電圧推定部８１２、充電残存容量の特性データ８１３及び補正部８１４が、第二の残存容量演算手段をそれぞれ構成するものである。
【００６４】
続いて、図３のブロック図に示すように、上述した演算により求められた充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とを比較し、ＰＩコントローラ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｐｌｕｓ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＝比例積分制御器）８２１にてＳＯＣ１とＳＯＣ２との差とその積分和とに比例した制御信号を出力し、さらに過電流保護回路としてのリミッタ８２２を介して制御信号が出力される。これにより、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力電流が制御される。
【００６５】
ここで、第一の電流センサ４は、第一のセルグループ２の最大電流を測定可能な測定レンジを有する必要があるため、例えば、最大電流が１５０［Ａ］である場合には、測定レンジが１５０［Ａ］以上の電流センサを使用する必要がある。
【００６６】
一方、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９によって第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１と第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように制御されているために、電気負荷Ｌ１，Ｌ２に急峻な負荷変動が無い状態においては、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の各々を流れる電流差Ｉｄ（＝Ｉ１−Ｉ２）は比較的小さいため（例えば、±５［Ａ］以内）、第二の電流センサ５としては測定レンジが小さいもの（例えば、±２０［Ａ］）を使用することが可能となる。
【００６７】
また、電気負荷Ｌ１，Ｌ２に急峻な負荷変動（例えば、１００［Ａ］−１［ｓｅｃ］）が生じた場合の動作は以下の通りである。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力は、急峻な変動に対しては応答しないように設定されているため、第一のセルグループ２と第二のセルグループ３との電流差Ｉｄは、第二の電流センサ５の測定レンジをオーバーする。その結果、電流差Ｉｄの測定値は、真値よりも小さくなるために、コントローラ９で求める第二のセルグループ３の電流Ｉ２は真値よりも小さくなってしまい、結果として充電残存容量ＳＯＣ２の演算に誤差が生じる。そして、１回の負荷変動による検出誤差は相対的に小さくても、この誤差が蓄積されていくと、全体としての誤差は無視できないほどに大きくなってしまう。そこで、充電残存容量の演算においては、図２に示したように、各セルグループ２，３の電流積算によって求めたＳＯＣｉｎｔ＿１、ＳＯＣｉｎｔ＿２と、電流−電圧特性から開回路電圧を推定するとともに特性データ８０３，８１３を用いて求めたＳＯＣＯＣＶ＿１、ＳＯＣＯＣＶ＿２とを用いて充電残存容量の検出誤差を補正している。これにより、充電残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２を精度良く検出することができるので、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３において充電残存容量に偏りが生じないように適切な充放電制御を行うことが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態では、第一のセルグループ２側の導体と第二のセルグループ３側の導体とが、第二の電流センサ５の検出部の孔内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を第二の電流センサ５５によって検出することにより、１個の電流センサを用いて２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００６９】
また、セルグループ２，３を構成する単位セルとしてのリチウム電池は、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が非常に安定しており、電池温度や分極による変化が小さいという特性を有している。このため、単位セルとしてリチウム電池を使用した本実施形態によれば、開回路電圧から充電残存容量を精度良く求めることが可能であり、電流積算によって検出したＳＯＣｉｎｔ＿１、ＳＯＣｉｎｔ＿２の誤差を、開回路電圧から特性データ８１３を用いて得られるＳＯＣＯＣＶ＿１、ＳＯＣＯＣＶ＿２によって高精度に補正することができる。よって、本実施形態は、単位セルとしてリチウム電池を使用することにより、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が不安定な鉛電池等を使用した場合と比較して、第二の電流センサ５の測定レンジをより小さくすることができるという利点がある。
【００７０】
次に、本発明の第二の実施形態の車両用電源装置５１について、図４を参照しつつ説明する。尚、第一の実施形態と同一部材には同一符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の車両用電源装置５１は、基準電位（ボディーグランド）に対して略等しい電圧を出力する２個のセルグループを並列接続して構成される車両用の電源装置である。
【００７２】
車両用電源装置５１は、図４のブロック図に示すように、第一のセルグループ５２と、第一のセルグループ５２と並列接続された第二のセルグループ５３と、電流センサ５５と、コントローラ５８と、電流切替え器５９と、スタータＳと、オルタネータ６０とを備え、電流切替え器５９の正極側とボディーグランド７０との間に接続された電気負荷Ｌに電力を供給するように構成されている。
【００７３】
尚、電流センサ５５が本発明の電流差検出手段を、コントローラ５８が充放電電流制御手段を、電流切替え器５９が電流切替手段を、オルタネータ６０が充電電源をそれぞれ構成するものである。
【００７４】
第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３は、第一の実施形態における第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３と同様に、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続したものである。また、両セルグループ５２，５３は、略等しい電圧（例えば、１２［Ｖ］）を出力するものであり、第一のセルグループ５２と第二のセルグループ５３とは並列に接続されている。
【００７５】
電流センサ５５は、第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の各々を流れる電流の差を検出する電流センサであり、検出電流Ｉｄがコントローラ５５に入力される。電流センサ５５は、第一の実施形態と同様に、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力する公知の電流センサであり、例えば、磁束測定式電流センサや磁気平衡式電流センサ等を用いることができる。そして、電流センサ５５は、孔状をなす検出部内で、電流切替え器５９と第一のセルグループ５２との間の導体をなす電線と、電流切替え器５９と第二のセルグループ３との間の導体をなす電線とが、それぞれの電流方向が互いに逆向きとなるように配置され、２本の電線が検出部の孔内に挿入された状態で取付けられる。尚、本実施形態では、第一のセルグループを流れる電流から第二のセルグループ５３を流れる電流を減じて得られる電流差を検出するために、電流センサ５５の検出部の孔内において、第一のセルグループ５２側の電線を流れる電流が正方向、第二のセルグループ５３側の電線を流れる電流が逆方向となるようにそれぞれ挿入される。従って、第一のセルグループ５２を流れる電流をＩ１、第二のセルグループ３を流れる電流をＩ２とすると、電流センサ５５の検出電流Ｉｄとの間に、Ｉｄ＝Ｉ１−Ｉ２の関係が成立する。
【００７６】
コントローラ５８は、マイクロコンピュータ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主体として構成され、電流センサ５５から入力される第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の電流差である検出電流値Ｉｄが零となるように電流切替え器５６を制御する。
【００７７】
電流切替え器５９は、並列接続された第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の正極端子側に直列に接続され、コントローラ５８からの指令に応じて、第一のセルグループ５２と第二のセルグループ５３との間で電流の切替を行う。
【００７８】
スタータＳは、第二のセルグループ５３の正極端子とボディーグランド７０との間に接続され、第二のセルグループ５３から電力を供給されることにより回転して図示しないエンジンを始動する。
【００７９】
オルタネータ６０は、図示しないエンジンによって駆動されて発電し、電気負荷Ｌに電力を供給したり、第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３に充電電力を供給して両セルグループ５２，５３の充電を行う。
【００８０】
ここで、本実施形態の車両用電源装置５１の具体的用途の一つとして想定される車両停車時にエンジンを停止する、所謂、アイドルストップ制御を行うように構成された車両の挙動について説明する。アイドルストップ制御を採用する車両においては、車両が発進する直前にスタータによってエンジンを始動するが、エンジン始動時には非常に大きな電流が流れるために、電源電圧が低下してしまい、電気負荷に悪影響を与えることが問題となる場合がある。例えば、ヘッドライトが暗くなる、メータが暗くなる、ワイパの動きが遅くなる等の現象が生じる場合がある。
【００８１】
そこで、このような不具合の発生を防止するために、本実施形態では、略等しい電圧を出力する２個のセルグループ５２，５３を電源装置５１に設け、エンジン始動時に第二のセルグループ５３のみでスタータＳを駆動し、電気負荷Ｌへは第一のセルグループ５２から電力を供給することによって電源電圧の低下を防止している。
【００８２】
また、複数のセルグループを有する従来の電源装置では、充放電電流がどちらか一方のセルグループに偏ってしまうと、そのセルグループの劣化が促進されてしまい、充電容量のアンバランスが生じてしまう可能性がある。
【００８３】
そこで、本実施形態では、電流センサ５５によって第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、電流差Ｉｄが零となるように、すなわち両セルグループ５２，５３の充放電量が略等しくなるように、コントローラ５８が電流切替え器５９によって両セルグループ５２，５３を流れる電流を制御している。
【００８４】
尚、本実施形態では、２個のセルグループ５２，５３に個別に電流センサを設けて各々の電流を検出することなく、両セルグループ５２，５３の電流差Ｉｄを検出する電流センサ５５を設ける構成としたので、電源装置５１における電流センサの個数を１個のみとすることができ、さらに、電流差を検出可能な測定レンジの小さい電流センサを使用可能であるので、電源装置５１全体の低コスト化を図りつつ高精度に充放電電流の制御を行うことができる。
【００８５】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００８６】
例えば、前記各実施形態では、各セルグループを構成する単位セルとしてリチウム電池を採用した例を示したが、二次電池又はコンデンサ等の蓄電作用を有する部材を単位セルとして採用し、これらを一乃至複数個直列接続してセルグループを構成することが可能である。例えば、単位セルとして、リチウム電池以外に、電気二重層コンデンサ、鉛電池等を採用することができる。また、２つのセルグループを構成する単位セルの種類は同じでも異なっていてもよく、例えば、リチウム電池と電気二重層コンデンサ、リチウム電池と鉛電池、鉛電池と鉛電池等の組み合わせでもよい。
【００８７】
また、前記第一の実施形態では、直列接続した第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の全体から４２［Ｖ］を、それらの中間点から１４［Ｖ］を出力する車両用電源装置に本発明を適用したが、基準電位（グランド）に対して、４２［Ｖ］を出力するセルグループと、１４［Ｖ］を出力するセルグループとを有する車両用電源装置に本発明を適用してもよい。また、出力電圧は４２［Ｖ］と１４［Ｖ］とに限られないことは云うまでもない。
【００８８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の電源装置及びその制御方法によれば、第一のセルグループ及び第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御するので、複数のセルグループ間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、両セルグループの電流差を検出するため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】各セルグループの充電残存容量を演算により求める各工程を説明するブロック図である。
【図３】２つのセルグループの充電残存容量が略等しくなるようにＤＣ−ＤＣコンバータに出力電流を制御する各工程を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】従来技術における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，５１…車両用電源装置（電源装置）、２，５２…第一のセルグループ、３，５３…第二のセルグループ、４…第一の電流センサ（電流検出手段）、５…第二の電流センサ（電流差検出手段、電流センサ）、５５…電流センサ（電流差検出手段、電流センサ）、６…第一の電圧検出器（第一の電圧検出手段）、７…第二の電圧検出器（第二の電圧検出手段）、８，５８…コントローラ（充放電電流制御手段）、９…ＤＣ−ＤＣコンバータ（エネルギー移動手段）、５９…電流切替え器（電流切替手段）、１０…発電機（充電電源）、６０…オルタネータ（充電電源）、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…電気負荷、Ｓ…スタータ（電気負荷）、８０１…電流積算部（第一の残存容量演算手段）、８０２…開回路電圧推定部（第一の残存容量演算手段）、８０３…第一のセルグループにおける開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ（第一の残存容量演算手段）８１１…電流積算部（第二の残存容量演算手段）、８１２…開回路電圧推定部（第二の残存容量演算手段）、８１３…第二のセルグループにおける開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ（第二の残存容量演算手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等に搭載される電源装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用電源においては、駆動電圧の異なる複数の電気負荷を駆動するために複数の電源電圧を供給することが必要とされる場合がある。例えば、このような用途における従来技術として、２個のセルグループを直列に接続してその全体から２４［Ｖ］を、両セルグループの連結点から１２［Ｖ］をそれぞれ出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてセルグループ間でエネルギーの移動を行うことによって、両セルグループにおける充電残存容量のばらつきを解消するように構成された電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、充電残存容量のばらつきを精度良く解消するためには、各セルグループの充電残存容量を高精度に検出する必要がある。そこで、従来、各セルグループの電圧及び電流を検出し、これらの検出値に基づいて充電残存容量を演算により高精度に求める方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ここで、従来技術における複数電源電圧を供給する車両用電源装置の構成例について、図５を参照しつつ説明する。従来技術における車両用電源装置１０１において、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続してなる第一のセルグループ１０２と第二のセルグループ１０３とは直列に接続されている。電気負荷Ｌ１へはジャンクションＰ１から、電気負荷Ｌ２へはジャンクションＰ２からそれぞれ電力が供給される。ここで、ジャンクションＰ１の電位はジャンクションＰ２の電位よりも高く、電気負荷Ｌ１と電気負荷Ｌ２とは異なる電圧で駆動されている（例えば、４２［Ｖ］と１４［Ｖ］）。第一の電流センサ１０４は、第一のセルグループ１０２を流れる電流Ｉ１を検出し、コントローラ１０８へその電流値Ｉ１に応じた信号を伝達する。同様に、第二の電流センサ１０５は、第二のセルグループ１０３を流れる電流Ｉ２を検出し、コントローラ１１０へその電流値Ｉ２に応じた信号を伝達する。さらに、第一の電圧検出器１０６は、第一のセルグループ１０２の端子間電圧Ｖ１を検出し、同様に、第二の電圧検出器１０７は、第二のセルグループ１０３の端子間電圧Ｖ２を検出する。
【０００５】
コントローラ１０８では、第一のセルグループ１０２の電流Ｉ１と電圧Ｖ１とから第一のセルグループ１０２の充電残存容量ＳＯＣ１を演算する。同様に、第二のセルグループ１０３の電流Ｉ２と電圧Ｖ２とから第二のセルグループ１０３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算する。さらに、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０９の出力電流を制御する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０９は、コントローラ１０８からの出力電流の指令値Ｉｏｕｔに応じて、第一のセルグループ１０２の電圧を、第二のセルグループ１０３の電圧へ電圧変換し、第一のセルグループ１０２のエネルギーを第二のセルグループ１０３へ移動することによって第二のセルグループ１０３を充電する。また、発電機１１０は、図示しない車両エンジンによって駆動されて交流電力を発生し、その交流電力をインバータ１１１で直流に変換して第一のセルグループ１０２及び第二のセルグループ１０３を充電する。
【０００６】
【特許文献１】
特公平１−３５５８２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−１３７０６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来技術の車両用電源装置１０１においては、第一のセルグループ１０２の電流を検出する第一の電流センサ１０４と第二のセルグループ１０３の電流を検出する第二の電流センサ１０５とは、各々のセルグループ１０２，１０３の最大電流を測定可能な測定レンジを持つ必要があるため、例えば、両セルグループ１０２，１０３の最大電流が共に１５０［Ａ］である場合には、電流センサ１０４，１０５は、共に測定レンジが１５０［Ａ］以上のものを使用する必要があった。このため、測定レンジが大きい高価な電流センサをセルグループの個数分用いなければならず、電源装置全体のコストが高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、コストを抑制しつつセルグループ間の充電残存容量のばらつきを解消することが可能な電源装置及びその制御方法を提供することを解決すべき課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の電源装置は、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置において、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出する電流差検出手段と、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御する充放電電流制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
従って、電流差検出手段は、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御するので、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、電流差検出手段としては、電流差を検出可能な測定レンジであればよいため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとが直列に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
従って、直列接続された複数のセルグループ間に生じる充電残存容量の不均衡を確実に是正することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の電源装置は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出する電流検出手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００１５】
従って、電流検出手段は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出し、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて算出される各セルグループの電流絶対値に基づいて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うエネルギー移動手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算する第一の残存容量演算手段と、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算する第二の残存容量演算手段とを有し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように、前記エネルギー移動手段によるエネルギー移動を制御することを特徴とする。
【００１７】
従って、前記充放電電流制御手段は、第一の残存容量演算手段によって前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算すると共に、第二の残存容量演算手段によって前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように、前記エネルギー移動手段によるエネルギー移動を制御し、エネルギー移動手段は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行う。よって、各セルグループについてそれぞれ演算された充電残存容量に基づいて、より高精度に両セルグループの充放電電流を制御することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の電源装置は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出する第一の電圧検出手段と、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出する第二の電圧検出手段と、を備え、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００１９】
従って、第一の電圧検出手段は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出し、第二の電圧検出手段は、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出し、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を高精度に演算することができ、前記第二の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の電源装置は、前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二の残存容量演算手段は、前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照すて得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００２１】
従って、各セルグループについてそれぞれ電流積算に基づいて求めた充電残存容量を、開回路電圧に対する充電残存容量の特性データに基づいて求めた充電残存容量を用いて補正するので、電気負荷に急峻な負荷変動が生じた場合でも確実に検出誤差を補正して、充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の電源装置は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとは略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替える電流切替手段を備え、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄが零となるように前記電流切替手段による電流の切り替えを制御することを特徴とする。
【００２３】
従って、前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄが零となるように電流切替手段による電流の切り替えを制御し、電流切替手段は、並列に接続された前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替るので、極めて簡単な構成で確実に両セルグループの充電残存容量の不均衡が生じることを防止することができる。
【００２４】
また、請求項８に記載の電源装置は、前記単位セルがリチウム電池であることを特徴とする。
【００２５】
即ち、リチウム電池は、エネルギー密度が高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を得るにしても、少ないセル数で、容量の大きなセルグループを構成することができ、セルグループ自体や電源装置全体を小型軽量化することができる。さらに、リチウム電池は、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が非常に安定しているため、開回路電圧から高精度に充電残存容量を求めることができ、電流積算に基づいて求めた充電残存容量を高精度に補正することができる。このため、電流差検出手段の測定レンジをより小さくすることが可能であり、これにより一層の低コスト化を図ることができる。
【００２６】
また、請求項９に記載の電源装置は、前記電流差検出手段が、一つの電流センサからなることを特徴とする。
【００２７】
従って、一つの電流センサによって前記電流差Ｉｄを検出することができると共に、測定レンジの小さい安価な電流センサを用いることができるため、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００２８】
また、請求項１０に記載の電源装置は、前記電流センサが、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力するように構成され、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置されることを特徴とする。
【００２９】
従って、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を電流センサによって検出するので、１個の電流センサで２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００３０】
また、請求項１１に記載の電源装置の制御方法は、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置の制御方法において、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００３１】
従って、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、電流差検出工程では、電流差を検出可能な測定レンジであればよいため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
また、請求項１２に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出し、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする。
【００３３】
従って、各セルグループの電流絶対値に基づいて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００３４】
また、請求項１３に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算すると共に、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うことを特徴とする。
【００３５】
従って、各セルグループについてそれぞれ演算された充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２に基づいて、より高精度に両セルグループの充放電電流を制御することができる。
【００３６】
また、請求項１４に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出すると共に、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出し、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００３７】
従って、前記充電残存容量ＳＯＣ１及び前記充電残存容量ＳＯＣ２を高精度に演算することにより、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を高精度に制御することができる。
【００３８】
また、請求項１５に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする。
【００３９】
従って、各セルグループについてそれぞれ電流積算に基づいて求めた充電残存容量を、開回路電圧に対する充電残存容量の特性データに基づいて求めた充電残存容量を用いて補正するので、電気負荷に急峻な負荷変動が生じた場合でも確実に検出誤差を補正して、充電残存容量ＳＯＣ１及びＳＯＣ２を高精度に演算することができる。
【００４０】
また、請求項１６に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとが略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、前記電流差Ｉｄが零となるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替えることを特徴とする。
【００４１】
従って、電流切替えによる簡単な制御で確実に両セルグループの充電残存容量の不均衡が生じることを防止するように前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することができる。
【００４２】
また、請求項１７に記載の電源装置の制御方法は、前記電流差Ｉｄを一つの電流センサによって検出することを特徴とする。
【００４３】
従って、一つの電流センサによって前記電流差Ｉｄを検出することができると共に、測定レンジの小さい安価な電流センサを用いることができるため、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【００４４】
また、請求項１８に記載の電源装置の制御方法は、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とを、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置し、前記各導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力することにより、前記電流差Ｉｄの検出を行うことを特徴とする。
【００４５】
従って、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を電流センサによって検出するので、１個の電流センサで２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源装置及びその制御方法を具体化した車両用電源装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
まず、第一の実施形態の車両用電源装置１について、図１〜３を参照しつつ説明する。本実施形態の車両用電源装置１は、異なる２種類の電圧を電気負荷に供給するように構成された車両に搭載される電源装置である。
【００４８】
車両用電源装置１は、図１のブロック図に示すように、第一のセルグループ２と、第一のセルグループ２に直列接続された第二のセルグループ３と、第一の電流センサ４と、第二の電流センサ５と、第一の電圧検出器６と、第二の電圧検出器７と、コントローラ８と、ＤＣ−ＤＣコンバータ９と、発電機１０と、インバータ１１とを備え、ジャンクションＰ１及びＰ３において第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３に接続された電気負荷Ｌ１に高電圧の電力（例えば、４２［Ｖ］）を、ジャンクションＰ２及びＰ３において第二のセルグループ３のみに接続された電気負荷Ｌ２に低電圧の電力（例えば、１４［Ｖ］）をそれぞれ供給するように構成されている。
【００４９】
尚、第一の電流センサ４が本発明の電流検出手段を、第二の電流センサ５が電流差検出手段を、第一の電圧検出器６が第一の電圧検出手段を、第二の電圧検出器７が第二の電圧検出手段を、コントローラ８が充放電電流制御手段を、ＤＣ−ＤＣコンバータ９がエネルギー移動手段を、発電機１０が充電電源をそれぞれ構成するものである。
【００５０】
第一のセルグループ２は、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されている。また、第二のセルグループ３は、第一のセルグループ２にジャンクションＰ２を介して直列に接続され、第一のセルグループ２と同様にリチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されている。
【００５１】
第一の電流センサ４は、第一のセルグループ２を流れる電流を検出する電流センサである。より詳細には、第一の電流センサ４は、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力する公知の電流センサであり、例えば、入力電流によって発生した磁界をホール素子を用いて電圧に変換し出力する磁束測定式電流センサや、入力電流によって発生した磁界を常に打ち消すように二次巻線に帰還電流を流し、この帰還電流を出力する磁気平衡式電流センサ等を用いることができる。そして、第一の電流センサ４は、電流検出の対象となる導体を挿入させる孔状をなす検出部を有しており、第一のセルグループ２が接続されるジャンクションＰ１〜Ｐ２間の導体をなす電線を、検出部の孔内に挿入させた状態で取付けられる。また、第一の電流センサ４は、コントローラ８に接続されており、検出電流Ｉ１がコントローラ８に入力される。
【００５２】
第二の電流センサ５は、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の各々を流れる電流の差を検出する電流センサである。第二の電流センサ５は、上述した第一の電流センサ４と同様の公知の電流センサである。そして、第二の電流センサ５は、孔状をなす検出部内で、第一のセルグループ２が接続されるジャンクションＰ１〜Ｐ２間の導体をなす電線と、第二のセルグループ３が接続されるジャンクションＰ２〜Ｐ３間の導体をなす電線とが、それぞれの電流方向が互いに逆向きとなるように配置され、２本の電線が検出部の孔内に挿入された状態で取付けられる。尚、本実施形態では、第一のセルグループ２を流れる電流から第二のセルグループ３を流れる電流を減じて得られる電流差を検出するために、電流センサの検出部の孔内において、Ｐ１〜Ｐ２間の電線を流れる電流が正方向、Ｐ２〜Ｐ３間の電線を流れる電流が逆方向となるようにそれぞれ挿入される。また、第二の電流センサ５は、第一の電流センサ４と同様にコントローラ８に接続されており、検出電流Ｉｄがコントローラ８に入力される。尚、第二のセルグループ３を流れる電流をＩ２としたとき、Ｉｄ，Ｉ１，Ｉ２の間には、Ｉｄ＝Ｉ１−Ｉ２の関係が成立する。従って、第一の電流センサ４によって第一のセルグループ２の電流絶対値Ｉ１が検出されると共に、電流差の検出電流値Ｉｄと電流絶対値Ｉ１とによって第二のセルグループ３の電流絶対値Ｉ２を算出することができる。
【００５３】
第一の電圧検出器６は、第一のセルグループ２の端子間電圧を検出する電圧検出器である。第一の電圧検出器６は、コントローラ８に接続されており、検出電圧Ｖ１がコントローラ８に入力される。
【００５４】
第二の電圧検出器７は、第二のセルグループ３の端子間電圧を検出する電圧検出器である。第二の電圧検出器７は、第一の電圧検出器６と同様にコントローラ８に接続されており、検出電圧Ｖ２がコントローラ８に入力される。
【００５５】
コントローラ８は、図示しないマイクロコンピュータ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を主体として構成され、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算により求め、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるように、出力電流の指令値Ｉｏｕｔを送出することによりＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力電流を制御する。
【００５６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、コントローラ８から送出された出力電流の指令値Ｉｏｕｔに応じて第一のセルグループ２の電圧を第二のセルグループ３の電圧へ電圧変換し、第一のセルグループ２のエネルギーを第二のセルグループ３へ移動することによって第二のセルグループ２を充電する。
【００５７】
発電機１０は、図示しない車両エンジンによって駆動されることにより交流電力を発生する公知の発電機である。
【００５８】
インバータ１１は、発電機１０に接続されて交流電力を直流に変換し、ジャンクションＰ１及びＰ３を介して接続された第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３に充電電力を供給し、両セルグループ２及び３を充電する。
【００５９】
次に、コントローラ８の具体的構成及び充放電電流制御の内容について、図２〜３を参照しつつ説明する。尚、図２は、コントローラ８において、検出電流値Ｉ１，Ｉｄ及び検出電圧値Ｖ１，Ｖ２に基づいて、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２を演算により求めるまでの各工程を示すブロック図である。また、図３は、コントローラ８において、図２の工程において演算により求められた第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１及び第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２に基づいて ＤＣ−ＤＣコンバータ９へ制御信号（出力電流の指令値Ｉｏｕｔ）を出力するまでの各工程を示すブロック図である。
【００６０】
ここで、コントローラ８は、図示しないＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、第一の電流センサ４から入力された検出電流値Ｉ１、第二の電流センサ５から入力された検出電流値Ｉｄ、第一の電圧検出器６から入力された検出電圧値Ｖ１、及び第二の電圧検出器７から入力された検出電圧値Ｖ２を、それぞれデジタル値に変換するように構成され、以下に示す演算は各々のデジタル値に基づいて行われる。
【００６１】
最初に、第一のセルグループ２における充電残存容量ＳＯＣ１を演算により求める手順について、図２のブロック図を参照しつつ説明する。図示しない車両のイグニションスイッチがオンされると、開回路電圧推定部８０２にて電流値Ｉ１と電圧値Ｖ１とから開回路電圧が推定されると共に、予めＲＯＭに記憶された第一のセルグループ２の開回路電圧（ＯＣＶ＝ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）に対する充電残存容量（ＳＯＣ＝ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）の特性データ８０３を参照することによりＳＯＣ１の初期値が求められてＲＡＭに記憶される。そして、イグニションスイッチがオンされている間、電流積算部８０１にて電流値Ｉ１の積算が実行され、上述したＳＯＣ１の初期値から電流値Ｉ１の積算値を減ずることによってＳＯＣｉｎｔ＿１が求められる。これと並行して、開回路電圧推定部８０２にて電流値Ｉ１と電圧値Ｖ１とから開回路電圧ＯＣＶ１が推定され、ＲＯＭに記憶された第一のセルグループ２の開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ８０３を参照することによりＳＯＣＯＣＶ＿１が求められる。そして、補正部８０４にてＳＯＣＯＣＶ＿１を用いてＳＯＣｉｎｔ＿１を比例積分によって補正することにより、第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１が求められる。尚、開回路電圧とは、電流を流さないときの電池の電圧を意味し、電池開放電圧とも称される。
【００６２】
一方、イグニションスイッチがオンされると、電流値Ｉ１から電流値Ｉｄ（＝Ｉ１−Ｉ２）を減ずることによって電流値Ｉ２が求められ、開回路電圧推定部８１２にて電流値Ｉ２と電圧値Ｖ２とから開回路電圧が推定されると共に、予めＲＯＭに記憶された第二のセルグループ３の開回路電圧に対する充放電電流の特性データ８１３を参照することによりＳＯＣ２の初期値が求められてＲＡＭに記憶される。そして、イグニションスイッチがオンされている間、電流値Ｉ１と電流値Ｉｄとから電流値Ｉ２が算出されると共に、電流積算部８１１にて電流値Ｉ２の積算が実行され、上述したＳＯＣ２の初期値から電流値Ｉ２の積算値を減ずることによってＳＯＣｉｎｔ＿２が求められる。これと並行して、開回路電圧推定部８１２にて電流値Ｉ２と電圧値Ｖ２とから開回路電圧ＯＣＶ２が推定され、ＲＯＭに記憶された第二のセルグループ３の開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ８１３を参照することによりＳＯＣＯＣＶ＿２が求められる。そして、補正部８１４にてＳＯＣＯＣＶ＿２を用いてＳＯＣｉｎｔ＿２を比例積分によって補正することにより、第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２が求められる。
【００６３】
尚、電流積算部８０１、開回路電圧推定部８０２、充電残存容量の特性データ８０３及び補正部８０４が、本発明の第一の残存容量演算手段を、電流積算部８１１、開回路電圧推定部８１２、充電残存容量の特性データ８１３及び補正部８１４が、第二の残存容量演算手段をそれぞれ構成するものである。
【００６４】
続いて、図３のブロック図に示すように、上述した演算により求められた充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とを比較し、ＰＩコントローラ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｐｌｕｓ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＝比例積分制御器）８２１にてＳＯＣ１とＳＯＣ２との差とその積分和とに比例した制御信号を出力し、さらに過電流保護回路としてのリミッタ８２２を介して制御信号が出力される。これにより、充電残存容量ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが略等しくなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力電流が制御される。
【００６５】
ここで、第一の電流センサ４は、第一のセルグループ２の最大電流を測定可能な測定レンジを有する必要があるため、例えば、最大電流が１５０［Ａ］である場合には、測定レンジが１５０［Ａ］以上の電流センサを使用する必要がある。
【００６６】
一方、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ９によって第一のセルグループ２の充電残存容量ＳＯＣ１と第二のセルグループ３の充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように制御されているために、電気負荷Ｌ１，Ｌ２に急峻な負荷変動が無い状態においては、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の各々を流れる電流差Ｉｄ（＝Ｉ１−Ｉ２）は比較的小さいため（例えば、±５［Ａ］以内）、第二の電流センサ５としては測定レンジが小さいもの（例えば、±２０［Ａ］）を使用することが可能となる。
【００６７】
また、電気負荷Ｌ１，Ｌ２に急峻な負荷変動（例えば、１００［Ａ］−１［ｓｅｃ］）が生じた場合の動作は以下の通りである。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力は、急峻な変動に対しては応答しないように設定されているため、第一のセルグループ２と第二のセルグループ３との電流差Ｉｄは、第二の電流センサ５の測定レンジをオーバーする。その結果、電流差Ｉｄの測定値は、真値よりも小さくなるために、コントローラ９で求める第二のセルグループ３の電流Ｉ２は真値よりも小さくなってしまい、結果として充電残存容量ＳＯＣ２の演算に誤差が生じる。そして、１回の負荷変動による検出誤差は相対的に小さくても、この誤差が蓄積されていくと、全体としての誤差は無視できないほどに大きくなってしまう。そこで、充電残存容量の演算においては、図２に示したように、各セルグループ２，３の電流積算によって求めたＳＯＣｉｎｔ＿１、ＳＯＣｉｎｔ＿２と、電流−電圧特性から開回路電圧を推定するとともに特性データ８０３，８１３を用いて求めたＳＯＣＯＣＶ＿１、ＳＯＣＯＣＶ＿２とを用いて充電残存容量の検出誤差を補正している。これにより、充電残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２を精度良く検出することができるので、第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３において充電残存容量に偏りが生じないように適切な充放電制御を行うことが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態では、第一のセルグループ２側の導体と第二のセルグループ３側の導体とが、第二の電流センサ５の検出部の孔内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置された状態で発生する磁界を第二の電流センサ５５によって検出することにより、１個の電流センサを用いて２本の導体における電流差Ｉｄを確実に検出することができる。
【００６９】
また、セルグループ２，３を構成する単位セルとしてのリチウム電池は、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が非常に安定しており、電池温度や分極による変化が小さいという特性を有している。このため、単位セルとしてリチウム電池を使用した本実施形態によれば、開回路電圧から充電残存容量を精度良く求めることが可能であり、電流積算によって検出したＳＯＣｉｎｔ＿１、ＳＯＣｉｎｔ＿２の誤差を、開回路電圧から特性データ８１３を用いて得られるＳＯＣＯＣＶ＿１、ＳＯＣＯＣＶ＿２によって高精度に補正することができる。よって、本実施形態は、単位セルとしてリチウム電池を使用することにより、充電残存容量に対する開回路電圧の特性が不安定な鉛電池等を使用した場合と比較して、第二の電流センサ５の測定レンジをより小さくすることができるという利点がある。
【００７０】
次に、本発明の第二の実施形態の車両用電源装置５１について、図４を参照しつつ説明する。尚、第一の実施形態と同一部材には同一符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の車両用電源装置５１は、基準電位（ボディーグランド）に対して略等しい電圧を出力する２個のセルグループを並列接続して構成される車両用の電源装置である。
【００７２】
車両用電源装置５１は、図４のブロック図に示すように、第一のセルグループ５２と、第一のセルグループ５２と並列接続された第二のセルグループ５３と、電流センサ５５と、コントローラ５８と、電流切替え器５９と、スタータＳと、オルタネータ６０とを備え、電流切替え器５９の正極側とボディーグランド７０との間に接続された電気負荷Ｌに電力を供給するように構成されている。
【００７３】
尚、電流センサ５５が本発明の電流差検出手段を、コントローラ５８が充放電電流制御手段を、電流切替え器５９が電流切替手段を、オルタネータ６０が充電電源をそれぞれ構成するものである。
【００７４】
第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３は、第一の実施形態における第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３と同様に、リチウム電池からなる単位セルを複数個直列に接続したものである。また、両セルグループ５２，５３は、略等しい電圧（例えば、１２［Ｖ］）を出力するものであり、第一のセルグループ５２と第二のセルグループ５３とは並列に接続されている。
【００７５】
電流センサ５５は、第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の各々を流れる電流の差を検出する電流センサであり、検出電流Ｉｄがコントローラ５５に入力される。電流センサ５５は、第一の実施形態と同様に、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力する公知の電流センサであり、例えば、磁束測定式電流センサや磁気平衡式電流センサ等を用いることができる。そして、電流センサ５５は、孔状をなす検出部内で、電流切替え器５９と第一のセルグループ５２との間の導体をなす電線と、電流切替え器５９と第二のセルグループ３との間の導体をなす電線とが、それぞれの電流方向が互いに逆向きとなるように配置され、２本の電線が検出部の孔内に挿入された状態で取付けられる。尚、本実施形態では、第一のセルグループを流れる電流から第二のセルグループ５３を流れる電流を減じて得られる電流差を検出するために、電流センサ５５の検出部の孔内において、第一のセルグループ５２側の電線を流れる電流が正方向、第二のセルグループ５３側の電線を流れる電流が逆方向となるようにそれぞれ挿入される。従って、第一のセルグループ５２を流れる電流をＩ１、第二のセルグループ３を流れる電流をＩ２とすると、電流センサ５５の検出電流Ｉｄとの間に、Ｉｄ＝Ｉ１−Ｉ２の関係が成立する。
【００７６】
コントローラ５８は、マイクロコンピュータ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主体として構成され、電流センサ５５から入力される第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の電流差である検出電流値Ｉｄが零となるように電流切替え器５６を制御する。
【００７７】
電流切替え器５９は、並列接続された第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の正極端子側に直列に接続され、コントローラ５８からの指令に応じて、第一のセルグループ５２と第二のセルグループ５３との間で電流の切替を行う。
【００７８】
スタータＳは、第二のセルグループ５３の正極端子とボディーグランド７０との間に接続され、第二のセルグループ５３から電力を供給されることにより回転して図示しないエンジンを始動する。
【００７９】
オルタネータ６０は、図示しないエンジンによって駆動されて発電し、電気負荷Ｌに電力を供給したり、第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３に充電電力を供給して両セルグループ５２，５３の充電を行う。
【００８０】
ここで、本実施形態の車両用電源装置５１の具体的用途の一つとして想定される車両停車時にエンジンを停止する、所謂、アイドルストップ制御を行うように構成された車両の挙動について説明する。アイドルストップ制御を採用する車両においては、車両が発進する直前にスタータによってエンジンを始動するが、エンジン始動時には非常に大きな電流が流れるために、電源電圧が低下してしまい、電気負荷に悪影響を与えることが問題となる場合がある。例えば、ヘッドライトが暗くなる、メータが暗くなる、ワイパの動きが遅くなる等の現象が生じる場合がある。
【００８１】
そこで、このような不具合の発生を防止するために、本実施形態では、略等しい電圧を出力する２個のセルグループ５２，５３を電源装置５１に設け、エンジン始動時に第二のセルグループ５３のみでスタータＳを駆動し、電気負荷Ｌへは第一のセルグループ５２から電力を供給することによって電源電圧の低下を防止している。
【００８２】
また、複数のセルグループを有する従来の電源装置では、充放電電流がどちらか一方のセルグループに偏ってしまうと、そのセルグループの劣化が促進されてしまい、充電容量のアンバランスが生じてしまう可能性がある。
【００８３】
そこで、本実施形態では、電流センサ５５によって第一のセルグループ５２及び第二のセルグループ５３の各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、電流差Ｉｄが零となるように、すなわち両セルグループ５２，５３の充放電量が略等しくなるように、コントローラ５８が電流切替え器５９によって両セルグループ５２，５３を流れる電流を制御している。
【００８４】
尚、本実施形態では、２個のセルグループ５２，５３に個別に電流センサを設けて各々の電流を検出することなく、両セルグループ５２，５３の電流差Ｉｄを検出する電流センサ５５を設ける構成としたので、電源装置５１における電流センサの個数を１個のみとすることができ、さらに、電流差を検出可能な測定レンジの小さい電流センサを使用可能であるので、電源装置５１全体の低コスト化を図りつつ高精度に充放電電流の制御を行うことができる。
【００８５】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００８６】
例えば、前記各実施形態では、各セルグループを構成する単位セルとしてリチウム電池を採用した例を示したが、二次電池又はコンデンサ等の蓄電作用を有する部材を単位セルとして採用し、これらを一乃至複数個直列接続してセルグループを構成することが可能である。例えば、単位セルとして、リチウム電池以外に、電気二重層コンデンサ、鉛電池等を採用することができる。また、２つのセルグループを構成する単位セルの種類は同じでも異なっていてもよく、例えば、リチウム電池と電気二重層コンデンサ、リチウム電池と鉛電池、鉛電池と鉛電池等の組み合わせでもよい。
【００８７】
また、前記第一の実施形態では、直列接続した第一のセルグループ２及び第二のセルグループ３の全体から４２［Ｖ］を、それらの中間点から１４［Ｖ］を出力する車両用電源装置に本発明を適用したが、基準電位（グランド）に対して、４２［Ｖ］を出力するセルグループと、１４［Ｖ］を出力するセルグループとを有する車両用電源装置に本発明を適用してもよい。また、出力電圧は４２［Ｖ］と１４［Ｖ］とに限られないことは云うまでもない。
【００８８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の電源装置及びその制御方法によれば、第一のセルグループ及び第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御するので、複数のセルグループ間で充電残存容量の不均衡が生じることを確実に防止することができる。また、両セルグループの電流差を検出するため、測定レンジが小さく安価な電流センサを用いることが可能であり、電源装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】各セルグループの充電残存容量を演算により求める各工程を説明するブロック図である。
【図３】２つのセルグループの充電残存容量が略等しくなるようにＤＣ−ＤＣコンバータに出力電流を制御する各工程を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】従来技術における車両用電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，５１…車両用電源装置（電源装置）、２，５２…第一のセルグループ、３，５３…第二のセルグループ、４…第一の電流センサ（電流検出手段）、５…第二の電流センサ（電流差検出手段、電流センサ）、５５…電流センサ（電流差検出手段、電流センサ）、６…第一の電圧検出器（第一の電圧検出手段）、７…第二の電圧検出器（第二の電圧検出手段）、８，５８…コントローラ（充放電電流制御手段）、９…ＤＣ−ＤＣコンバータ（エネルギー移動手段）、５９…電流切替え器（電流切替手段）、１０…発電機（充電電源）、６０…オルタネータ（充電電源）、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…電気負荷、Ｓ…スタータ（電気負荷）、８０１…電流積算部（第一の残存容量演算手段）、８０２…開回路電圧推定部（第一の残存容量演算手段）、８０３…第一のセルグループにおける開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ（第一の残存容量演算手段）８１１…電流積算部（第二の残存容量演算手段）、８１２…開回路電圧推定部（第二の残存容量演算手段）、８１３…第二のセルグループにおける開回路電圧に対する充電残存容量の特性データ（第二の残存容量演算手段）。
Claims (18)
- 蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置において、
前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出する電流差検出手段と、
前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御する充放電電流制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。 - 前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
- 前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出する電流検出手段を備え、
前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。 - 前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うエネルギー移動手段を備え、
前記充放電電流制御手段は、前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算する第一の残存容量演算手段と、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算する第二の残存容量演算手段とを有し、前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように、前記エネルギー移動手段によるエネルギー移動を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電源装置。 - 前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出する第一の電圧検出手段と、
前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出する第二の電圧検出手段と、
を備え、
前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と、前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、
前記第二の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と、前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。 - 前記第一の残存容量演算手段は、前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、
前記第二の残存容量演算手段は、前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。 - 前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとは略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、
前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替える電流切替手段を備え、
前記充放電電流制御手段は、前記電流差Ｉｄが零となるように前記電流切替手段による電流の切り替えを制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。 - 前記単位セルは、リチウム電池であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電源装置。
- 前記電流差検出手段は、一つの電流センサからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電源装置。
- 前記電流センサは、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力するように構成され、前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とが、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置されることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
- 蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第一のセルグループと、その第一のセルグループに直列又は並列に接続され、蓄電作用を有する単位セルを一乃至複数個直列に接続してなる第二のセルグループと、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループへ充電電力を供給する充電電源とを備え、少なくとも一つの電気負荷へ電源電力を供給するように構成された電源装置の制御方法において、
前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの各々を流れる電流の差Ｉｄを検出し、
前記電流差Ｉｄを用いて前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする電源装置の制御方法。 - 前記第一のセルグループを流れる電流Ｉ１を検出し、
前記電流差Ｉｄと前記第一のセルグループ電流Ｉ１とを用いて、前記第一のセルグループ及び前記第二のセルグループの充放電電流を制御することを特徴とする請求項１１に記載の電源装置の制御方法。 - 前記第一のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ１を演算すると共に、前記第二のセルグループの充電残存容量ＳＯＣ２を演算し、
前記充電残存容量ＳＯＣ１と前記充電残存容量ＳＯＣ２とが略等しくなるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間でエネルギーの移動を行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電源装置の制御方法。 - 前記第一のセルグループの端子間電圧Ｖ１を検出すると共に、前記第二のセルグループの端子間電圧Ｖ２を検出し、
前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、
前記第一のセルグループ電流Ｉ１から前記電流差Ｉｄを減ずることによって得られる第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とを用いて前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする請求項１３に記載の電源装置の制御方法。 - 前記第一のセルグループ電流Ｉ１の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第一のセルグループ電流Ｉ１と前記第一のセルグループ電圧Ｖ１とから推定された開回路電圧に基づいて前記第一のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ１を演算し、
前記第二のセルグループ電流Ｉ２の電流積算に基づいて求められる充電残存容量を、前記第二のセルグループ電流Ｉ２と前記第二のセルグループ電圧Ｖ２とから推定された開回路電圧に基づいて前記第二のセルグループの開回路電圧に対する充電残存容量の特性データを参照して得られる充電残存容量を用いて補正することにより前記充電残存容量ＳＯＣ２を演算することを特徴とする請求項１４に記載の電源装置の制御方法。 - 前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとは略等しい電圧を出力すると共に、それらのセルグループが並列に接続されており、
前記電流差Ｉｄが零となるように前記第一のセルグループと前記第二のセルグループとの間で電流を切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の電源装置の制御方法。 - 前記電流差Ｉｄを一つの電流センサによって検出することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載の電源装置の制御方法。
- 前記第一のセルグループ側の導体と前記第二のセルグループ側の導体とを、前記電流センサの検出部内において各々の電流方向が互いに逆向きとなるように配置し、前記各導体を流れる電流によって発生する磁界を検出してその強さに応じた信号を出力することにより、前記電流差Ｉｄの検出を行うことを特徴とする請求項１７に記載の電源装置の制御方法。
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