WO2017191818A1

WO2017191818A1 - 電源装置

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Publication number: WO2017191818A1
Application number: PCT/JP2017/017019
Authority: WO
Inventors: 英生山崎; 仁韮沢; 一欽葛西; 浩次石和; 敏彦正岡
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝インフラシステムズ株式会社
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-11-09
Also published as: CN108702014A; EP3454444A1; JPWO2017191818A1; EP3454444A4

Abstract

環境への影響を低減し、軽量な電源装置を提供するものであって、実施形態による電源装置１は、正極端子ＰＴと負極端子ＭＴとの間に接続した第１蓄電池ＢＴ１と、正極端子ＰＴと負極端子ＭＴとの間において第１蓄電池ＢＴ１と並列に接続した第２電池ＢＴ２と、第１蓄電池ＢＴ１の正極と正極端子ＰＴとの接続を切替える第１スイッチＳＷ１と、第２蓄電池ＢＴ２の正極と正極端子ＰＴとの接続を切替える第２スイッチＳＷ２と、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の開閉を制御する電池管理装置１０と、を備え、第１蓄電池ＢＴ１のエネルギー密度は第２蓄電池ＢＴ２のエネルギー密度以上であって、第１スイッチＳＷ１はノーマリクローズであり、第２スイッチＳＷ２はノーマリオープンである。

Description

電源装置

　本発明の実施形態は、電源装置に関する。

　鉛蓄電池は、比較的安価であって充放電の管理が容易であることから様々な機器の電源として採用されている。例えば、車両に搭載されている電装部品や車両ＥＣＵ（Electric Control Unit）などは、１２Ｖの鉛蓄電池を電源として動作するように構成されている。しかしながら、鉛蓄電池は劣化による定期的な交換が必要であった。また、鉛蓄電池は容量に対する重量が大きいことや充電に時間を要することから、携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いることは困難であった。

　近年、車両が廃棄された時の廃棄物の量を減らすこと、および、有害物質の使用を制限することが望まれている。２０００年９月に制定された２０００／５３／ＥＣ（ＥＬＶ指令）では、鉛は使用禁止材料に指定されている。

　一方で、リチウムイオン蓄電池は、入出力性能に優れ、容量に対する重量が小さいため、携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いられている。しかしながら、リチウムイオン蓄電池は、過充電によって内部温度が上昇し、セルとして破裂発火に至る可能性があるため、各セルの電圧および電流をモニタし過充電状態に至らないように制御することが一般的である。リチウムイオン蓄電池の各セルの電圧を常時モニタし所定の電圧、電流、充電状態（ＳＯＣ: state of charge）を超えた場合には、充電電圧、充電電流を抑制する制御が実施され、所定の電圧、電流、ＳＯＣを超えた場合には、主回路と電池との間に配置された開閉手段を開く制御が実施されている。

特許第５４９３６１６号公報特開２０１４－２００１２３号公報

　例えば、車両の電装部品や車両ＥＣＵの電源としてリチウムイオン蓄電池を採用すると、過充電状態や過放電状態となったときにリチウムイオン蓄電池と主回路とが遮断され、車両ＥＣＵへの電力供給も遮断されてしまうことになる。

　本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、環境への影響を低減し、軽量な電源装置を提供することを目的とする。

　実施形態による電源装置は、正極端子と負極端子との間に接続した第１蓄電池と、前記正極端子と前記負極端子との間において前記第１蓄電池と並列に接続した第２電池と、前記第１蓄電池の正極と前記正極端子との接続を切替える第１スイッチと、前記第２蓄電池の正極と前記正極端子との接続を切替える第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、を備え、前記第１電池のエネルギー密度は前記第２電池のエネルギー密度以上であって、前記第１スイッチはノーマリクローズであり、前記第２スイッチはノーマリオープンである。

図１は、実施形態の電源装置の構成の一例を説明するための図である。図２は、第１蓄電池のＳＯＣと電源装置の始動電流能力との関係の一例を示す図である。

実施形態

　以下、実施形態の電源装置について、図面を参照して説明する。　
　図１は、実施形態の電源装置の構成の一例を説明するための図である。　
　本実施形態の電源装置１は、例えば車両に搭載されている。車両は、電源装置１と、発電機２と、原動機３と、スターターモータ４と、切替器５と、補機６と、を備えている。

　原動機３は、例えば、車両を駆動する機械エネルギーを生成する内燃機関である。　
　発電機２は、原動機３から供給される機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であって、例えば交流電力を発電し、直流に変換することができる。　
　スターターモータ４は、原動機３が起動する際の動力を供給することができる。スターターモータ４は、切替器５を介して主回路と接続されている。なお、スターターモータ４は、モーター機能付き発電機（ＩＳＧ：Integrated Starter Generator）であってもよい。

　切替器５は、接続と遮断とを電気的に切替え可能であって、原動機３を起動する際に接続される。イグニッションがオフのときや、通常の走行時、車両のアイドリングストップ中は、切替器５は、スターターモータ４と主回路との電気的接続を遮断する。切替器５は、例えば車両ＥＣＵからの制御信号により、接続と遮断とを切替える動作を制御される。

　補機６は、車両に搭載された電装部品である。補機６は、電源装置から供給される電力を電源とする。すなわち、本実施形態の車両において、スターターモータ４と補機６とは電源装置１の負荷である。

　電源装置１は、第１蓄電池ＢＴ１と、第２蓄電池ＢＴ２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、電流検出器ＣＳ１、ＣＳ２と、電池管理装置１０と、正極端子ＰＴと、負極端子ＭＴと、を備えている。電源装置１の正極端子ＰＴは主回路（１２Ｖ系統）と電気的に接続される。電源装置１の負極端子ＭＴは接地される。

　第１蓄電池ＢＴ１は、複数のリチウムイオン電池セル（図示せず）を含む組電池である。第１蓄電池ＢＴ１の正極端子は電池管理装置１０を介して電源装置１の正極端子ＰＴと電気的に接続している。第１蓄電池ＢＴ１の負極端子は電源装置１の負極端子ＭＴと電気的に接続している。

　電流検出器ＣＳ１は、第１蓄電池ＢＴ１の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置１０へ供給する。

　第２蓄電池ＢＴ２は、複数のリチウムイオン電池セル（図示せず）を含む組電池である。第２蓄電池ＢＴ２の正極端子は電池管理装置１０を介して電源装置１の正極端子ＰＴと電気的に接続している。第２蓄電池ＢＴ２の負極端子は電源装置１の負極端子ＭＴと電気的に接続している。

　電流検出器ＣＳ２は、第２蓄電池ＢＴ２の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置１０へ供給する。

　第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とは互いに並列に接続している。第１蓄電池ＢＴ１のエネルギー密度（重量エネルギー密度および体積エネルギー密度）は、第２蓄電池ＢＴ２のエネルギー密度（重量エネルギー密度および体積エネルギー密度）以上である。第１蓄電池ＢＴ１は、第２蓄電池ＢＴ２よりも長期間の低電流放電に適した特性を有していることが望ましい。第２蓄電池ＢＴ２は、第１蓄電池ＢＴ１の複数の電池セルの入出力密度と同等以上の複数の電池セルで構成され、発電機２からの充電電流など大電流による充電や、大電流による放電に適した特性を有していることが望ましい。第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とは、ＳＯＣに対する回路電圧（ＯＣＶ：open circuit voltage）が略等しくなるように構成されている。

　第１スイッチＳＷ１は、第１蓄電池ＢＴ１の正極と電源装置１の正極端子ＰＴとを接続する経路に介在し、第１蓄電池ＢＴ１と正極端子ＰＴとを電気的に接続又は遮断することができる。第１スイッチＳＷ１は、例えばノーマリクローズの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよい。なお、第１スイッチＳＷ１を自己保持型のリレーとすることで、第１スイッチＳＷ１における消費電力を低減することができる。第１スイッチＳＷ１の接続状態は、第１スイッチ制御回路１４により切替えられる。

　第２スイッチＳＷ２は、第２蓄電池ＢＴ２の正極と電源装置１の正極端子ＰＴとを接続する経路に介在し、第２蓄電池ＢＴ２と正極端子ＰＴとを電気的に接続又は遮断することができる。第２スイッチＳＷ２は、例えばノーマリオープンの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよく、ＦＥＴ（field effect transistor）等の半導体スイッチで構成してもよい。なお、第２スイッチＳＷ２を自己保持型のリレーとすることで、第２スイッチＳＷ２における消費電力を低減することができる。第２スイッチＳＷ２の接続状態は、第２スイッチ制御回路１５により切替えられる。

　車両が駐車中は、第１蓄電池ＢＴ１は第１スイッチＳＷ１経由で補機６に電源供給する。原動機３が始動する時に、上位制御装置である車両ＥＣＵは、イグニッションがオンとなったことを電池管理装置１０の制御回路１１へ通知する。制御回路１１は、イグニッションがオンとなったことを受けて、第２スイッチ制御回路１５を制御することにより第２蓄電池ＢＴ２を主回路と接続し、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とからスターターモータ４および補機６へ電源供給可能となる。

　原動機３の始動後は、発電機２から第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とに充電が可能となる。また、アイドリングストップ時は切替器５が開いた（オフ）状態である。アイドリングストップしている状態から原動機３を再始動する際には、切替器５が閉じた（オン）状態となり、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とから、スターターモータ４および補機６への放電を可能とする。

　電池管理装置１０は、制御回路１１と、第１電池監視回路（ＣＭＵ: Cell Monitoring Unit）１２と、第２電池監視回路（ＣＭＵ）１３と、第１スイッチ制御回路１４と、第２スイッチ制御回路１５と、電源切替スイッチ１６－１，２，３，４、１７－１，２，３，４と、を備えている。

　第１電池監視回路１２は、第１蓄電池ＢＴ１の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第１電池監視回路１２は、検出した電圧と温度との値を制御回路１１へ供給する。

　第２電池監視回路１３は、第２蓄電池ＢＴ２の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第２電池監視回路１３は、検出した電圧と温度との値を制御回路１１へ供給する。

　制御回路１１は、例えばＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などの少なくとも１つのプロセッサと、メモリとを備えている。制御回路１１は、電流検出器ＣＳ１、ＣＳ２で検出された電流の値と、第１電池監視回路１２および第２電池監視回路１３で検出された電圧および温度の値とを用いて、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣを演算する。第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣをそれぞれ算出する際に、電流検出器ＣＳ１、ＣＳ２で検出された電流の値を用いることにより、ＳＯＣの演算の精度を良くすることができる。また、制御回路１１は、正極端子ＰＴの電圧検出も可能に構成されてもよい。

　制御回路１１は、図示しない車両ＥＣＵ(上位制御装置)からの制御信号や演算したＳＯＣに基づいて、第１電池監視回路１２と、第２電池監視回路１３と、第１スイッチ制御回路１４と、第２スイッチ制御回路１５と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、電源切替スイッチ１６－１，２，３，４、１７－１，２，３，４と、の動作を制御する。制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのいずれかから供給される電源により動作可能である。

　電源切替スイッチ１６－１，２，３，４は、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１６－１は、第１蓄電池ＢＴ１から、第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１全てへの電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１６－２は、電源切替スイッチ１６－１と第１スイッチ制御回路１４との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１６－３は、電源切替スイッチ１６－１と第２スイッチ制御回路１５との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から第２スイッチ制御回路１５への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１６－４は、電源切替スイッチ１６－１と制御回路１１との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から制御回路１１への電源供給の有無を切替える。　

　電源切替スイッチ１７－１，２，３，４は、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１７－１は、第１蓄電池ＢＴ２から、第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１全てへの電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１７－２は、電源切替スイッチ１７－１と第１スイッチ制御回路１４との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１７－３は、電源切替スイッチ１７－１と第２スイッチ制御回路１５との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ２から第２スイッチ制御回路１５への電源供給の有無を切替える。電源切替スイッチ１７－４は、電源切替スイッチ１７－１と制御回路１１との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ１から制御回路１１への電源供給の有無を切替える。

　電源切替スイッチ１６－１，２，３，４が導通しているときには、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１に電源が供給される。電源切替スイッチ１７－１，２，３，４が導通しているときには、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１に電源が供給される。

　なお、第１スイッチ制御回路１４は、原則として第１蓄電池ＢＴ１から電源が供給されている。第２スイッチ制御回路１５は、原則として第２蓄電池ＢＴ２から電源が供給されている。すなわち、電源切替スイッチ１６－１、２、１７－１、３がオンであり、１６－３、１７－２はオフである。制御回路１１が駆動しているときは、電源切替スイッチ１６－４と電源切替スイッチ１７－４との少なくとも一方がオンとなっている。車両が駐車している（イグニッションがオフ）の間は、第１スイッチ制御回路１４と第２スイッチ制御回路１５とは低消費電力モード（スタンバイ状態）で起動しているものとしてもよい。

　次に、上記の電源装置１の動作について説明する。　
　車両が駐車しているとき（イグニッションがオフのとき）には、第１スイッチＳＷ１が閉じた（オン）状態で、第２スイッチＳＷ２が開いた（オフ）状態である。このような状態とすることで、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２のリレーの励磁電流を抑制することができ、消費電力を低減できる。また、切替器５は開いた（オフ）状態で、スターターモータ４は主回路から切り離されている。したがって、車両の駐車中は第１蓄電池ＢＴ１のみが正極端子ＰＴを介して主回路と電気的に接続し、第１蓄電池ＢＴ１から補機６へ電源が供給される。

　車両が駐車している期間も、制御回路１１は、電流検出器ＣＳ１、ＣＳ２および電池監視回路１２、１３から、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２の電池セルの電圧および電流の値を取得し、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣの演算を周期的に行う。なお、制御回路１１がＳＯＣを演算する周期は、車両が駆動されている（イグニッションがオンである）期間と車両が駐車している期間とで異なる周期であってもよい。車両が駐車している期間では、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣの変化が小さいため、駆動時よりも長い周期でＳＯＣの演算を行ってもよい。

　長期駐車時には、第１蓄電池ＢＴの放電が進み、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（ＳＯＣ差）が拡大する。第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差が拡大した状態で、第２スイッチＳＷ２を閉じて第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列に接続すると、電圧が高い第２蓄電池ＢＴ２から電圧が低い第１蓄電池ＢＴ１へ突入電流が流れ、経路にあるスイッチ（リレー）などの故障の原因となる。

　これを回避するために、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（又はＳＯＣ差）が所定の閾値（差分上限値）以上にとなったときに、第２スイッチＳＷ２を閉じて、第２蓄電池ＢＴ２から第１蓄電池ＢＴ１へ充電を行い、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（又はＳＯＣ差）を所定の閾値（許容差分値）未満とする。なお、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２の電圧差（又はＳＯＣ差）の許容差分値は、差分上限値よりも小さい値であって、前記、差分上限値は第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列に接続した際に一方へ流れる電流により、故障などが生じない程度に十分小さな電圧（又はＳＯＣ）の差分値である。

　上記のように車両の駐車中に第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧を均等化することにより、第１蓄電池ＢＴ１は充電されるため、車両が駐車中の電源装置１（第１蓄電池ＢＴ１）による放電時間を延長することができ、原動機を起動する前に、第２のスイッチＳＷ２を閉じた（オンした）ときの第２蓄電池ＢＴ１から第１蓄電池ＢＴ１へ突入電流が流れることを回避することができる。

　また、第２スイッチＳＷ２を閉じた（オンした）ときに第１蓄電池ＢＴ１への突入電流を抑えるために、例えば、イグニッションがオフからオンとなり原動機３が始動するとき、制御回路１１は、第２スイッチＳＷ２を閉じ（オンし）、第１スイッチＳＷ１を開く（オフする）。続いて、原動機３が始動後、発電機２による発電を開始した時点で（或いは発電機２による発電を開始した後に）、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１を閉じて（オンして）、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続にすることで、第１蓄電池ＢＴ１への突入電流の発生を抑制することが可能である。

　同様に、例えば、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１を閉じ（オンし）、第２スイッチＳＷ２を開く（オフする）。続いて、原動機３が始動後、発電機２による発電を開始した時点で（或いは発電機２による発電を開始した後に）、制御回路１１は、第２スイッチＳＷ２を閉じて（オンして）、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続にすることで、第２蓄電池ＢＴ２への突入電流の発生を抑制することが可能である。

　図２は、第１蓄電池のＳＯＣと電源装置の始動電流能力との関係の一例を示す図である。　
　例えば、車両が駐車している状態が継続すると、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との両方の放電が進んだ状態となる可能性がある。制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣの演算値に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が電源装置１を正常動作させるための制御上の閾値（第１閾値）を下回ったと判断したときに、“ＳＯＣ低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。制御回路１１は、“ＳＯＣ低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチＳＷ１経由で補機６への電力供給を継続することができる。

　ＳＯＣ低下のアラームを通知した後、第１蓄電池ＢＴ１の放電がさらに進み、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が電源装置１の冷間始動可能な下限値（第２閾値）に至った場合、制御回路１１は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。制御回路１１は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチＳＷ１経由で補機６への電力供給を継続することができる。

　なお、上記第１閾値は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続した場合の始動性能に対する閾値とし、冷間始動が可能な第２閾値に対して余裕（マージン）をもった値である。

　さらに車両が駐車している状態が継続し、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との放電が進んだ場合、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣと第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣとの演算値に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が電源装置１の始動が可能な下限値（第３閾値）未満となると、制御回路１１は、電源装置１の故障を示す値を上位制御装置へ通知する。この場合、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１を閉じた状態（オン）として継続して第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチＳＷ１経由で補機６へ電力供給を行い、上位制御装置は原動機３が始動しないように制御することができる。

　また、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が第３閾値未満となった後は、第２スイッチＳＷ２は開いた状態（オフ）を維持し、第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣ（又は電圧）を維持してもよい。なお、第１蓄電池ＢＴ１が放電可能な下限ＳＯＣは第３閾値よりも小さい値である。

　続いて、電源装置１を充電する際の動作について説明する。　
　例えば車両が駐車している際に電源装置１を充電するときについて説明する。車両が駐車しているとき（イグニッションがオフのとき）には、第１スイッチＳＷ１が閉じた状態（オン）であり、第２スイッチＳＷ２は開いた状態（オフ）である。この状態で主回路に充電器（図示せず）が接続すると、第１蓄電池ＢＴ１へ充電電流が供給される。

　制御回路１１は、第１電池監視回路１２から供給される電圧の値と電流検出器ＣＳ１から供給される電流の値とから、第１蓄電池ＢＴ１が過充電とならないように制御する。また、制御回路１１は、第２電池監視回路１３から供給される電圧の値と電流検出器ＣＳ２から供給される電流の値とから、第２蓄電池ＢＴ２が過充電とならないように制御する。

　具体的には、外部から接続された充電器から主回路へ過大な電圧がかかるような、車両としての充電制御がなされない場合においては、第１蓄電池ＢＴ１を構成する電池セルの電圧が高くなり、過充電によって危険な状態に陥る可能性が発生するだけでなく、第１蓄電池ＢＴ１を電源として用いる制御回路１１やスイッチ制御回路１４が正常に動作しない可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のような、主回路へ過大な電圧がかかるような場合において、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１を電源として使用せず、第２蓄電池ＢＴ２を電源として第１スイッチ制御回路１４を起動し、第１スイッチ制御回路１４の確実な動作を担保する。

　すなわち、第１蓄電池ＢＴ１の電圧が所定の閾値（第２過充電閾値）を超えたとき、あるいは、第１蓄電池ＢＴ１を構成する複数の電池セルのいずれかの電圧（又はＳＯＣ）が所定の閾値（第２過充電閾値）を超えたときに、第１スイッチＳＷ１の開閉（オンとオフと）を制御する第１スイッチ制御回路１４が第２蓄電池ＢＴ２を電源として起動される。制御回路１１は、電源切替スイッチ１７－１，２，３，４と、電源切替スイッチ１６－１，２，３，４を操作することで、第１蓄電池ＢＴ１からスイッチ制御回路１４への電源供給を止め、第２蓄電池ＢＴ２からスイッチ制御回路１４に電源を供給し、スイッチ制御回路１４を起動する。

　また、例えば第１蓄電池ＢＴ１の充電が進み、第１蓄電池ＢＴ１を構成する電池セルのいずれかの電圧（又はＳＯＣ）が過充電状態（第１過充電閾値以上）まで高くなると、制御回路１１は、第１スイッチ制御回路１４により第１スイッチＳＷ１を開いて（オフして）第１蓄電池ＢＴ１と主回路とを切り離す。このような場合、第２スイッチＳＷ２を閉じて（オンして）、第２蓄電池ＢＴ２に充電することで、電源装置１の充電を継続することが可能であり、かつ、補機６への電力供給の継続が可能である。なお、第２過充電閾値は第１過充電閾値よりも小さい値でも良く、大きい値でも良く、同じ値であっても良い。

　上記のように電源装置としての充電制御を行うことにより、第１蓄電池ＢＴ１の電圧異常を検出し、過充電による不安全な事態を回避可能とし、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４への安定した電力を供給可能とし、第１スイッチ制御回路１４は第１スイッチＳＷ１の制御を確実に実施することができるため、確実に第１蓄電池ＢＴ１の過充電を回避することができる。

　また、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１の過充電を回避するために第１スイッチＳＷ１を開く（オフする）と同時に、第２スイッチＳＷ２を閉じる（オンする）ことで、外部からの充電が停止したときにおいても、第２蓄電池ＢＴ２から補機６に安定的に電力を供給することができる。

　また、例えば、原動機３が始動していない状態において、外部から電源装置１の充電が行われているときには、優先的に第１スイッチＳＷ１経由で第１蓄電池ＢＴ１に充電されてもよい。このときに、制御回路１１は、第１電池監視回路１２および第２電池監視回路１３から供給される電圧あるいは電流検出器ＣＳ１および電流検出器ＣＳ２から供給される電流の値に基づいて、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣ（又は電圧）の差が所定の閾値（差分上限値）以上となると、第２スイッチＳＷ２を閉じて（オンして）第２蓄電池ＢＴ２と第１蓄電池ＢＴ１とを並列接続し、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との両方に充電可能としてもよい。

　すなわち、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣ（又は電圧）に応じて第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを制御して、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを選択的に（或いは第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との両方に）充電を行い、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣ（又は電圧）の差が所定の閾値（許容差分値）未満となるように制御することができる。

　上記のように、本実施形態によれば、鉛などの使用禁止材料を用いることなく、環境への影響を低減し、軽量な電源装置を提供することができる。

　さらに、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２としてリチウムイオン蓄電池を用いた場合であっても、過充電状態に至ることを回避することが可能であり、安全性を担保した電源装置を提供することができる。

　また、本実施形態の電源装置１によれば、車両に搭載された際に、電源装置１から車両ＥＣＵへ電源を供給するよう構成されたとしても、第１蓄電池ＢＴ１の過充電状態を回避するために主回路から切り離したときに、第２蓄電池ＢＴ２から主回路へ電力を供給することが可能であり、車両ＥＣＵへの電源供給が停止することがない。したがって、車両の信頼性を担保することが可能となる。

　また、例えば、車両が長期間の駐車している時に、微少電流であるが補機６に電源を供給する必要があるが、本実施形態の電源装置１によれば、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２の電池セルの状態を監視する電池監視回路１２、１３、および、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の動作を制御するスイッチ制御回路１４、１５の低消費電力化を実現し、車両の駐車時における消費電流を低く抑えることができる。

　また、本実施形態の電源装置１によれば、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２を並列接続する構成としているが、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣ（又は電圧）を均等化することにより、電圧が低い電源への突入電流を回避することができる。長期間の駐車においても、補機６への電力供給が可能となる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　正極端子と負極端子との間に接続した第１蓄電池と、
　前記正極端子と前記負極端子との間において前記第１蓄電池と並列に接続した第２蓄電池と、
　前記第１蓄電池の正極と前記正極端子との接続を切替える第１スイッチと、
　前記第２蓄電池の正極と前記正極端子との接続を切替える第２スイッチと、
　前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、を備え、
　前記第１蓄電池のエネルギー密度は前記第２蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第１スイッチはノーマリクローズであり、前記第２スイッチはノーマリオープンである、電源装置。
　前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、
　前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、
　前記電池管理装置は、前記複数の第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、前記複数の第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
　前記制御回路は、前記第１電池セルの電圧が第１過充電閾値以上である時に、前記第１スイッチを開き、前記第２スイッチを閉じた状態とする、あるいは、前記第２電池セルの電圧が第１過充電閾値以上である時に、前記第２スイッチを開き、前記第１スイッチを閉じた状態とし、電源装置からの継続的な電力供給を可能とする、請求項１記載の電源装置。
　前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、
　前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、
　前記電池管理装置は、前記複数の第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、前記複数の第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
　前記制御回路は、前記第１蓄電池の電圧と前記第２蓄電池の電圧との差が差分上限値以上であるときに前記第１スイッチと前記第２スイッチとを閉じる、請求項１記載の電源装置。
　前記第１スイッチ制御回路と前記第２スイッチ制御回路とへ電力を供給する電源を、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とで切替える電源切替スイッチを更に備える、請求項２又は請求項３記載の電源装置。
　前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、
　前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、
　前記電池管理装置は、前記複数の第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、前記複数の第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
　前記制御回路は、前記第１蓄電池のＳＯＣ又は電圧が通常動作のための制御下限である第１閾値以下となったときに、ＳＯＣ低下アラームを出力し、さらに放電が進み、前記第１蓄電池のＳＯＣ又は電圧が冷間始動可能下限に対応する第２閾値以下となったときに冷間始動不可アラームを出力し、さらに、放電が進み、前記第１蓄電池のＳＯＣ又は電圧が始動可能下限に対応する第３閾値以下となったときに、電池の故障を通知し、前記第１スイッチを閉じた状態を維持する、請求項１記載の電源装置。
　前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、自己保持型のリレーである、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の電源装置。