JP2010063267A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧用電源と低圧用電源との間で、円滑に給電が可能な電源装置の提供。
【解決手段】電源装置１は、高圧の主バッテリー１１と、主バッテリー１１と並列に接続されたフライングキャパシタ１４と、フライングキャパシタ１４と並列に接続された低圧の補機バッテリー１７とを備えている。マイコン１６は、主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間に設けられた、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオンさせることにより、主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４に対し充電を行い、その後、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオフさせるとともに、補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間に設けられた、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオンさせることにより、充電されたフライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７に対し充電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧用直流電源および低圧用直流電源を備えた電源装置に関する。

ハイブリッド車両等は、高圧の二次電池を備えている。このような車両において、二次電池の蓄電量が少ないことが検出された場合、モータージェネレータを発電機として作動させ、二次電池に対して充電を行っている。また、二次電池の蓄電量が多くなったことが検出された場合、エンジンの出力を抑え、二次電池からの電力によりモータージェネレータを電動機として作動させている（特許文献１参照）。

また、上述したようなハイブリッド車両においては、高圧用電源に加えて、低圧の補機用電源を備えており、双方の電源において、常に十分な蓄電量を確保しておきたいという要求があった。そのため、高圧用電源と補機用電源との間で、過充電の電源側から充電量の少ない電源側への充電を行うことが考えられた。

これに関する従来技術として、ハイブリッド車両において、エンジン始動モーターへの給電用の主バッテリーと、補機給電用の補機バッテリーとを備え、補機バッテリーの蓄電量が不足している場合に、主バッテリーから補機バッテリーに対して充電を行うものもあった（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に開示された従来技術によれば、主バッテリーから補機バッテリーに対して充電を行うことにより、補機バッテリーの蓄電不足を補うことができ、エンジンの始動不良を防ぐことができる。したがって、主バッテリーの余剰電力を有効に利用でき、電源装置全体として電力の節約を行うとともに、各バッテリーの蓄電量を安定させることができる。
特開平１１−１７８２２５号公報 特開２００６−１０１６８０号公報

ところで、上述したような電源装置の場合、通常、主バッテリーは高圧用電源が使用され、補機バッテリーは低圧用電源により形成されている。したがって、安全性を確保しながら高圧側と低圧側との間での充電を行うために、双方の電源間に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータには、絶縁用のトランスが使用されている。これにより、スイッチング時においてノイズや熱が発生し、これらが電源装置内外のコンピュータ等の誤作動の原因となることがあった。そのため、電源装置内にノイズや熱を遮断するためのインシュレータ等を必要としていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧用電源と低圧用電源との間で、円滑に給電が可能な電源装置を提供することにある。

本発明による電源装置は、充電スイッチを閉じることにより、高圧用直流電源から容量素子に対し充電を行い、その後、充電スイッチを開放するとともに、放電スイッチを閉じることにより、充電された容量素子から低圧用直流電源に対し充電を行う。
これにより、容量素子、充電スイッチおよび放電スイッチにより、高圧用直流電源と低圧用直流電源との間を絶縁しながら、高圧用直流電源から低圧用直流電源への充電を行うことができるとともに、トランスを用いることがないため、電源装置におけるノイズや熱の発生を低減できる。

また、本発明による電源装置は、高圧用直流電源から容量素子に対し充電を行った後、容量素子の電極間電圧を検出し、検出した容量素子の電極間電圧に基づいて、放電スイッチを作動させて低圧用直流電源に対し充電を行う。
これにより、検出した容量素子の電極間電圧を、高圧用直流電源の電圧として低圧用直流電源に対して充電を行うことができるため、高圧用直流電源の電圧を検出するために、特別の電圧センサ等を必要とせずに、低コストの電源装置にすることができる。

また、本発明による電源装置は、高圧用直流電源を形成するために直列に接続されたブロックを、一つずつ順に容量素子へ接続し容量素子との間で電気量のやりとりを行う。
これにより、高圧用直流電源の各ブロックが順に容量素子と接続されるため、高圧用直流電源の各ブロック間の充電量の平均化を行うことができる。したがって、過充電のブロックおよび過放電のブロックをなくし、その劣化を防ぐことができる。

また、本発明による電源装置において、制御手段は、高圧用直流電源により電力が供給されている。
これにより、低圧用直流電源の充電量が少なくなっても、制御手段の正常な作動を維持することができる。

＜実施形態１＞
図１および図２に基づき、本発明の実施形態１による電源装置１について説明する。図１に示すように、電源装置１は主バッテリー１１（本発明の高圧用直流電源に該当する）を備え、主バッテリー１１のプラス側は、第１抵抗１２および第１スイッチ１３を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極に接続されている。

また、フライングキャパシタ１４の他方の電極は、第２スイッチ１５を介して主バッテリー１１のマイナス側に接続されている。電源装置１がハイブリッド車両等に搭載された場合、主バッテリー１１から車両走行用の電動機（図示せず）に対して電力が供給され、当該電動機が発電機として機能する場合、主バッテリー１１に対して充電が実行される。

フライングキャパシタ１４は、所定の静電容量を有したコンデンサにより形成されており、本発明の容量素子に該当する。第１抵抗１２は直流抵抗であり、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオンさせたときの過渡電流を抑止し、また、フライングキャパシタ１４の電極間電圧が主バッテリー１１の電圧よりも高い場合に、電流を流すことにより電圧調整を行うために設けられている。

第１スイッチ１３および第２スイッチ１５は、包括して本発明の充電スイッチに該当し、図においては簡略化したシンボルにより示しているが、それぞれフォトトランジスタおよびＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）により形成されたフォトカプラであるフォトモスリレーが使用されている。

第１スイッチ１３および第２スイッチ１５のスイッチ部の一側端子は、それぞれ主バッテリー１１のプラス側およびマイナス側に接続され、他側端子はフライングキャパシタ１４のそれぞれの電極に接続されている。また、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５の駆動部は、マイコン１６（本発明の制御手段に該当する）に接続されている。第１スイッチ１３および第２スイッチ１５は、それぞれスイッチ部と駆動部との間が、互いに非接触に形成されることにより絶縁されている。

マイコン１６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびインタフェース回路により形成されている。第１スイッチ１３および第２スイッチ１５は、常時は主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間を遮断しており、マイコン１６からの信号によりオンして、主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間を導通させる。尚、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５は、スイッチ部と駆動部とが絶縁されているスイッチであればフォトモスリレーでなくてもよい。

一方、補機バッテリー１７（本発明の低圧用直流電源に該当する）は、主バッテリー１１よりも低圧の電源であり、車両の補機に対して電力を供給する。補機バッテリー１７のプラス側には、第２抵抗１８および第３スイッチ１９を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極が接続されている。また、補機バッテリー１７のマイナス側は、第４スイッチ２０を介してフライングキャパシタ１４の他方の電極に接続されている。

さらに、補機バッテリー１７のプラス側はマイコン１６と接続されており、補機バッテリー１７のプラス側の電圧がマイコン１６に入力可能とされている。
第２抵抗１８は、第１抵抗１２と同様に直流抵抗であり、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオンさせたときの過渡電流を抑止し、また、フライングキャパシタ１４の電極間電圧が補機バッテリー１７の電圧よりも高い場合に、電流を流すことにより電圧調整を行うために設けられている。

第３スイッチ１９および第４スイッチ２０は、包括して本発明の放電スイッチに該当し、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５と同様に、それぞれフォトカプラであるフォトモスリレーにより形成されている。
第３スイッチ１９および第４スイッチ２０のスイッチ部の一側端子は、それぞれ第２抵抗１８および補機バッテリー１７のマイナス側に接続され、他側端子はフライングキャパシタ１４のそれぞれの電極に接続されている。また、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０の駆動部は、マイコン１６に接続されている。第３スイッチ１９および第４スイッチ２０は、それぞれスイッチ部と駆動部との間が、互いに非接触に形成されることにより絶縁されている。

第３スイッチ１９および第４スイッチ２０は、常時は補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間を遮断しており、マイコン１６からの信号によりオンして、補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間を導通させる。尚、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０は、スイッチ部と駆動部とが絶縁されているスイッチであればフォトモスリレーでなくてもよい。

また、フライングキャパシタ１４には、第３抵抗２１および第４抵抗２２が並列に接続されており、第３抵抗２１と第４抵抗２２との間の電圧がマイコン１６に入力可能とされている。また、フライングキャパシタ１４の一方の電極と第３抵抗２１との間には、フォトカプラであるフォトモスリレーで形成された第５スイッチ２３が設けられている。第５スイッチ２３のスイッチ部の一側端子はフライングキャパシタ１４の一方の電極に接続され、他側端子は第３抵抗２１に接続されている。また、第５スイッチ２３の駆動部はマイコン１６に接続されている。第５スイッチ２３は、スイッチ部と駆動部との間が、互いに非接触に形成されることにより絶縁されている。

第５スイッチ２３は、常時はフライングキャパシタ１４とマイコン１６との間を遮断しており、マイコン１６からの信号によりオンされて、フライングキャパシタ１４とマイコン１６との間を導通させる。尚、第５スイッチ２３は、スイッチ部と駆動部とが絶縁されているスイッチであればフォトモスリレーでなくてもよい。

次に、図２に基づき、電源装置１において、マイコン１６により制御される主バッテリー１１から補機バッテリー１７への充電方法を説明する。尚、図２において、主バッテリー１１をＶi、補機バッテリー１７をＶo、フライングキャパシタ１４をＣと表している。
主バッテリー１１の過充電等により、主バッテリー１１から補機バッテリー１７への充電が必要な場合、最初に、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオフした状態で、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオンする。

これにより、主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間を導通させ、所定時間だけ主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４への充電を行う（ステップＳ２０１）。このとき、フライングキャパシタ１４の電極間電圧は主バッテリー１１の電圧とほぼ等電圧となる。

次に、マイコン１６により補機バッテリー１７のプラス側電圧が検出される（ステップＳ２０２）。検出された補機バッテリー１７の電圧は、マイコン１６のメモリ内に予め記憶されている補機バッテリー１７の目標電圧と比較される（ステップＳ２０３）。補機バッテリー１７の電圧が目標電圧以上の場合、補機バッテリー１７への充電の必要がないと判定され、制御ルーチンは終了する。

一方、補機バッテリー１７の電圧が目標電圧未満である場合、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオフした状態で、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオンする。これにより、補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間を導通させ、所定時間だけフライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７への充電を行う（ステップＳ２０４）。このとき、第２抵抗１８による電圧降下分により、フライングキャパシタ１４の電極間電圧と補機バッテリー１７の電圧との間の差は調整される。

次に、第１スイッチ１３〜第４スイッチ２０をオフした状態で、第５スイッチ２３をオンすることにより、フライングキャパシタ１４の双方の電極間電圧が、第３抵抗２１と第４抵抗２２とにより分圧され、マイコン１６に入力される（ステップＳ２０５）。マイコン１６は、入力された分圧電圧によりフライングキャパシタ１４の双方の電極間電圧を検出する。

その次に、再度、マイコン１６により補機バッテリー１７のプラス側電圧が検出され（ステップＳ２０６）、先に検出されたフライングキャパシタ１４の電圧と比較される（ステップＳ２０７）。フライングキャパシタ１４の電圧が補機バッテリー１７の電圧を越えている場合、フライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７への充電が依然可能と判定され、ステップＳ２０３へと戻り、補機バッテリー１７への充電が継続される。
一方、フライングキャパシタ１４の電圧が補機バッテリー１７の電圧以下である場合、ステップＳ２０１へと戻り、再び、主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４への充電が実行される。

本実施形態によれば、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオンさせることにより、主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４に対し充電を行い、その後、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオフするとともに、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオンすることにより、充電されたフライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７に対し充電を行う。

これにより、フライングキャパシタ１４および第１スイッチ１３〜第４スイッチ２０によって、主バッテリー１１と補機バッテリー１７との間を絶縁しながら、主バッテリー１１から補機バッテリー１７への充電を行うことができるとともに、トランスを用いることがないため、電源装置１におけるノイズや熱の発生を低減できる。

＜実施形態２＞
図３乃至図５に基づき、本発明の実施形態２による電源装置３について、実施形態１によるものとの相違点を中心に説明する。図３に示すように、本実施形態による電源装置３は、実施形態１による電源装置１と同様に、主バッテリー１１のプラス側には第１抵抗１２および第１スイッチ１３を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極が接続されている。また、フライングキャパシタ１４の他方の電極は、第２スイッチ１５を介して主バッテリー１１のマイナス側に接続されている。

第１スイッチ１３および第２スイッチ１５のスイッチ部の一側端子は、それぞれ主バッテリー１１のプラス側およびマイナス側に接続され、他側端子はフライングキャパシタ１４のそれぞれの電極に接続されている。また、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５の駆動部は、マイコン１６に接続されている。

一方、補機バッテリー１７のプラス側は、チョッパ回路３０および第３スイッチ１９を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極に接続されている。また、補機バッテリー１７のマイナス側は、チョッパ回路３０および第４スイッチ２０を介して、フライングキャパシタ１４の他方の電極に接続されている。

また、補機バッテリー１７のプラス側はマイコン１６と接続されており、補機バッテリー１７のプラス側の電圧がマイコン１６に入力可能とされている。第３スイッチ１９および第４スイッチ２０のスイッチ部の一側端子は、それぞれチョッパ回路３０に接続され、他側端子はフライングキャパシタ１４のそれぞれの電極に接続されている。また、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０の駆動部は、マイコン１６に接続されている。

また、フライングキャパシタ１４には、第３抵抗２１および第４抵抗２２が並列に接続されており、第３抵抗２１と第４抵抗２２との間の電圧がマイコン１６に入力可能とされている。また、フライングキャパシタ１４の一方の電極と第３抵抗２１との間には、第５スイッチ２３が設けられている。第５スイッチ２３のスイッチ部の一側端子はフライングキャパシタ１４の一方の電極に接続され、他側端子は第３抵抗２１に接続されている。また、第５スイッチ２３の駆動部はマイコン１６に接続されている。

チョッパ回路３０は一般的な降圧チョッパ回路であり、後述するように、第３スイッチ１９を断続作動させる場合に発生する電圧を、整流、平滑するためのものである。チョッパ回路３０は、カソードが第３スイッチ１９に接続され、アノードが第４スイッチ２０に接続されたダイオード３１と、補機バッテリー１７に対して並列に接続された平滑コンデンサ３２と、ダイオード３１のカソードと平滑コンデンサ３２の一方の電極との間に設けられたチョークコイル３３とにより構成されている。

次に、図４および図５に基づき、電源装置３において、マイコン１６により制御される主バッテリー１１から補機バッテリー１７への充電方法を説明する。尚、図４および図５において、主バッテリー１１をＶi、補機バッテリー１７をＶo、フライングキャパシタ１４をＣ、第１スイッチ１３〜第４スイッチ２０をそれぞれＳ１〜Ｓ４と表している。

主バッテリー１１の過充電等により、主バッテリー１１から補機バッテリー１７への充電が必要な場合、最初に、実施形態１の場合と同様に、第３スイッチ１９および第４スイッチ２０をオフした状態で、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオンして、所定時間だけ主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４への充電を行う（ステップＳ４０１：図５においてＰＨ１にて示す）。このとき、フライングキャパシタ１４の電極間電圧は主バッテリー１１の電圧とほぼ等電圧となる。

次に、第１スイッチ１３〜第４スイッチ２０をオフした状態で、第５スイッチ２３をオンすることにより、フライングキャパシタ１４の電極間電圧を検出する（ステップＳ４０２）。
次に、マイコン１６により補機バッテリー１７のプラス側電圧が検出される（ステップＳ４０３）。検出された補機バッテリー１７の電圧が目標電圧以上の場合、補機バッテリー１７への充電の必要がないと判定され、制御ルーチンは終了する（ステップＳ４０４）。

一方、補機バッテリー１７の電圧が目標電圧未満である場合、式：Ｆｒ＝（Ｖot−Ｖop／Ｖfｃ）により、デューティＦｒを算出する（ステップＳ４０５）。尚、上式において、Ｖotは補機バッテリー１７の目標電圧、Ｖopは補機バッテリー１７の検出電圧、Ｖfｃはフライングキャパシタ１４の検出電圧を表している。

次に、第１スイッチ１３および第２スイッチ１５をオフし、第４スイッチ２０をオンした状態で、第３スイッチ１９を算出されたデューティＦrに従い断続的に作動させ、チョッパ回路３０を介して、フライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７への充電を実行する（ステップＳ４０６：図５においてＰＨ２にて示す）。このように補機バッテリー１７への充電の際にＰＷＭ制御を行うことにより、補機バッテリー１７への充電量およびフライングキャパシタ１４の電圧に応じて、補機バッテリー１７への充電電圧を調整できるため、充電時において、フライングキャパシタ１４の電極間電圧と補機バッテリー１７の電圧との間の差による支障は生じない。

次に、第１スイッチ１３〜第４スイッチ２０をオフした状態で、第５スイッチ２３をオンすることにより、フライングキャパシタ１４の電圧がマイコン１６に入力される（ステップＳ４０７）。
その次に、再度、マイコン１６により補機バッテリー１７のプラス側電圧が検出され（ステップＳ４０８）、先に検出されたフライングキャパシタ１４の電圧と比較される（ステップＳ４０９）。フライングキャパシタ１４の電圧が補機バッテリー１７の電圧を越えている場合、フライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７への充電が依然可能と判定され、ステップＳ４０４へと戻り、その都度算出されるデューティＦｒに基づき、補機バッテリー１７への充電が継続される。

一方、フライングキャパシタ１４の電圧が補機バッテリー１７の電圧以下である場合、ステップＳ４０１へと戻り、再び、主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４への充電が実行される。

本実施形態によれば、実施形態１による場合に比べ、フライングキャパシタ１４から補機バッテリー１７への充電を行う場合に、第２抵抗１８による電力の消費がないため、充電効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、主バッテリー１１からフライングキャパシタ１４に対し充電を行った後、フライングキャパシタ１４の電極間電圧を検出し、検出したフライングキャパシタ１４の電極間電圧に基づいて、算出されたデューティＦｒに従い第３スイッチ１９を作動させて補機バッテリー１７に対し充電を行う。
これにより、検出したフライングキャパシタ１４の電極間電圧を、主バッテリー１１の電圧として補機バッテリー１７に対し充電を行うことができるため、主バッテリー１１の電圧を検出するために、特別の電圧センサ等を必要とせずに、低コストの電源装置３にすることができる。

＜実施形態３＞
図６に基づき、本発明の実施形態３による電源装置４について、実施形態１によるものとの相違点を中心に説明する。本実施形態による電源装置４は実施形態１による電源装置１に対して、主バッテリー１１からマイコン１６への電力供給を行うようにし、それにともない、高圧側と低圧側との間の絶縁を行うための変更を施したものである。

図６に示すように、本実施形態による電源装置４は、主バッテリー１１のプラス側には第１抵抗１２および第１トランジスタ４１を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極が接続されている。また、フライングキャパシタ１４の他方の電極は、第２トランジスタ４２を介して主バッテリー１１のマイナス側に接続されている。

第１トランジスタ４１および第２トランジスタ４２は、包括して本発明の充電スイッチに該当し、これに限定されるものではないが、それぞれＦＥＴ（Field Effect Transistor：電解効果トランジスタ）により形成されている。第１トランジスタ４１のドレインは、主バッテリー１１のプラス側に接続され、ソースはフライングキャパシタ１４の一方の電極に接続されている。また、第２トランジスタ４２のドレインは、フライングキャパシタ１４の他方の電極に接続され、ソースは主バッテリー１１のマイナス側に接続されている。また、第１トランジスタ４１および第２トランジスタ４２のゲートは、マイコン１６に接続されている。

第１トランジスタ４１および第２トランジスタ４２は、常時は主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間を遮断しており、マイコン１６からゲート電圧が供給されることによりオンして、主バッテリー１１とフライングキャパシタ１４との間を導通させる。尚、第１トランジスタ４１および第２トランジスタ４２にバイポーラトランジスタを使用してもよいし、トランジスタの代わりにリレー等のスイッチング素子を使用しても構わない。

一方、補機バッテリー１７のプラス側には、実施形態１の場合と同様に、第２抵抗１８および第３スイッチ１９を介して、フライングキャパシタ１４の一方の電極が接続されている。また、補機バッテリー１７のマイナス側は、第４スイッチ２０を介してフライングキャパシタ１４の他方の電極に接続されている。
第３スイッチ１９および第４スイッチ２０は、常時は補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間を遮断しており、マイコン１６から信号が供給されることによりオンして、補機バッテリー１７とフライングキャパシタ１４との間を導通させる。

また、フライングキャパシタ１４には、第３抵抗２１および第４抵抗２２が並列に接続されており、第３抵抗２１と第４抵抗２２との間の電圧がマイコン１６に入力可能とされている。また、フライングキャパシタ１４の一方の電極と第３抵抗２１との間には、第３トランジスタ４３が設けられている。第３トランジスタ４３のドレインはフライングキャパシタ１４の一方の電極に接続され、ソースは第３抵抗２１に接続されている。また、第３トランジスタ４３のゲートはマイコン１６に接続されている。

さらに、補機バッテリー１７のプラス側には、コンパレータ４４の正相入力端子４４ａが接続されている。コンパレータ４４の逆相入力端子４４ｂには発振回路４５が接続されており、発振回路４５からコンパレータ４４の逆相入力端子４４ｂに対して、所定の三角波（キャリア）が入力されている。コンパレータ４４は、正相入力端子４４ａに入力された補機バッテリー１７の電圧が、逆相入力端子４４ｂに入力されたキャリアの波形よりも大きい間だけ、出力端子４４ｃにオン信号を発生する。したがって、コンパレータ４４の出力端子４４ｃからのオン信号のデューティにより、補機バッテリー１７の電圧が検出される。

コンパレータ４４の出力端子４４ｃには、フォトモスリレー４６が接続されている。フォトモスリレー４６もフォトカプラであり、ＬＥＤ４７およびフォトトランジスタ４８とにより形成されている。ＬＥＤ４７のアノードはコンパレータ４４の出力端子４４ｃに接続されており、カソードは接地されている。また、フォトトランジスタ４８のコレクタ端子およびエミッタ端子はマイコン１６に接続されている。

これにより、コンパレータ４４の出力端子４４ｃからのオン信号により、ＬＥＤ４７がフォトトランジスタ４８に対して発光すると、フォトトランジスタ４８がオンするため、マイコン１６は、コンパレータ４４のオン信号のデューティから、補機バッテリー１７の電圧を検出することができる。フォトモスリレー４６は、ＬＥＤ４７とフォトトランジスタ４８との間が、非接触となるように形成されていることにより絶縁されている。

マイコン１６は、スイッチングレギュレータ４９および平滑フィルタ５０を介して、主バッテリー１１に接続されており、マイコン１６には主バッテリー１１から電力が供給される。スイッチングレギュレータ４９は、主バッテリー１１の供給電圧を降圧している。また、平滑フィルタ５０は、スイッチングレギュレータ４９の断続した出力電圧を平滑化するためのものである。

本実施形態による電源装置４において、主バッテリー１１から補機バッテリー１７へ充電する方法は、実施形態１による電源装置１の場合と同様であるため、説明は省略する。
図６から分かるように、電源装置４中における高圧側領域（図６において太線にて囲んで示す）は、非接触の第３スイッチ１９、第４スイッチ２０、フォトモスリレー４６により、低圧側領域に対して絶縁されている。
本実施形態によれば、マイコン１６は主バッテリー１１により電力が供給されている。これにより、補機バッテリー１７の充電量が少なくなっても、マイコン１６の正常な作動を維持することが可能となっている。

＜実施形態４＞
図７および図８に基づき、本発明の実施形態４による電源装置６について、実施形態１によるものとの相違点を中心に説明する。図７に示すように、電源装置６の主バッテリー６１（本発明の高圧用直流電源に該当する）は、それぞれ起電力を有する４つの電池ブロック６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ（本発明のブロックに該当する）が直列に接続されて形成されている。電池ブロック６１ａ〜６１ｄは、互いに同一の電圧（起電力）を有している。各電池ブロック６１ａ〜６１ｄは、複数のセルにより形成されている。

実施形態１の場合と同様に、第１電池ブロック６１ａのプラス側には、第１スイッチ６２および入力側抵抗６３を介して、フライングキャパシタ６４（本発明の容量素子に該当する）の一方の電極が接続されている。一方、第１電池ブロック６１ａのマイナス側には、第１ブロックスイッチ６５を介して、フライングキャパシタ６４の他方の電極が接続されている。

第１スイッチ６２のスイッチ部の一側端子は第１電池ブロック６１ａのプラス側に接続され、他側端子は入力側抵抗６３に接続されている。また、第１ブロックスイッチ６５のスイッチ部の一側端子はフライングキャパシタ６４の他方の電極に接続され、他側端子は第１電池ブロック６１ａのマイナス側に接続されている。

また、第２電池ブロック６１ｂのプラス側には、第２ブロックスイッチ６６および入力側抵抗６３を介して、フライングキャパシタ６４の一方の電極が接続されている。第２電池ブロック６１ｂのマイナス側には、第３ブロックスイッチ６７を介して、フライングキャパシタ６４の他方の電極が接続されている。第２ブロックスイッチ６６および第３ブロックスイッチ６７のスイッチ部の端子の接続方法は、第1スイッチ６２および第１ブロックスイッチ６５の場合と同様であるため説明は省略する。

同様に、第３電池ブロック６１ｃのプラス側には、第４ブロックスイッチ６８および入力側抵抗６３を介して、フライングキャパシタ６４の一方の電極が接続されている。第３電池ブロック６１ｃのマイナス側には、第５ブロックスイッチ６９を介して、フライングキャパシタ６４の他方の電極が接続されている。第４ブロックスイッチ６８および第５ブロックスイッチ６９のスイッチ部の端子の接続方法は、第1スイッチ６２および第１ブロックスイッチ６５の場合と同様であるため説明は省略する。

さらに、第４電池ブロック６１ｄのプラス側には、第６ブロックスイッチ７０および入力側抵抗６３を介して、フライングキャパシタ６４の一方の電極が接続されている。第４電池ブロック６１ｄのマイナス側には、第２スイッチ７１を介して、フライングキャパシタ６４の他方の電極が接続されている。第６ブロックスイッチ７０および第２スイッチ７１のスイッチ部の端子の接続方法は、第1スイッチ６２および第１ブロックスイッチ６５の場合と同様であるため説明は省略する。

上述した第１スイッチ６２、第１ブロックスイッチ６５〜第６ブロックスイッチ７０、第２スイッチ７１は、いずれもフォトカップリングであるフォトモスリレーであり、これらの駆動部はマイコン７２に接続されており、それぞれスイッチ部と駆動部との間が互いに非接触であり絶縁されている。第１スイッチ６２、第１ブロックスイッチ６５〜第６ブロックスイッチ７０、第２スイッチ７１は、常時は主バッテリー６１とフライングキャパシタ６４との間を遮断しており、それぞれマイコン７２から信号が供給されることによりオンして、主バッテリー６１とフライングキャパシタ６４との間を導通させる。
尚、上述４た第１スイッチ６２および第２スイッチ７１は、包括して本発明の充電スイッチに該当し、第１ブロックスイッチ６５〜第６ブロックスイッチ７０は、本発明の個別スイッチに該当する。

入力側抵抗６３は直流抵抗であり、第１スイッチ６２、第２ブロックスイッチ６６、第４ブロックスイッチ６８、第６ブロックスイッチ７０をオンさせたときの過渡電流を抑止し、また、フライングキャパシタ６４の電極間電圧が各電池ブロック６１ａ〜６１ｄの電圧よりも高い場合に、電流を流すことにより電圧調整を行うために設けられている。
また、フライングキャパシタ６４の一方の電極はマイコン７２と接続されており、常時、フライングキャパシタ６４の電極間電圧がマイコン７２に入力可能とされている。

一方、補機バッテリー７３（本発明の低圧用直流電源に該当する）は、主バッテリー６１よりも低圧の電源であり、車両の補機に対して電力を供給する。補機バッテリー７３は、主バッテリー６１の各電池ブロック６１ａ〜６１ｄのそれぞれと、ほぼ等しい電圧に設定されている。
補機バッテリー７３のプラス側には、出力側抵抗７５および第３スイッチ７４を介して、フライングキャパシタ６４の一方の電極が接続されている。また、補機バッテリー７３のマイナス側は、第４スイッチ７６を介してフライングキャパシタ１４の他方の電極に接続されている。さらに、補機バッテリー７３のプラス側にはマイコン７２が接続されており、補機バッテリー７３の電圧がマイコン７２に入力可能とされている（本発明の低電圧検出手段に該当する）。

出力側抵抗７５は、入力側抵抗６３と同様に直流抵抗であり、第３スイッチ７４および第４スイッチ７６をオンさせたときの過渡電流を抑止し、また、フライングキャパシタ６４の電極間電圧が補機バッテリー７３の電圧よりも高い場合に、電流を流すことにより電圧調整を行うために設けられている。

第３スイッチ７４および第４スイッチ７６は、いずれもフォトカップリングであるフォトモスリレーであり、これらの駆動部はマイコン７２に接続されており、それぞれスイッチ部と駆動部との間が互いに非接触であり絶縁されている。第３スイッチ７４および第４スイッチ７６は、包括して本発明の放電スイッチに該当している。
第３スイッチ７４および第４スイッチ７６は、常時は補機バッテリー７３とフライングキャパシタ６４との間を遮断しており、マイコン７２から信号が供給されることによりオンして、補機バッテリー７３とフライングキャパシタ６４との間を導通させる。

次に、図８に基づき、電源装置６において、マイコン７２により制御される主バッテリー６１から補機バッテリー７３への充電方法および主バッテリー６１の各電池ブロック６１ａ〜６１ｄの充電量を平均化する方法を説明する。尚、図８において、補機バッテリー７３をＶo、フライングキャパシタ６４をＣ、各電池ブロック６１ａ〜６１ｄを総称してＶkと表している。

最初に、マイコン７２中のメモリ内のＮを１とする（ステップＳ８０１）。次に、ステップＳ８０２においてメモリ内のＫも１とした後、マイコン７２により補機バッテリー７３のプラス側電圧が検出される（ステップＳ８０３）。
その後、第２ブロックスイッチ６６〜第６ブロックスイッチ７０および第２スイッチ７１〜第４スイッチ７６をオフした状態で、第１スイッチ６２および第１ブロックスイッチ６５をオンする。これにより、主バッテリー６１の第１電池ブロック６１ａとフライングキャパシタ６４との間を導通させ、所定時間だけ第１電池ブロック６１ａからフライングキャパシタ６４への充電を行う（ステップＳ８０４）。このとき、フライングキャパシタ６４の電極間電圧は第１電池ブロック６１ａの電圧とほぼ等電圧となる。

第１電池ブロック６１ａからフライングキャパシタ６４への充電を行った後、マイコン７２により、フライングキャパシタ６４の電極間電圧を検出する（ステップＳ８０５）。次に、検出された補機バッテリー７３の電圧と、マイコン７２のメモリ内に予め記憶されている補機バッテリー７３の目標電圧とが比較される（ステップＳ８０６）。

補機バッテリー７３の電圧が目標電圧未満であると判定された場合、フライングキャパシタ６４の電極間電圧が補機バッテリー７３の電圧と比較される（ステップＳ８０７）。フライングキャパシタ６４の電極間電圧が、補機バッテリー７３の電圧よりも高く、フライングキャパシタ６４から補機バッテリー７３への充電が可能と判定された場合、第１スイッチ６２、第２スイッチ７１および第１ブロックスイッチ６５〜第６ブロックスイッチ７０をオフした状態で、第３スイッチ７４および第４スイッチ７６をオンする。これにより、フライングキャパシタ６４と補機バッテリー７３との間を導通させ、フライングキャパシタ６４から補機バッテリー７３への充電が行われる（ステップＳ８０８）。

フライングキャパシタ６４から補機バッテリー７３への充電が行われると、ステップＳ８０９へと進む。また、補機バッテリー７３の電圧が目標電圧以上であると判定された場合、あるいは、フライングキャパシタ６４の電極間電圧が、補機バッテリー７３の電圧以下であると判定された場合、補機バッテリー７３への充電が行われずにステップＳ８０９へと進む。

ステップＳ８０９において、メモリ内のＫが１だけインクリメントされた後、Ｋが４を超えたか否かが判定される（ステップＳ８１０）。Ｋが２となった場合、ステップＳ８０３へと戻り、補機バッテリー７３のプラス側電圧が検出された後、主バッテリー６１の第２電池ブロック６１ｂとフライングキャパシタ６４との間を導通させ、所定時間だけ第２電池ブロック６１ｂからフライングキャパシタ６４への充電を行う（ステップＳ８０４）。

第２電池ブロック６１ｂとフライングキャパシタ６４との間を導通させた時、接続された第２電池ブロック６１ｂの電圧が、先回接続された第１電池ブロック６１ａにより充電されているフライングキャパシタ６４の電圧よりも高い場合、新たに接続された第２電池ブロック６１ｂからフライングキャパシタ６４に対し充電される。

また、接続された第２電池ブロック６１ｂの電圧が、先回接続された第１電池ブロック６１ａにより充電されているフライングキャパシタ６４の電圧よりも低い場合、フライングキャパシタ６４から新たに接続された第２電池ブロック６１ｂに対して逆に充電される。このように、本実施形態においては、各電池ブロック６１ａ〜６１ｄを一つずつフライングキャパシタ６４へ接続して、各電池ブロック６１ａ〜６１ｄとフライングキャパシタ６４との間で電気量の授受を行う。

その後、フライングキャパシタ６４の電極間電圧を検出し（ステップＳ８０５）、補機バッテリー７３の電圧が目標電圧未満であると判定され（ステップＳ８０６）、フライングキャパシタ６４の電極間電圧が、補機バッテリー７３の電圧よりも高いと判定された場合（ステップＳ８０７）、フライングキャパシタ６４から補機バッテリー７３への充電が行われる（ステップＳ８０８）。
以下、第３電池ブロック６１ｃおよび第４電池ブロック６１ｄについても、上述した場合と同様に、順にフライングキャパシタ６４への充電、およびフライングキャパシタ６４から補機バッテリー７３への充電が順に実行される。

ステップＳ８１０において、Ｋが４を超えたと判定された場合、ＮがＭを超えたか否かが判定され（ステップＳ８１１）、ＮがＭ以下である場合、再び、Ｋを１とし（ステップＳ８０２）、第１電池ブロック６１ａから準に上述した充電方法が繰り返される。また、ステップＳ８１１においてＮがＭを超えたと判定された場合、各電池ブロック６１ａ〜６１ｄとフライングキャパシタ６４との間の電気量の授受が十分行われたと判断され、制御フローは終了する。

本実施形態によれば、主バッテリー６１を形成するために直列に接続された電池ブロック６１ａ〜６１ｄを、一つずつ順にフライングキャパシタ６４へ接続して充電を行っている。このため、電池ブロック６１ａ〜６１ｄのうちの一つを、フライングキャパシタ６４へ接続した時、接続された電池ブロック６１ａ〜６１ｄの電圧が、先回接続された他の電池ブロック６１ａ〜６１ｄにより充電されているフライングキャパシタ６４の電圧よりも高い場合、新たに接続された電池ブロック６１ａ〜６１ｄからフライングキャパシタ６４に対し充電される。

また、接続された電池ブロック６１ａ〜６１ｄの電圧が、先回接続された他の電池ブロック６１ａ〜６１ｄにより充電されているフライングキャパシタ６４の電圧よりも低い場合、フライングキャパシタ６４から新たに接続された電池ブロック６１ａ〜６１ｄに対して逆に充電される。

このようにして、電池ブロック６１ａ〜６１ｄを一つずつ順にフライングキャパシタ６４へ接続して、各電池ブロック６１ａ〜６１ｄとフライングキャパシタ６４との間で電気量の授受を行うため、主バッテリー６１の各電池ブロック６１ａ〜６１ｄ間の充電量の平均化を行うことができ、過充電の電池ブロック６１ａ〜６１ｄおよび過放電の電池ブロック６１ａ〜６１ｄをなくし、その劣化を防ぐことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
充電スイッチとして、主バッテリーのプラス側とフライングキャパシタの一方の電極との間に設けられた第１スイッチと、主バッテリーのマイナス側とフライングキャパシタの他方の電極との間に設けられた第２スイッチのうち、少なくともいずれかを備えておればよい。

また、放電スイッチとして、補機バッテリーのプラス側とフライングキャパシタの一方の電極との間に設けられた第３スイッチと、補機バッテリーのマイナス側とフライングキャパシタの他方の電極との間に設けられた第４スイッチのうち、少なくともいずれかを備えておればよい。

実施形態４による電源装置において、さらに、各電池ブロックを形成する複数のセル同士の充電量を平均化するように、各セルとフライングキャパシタとを順に接続して、フライングキャパシタ６４を充電するようにしてもよい。
実施形態１、２、４による電源装置において、マイコンに対して主バッテリーにより電力が供給されるようにしてもよい。
本発明による電源装置は、鉄道車両、電気自動車といった、ハイブリッド車以外のシステムにも適用することができる。

本発明の実施形態１による電源装置の全体回路図 図１に示した電源装置における、主バッテリーから補機バッテリーへの充電方法を表すフローチャート 実施形態２による電源装置の全体回路図 図３に示した電源装置における、主バッテリーから補機バッテリーへの充電方法を表すフローチャート 図３に示した電源装置における、各スイッチ信号および各電圧値を表すタイムチャート 実施形態３による電源装置の全体回路図 実施形態４による電源装置の全体回路図 図７に示した電源装置における、主バッテリーから補機バッテリーへの充電方法を表すフローチャート

符号の説明

図面中、１，３，４，６は電源装置、１１，６１は主バッテリー（高圧用直流電源）、１３，１５，６２，７１はスイッチ（充電スイッチ）、１４，６４はフライングキャパシタ（容量素子）、１６，７２はマイコン（制御手段）、１７，７３は補機バッテリー（低圧用直流電源）、１９，２０，７４，７６はスイッチ（放電スイッチ）、４１，４２はトランジスタ（充電スイッチ）、６１ａ〜６１ｄは電池ブロック（ブロック）、６５〜７０はブロックスイッチ（個別スイッチ）を示している。

Claims (4)

1. 高圧用直流電源と、
   一方の電極が、前記高圧用直流電源のプラス側と接続され、他方の電極が前記高圧用直流電源のマイナス側と接続された容量素子と、
   プラス側が前記容量素子の前記一方の電極と接続され、マイナス側が前記容量素子の前記他方の電極と接続された低圧用直流電源と、
   前記高圧用直流電源の前記プラス側と前記容量素子の前記一方の電極との間、または前記高圧用直流電源の前記マイナス側と前記容量素子の前記他方の電極との間のうちの少なくともいずれかに設けられた充電スイッチと、
   前記低圧用直流電源の前記プラス側と前記容量素子の前記一方の電極との間、または前記低圧用直流電源の前記マイナス側と前記容量素子の前記他方の電極との間のうちの少なくともいずれかに設けられた放電スイッチと、
   前記充電スイッチおよび前記放電スイッチの作動を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記充電スイッチを閉じることにより、前記高圧用直流電源から前記容量素子に対し充電を行い、その後、前記充電スイッチを開放するとともに、前記放電スイッチを閉じることにより、充電された前記容量素子から前記低圧用直流電源に対し充電を行うことを特徴とする電源装置。
2. 前記制御手段は、
   前記高圧用直流電源から前記容量素子に対し充電を行った後、前記容量素子の電極間電圧を検出し、検出した前記容量素子の電極間電圧に基づいて、放電スイッチを作動させて前記低圧用直流電源に対し充電を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記高圧用直流電源は、
   各々が起電力を有する複数のブロックが、互いに直列に接続されて形成されており、
   前記高圧用直流電源の前記プラス側と前記容量素子の前記一方の電極との間、および前記高圧用直流電源の前記マイナス側と前記容量素子の前記他方の電極との間を除いて、前記高圧用直流電源の各々の前記ブロックのプラス側と前記容量素子の前記一方の電極との間および前記ブロックのマイナス側と前記容量素子の前記他方の電極との間には個別スイッチが設けられており、
   前記制御手段は、
   前記充電スイッチまたは前記個別スイッチを閉じて、前記ブロックを一つずつ順に前記容量素子へ接続して、前記各ブロックと前記容量素子との間で電気量の授受を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記制御手段は、
   前記高圧用直流電源により電力が供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源装置。

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