JP6572823B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電源システム、特に、バッテリの充電率の推定を行う電源システムの構成に関する。

近年、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車両や、モータによって駆動される電気自動車等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両には駆動用モータに駆動用電力を供給するメインバッテリや、各種の補機に駆動用電力を供給する補機バッテリが搭載されている。メインバッテリ、補機バッテリは、充放電可能な二次電池であり、その充電率（満充電容量（Ａ×ｈ）に対する充電容量（Ａ×ｈ）の割合、以下、ＳＯＣという）によって充放電電流の制御が行われる。このため、二次電池を用いた電源システムでは、二次電池のＳＯＣを正確に把握することが要求される。

二次電池のＳＯＣを推定する方法としては、二次電池への充放電電流を積算演算する方法や、二次電池の開放電圧（以下、ＯＣＶという）を検出し、ＳＯＣに対するＯＣＶの特性カーブからＳＯＣを推定する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

二次電池は放電電流を繰り返すと温度が上昇し、これにより二次電池の充放電電流を検出する電流センサの温度が上昇する場合がある。電流センサは温度が上昇すると出力が変化する温度ドリフトが発生することが知られている。温度ドリフトが発生すると、充放電電流の測定誤差が大きくなるためＳＯＣの推定精度が低くなってしまうという問題がある。このため、電流センサの温度が所定温度以上上昇したら、一旦二次電池の充放電を停止して充放電電流をゼロとし、その際の電流センサの出力を電流がゼロの場合の出力に補正し、その後充放電を再開する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１７８２１５号公報 特開２０１５−２００５９０号公報

ところで、二次電池としては、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等が多く用いられている。これらの二次電池は、ＳＯＣが上昇するにつれてＯＣＶも上昇する特性を持っている。このため、電池のＯＣＶが検出できれば、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性カーブによりＳＯＣを推定することができる。ところが、近年、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域と、ＳＯＣの変化に対してＯＣＶが変化する第２領域とを持つ二次電池が用いられる場合がある。このような二次電池では、ＯＣＶが第１領域にある場合にはＯＣＶによりＳＯＣを推定できないか、推定できたとしてもその推定精度が低くなってしまうという問題がある。

上記のような二次電池の第１領域においてＳＯＣを推定する場合には、特許文献２に記載された従来技術のように、電流センサのゼロ点補正を行いながら二次電池への充放電電流を積算演算する方法を用いることが考えられる。しかし、この場合、電流センサの温度ドリフトは補正できても、それ以外の電流センサの誤差が積算演算の際に積算されるため、長時間にわたって二次電池の充放電を行う場合には、ＳＯＣの推定誤差が大きくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域とＳＯＣの変化に対してＯＣＶが変化する第２領域とを持つ二次電池を含む電源システムにおいて、二次電池のＳＯＣを精度よく推定することを目的とする。

本発明の電源システムは、メインバッテリと、スイッチング素子を含み、前記メインバッテリの電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、前記メインバッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、前記補機バッテリの電圧を検出する電圧センサと、前記補機バッテリの充放電電流を検出する電流センサと、前記電圧変換器の冷却媒体の温度を検出する温度センサと、前記充電回路と前記放電回路の動作を調整すると共に、前記電流センサによって検出した前記補機バッテリの充放電電流を積算して前記補機バッテリの充電率を推定するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記温度センサによって検出した前記冷却媒体の温度に基づいて前記電圧変換器の前記スイッチング素子の温度を推定し、推定した前記スイッチング素子の温度が所定の閾値以下の場合には、前記放電回路と前記充電回路とを停止し、前記補機バッテリの充放電電流をゼロとして前記電圧センサによって前記補機バッテリの開放電圧を検出し、検出した前記開放電圧が前記補機バッテリの充電率に対する前記開放電圧の変化割合が所定の閾値よりも大きくなる領域にある場合には、充放電電流を積算して推定した前記補機バッテリの充電率を前記開放電圧に基づいて推定した充電率に置換すること、を特徴とする。

本発明は、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域とＳＯＣの変化に対してＯＣＶが変化する第２領域とを持つ二次電池を含む電源システムにおいて、二次電池のＳＯＣを精度よく推定するができる。

参考例における電源システムの構成を示す系統図である。 図１に示す電源システムに用いられるバッテリのＳＯＣに対するＯＣＶの変化を示す特性カーブである。 図１に示す電源システムに用いられるバッテリの温度に対する分極解消時間を示すグラフである。 図１に示す電源システムのＳＯＣ推定値置換動作と電流センサのゼロ点補正動作を示すフローチャートである。 他の参考例における電源システムの構成を示す系統図である。 図５に示す電源システムの補機バッテリのＳＯＣに対する電圧Ｖｂの変化とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃの変化を示すグラフである。 図５に示す電源システムの放電動作を示すフローチャートである。 図５に示す電源システムの車両起動時における補機負荷への電流の流れを示す説明図である。 図５に示す電源システムの通常走行時における補機負荷への電流の流れを示す説明図である。 図５に示す電源システムにおいて、通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合におけるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｄｃと補機バッテリの電圧Ｖｂの変化を示すグラフである。 図５に示す電源システムにおいて、通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合における補機バッテリの電流ＩｂとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流Ｉｄｃと補機負荷の要求電流Ｉｒｅｑの時間変化を示すグラフである。 図５に示す電源システムにおいて、通常走行中に補機負荷へのラッシュ電流が発生した場合の電流の流れを示す説明図である。 図５に示す電源システムの充電動作を示すフローチャートである。 図５に示す電源システムにおいて、通常走行中に補機バッテリを充電する際の電流の流れを示す説明図である。 図５に示す電源システムのＳＯＣ推定値置換動作と電流センサのゼロ点補正動作を示すフローチャートである。 実施形態の電源システムの構成を示す系統図である。 図１５に示す電源システムのＳＯＣ推定値置換動作と電流センサのゼロ点補正動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、参考例について説明する。図１に示すように、本参考例の電源システム９は、二次電池であるバッテリ１と、バッテリ１と接続線２で接続される負荷４と、接続線２に配置されたリレー３と、コントローラ８とを含んでいる。負荷４は、バッテリ１からの電力によって駆動される機器と、バッテリ１を充電する電力を発生する発電要素を含むものである。バッテリ１には、バッテリ１の電圧Ｖｂを検出する電圧センサ５が接続され、接続線２には、バッテリ１の電流Ｉｂを検出する電流センサ７が接続されている。また、バッテリ１には、バッテリ１の温度Ｔｂを検出する温度センサ６が取り付けられている。

コントローラ８は、内部に演算処理を行うＣＰＵ８１と、プログラムや特性カーブ等の制御データを格納するメモリ８２と、電圧センサ５、温度センサ６、電流センサ７、リレー３が接続されるセンサ・機器インターフェース８３とを含み、ＣＰＵ８１と、メモリ８２と、センサ・機器インターフェース８３とがデータバス８４で接続されているコンピュータである。電圧センサ５、温度センサ６、電流センサ７の検出した信号は、センサ・機器インターフェース８３からコントローラ８に入力され、リレー３は、コントローラ８の指令によって開閉する。

図２は、図１に示すバッテリ１のＳＯＣに対するＯＣＶの特性曲線である。この特性曲線は、コントローラ８のメモリ８２の中にマップとして格納されている。バッテリ１は、ＳＯＣが０％（完全放電状態）からＳＯＣ１００％（満充電状態）まで上昇すると、ＯＣＶは、ＯＣＶ０からＯＣＶ１００まで上昇する。

図２に示すように、ＳＯＣが０％からＳＯＣ１までの間（例えば、０％〜１０％の間）は、ＯＣＶはＯＣＶ０からＯＣＶ１まで変化する。ここで、ＯＣＶ０とＯＣＶ１との電圧差は、満充電時のＯＣＶであるＯＣＶ１００の３０〜４０％程度である。したがって、ＯＣＶがＯＣＶ０からＯＣＶ１の間(ＳＯＣが０％からＳＯＣ１の間)は、ＳＯＣが変化するとＯＣＶも変化する第２領域である。

次に、ＳＯＣが、ＳＯＣ１からＳＯＣ２までの間（例えば、１０％〜９０％の間）は、ＯＣＶはＯＣＶ１からＯＣＶ２まで変化する。ここで、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差は、満充電時のＯＣＶであるＯＣＶ１００の２〜３％程度である。したがって、ＯＣＶがＯＣＶ１とＯＣＶ２との間（ＳＯＣがＳＯＣ１とＳＯＣ２との間）は、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域である。

そして、ＳＯＣがＳＯＣ２から１００％までの間（例えば、９０％〜１００％の間）は、ＯＣＶはＯＣＶ２からＯＣＶ１００まで変化する。ここで、ＯＣＶ２とＯＣＶ１００との電圧差は、満充電時のＯＣＶであるＯＣＶ１００の１０〜２０％程度である。したがって、ＯＣＶがＯＣＶ２からＯＣＶ１００までの間（ＳＯＣがＳＯＣ２から１００％までの間）は、ＳＯＣが変化するとＯＣＶも変化する第２領域である。

以上、説明したように、バッテリ１は、ＯＣＶがＯＣＶ０からＯＣＶ１の間(ＳＯＣが０％からＳＯＣ１の間)と、ＯＣＶがＯＣＶ２からＯＣＶ１００までの間（ＳＯＣがＳＯＣ２から１００％までの間）は、ＳＯＣが変化するとＯＣＶも変化する第２領域であり、その中間のＯＣＶがＯＣＶ１とＯＣＶ２との間（ＳＯＣがＳＯＣ１とＳＯＣ２との間）は、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域となっている。このように、バッテリ１は中央の第１領域と両端の第２領域を持っている。

ここで、第１領域と第２領域との区分は、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能かどうかで区分され、具体的には、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合で決定される。例えば、ＳＯＣが１０％変化した場合のＯＣＶの変化が１％未満、つまり、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が１／１０未満の場合にその領域を第１領域と規定し、ＳＯＣが１０％変化した場合のＯＣＶの変化が１％以上の場合、つまり、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が１／１０以上の場合にその領域を第２領域と規定しても良い。第１領域と第２領域の区分を決めるＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合の閾値は、１／１０に限らず、バッテリ１のＳＯＣ−ＯＣＶ特性カーブに応じて、例えば、１／２０〜１／５０であってもよいし、逆に２／１０〜５／１０としてもよい。

充放電中、バッテリ１には分極による分極電圧が発生している。このため、バッテリ１の充放電電流がゼロとなった直後は、電圧センサ５の検出する電圧は、ＯＣＶではなく、ＯＣＶに分極電圧を含んだ電圧となっている。分極は時間の経過とともに解消される。分極の解消時間は、バッテリ１の温度Ｔｂが低い程長く、バッテリ１の温度Ｔｂが高くなるにしたがって短くなってくる。本参考例の電源システム９は、コントローラ８のメモリ８２に図３に示すようなバッテリ１の温度Ｔｂに対する分極解消時間を規定したマップを格納している。

コントローラ８は、バッテリ１の使用が開始された直後から、電流センサ７によってバッテリ１の充放電電流を検出し、その電流Ｉｂを積算して、バッテリ１のＳＯＣの推定を行っている。バッテリ１の使用が開始された直後とは、例えば、バッテリ１が搭載された電動車両が完成後、最初にイグニッションスイッチがオンとなった時等をいう。

次に、図４を参照しながら、以上のように構成された電源システム９におけるＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ７のゼロ点補正動作について説明する。

図４のステップＳ１１に示すように、コントローラ８は、図１に示すリレー３をオフにする指令を出力する。この指令によってリレー３がオフとなり、バッテリ１と負荷４との接続が遮断される。これにより、バッテリ１の充放電電流は、ゼロとなる。

次に、コントローラ８は、図４のステップＳ１２に示すように、温度センサ６でバッテリ１の温度Ｔｂを検出する。コントローラ８は、メモリ８２から先に図３を参照して説明したバッテリ１の温度Ｔｂに対する分極解消時間のマップからバッテリ１の分極解消時間を取得し、図４のステップＳ１３に示すように、取得した分極解消時間だけ待機する。そして、コントローラ８は、分極解消時間が経過したら図４のステップＳ１４に進み、電圧センサ５でバッテリ１の電圧Ｖｂを検出する。この場合、充放電電流がゼロとなってから分極解消時間が経過しているので、電圧センサ５で検出した電圧Ｖｂは、バッテリ１のＯＣＶとなっている。

バッテリ１のＯＣＶである電圧Ｖｂを検出したら、コントローラ８はステップＳ１５に進み、ＯＣＶである電圧Ｖｂが、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が所定の閾値よりも大きくなる第２領域にあるかどうかを判断する。バッテリ１の場合、先に説明したように、ＳＯＣの変化割合に対するＯＣＶの変化割合が１／１０以上となる領域が、ＳＯＣが変化するとＯＣＶも変化し、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能な第２領域である。図２に示すように、ＯＣＶがＯＣＶ０からＯＣＶ１の間(ＳＯＣが０％からＳＯＣ１の間)と、ＯＣＶがＯＣＶ２からＯＣＶ１００までの間（ＳＯＣがＳＯＣ２から１００％までの間）の２つの領域が第２領域である。また、ＯＣＶがＯＣＶ１からＯＣＶ２の間（ＳＯＣがＳＯＣ１からＳＯＣ２の間）はＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が１／１０未満で、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを推定することが困難な第１領域である。従って、バッテリ１のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ１未満、あるいは、バッテリ１のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ２を超える場合には、バッテリ１のＯＣＶは第２領域にあり、ＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ１≦Ｖｂ≦ＯＣＶ２の場合には、バッテリ１のＯＣＶは第１領域にあることになる。

そこで、コントローラ８は、バッテリ１のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ２を超えているか、あるいは、ＯＣＶ１未満の場合にバッテリ１のＯＣＶは第２領域にあり、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能と判断し、図４のステップＳ１６に進む。

コントローラ８は、図４のステップＳ１６に示すように、ステップＳ１４で検出したバッテリ１のＯＣＶである電圧Ｖｂと、メモリ８２に格納した図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶの特性マップを用いて、バッテリ１のＳＯＣを推定する。例えば、バッテリ１の電圧Ｖｂが図２に示すＯＣＶ３の場合、バッテリ１のＳＯＣはマップからＳＯＣ３と推定する。そして、それまで電流積算に基づいて推定していたＳＯＣの推定値をより精度の高いＯＣＶによるＳＯＣの推定値に置き換える。これにより、それまで電流積算により推定したＳＯＣの推定誤差を解消できる。そして、それ以降は、置き換えたＳＯＣの推定値を基準にして電流積算によるＳＯＣの推定を行っていく。コントローラ８は、ＳＯＣの推定値の置き換えが終了したら、図４のステップＳ１７に進む。

一方、コントローラ８は、図４のステップＳ１５でＮＯと判断した場合、バッテリ１のＯＣＶは第１領域にあり、ＯＣＶからＳＯＣを推定することが困難と判断してステップＳ１８に進み、ＯＣＶによるＳＯＣの推定を行わず、それまでの電流積算により推定したＳＯＣの値を維持してステップＳ１７に進む。

コントローラ８は、ステップＳ１７において電流センサ７のゼロ点補正を行う。この時点では、リレー３がオフでバッテリ１の充放電電流はゼロであるから、この状態の電流センサ７の出力をバッテリ１の電流Ｉｂがゼロの場合の出力に補正する。これにより、電流センサ７の温度上昇等による誤差を補正することができ、電流積算に基づくＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

コントローラ８は、ステップＳ１７において電流センサ７のゼロ点補正を行ったら、リレー３をオンとして通常の動作に戻る。

以上説明したように、本参考例の電源システム９は、バッテリ１のＯＣＶが第２領域にある場合に、ＳＯＣの推定値をより精度の高いＯＣＶによるＳＯＣの推定値に置き換えて、それまでの電流積算により推定したＳＯＣの推定誤差を一旦解消するとともに、電流センサ７のゼロ点補正を行ってから、次の電流積算によるＳＯＣの推定を行うので、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域とＳＯＣの変化に対してＯＣＶが変化する第２領域とを持つバッテリ１のＳＯＣを精度よく推定することができる。

次に、図５〜図１４を参照しながら、他の参考例について説明する。まず、図５〜図１３を参照しながら、本参考例が適用される車両用の電源システム１００の構成と基本動作について説明する。

図５に示すように、本参考例の電源システム１００は、車両駆動用バッテリであるメインバッテリ１０と、メインバッテリ１０の電圧を降圧する電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、補機バッテリ２３と、補機バッテリ２３の残存容量（ＳＯＣ）が所定の閾値以下となった場合にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを降圧して補機バッテリ２３に充電を行う充電回路３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合に補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力供給を行う放電回路４０と、コントローラ７０と、を備えている。なお、図５において、一点鎖線は信号線を示す。

図５に示すように、メインバッテリ１０は高圧ライン６１によってインバータ１２に接続され、インバータ１２には車両駆動用のモータジェネレータ１３が接続されている。高圧ライン６１には、システムメインリレー１１が配置されている。システムメインリレー１１のインバータ１２の側の高圧ライン６１とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とは接続ライン６３で接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機負荷２２との間は、低圧ライン６４で接続されている。ここで補機負荷２２は、例えば、パワーステアリング装置、油圧装置、窓の開閉装置、メインバッテリ１０の冷却装置等を駆動する小型モータや、照明装置等を含む。低圧ライン６４の中間点５４と放電回路４０の出力端５６とは第１補機バッテリライン６５によって接続され、放電回路４０の入力端５５と補機バッテリ２３とは第２補機バッテリライン６７で接続されている。第１補機バッテリライン６５の中間点５２と充電回路３０の入力端５７との間は充電回路入力ライン６６ａで接続され、充電回路３０の出力端５８と第２補機バッテリライン６７の中間点５１との間は、充電回路出力ライン６６ｂで接続されている。第２補機バッテリライン６７には、補機バッテリ２３の側から順に電流センサ２６、ヒューズ２７、補機リレー２８が接続されている。また、補機リレー２８と中間点５１との間には、ツェナーダイオード２９が接続されている。ツェナーダイオード２９は、補機バッテリ２３の充電を行った際に補機バッテリ２３に過電圧がかかることを防止する。

このように、充電回路３０は、低圧ライン６４と、第１、第２補機バッテリライン６５，６７と、充電回路入力ライン６６ａと、充電回路出力ライン６６ｂとによってＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機バッテリ２３との間に接続されている。充電回路３０の入力端５７は、充電回路３０のＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続されている端部であり、低圧ライン６４を介して補機負荷２２にも接続されている。また、放電回路４０は、低圧ライン６４と第１、第２補機バッテリライン６５，６７とによって補機負荷２２と補機バッテリ２３との間に接続されており、放電回路４０の出力端５６は、放電回路４０の補機負荷２２に接続されている端部であり、低圧ライン６４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２１にも接続されている。

充電回路３０は、入力端５７と出力端５８との間に直列に接続された第２スイッチング素子９２とリアクトル３２と、第２スイッチング素子９２とリアクトル３２との間の接続点５３とグランドとの間に接続されたコンデンサ３４と第３スイッチング素子９３と、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３の各ゲートに接続され第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３のオン・オフ動作を制御する充電制御ＩＣ３５と、を含んでいる。第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３は、それぞれ寄生ダイオード９２ａ，９３ａを有している。充電回路３０は、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３とを交互にオン・オフ動作させて入力端５７に入力された電圧を降圧して出力端５８から出力する機能を有している。なお、充電回路３０は、上記の様な構成にかかわらず、入力電圧を降圧して出力できる回路であれば、例えば、降圧チョッパ回路や降圧スイッチングレギュレータ等で構成してもよい。

放電回路４０は、入力端５５と出力端５６との間に接続された第１スイッチング素子９１と、第１スイッチング素子９１のゲートに接続されて第１スイッチング素子９１をオン・オフさせる放電制御ＩＣ４２とを含んでいる。第１スイッチング素子９１は寄生ダイオード９１ａを有している。また、放電制御ＩＣ４２は、第１補機バッテリライン６５の中間点５２と第２補機バッテリライン６７の中間点５１とに接続され、各中間点５１，５２の電圧を検出する。中間点５２の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃに等しく、補機リレー２８がオンの場合には中間点５１の電圧は補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しいから、放電制御ＩＣ４２は、補機リレー２８がオンの場合には、補機バッテリ２３の電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを検出する。

補機バッテリ２３には、電圧Ｖｂを検出する電圧センサ２４と、温度Ｔｂを検出する温度センサ２５とが取り付けられている。

図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、充電制御ＩＣ３５と、放電制御ＩＣ４２と、補機リレー２８と、電圧センサ２４と、温度センサ２５と、電流センサ２６とはコントローラ７０に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、充電制御ＩＣ３５、放電制御ＩＣ４２、補機リレー２８とはコントローラ７０の指令によって動作する。だたし、放電制御ＩＣ４２は、コントローラ７０と独立して単独で第１スイッチング素子９１をオン・オフすることもできる。また、電圧センサ２４、温度センサ２５、電流センサ２６の検出した各信号はコントローラ７０に入力される。さらに、放電制御ＩＣ４２が検出した中間点５１，５２の各電圧の信号も放電制御ＩＣからコントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、内部に演算処理を行うＣＰＵ７１と、制御プログラムや制御データを格納するメモリ７２を含むコンピュータである。コントローラ７０は、接続線６８で補機バッテリ２３と接続されるとともに接続線６９、低圧ライン６４でＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続され、補機バッテリ２３或いはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から動作電力が供給され る。また、コントローラ７０のメモリ７２には、先に図２、図３を参照して説明した補機バッテリ２３のＳＯＣ−ＯＣＶの特性マップと、補機バッテリ２３の温度Ｔｂに対する分極解消時間のマップが格納されている。

本参考例の補機バッテリ２３は、先に説明したバッテリ１と同様、図２に示すような第１領域と第２領域を含むＳＯＣ−ＯＣＶ特性を持つ二次電池で構成されている。また、図６に示すように、本参考例の補機バッテリ２３は、ＳＯＣが０％の電圧ＶｂはＶ０であり、ＳＯＣが１００％（満充電）の電圧ＶｂはＶ０よりも高いＶ１００であり、ＳＯＣが大きくなるにしたがって、電圧ＶｂはＶ０からＶ１００まで変化する。この補機バッテリ２３のＶ０からＶ１００までの電圧変化範囲は、補機負荷２２を断続的に駆動可能な電圧範囲である。また、図６の一点鎖線は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧がＶｄ０の場合の出力電圧Ｖｄｃを示す。図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０は、補機バッテリ２３の満充電電圧であるＶ１００よりも高くなっている（Ｖｄｃ＞Ｖ１００）。したがって、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０よりも低くなっている（Ｖｂ＜Ｖｄ０）。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標出力電圧Ｖｄ０は、補機負荷２２を連続的に駆動可能な電圧である。

以上のように構成された電源システム１００の基本動作について説明する。最初に図７から図１０Ｂを参照して補機バッテリ２３の放電動作について説明する。

＜放電制御＞
放電回路４０の放電制御ＩＣ４２は、補機リレー２８がオンの場合に補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しい中間点５１の電圧と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃと等しい中間点５２の電圧を検出している。そして、図７のステップＳ１０１に示すように、放電制御ＩＣ４２は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃの場合）には、図７のステップＳ１０２に進んで第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させ、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力を供給する。また、放電制御ＩＣ４２は、図７のステップＳ１０１でＮＯと判断した場合、つまり、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃ以下（Ｖｂ≦Ｖｄｃ）の場合、第１スイッチング素子９１をオフとして補機バッテリ２３の放電を停止する。

＜車両起動時の放電回路の動作＞
図８に示すように、車両のスタートスイッチがオンとされて車両が起動すると、コントローラ７０の指令により補機リレー２８がオンとなる。すると、中間点５１の電圧は補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに等しくなる。これにより、放電制御ＩＣ４２は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃとを検出する。

この時点では、まだシステムメインリレー１１はオフでＤＣ／ＤＣコンバータ２１も停止しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃはゼロとなっている。このため、放電制御ＩＣ４２は、図７のステップＳ１０１で補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）と判断して、図７のステップＳ１０２に進んで第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させ、補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行う。

すると、図８の矢印Ｒ１に示すように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に向かって電流が流れる。また、第１スイッチング素子９１がオフからオンになるまでの間は、放電回路４０の寄生ダイオード９１ａを通って補機バッテリ２３から補機負荷２２に向かって電流が流れるので、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高い場合には、時間遅れ無く補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行うことができる。なお、車両が停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が停止した場合も上記と同様に補機バッテリ２３から補機負荷２２へ電力供給を行う。

＜通常走行時の放電回路の動作＞
先に図８を参照して説明したように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給されると、図示しないＥＣＵが起動する。ＥＣＵは、システムメインリレー１１をオンにしてメインバッテリ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とを接続する。また、コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作を開始すると、図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０となる（Ｖｂ≦Ｖｄｃ＝Ｖｄ０）。すると、放電制御ＩＣ４２は、図７のステップＳ１０１でＮＯと判断し、第１スイッチング素子９１をオフとして、補機バッテリ２３の放電を停止し、補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を停止する。

補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給が停止されると、図９の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すようにメインバッテリ１０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給される。また、図９の矢印Ｒ３に示すように、メインバッテリ１０の電力は、インバータ１２からモータジェネレータ１３に供給され、車両は通常走行を行う。車両が通常走行を行っている間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれるので、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフのままとする。

このように、本参考例の電源システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作していない車両の起動時、或いは車両の停止時には、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力を供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作している通常走行中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に補機負荷２２への電力供給を行う。

＜通常走行中の補機負荷のラッシュ電流発生時の放電回路の動作＞
図１０Ａの時刻ゼロから時刻ｔ１までの間のように、車両が通常走行中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃ（図１０Ａ中に一点鎖線で示す）は、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれている。また、図１０Ｂの時刻ゼロから時刻ｔ１までの間のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄｃ（図１０Ｂ中に一点鎖線で示す）は、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑ（図１０Ｂ中に実線で示す）に等しくなっている。この時の出力電流Ｉｄｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが目標出力電圧Ｖｄ０の場合の上限出力電流Ｉｄｍａｘよりも小さい。

補機負荷２２には、パワーステアリング装置、油圧装置を駆動する小型モータが含まれている。これらの小型モータは、運転者が急ハンドルや急ブレーキの操作をした場合、急速な動作をするために短時間で大きな電流（ラッシュ電流）が必要になる。このため、図１０Ｂの時刻ｔ１で急ハンドル或いは急ブレーキの操作がされた場合には、図１０Ｂに実線で示すように補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑは時刻ｔ１以降、急速に大きくなっていく。これにつれて、図１０Ｂに一点鎖線で示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄｃも急速に大きくなっていく。そして、図１０Ｂの時刻ｔ２にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流Ｉｄｃが上限出力電流Ｉｄｍａｘに達すると、図１０Ａの一点鎖線に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、出力電圧Ｖｄｃを目標出力電圧Ｖｄ０に維持することができず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは目標出力電圧Ｖｄ０から低下し始める。

図１０Ａの時刻ｔ３にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合、つまり、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなった場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）には、放電制御ＩＣ４２は、図７のステップＳ１０１でＹＥＳと判断してステップＳ１０２に進み、第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３の放電を開始する。すると、図１０Ｂに破線で示すように、補機バッテリ２３から補機負荷２２に電流Ｉｂが流れ出す。この時、図１１の矢印Ｒ４で示すように補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から出力電流Ｉｄが流れるとともに、図１１の矢印Ｒ１で示すように補機バッテリ２３から電流Ｉｂが流れる。したがって、補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１と補機バッテリ２３とから電力が供給される。補機バッテリ２３から補機負荷２２に電力が供給されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの供給電力と補機バッテリ２３からの供給電力のバランスにより、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも少し低い電圧に保たれる。

図１０Ｂに示すように、時刻ｔ３に急ハンドル或いは急ブレーキの操作が終わると、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑはピーク電流Ｉｐｅａｋから急速に低下する。すると、図１０Ａに示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが上昇し始め、図１０Ａの時刻ｔ４に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ以上となる（Ｖｂ≦Ｖｄｃ）。すると、放電制御ＩＣ４２は、図７のステップＳ１０１でＮＯと判断して図７のステップＳ１０３に示すように、第１スイッチング素子９１をオフとする。これにより、図１０Ｂの時刻ｔ４の後、補機バッテリ２３の電流Ｉｂはゼロとなる。また、図１０Ｂに示す時刻ｔ４の後、補機負荷２２の要求電流Ｉｒｅｑは急速に低下してくるので、これにつれて、図１０Ａに示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが上昇してくる。

そして、図１０Ｂの時刻ｔ５に補機負荷２２の要求電流ＩｒｅｑがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の上限出力電流Ｉｄｍａｘよりも小さくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは目標出力電圧Ｖｄ０に戻る。そして、時刻ｔ６に車両が通常走行に戻ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれ、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフに保つ。

以上説明したように、通常走行中に急ハンドル或いは急ブレーキの操作が行われ、補機負荷２２のラッシュ電流が発生して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合（Ｖｂ＞Ｖｄｃ）には、放電制御ＩＣ４２は第１スイッチング素子９１をオンとして補機バッテリ２３を放電させて補機負荷２２への供給電力をバックアップする。また、補機負荷２２のラッシュ電流が発生しておらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くならない場合には、補機負荷２２にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に電力が供給される。

このように、本参考例の電源システム１００は、通常走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から連続的に補機負荷２２への電力供給を行い、補機負荷２２のラッシュ電流が発生した場合には、断続的に補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の供給電力をバックアップする。

＜充電制御＞
次に、図１２，１３を参照しながら補機バッテリ２３の充電動作について説明する。コントローラ７０は、補機バッテリ２３の使用が開始された直後から、電流センサ２６によって補機バッテリ２３の充放電電流を検出し、その電流Ｉｂを積算して、補機バッテリ２３のＳＯＣの推定を行っている。補機バッテリ２３の使用が開始された直後とは、例えば、補機バッテリ２３が搭載された電動車両が完成後、最初にイグニッションスイッチがオンとなった時等をいう。コントローラ７０は、図１２のステップＳ２０１に示すように、電流積算によって計算したＳＯＣと、所定の閾値である充電開始閾値Ｃａと比較する。そして、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電開始閾値Ｃａ以下となった場合、図１２のステップＳ２０２に進み、放電制御ＩＣ４２が検出した中間点５１，５２の電圧をそれぞれ補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃと補機バッテリ２３の電圧Ｖｂとを比較する。そして、図１２のステップＳ２０２でＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ以上の場合には（Ｖｄｃ≧Ｖｂ）、図１２のステップＳ２０３に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０の起動指令を出力するとともに、放電制御ＩＣ４２で検出した補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを充電制御ＩＣ３５に出力する。

充電回路３０が起動したら、コントローラ７０は、図１２のステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０１と同様に電流センサ２６によって検出した充電電流を積算して補機バッテリ２３のＳＯＣを計算し、補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上になるまで充電回路３０の動作を維持するとともに、充電制御ＩＣ３５に放電制御ＩＣ４２で検出した補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを出力する（ステップＳ２０３）。この際、図１３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から充電回路３０を介して補機バッテリ２３に電流Ｉｂが流れ、補機バッテリ２３が充電される。そして、コントローラ７０は、図１２のステップＳ２０４で補機バッテリ２３のＳＯＣが充電停止閾値Ｃｂ以上となったら、ステップＳ２０５に進み、充電制御ＩＣ３５に充電回路３０の動作を停止する指令を出力する。

一方、コントローラ７０は、図１２のステップＳ２０１でＮＯと判断した場合、及び、図１２のステップＳ２０２でＮＯと判断した場合には、充電回路３０を起動せずに最初に戻り、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５を繰り返す。

充電制御ＩＣ３５は、コントローラ７０からの起動指令が入力されたら、第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３とを交互にオン・オフさせてＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈに降圧する。充電電圧Ｖｃｈは、コントローラ７０から入力された補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一或いは少し高い電圧である。補機バッテリ２３の電圧Ｖｂは、図６に示すようにＳＯＣによってＶ０からＶ１００まで変化するので、充電制御ＩＣ３５は、コントローラ７０から入力された補機バッテリ２３の電圧Ｖｂに基づいて第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３のデューティ比を変化させて充電電圧Ｖｃｈが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂと同一或いは少し高い電圧となるように調整する。なお、補機バッテリ２３の充電電圧Ｖｃｈを変化させず、図６を参照して説明した補機バッテリ２３の満充電電圧であるＶ１００として充電するようにしてもよい。

＜通常走行中の補機バッテリの充電動作＞
先に図９を参照して説明したと同様、車両が通常走行している場合には、図１３の矢印Ｒ２，Ｒ４に示すようにメインバッテリ１０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機負荷２２に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い目標出力電圧Ｖｄ０に保たれるので、放電制御ＩＣ４２は、第１スイッチング素子９１をオフのままとしている。充電制御ＩＣ３５にコントローラ７０からの起動指令が入力されると、充電制御ＩＣ３５は、第２スイッチング素子９２、第３スイッチング素子９３を交互にオン・オフさせてＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃを充電電圧Ｖｃｈに降圧し、図１３の矢印Ｒ５に示すように補機バッテリ２３に充電する。

以上説明した充電制御において、充電開始閾値Ｃａ、充電停止閾値Ｃｂはいろいろな値をとることが可能であるが、例えば、充電開始閾値Ｃａは、補機バッテリ２３の電圧Ｖｂがあまり低くならないように、５０〜６０％程度、充電停止閾値Ｃｂは高いほど車両停止期間を長くできるが、あまり高くすると補機バッテリ２３を過充電してしまう可能性があるので、８０〜９０％程度としてもよい。また、先に述べたように、補機バッテリ２３からの電力供給は、車両の起動時、停止時のようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１が停止している場合や、補機負荷２２にラッシュ電流が流れる場合で、通常走行中には補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給は行われない。このため、補機バッテリ２３の放電量は少なく、必要な充電量も少ない。

＜ＳＯＣ推定値置換動作と電流センサのゼロ点補正動作＞
次に、電源システム１００におけるＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作について説明する。

図１４のステップＳ３０１に示すように、コントローラ７０は、充電回路３０を停止する指令を出力する。この指令により、充電制御ＩＣ３５は、第２スイッチング素子９２、第３スイッチング素子９３をオフ状態に固定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から補機バッテリ２３へ充電電流が流れないようにする。

次にコントローラ７０は、図１４のステップＳ３０２に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力目標電圧を通常のＶｄ０よりも高いＶｄ１（Ｖｄ１＞Ｖｄ０＞Ｖ１００）に上昇させる。Ｖｄ０は補機バッテリ２３のＳＯＣが１００％の場合の電圧Ｖ１００よりも高くなっているので放電回路４０を停止していなくとも、補機バッテリ２３から低圧ライン６４に放電電流は流れることはない。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機負荷２２への出力電流によっては、目標電圧のＶｄ０よりも低下することがあるので、電流センサ２６のゼロ点補正動作とＳＯＣ推定値置換動作の際に補機バッテリ２３の充放電電流をできるだけゼロに保持できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標電圧をＶｄ１とする。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧はＶｄ１（＞Ｖ１００）となる。

コントローラ７０は、ステップＳ３０３に進み、放電制御ＩＣ４２が検出した中間点５１，５２の電圧をそれぞれ補機バッテリ２３の電圧Ｖｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃと補機バッテリ２３の電圧Ｖｂとを比較する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも高い場合には、ラッシュ電流の発生が無く、補機バッテリ２３の充放電電流がゼロに保たれていると判断して、ステップＳ３０５に進み、ＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作を行う。

一方、コントローラ７０は、ステップＳ３０３でＮＯと判断した場合には、ラッシュ電流が発生し、補機バッテリ２３から補機負荷２２への放電が行われており、補機バッテリ２３の充放電電流がゼロに保たれていないと判断して、ステップＳ３０４に進み、ラッシュ電流が収束するまでの所定時間だけ待機してから、再度、ステップＳ３０３を実行する。そして、コントローラ７０は、ステップＳ３０３でＹＥＳと判断したら、ステップＳ３０５に進み、ＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作を行う。

ステップＳ３０５に進んだら、コントローラ７０は、温度センサ２５によって補機バッテリ２３の温度Ｔｂを検出する。そして、検出した温度Ｔｂとメモリ７２に格納している補機バッテリ２３の温度Ｔｂと分極解消時間との関係を示すマップ（図３に示すマップ）とから、補機バッテリ２３の分極解消時間を取得し、図１４のステップＳ３０６に示すように、分極解消時間が経過するまで待機する。そして、分極解消時間が経過したら、コントローラ７０は、図１４のステップＳ３０７に示すように、電圧センサ２４によって補機バッテリ２３の電圧Ｖｂを検出する。この際、補機バッテリ２３の電流Ｉｂはゼロに保たれており、電流Ｉｂがゼロになってから分極解消時間が経過しているので、電圧センサ２４の検出する電圧Ｖｂは、補機バッテリ２３のＯＣＶとなる。

補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧Ｖｂを検出したら、コントローラ７０はステップＳ３０８に進み、電圧Ｖｂが、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が所定の閾値よりも大きくなる第２領域にあるかどうかを判断する。補機バッテリ２３の場合、先に説明したように、ＳＯＣの変化割合に対するＯＣＶの変化割合が１／１０以上となる領域が、ＳＯＣが変化するとＯＣＶも変化し、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能な第２領域である。図２に示すように、ＯＣＶがＯＣＶ０からＯＣＶ１の間(ＳＯＣが０％からＳＯＣ１の間)と、ＯＣＶがＯＣＶ２からＯＣＶ１００までの間（ＳＯＣがＳＯＣ２から１００％までの間）の２つの領域が第２領域である。また、ＯＣＶがＯＣＶ１からＯＣＶ２の間（ＳＯＣがＳＯＣ１からＳＯＣ２の間）はＳＯＣに対するＯＣＶの変化割合が１／１０未満で、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを推定することが困難な第１領域である。従って、補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ１未満、あるいは、補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ２を超える場合には、補機バッテリ２３のＯＣＶは第２領域にあり、ＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ１≦Ｖｂ≦ＯＣＶ２の場合には、補機バッテリ２３のＯＣＶは第１領域にあることになる。

そこで、コントローラ７０は、補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧ＶｂがＯＣＶ２を超えているか、あるいは、ＯＣＶ１未満である場合に、補機バッテリ２３は第２領域にあり、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能と判断し、図１４のステップＳ３０９に進む。

コントローラ７０は、図１４のステップＳ３０９に示すように、ステップＳ３０７で検出した補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧Ｖｂとメモリ７２に格納した図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶの特性マップを用いて、補機バッテリ２３のＯＣＶを推定する。例えば、補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧Ｖｂが図２に示すＯＣＶ３の場合、マップから補機バッテリ２３のＳＯＣをＳＯＣ３と推定する。そして、それまで電流積算に基づいて推定していたＳＯＣの推定値を精度の高いＯＣＶによるＳＯＣの推定値に置き換える。そして、それ以降は、置き換えたＳＯＣの推定値を基準にして電流積算によるＳＯＣの推定を行っていく。コントローラ７０は、ＳＯＣの推定値の置き換えが終了したら、図１４のステップＳ３１１に進む。

一方、コントローラ７０は、図１４のステップＳ３０９でＮＯと判断した場合、補機バッテリ２３のＯＣＶは第１領域にあり、ＯＣＶからＳＯＣを推定することが困難と判断し、図１４のステップＳ３１０に進み、ＯＣＶによるＳＯＣの推定を行わず、それまでの電流積算により推定したＳＯＣの値を維持してステップＳ３１１に進む。

コントローラ７０は、ステップＳ３１１において電流センサ２６のゼロ点補正を行う。今、充電回路３０が停止しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃは、補機バッテリ２３の最大電圧であるＶ１００より大きくなっているので、補機バッテリ２３の充放電電流はゼロとなっている。そこで、この状態の電流センサ２６の出力を補機バッテリ２３の電流Ｉｂがゼロの場合の出力に補正する。これにより、電流センサ２６の温度上昇等による誤差を補正することができ、電流積算に基づくＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

コントローラ７０は、ステップＳ３１１において電流センサ２６のゼロ点補正を行ったら、充電回路３０を再始動し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力目標電圧を通常のＶｄ０の戻し、通常動作に戻る。

以上説明したように、本参考例の電源システム１００は、補機バッテリ２３のＯＣＶが第２領域にある場合にＳＯＣの推定値を精度の高いＯＣＶによるＳＯＣの推定値に置き換えてそれまで電流積算により推定したＳＯＣの推定誤差を一旦解消するとともに、電流センサ２６のゼロ点補正を行ってから、次の電流積算によるＳＯＣの推定を行うので、ＳＯＣが変化してもＯＣＶがほとんど変化しない第１領域とＳＯＣの変化に対してＯＣＶが変化する第２領域とを持つ補機バッテリ２３のＳＯＣを精度よく推定することができる。

また、本参考例の電源システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧ＶｄｃをＶｄ１に上昇させるとともに、充電回路３０を停止することによって補機バッテリ２３の電流Ｉｂをゼロとし、補機バッテリ２３のＯＣＶの測定と電流センサ２６のゼロ点補正を行うようにしているので、補機リレー２８をオン／オフすることによる補機リレー２８の摩耗を抑制しつつ、ＳＯＣ推定値置換と電流センサ２６のゼロ点補正を行うことができる。さらに、補機リレー２８をオン状態としているので、大きなラッシュ電流が発生した場合に、補機バッテリ２３から補機負荷２２への電力供給が可能となる。

次に、図１５、図１６を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。先に、図５〜図１４を参照して説明した参考例と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の電源システム２００は、図５〜図１４を参照して説明した電源システム１００の放電回路４０の第１スイッチング素子９１の寄生ダイオード９１ｂの向きが電源システム１００の場合と反対に、カソードが補機バッテリ２３側でアノードが補機負荷２２側となっている点以外は、電源システム１００と同様の構成である。なお、第１スイッチング素子９１に代えて、アノードが補機バッテリ２３側でカソードが補機負荷２２側となっている寄生ダイオードを含むスイッチング素子とカソードが補機バッテリ２３側でアノードが補機負荷２２側となっている寄生ダイオードを含むスイッチング素子とを直列に接続して構成してもよい。

この構成のため、図１５に示す電源システム２００は、補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃよりも高くなっても、第１スイッチング素子９１がオンとならないと、補機バッテリ２３から補機負荷２２への放電電流が流れない。

＜ＳＯＣ推定値置換動作と電流センサのゼロ点補正動作＞
次に、電源システム２００におけるＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作について説明する。

図１６のステップＳ４０１に示すように、コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチング素子の温度の推定を行う。スイッチング温度の推定は、いろいろな方法を用いることができるが、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の通電電流、冷却水、冷却空気の温度、風量等に基づいて推定してもよい。コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチング素子の温度を推定したら、図１６のステップＳ４０２に進み、推定したスイッチング素子の温度が所定の閾値以下かどうか判断する。ここで、所定の閾値は、例えば、スイッチング素子の耐熱温度からラッシュ電流による素子温度の上昇温度を差し引いた値、つまり、ラッシュ電流が発生した場合にも耐熱温度を超えないと予想される温度としてもよい。

コントローラ７０は、図１６のステップＳ４０２でＹＥＳと判断した場合には、図１６のステップＳ４０３に進み、充電回路３０と放電回路４０とを停止する指令を出力する。この指令により、充電回路３０の第２スイッチング素子９２と第３スイッチング素子９３とはオフ状態となる。また、放電回路４０の第１スイッチング素子９１もオフ状態となる。本実施形態の電源システム２００では、放電回路４０の第１スイッチング素子９１の寄生ダイオード９１ｂは補機バッテリ２３から補機負荷２２に電流が流れないような方向に配置されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｄｃが補機バッテリ２３の電圧Ｖｂよりも低くなった場合でも、補機バッテリ２３から補機負荷２２に向って電流Ｉｂが流れることはない。したがって、充電回路３０と放電回路４０とを停止すると、補機バッテリ２３はＤＣ／ＤＣコンバータ２１、補機負荷２２と完全に切り離され、独立した状態となる。

コントローラ７０は、ステップＳ４０３で充電回路３０と放電回路４０とを停止したら、先に図１４を参照して説明したと同様、図１６のステップＳ３０５に進んで、補機バッテリ２３の温度Ｔｂを検出し、ステップＳ３０６で分極時間が解消するまで待機した後、ステップＳ３０７で補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧Ｖｂを取得する。そして、ステップＳ３０８で補機バッテリ２３の電圧ＶｂがＯＣＶ２を超えているか、あるいは、ＯＣＶ１未満である場合には、補機バッテリ２３のＯＣＶは第２領域にあると判断する。

コントローラ７０は、図１６のステップＳ３０８で補機バッテリ２３が第２領域にある場合、ＯＣＶに基づいてＳＯＣを精度よく推定可能と判断し、ステップＳ３０９に進む。そして、コントローラ７０は、ステップＳ３０９に示すように、ステップＳ３０７で検出した補機バッテリ２３のＯＣＶである電圧Ｖｂとメモリ７２に格納した図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶの特性マップを用いて、補機バッテリ２３のＯＣＶを推定し、それまで電流積算に基づいて推定していたＳＯＣの推定値を精度の高いＯＣＶによるＳＯＣの推定値に置き換える。コントローラ７０は、ＳＯＣの推定値の置き換えが終了したら、図１６のステップＳ３１１に進み、電流センサ２６のゼロ点補正を行う。

また、コントローラ７０は、ステップＳ３０８でＮＯと判断した場合、補機バッテリ２３のＯＣＶは第１領域にあり、ＯＣＶからＳＯＣを推定することが困難と判断し、図１６のステップＳ３１０に進み、ＯＣＶによるＳＯＣの推定を行わず、それまでの電流積算により推定したＳＯＣの値を維持して図１６のステップＳ３１１に進み、電流センサ２６のゼロ点補正を行う。

また、コントローラ７０は、図１６のステップＳ４０２でＮＯの場合には、ラッシュ電流が発生した場合にＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチング素子が耐熱温度を超えてしまうと予想し、図１６のステップＳ４０４に進み、放電回路４０を停止せずにＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作を行う、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３１１を実行する。

なお、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチング素子の温度によって充電回路３０と放電回路４０とを停止することとしているが、これに限らず、例えば、補機負荷２２の状況に応じて充電回路３０と放電回路４０とを停止するようにしてもよい。例えば、デフォッーガーやシガーライター等大きな電力を要求する補機が作動している場合には、放電回路４０を切り離すと補機負荷２２への供給電力が不足する場合があるので、このような場合には、放電回路４０の停止を行わず、図１６のステップＳ４０４に進み、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３１１を実行してＳＯＣ推定値置換動作と電流センサ２６のゼロ点補正動作を行う。

コントローラ７０は、図１６のステップＳ３１１において電流センサ２６のゼロ点補正を行ったら、充電回路３０と放電回路４０とを再始動し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力目標電圧を通常のＶｄ０の戻し、通常動作に戻る。

以上説明した実施形態の電源システム２００は、参考例の電源システム１００と同様の効果の他、参考例の電源システム１００の場合のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力目標電圧を通常のＶｄ０より高いＶｄ１に上昇させる必要がないので、補機損失を抑制することができるという効果を奏する。

以上説明した実施形態において、バッテリ１、補機バッテリ２３は、いずれも図２に示すように、中央の第１領域と両端の２つの第２領域を持つものとして説明したが、本発明は、複数の第１領域と３つ以上の第２領域を持つ二次電池を含む電源システムにも適用可能である。

１ バッテリ、２ 接続線、３ リレー、４ 負荷、５，２４ 電圧センサ、６，２５ 温度センサ、７，２６ 電流センサ、８，７０ コントローラ、９，１００，２００ 電源システム、１０ メインバッテリ、１１ システムメインリレー、１２ インバータ、１３ モータジェネレータ、２１ コンバータ、２２ 補機負荷、２３ 補機バッテリ、２７ ヒューズ、２８ 補機リレー、２９ ツェナーダイオード、３０ 充電回路、３２ リアクトル、３４ コンデンサ、４０ 放電回路、５１，５２，５４ 中間点、５３ 接続点、５５，５７ 入力端、５６，５８ 出力端、６１ 高圧ライン、６３ 接続ライン、６４ 低圧ライン、６５ 第１補機バッテリライン、６６ａ 充電回路入力ライン、６６ｂ 充電回路出力ライン、６７ 第２補機バッテリライン、６８，６９ 接続線、７１，８１ ＣＰＵ、７２，８２ メモリ、８３ センサ・機器インターフェース、８４ データバス、９１ 第１スイッチング素子、９１ａ，９１ｂ 寄生ダイオード、９２ 第２スイッチング素子、９２ａ，９３ａ 寄生ダイオード、９３ 第３スイッチング素子。

Claims (1)

1. メインバッテリと、
   スイッチング素子を含み、前記メインバッテリの電圧を変換する電圧変換器と、
   前記電圧変換器の目標出力電圧より電圧の低い補機バッテリと、を含み、
   前記メインバッテリの電力を前記電圧変換器から補機負荷に供給する電源システムであって、
   第１スイッチング素子を含み、前記補機負荷と前記補機バッテリとの間に接続され、前記電圧変換器の出力電圧が前記補機バッテリの電圧よりも低くなった場合に、前記第１スイッチング素子をオンとして前記補機バッテリから前記補機負荷に電力を供給する放電回路と、
   第２スイッチング素子を含み、前記電圧変換器と前記補機バッテリとの間に接続され、前記補機バッテリの残存容量が所定の閾値以下となった場合に、前記第２スイッチング素子をオン・オフさせて前記電圧変換器の出力電圧を降圧して前記補機バッテリに充電を行う充電回路と、
   前記補機バッテリの電圧を検出する電圧センサと、
   前記補機バッテリの充放電電流を検出する電流センサと、
   前記電圧変換器の冷却媒体の温度を検出する温度センサと、
   前記充電回路と前記放電回路の動作を調整すると共に、前記電流センサによって検出した前記補機バッテリの充放電電流を積算して前記補機バッテリの充電率を推定するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記温度センサによって検出した前記冷却媒体の温度に基づいて前記電圧変換器の前記スイッチング素子の温度を推定し、
   推定した前記スイッチング素子の温度が所定の閾値以下の場合には、前記放電回路と前記充電回路とを停止し、前記補機バッテリの充放電電流をゼロとして前記電圧センサによって前記補機バッテリの開放電圧を検出し、
   検出した前記開放電圧が前記補機バッテリの充電率に対する前記開放電圧の変化割合が所定の閾値よりも大きくなる領域にある場合には、充放電電流を積算して推定した前記補機バッテリの充電率を前記開放電圧に基づいて推定した充電率に置換すること、
   を特徴とする電源システム。

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