JP2004222474A - Power controller for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、双方向DC/DCコンバータを介して相互接続された複数のバッテリを備える車両用電源制御装置に係り、特に双方向DC/DCコンバータの方向切替を適切に実現することができる車両用電源制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、高圧負荷給電用の高圧バッテリからの高圧電流を降圧して低圧負荷給電用の低圧バッテリに送電する降圧型DC/DCコンバータを備える車両用電源制御装置において、降圧型DC/DCコンバータの出力電圧の切り替えを要求する切替指令信号が入力された際、降圧型DC/DCコンバータの出力電圧を緩慢に切り替える技術が知られている(例えば、特許文献1)。この従来技術では、降圧型DC/DCコンバータの出力電圧を緩慢(例えば、2〜3秒以上の時間をかけて)に変化させることで、出力電圧の変化に伴う補機(低圧負荷)の好ましくない動作(ヘッドランプの光量変化やモータ回転数の変動等)を抑制し、ドライバーの違和感を低減することを可能とする。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−281601号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術の如く、DC/DCコンバータの出力電圧の切り替えの際に、DC/DCコンバータの出力電圧を徐々に変化させる制御(以下、この制御を「徐変制御」という)を行うと、当該徐変制御に起因したエネルギ損失が発生し、低圧バッテリの充電効率が低下するという問題点があった。即ち、かかる徐変制御を常時行う場合、徐変制御を行わない場合に比して、切り替え要求時からDC/DCコンバータの出力電圧が最終値になるまでの間、出力電圧の変化に影響されない補機の正常な動作が抑圧されるばかりでなく、低圧バッテリへのエネルギ供給効率が低下し、燃費の悪化を招くという問題点があった。
【0005】
そこで、本発明は、ユーザに違和感を与えうる補機の好ましくない動作を防止することができると共に、バッテリ充電効率の低下及びそれに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる、車両用電源制御装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項1に記載する如く、双方向DC/DCコンバータを介して互いに電力供給しあう2個のバッテリを含む車両用電源制御装置であって、
前記双方向DC/DCコンバータの動作モードを切り替える際、所定の補機の動作状態に応じて、前記双方向DC/DCコンバータの出力電圧の制御態様を変化させることを特徴とする、車両用電源制御装置によって達成される。
【0007】
本発明において、2個のバッテリ(例えば、リチウムイオンバッテリ及び鉛バッテリ)は、双方向DC/DCコンバータを介して相互接続されている。従って、双方向DC/DCコンバータは、一方のバッテリ側の電圧を昇圧して他方のバッテリ側に供給するモードと、該他方のバッテリ側の電圧を降圧して前記一方のバッテリ側に供給するモードとを含む、少なくとも2つの動作モードを実現する。尚、所定の補機は、車両の搭載される各種補機のうちの特定の補機(例えば、ランプ類のような、DC/DCコンバータの出力電圧の変化に影響を受けやすく、且つ、その影響がユーザ等に違和感を与えうる補機)であってよい。ところで、双方向DC/DCコンバータの動作モードを瞬時に切り替えると、双方向DC/DCコンバータの出力電圧が急激に変化し、所定の補機の好ましくない動作(例えば、ランプ類の明滅、ブロア風量の急変、ワイパ速度の急変)が引き起こされ、商品性が損なわれてしまう場合がある。一方、双方向DC/DCコンバータの動作モードを緩慢に切り替えると、バッテリ充電効率が悪化し、燃費が悪化することになる。これに対して、本発明では、例えば、所定の補機が動作中である場合には双方向DC/DCコンバータの出力電圧を所定値まで徐々に変化させる制御態様を選択し、所定の補機が非動作中である場合には双方向DC/DCコンバータの出力電圧を瞬時に所定値まで変化させる制御態様を選択するといったように、所定の補機の動作状態に応じて、双方向DC/DCコンバータの出力電圧の制御態様を変化させる。従って、本発明によれば、所定の補機の好ましくない動作を防止することができると共に、バッテリ充電効率の低下及びそれに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
【0008】
また、請求項2に記載する如く、請求項1記載の車両用電源制御装置において、前記双方向DC/DCコンバータの出力電圧の制御態様を変化させることには、双方向DC/DCコンバータの出力電圧の降圧速度又は昇圧速度を変化させることが含まれる。尚、この降圧速度又は昇圧速度の各値は、所定の補機の各種動作状態と対応付けて所定のマップに予め定義されていてよい。
【0009】
また、請求項3に記載する如く、請求項1又は2記載の車両用電源制御装置において、前記所定の補機が動作中である場合、前記双方向DC/DCコンバータの電流値が略ゼロになったときに、前記双方向DC/DCコンバータの動作モードが切り替えられることとすると、双方向DC/DCコンバータの電流遮断が防止され、双方向DC/DCコンバータの出力電圧の急変を確実に防止することができる。
【0010】
また、請求項4に記載する如く、請求項1乃至3記載の車両用電源制御装置において、前記所定の補機の動作状態は、該所定の補機に関する電気的負荷の有無及び/又は負荷レベルに基づいて判断されてよい。尚、所定の補機が複数ある場合、所定の補機の動作状態には、各補機に関する電気的負荷の有無及び/又は負荷レベルの組み合わせが含まれる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明の一実施例である車両用電源制御装置10のシステム構成図を示す。図1に示す如く、車両用電源制御装置10は、マイクロコンピュータにより構成された電子制御ユニット24(以下、「ECO・ECU24」と称す)を中心に構成されており、2つのバッテリ12,14を備えている。本実施例では、バッテリ12は、12V程度の電圧を有する鉛バッテリ(補機バッテリ)であり、一方、バッテリ14は、14.4V程度の電圧を有するリチウムイオンバッテリ(メインバッテリ)である。尚、鉛バッテリ12は、リチウムイオンバッテリ14に比して、単位体積当たりに取り出せる出力(出力密度;単位はW/l)が高い一方、単位体積当たりに取り出せるエネルギ(エネルギ密度;単位はWh/l)が低いバッテリである。
【0013】
ECO・ECU24には、2つの電流センサ40,42が接続されている。2つの電流センサ40,42は、鉛バッテリ12及びリチウムイオンバッテリ14の電流値を所定のサンプリング周期でそれぞれに検出する。2つの電流センサ40,42の検出信号は、ECO・ECU24に上記サンプリング周期で供給される。ECO・ECU24には、また、2つの電圧センサ44,46が接続されている。2つの電圧センサ44,46は、鉛バッテリ12及びリチウムイオンバッテリ14の端子電圧を所定のサンプリング周期でそれぞれに検出する。2つの電圧センサ44,46の検出信号は、ECO・ECU24に上記サンプリング周期で供給される。
【0014】
鉛バッテリ12及びリチウムイオンバッテリ14には、切換スイッチ16を介してスタータ18が接続されている。スタータ18は、車両の動力源として機能するエンジンに取り付けられている。スタータ18は、切換スイッチ16を介して接続する鉛バッテリ12又はリチウムイオンバッテリ14から供給される電力を用いて、エンジンを停止状態から始動させる始動装置として機能する。具体的には、スタータ18は、通常的なエンジン始動時には鉛バッテリ12を電力源として動作し、アイドルストップ終了後のエンジン再始動時にはリチウムイオンバッテリ14を電力源として動作する。
【0015】
エンジンには、電子制御ユニット49(以下、「EFI・ECU49」という)が接続されている。EFI・ECU49は、各種アイドルストップの許可条件(例えば、エンジン冷却水温度に関する条件や、バッテリの温度等に関する条件、エンジン回転数に関する条件)の成立状況を確認して、最終的にアイドルストップの実行条件が成立するか否かを判定する。最終的にアイドルストップの実行条件が成立した場合、運転者がイグニションスイッチをIGオン状態からオフ状態へ移行させることなく燃料噴射や点火等の実行が停止され、エンジンが運転状態から停止状態へ移行される。
【0016】
アイドルストップ中、即ちエンジンが一時的に停止状態にある間、EFI・ECU49は、車両がAT車である場合は変速機のシフト位置が“N”レンジから“D”レンジ又は“R”レンジに移行したか否か或いはブレーキ操作が解除されたか否か、また、車両がMT車である場合はクラッチペダルが踏み込まれたか否かに基づいて、アイドルストップの解除条件が成立するか否を判定する。その結果、アイドルストップの解除条件が成立した場合は、運転者がイグニションスイッチをIGオン状態からスタータオン状態に移行させることなくスタータ18が作動状態となり、エンジンが再始動される。
【0017】
負荷26には、直流発電機20及び鉛バッテリ12が接続されると共に、リチウムイオンバッテリ14がDC/DCコンバータ22を介して接続されている。負荷26には、各種補機、及び、アクセルやブレーキ等のいわゆるバイワイヤシステムが含まれる。尚、補機には、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングシグナルランプ、コーナーランプ等のランプ類、エアコン等の空調装置、オーディオ、カーナビゲーション、ABSシステム、オイルポンプ、メータ類、デフォガ、ワイパやパワーウィンドを駆動するアクチュエータ等が含まれる。各補機および各バイワイヤシステムは、エンジン作動時には主に直流発電機20から電力供給され、一方、アイドルストップ中のようなエンジン停止時には主にリチウムイオンバッテリ14から電力供給される。
【0018】
ECO・ECU24には、特定の補機から電気負荷信号(スイッチ信号)が供給されている。ここで、特定の補機は、DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化に影響を受けやすく、且つ、その影響がユーザ等に違和感を与えうる補機であり、例えば、後述する如く、DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化により光量が変化するヘッドランプやテールランプ等のランプ類、DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化により吹き出し量が変化するエアコン(正確には、ブロワーモーター)、及び、DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化によりワイピング速度が変化するワイパ(正確には、ワイパモーター)が含まれてよい。この場合、ECO・ECU24には、ライトコントロールスイッチのON/OFF信号、A/CスイッチのON/OFF信号及びブロワースイッチのスイッチ位置信号(LO,MEDIUM,HI)、及び、ワイパコントロールスイッチのスイッチ位置信号(OFF,INT,LO,HI)が供給される。ECO・ECU24は、特定の補機からの電気負荷信号に基づいて、当該特定の補機の動作状態を判断する。
【0019】
車両用電源制御装置10は、また、エンジンの回転により発電する直流発電機(オルタネータ)20を備えている。EFI・ECU49には、また、直流発電機20が接続されている。EFI・ECU49は、燃費の効率化を図るべく、車両の走行状態に応じて直流発電機20の発電電圧を制御する。具体的には、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時には、直流発電機20の発電電圧は、例えば12.5V〜13.5Vの範囲内で、鉛バッテリ12の放電が生じないような値に調整される。また、車両減速時(回生ブレーキ作動時)には、直流発電機20の発電電圧は、定常走行時やアイドル運転時に比して大きな値に調整される(例えば、14.5V)。また、車両加速時には、アイドルストップ中(即ち、エンジン停止中)と同様、直流発電機20の発電電圧はゼロになる(即ち、発電が行われない)。
【0020】
直流発電機20には、負荷26及び鉛バッテリ12が接続されると共に、リチウムイオンバッテリ14がDC/DCコンバータ22を介して接続されている。直流発電機20が発生する電気エネルギは、負荷26の電力源として用いられると共に、鉛バッテリ12及び/又はリチウムイオンバッテリ14の充電に用いられる。
【0021】
ECO・ECU24には、また、DC/DCコンバータ22が接続されている。DC/DCコンバータ22は、双方向DC/DCコンバータであり、後述する如くECO・ECU24の制御下で、内蔵するパワートランジスタのスイッチング動作に従って、鉛バッテリ12側の電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ14側へ供給し、或いは、リチウムイオンバッテリ14側の電圧を降圧して鉛バッテリ12側へ供給する。
【0022】
ECO・ECU24がDC/DCコンバータ22に対して行う制御内容には、DC/DCコンバータ22の動作方向の制御、DC/DCコンバータ22のPb側端子13の出力電圧の制御、DC/DCコンバータ22のLi側端子15の出力電圧の制御、及び、DC/DCコンバータ22の動作を停止させる制御が含まれる。
【0023】
ECO・ECU24は、2種類の方向指示信号(即ち、鉛バッテリ12側の電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ14側へ供給する「Li方向」、又は、リチウムイオンバッテリ14側の電圧を降圧して鉛バッテリ12側へ供給する「Pb方向」)を選択的にDC/DCコンバータ22に供給することにより、DC/DCコンバータ22の動作方向を制御する。
【0024】
また、ECO・ECU24は、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値(本例では、13.5V〜14.5Vの範囲内の指示値)をDC/DCコンバータ22に供給することにより、DC/DCコンバータ22のPb側端子13の出力電圧を制御する。DC/DCコンバータ22のPb側端子13の目標出力電圧が指示されると、DC/DCコンバータ22は、リチウムイオンバッテリ14側の電圧を当該指示値まで降圧して鉛バッテリ12側に出力する。これにより、リチウムイオンバッテリ14側では、Pb側端子13の目標出力電圧(又は、直流発電機20の発電電圧)に依存した放電が実現される。
【0025】
このPb側端子13の出力電圧の制御は、アイドルストップ時、若しくは、リチウムイオンバッテリ14が過充電状態の時に実行されてよい。これにより、アイドルストップ時には、鉛バッテリ12に代わってリチウムイオンバッテリ14が負荷26の電力源として機能し、鉛バッテリ12の寿命低下が防止される。また、リチウムイオンバッテリ14が過充電状態の時には、リチウムイオンバッテリ14の放電が促進され、リチウムイオンバッテリ14の過充電状態が解消される。
【0026】
同様に、ECO・ECU24は、Li側端子15の目標出力電圧の指示値(本例では、14.5V〜15.5Vの範囲内の指示値)をDC/DCコンバータ22に供給することにより、DC/DCコンバータ22のLi側端子15の出力電圧を制御する。DC/DCコンバータ22のLi側端子15の目標出力電圧が指示されると、DC/DCコンバータ22は、鉛バッテリ12側の電圧を当該指示値まで昇圧してリチウムイオンバッテリ14側に出力する。これにより、目標出力電圧に応じたリチウムイオンバッテリ14の充電が実現される。
【0027】
このLi側端子15の出力電圧の制御は、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時、車両の減速時(回生ブレーキ作動時)において実行されてよい。尚、このとき、鉛バッテリ12側においても、Li側端子15の目標出力電圧及び直流発電機20の発電電圧に依存した充電が実現される。
【0028】
また、ECO・ECU24は、DC/DCコンバータ22の動作を停止させる制御信号をDC/DCコンバータ22に供給することにより、若しくは、上述の方向指示信号の供給を停止することにより、DC/DCコンバータ22の動作を停止させる。このDC/DCコンバータ22の動作の停止は、車両加速時に実行されてよい。即ち、車両加速時(このとき、直流発電機20の発電電圧は上述の如くゼロである)には、鉛バッテリ12が負荷26の電力源として機能する。
【0029】
ここで、上述のDC/DCコンバータ22へのLi方向の方向指示信号は、Li側端子15の目標出力電圧の指示値とのセットでDC/DCコンバータ22に供給され、Pb方向の方向指示信号は、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値とのセットで供給される。従って、DC/DCコンバータ22の動作モードは、▲1▼Li側端子15の目標出力電圧の指示値に応じて鉛バッテリ12側の電圧を昇圧し、リチウムイオンバッテリ14側へ供給しているLiモード、▲2▼Pb側端子13の目標出力電圧の指示値に応じてリチウムイオンバッテリ14側の電圧を降圧し、鉛バッテリ12側へ供給しているPbモード、及び、▲3▼停止モード(STDモード)の3種類となる。
【0030】
このようなDC/DCコンバータ22の各動作モードは、車両の走行状態(例えば、車両の加速状態や定常走行状態、エンジンのアイドル運転状態、アイドルストップ状態)や、直流発電機20の発電状態、各バッテリの状態等に応じて決定されてよい。例えば、上述の如く、リチウムイオンバッテリ14が過充電状態の時には、リチウムイオンバッテリ14の放電を促進するため、Pbモードが実現され、また、アイドルストップ中(即ち、直流発電機20による発電が行われていない状況下)には、鉛バッテリ12の寿命低下を防止するため、Pbモードが実現されてよい。また、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時、回生ブレーキ作動時には、Liモードが実現され、車両の加速時には、停止モードが実現されてよい。
【0031】
従って、ECO・ECU24は、EFI・ECU49から得られる情報(例えば、エンジン回転数や直流発電機20の発電状態)やアクセルセンサ等の各種センサの出力値を監視しつつ、車両の走行状態等が所定の状態になった場合には、その車両の走行状態等に応じたDC/DCコンバータ22の動作モードを実現する(即ち、所定の切替条件が成立すると、DC/DCコンバータ22の各動作モード間の切り替えが実現される)。
【0032】
ところで、DC/DCコンバータ22の各動作モード間の切り替えを実行すると、切り替え開始時と終了時との間でDC/DCコンバータ22の出力電圧の値が比較的大きく変化する。例えば、LiモードからPbモードへと切り替えを実行した場合、DC/DCコンバータ22のPb側端子13の出力電圧は、切り替え前後で、切り替え前の電圧値(例えば、12V)からPb側端子13の目標出力電圧の指示値(例えば、14V)へと変化する。かかる切り替えを実行する際、負荷26(補機)の動作状態の如何に拘らず一様にDC/DCコンバータ22の出力電圧を制御すると、DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化態様によっては、補機の好ましくない動作が引き起こされたり、各バッテリへの充電効率が低下したりする場合がある。
【0033】
これに対して、本発明によれば、以下に説明するように、かかる切り替えを実行する際、負荷26の動作状態(電気的負荷の有無及び負荷レベルを含む)に応じてDC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変化させることで、上述の不都合を回避する。
【0034】
<第1実施例>
以下、図2及び図3を参照して、負荷26の動作状態に応じて選択される2種類の制御態様について順に説明する。図2は、本実施例のECO・ECU24がDC/DCコンバータ22の動作モードを切り替える際に実行するDC/DCコンバータ22の出力電圧に対する第1の制御態様の説明図である(以下、この第1の制御態様を「徐変切替制御」という)。本実施例では、この徐変切替制御は、上述の特定の補機(DC/DCコンバータ22の出力電圧の変化に影響を受けやすく、且つ、その影響がユーザ等に違和感を与えうる補機)が動作中である場合に選択・実行される。
【0035】
図2(a)に示すように、時刻t0で所定の切替条件が成立しLiモードからPbモードへの方向切替要求が発生すると、DC/DCコンバータ22への方向指示は、図2(b)に示すように、時刻t0でLi方向からPb方向へ即時に切り替えられることはなく、所定の遅延時間T1の経過後(時刻t1=t0+T1)にLi方向からPb方向へと変更される。即ち、時間T1が経過するまでDC/DCコンバータ22への方向指示はLi方向に保持される(Liモードが保持される)。従って、時刻t1までは、DC/DCコンバータ22にはLi側端子15の目標出力電圧の指示値がECO・ECU24により供給されることになる。
【0036】
このLi側端子15の目標出力電圧の指示値は、図2(c)に示すように、時刻t0での指示値からリチウムイオンバッテリ14の実電圧に相当する指示値(最終指示値Vf)へと時間T1をかけてリニアに降下されていく。即ち、Li側端子15の出力電圧は、時刻t0での指示値(本例では、16V)から最終指示値Vf(本例では、15V)に向けて時間T1をかけて徐々に降圧されていく。ここで、最終指示値Vfは、好ましくは、リチウムイオンバッテリ14の電流値が略ゼロになるような値であり、例えば、時刻t0でのリチウムイオンバッテリ14の電流値と同時刻t0での指示値との関係から推定される変動値であってよく、或いは、簡易的にLi側端子15の目標出力電圧の最小値(本例では、目標出力電圧の可変範囲が14.5V〜15.5Vであるので、14.5V)であってもよく、又は、簡易的にリチウムイオンバッテリ14の定格電圧付近の一定値であってもよい。
【0037】
この結果、DC/DCコンバータ22を流れる電流は、リチウムイオンバッテリ14側に流れる場合を正とした時、図2(e)に示すように、時刻t0から徐々に下降し始め、時刻t1で略ゼロとなる。また、鉛バッテリ12の電圧値(電圧センサ44の検出値)は、図2(f)に示すように、時刻t0での電圧値(本例では、12V)から徐々に上昇し始め、時刻t1である値(本例では、13V)となる。
【0038】
DC/DCコンバータ22のLi側端子15の出力電圧の降圧徐変が終了すると(時刻t1)、上述の如く、DC/DCコンバータ22への方向指示がLi方向からPb方向へと変更される。即ち、DC/DCコンバータ22の方向切替は、DC/DCコンバータ22に流れる電流がゼロになった時点(時刻t1)で実現される。
【0039】
時刻t1以降では、DC/DCコンバータ22にはPb側端子13の目標出力電圧の指示値がECO・ECU24により供給されることになる。ここで、時刻t1でのPb側端子13の目標出力電圧の指示値は、時刻t1での鉛バッテリ12の電圧値(電圧センサ44の検出値)に相当する指示値(初期指示値Vs)が設定される。そして、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値は、図2(d)に示すように、当該初期指示値Vsから所望の指示値Vdへと時間T2をかけてリニアに上昇されていく。即ち、Li側端子15の出力電圧は、時刻t1以後、初期指示値Vs(本例では、13V)から所望の指示値Vd(本例では、14V)に向けて時間T2をかけて徐々に昇圧されていく。尚、初期指示値Vsは、好ましくは、鉛バッテリ12の電流値がゼロになるような値であり、例えば、上述の如く時刻t1付近での電圧センサ44の検出値であってよく、若しくは、簡易的にPb側端子13の目標出力電圧の最小値(本例では、目標出力電圧の可変範囲が13.5V〜14.5Vであるので、13.5V)であってもよく、又は、簡易的に鉛バッテリ12の定格電圧付近の一定値であってもよい。
【0040】
この結果、DC/DCコンバータ22を流れる電流は、リチウムイオンバッテリ14側に流れる場合を正とした時、図2(e)に示すように、時刻t1の略ゼロから徐々に降下し、時刻t2(t2=t1+T2)で降下が終了する。また、鉛バッテリ12の電圧値(電圧センサ44の検出値)は、図2(f)に示すように、初期指示値Vs(13V)から徐々に上昇し始め、時刻t2で前記所望の指示値Vd(14V)となる。この時点(時刻t2)で、DC/DCコンバータ22の動作モードの切り替えが完了し、以後、所定の切替条件が成立するまで、Pbモードが保持される。
【0041】
尚、PbモードからLiモードへの切り替えは、上述の逆の態様、即ち、Pb側端子13の出力電圧を降圧徐変させ、DC/DCコンバータ22を流れる電流が略ゼロになって時点で方向指示を反転させ、Li側端子15の出力電圧を昇圧徐変させることにより実現される。また、Liモード又はPbモードから停止モードへの切り替えは、降圧徐変又は昇圧徐変が完了した時点(即ち、DC/DCコンバータ22を流れる電流が略ゼロになって時点)で実現される。
【0042】
図3は、本実施例のECO・ECU24がDC/DCコンバータ22の動作モードを切り替える際に実行するDC/DCコンバータ22の出力電圧に対する第2の制御態様の説明図である(以下、この第2の制御態様を「瞬時切替制御」という)。本実施例では、この瞬時切替制御は、上述の特定の補機が非動作中である場合に選択・実行される。
【0043】
図3(a)に示すように、時刻t0に所定の切替条件が成立しLiモードからPbモードへの切替要求が発生すると、DC/DCコンバータ22への方向指示は、図3(b)に示すように、上述の徐変切替制御とは異なり、Li方向からPb方向へ即時に切り替えられる。即ち、切り替え要求と同時に(時刻t0で)、方向切替が実現され、LiモードからPbモードへの切り替えが完了する。従って、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値は、図3(d)に示すように、時刻t0で即時に所望の指示値Vd(14V)に設定される。この結果、図3(e)に示すように、DC/DCコンバータ22の遮断電流が大きくなるが、鉛バッテリ12の電圧値(Pb側端子13の出力電圧)は、図3(f)に示すように、即時に所望の指示値Vdとなる。
【0044】
ところで、この瞬時切替制御によりDC/DCコンバータ22の出力電圧を制御した場合には、ある時刻で瞬間的にDC/DCコンバータ22の動作方向の切り替えが実行されるため、DC/DCコンバータ22の電流遮断(図3(e)参照)に起因して、図3(f)に示すようなPb側端子13の出力電圧の急変動が生ずる。このとき、特定の補機が動作中である場合には、当該出力電圧の急変動に起因した好ましくない動作(例えば、ランプ類の明滅、エアコンの吹き出し風量の急変、ワイパのワイピング速度の急変)が引き起こされ、ユーザ等に違和感を与えてしまうという不都合が生ずる。
【0045】
これに対して、本実施例では、このような特定の補機が動作中である場合には、瞬時切替制御に代えて上述の徐変切替制御が実行される。従って、本実施例によれば、Pb側端子13の出力電圧は、図2(f)に示すように、滑らかに変化するので、出力電圧の急変動に起因した好ましくない動作による上述の不都合が生ずることはない。
【0046】
一方、瞬時切替制御によりDC/DCコンバータ22の出力電圧を制御した場合には、切り替え要求時からPb側端子13の出力電圧が所望の指示値Vdに達するまである一定の時間(T1+T2)を要する。この場合、当該一定の時間だけ鉛バッテリ12若しくはリチウムイオンバッテリ14の充電効率が低下することになり、直流発電機20が発生する電気エネルギの損失及びそれに伴う燃費の悪化という不都合が生ずる。
【0047】
これに対して、本実施例では、特定の補機が非動作中である場合には、上述の徐変切替制御に代えて瞬時切替制御が実行される。従って、本実施例によれば、特定の補機が動作中である場合にのみ徐変切替制御が行われることになるので、燃費の悪化を最小限に抑えることができる。即ち、本実施例によれば、特定の補機の動作状態に応じてDC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変化させることで、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、ユーザ等に違和感を与えうる補機の動作を防止することができる。
【0048】
<第2実施例>
次に、図4を参照しつつ本発明の第2実施例について説明する。本実施例では、切替要求が発生すると、上述の第1実施例と同様、DC/DCコンバータ22への方向指示がLi方向からPb方向へ即時に切り替えられることはないが、上述の第1実施例とは異なり、Li側端子15の指示値が所定の降圧速度(V/sec)で変化させられる(即ち、Li側端子15の出力電圧が所定の降圧速度で徐々に降圧される)。
【0049】
この場合、ECO・ECU24は、Li側端子15の指示値が最終指示値Vfまで変化した時点で、方向指示をLi方向からPb方向へと反転させると共に、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値を初期指示値Vsに設定する。その後、ECO・ECU24は、Pb側端子13の指示値を所定の昇圧速度(V/sec)で変化させる昇圧徐変を開始し、Pb側端子13の指示値が所望の指示値Vdまで変化した時点で、昇圧徐変を終了する。
【0050】
或いは、ECO・ECU24は、リチウムイオンバッテリ14の電流値(電流センサ42の検出値)を監視し、当該電流値がゼロになった時点で、方向指示をLi方向からPb方向へと反転させると共に、Pb側端子13の目標出力電圧の指示値を初期指示値Vsに設定する。その後、同様に、ECO・ECU24は、Pb側端子13の指示値を所定の昇圧速度(V/sec)で変化させる昇圧徐変を開始し、Pb側端子13の指示値が所望の指示値Vdまで変化した時点で、昇圧徐変を終了する。
【0051】
本実施例において、指示値の変化速度(即ち、所定の降圧速度及び昇圧速度)は、図3に示すように、DC/DCコンバータ22の各動作モード間の切り替え方向、車両の走行状態(本例では、エンジンのアイドル運転状態若しくは車両の定常走行状態)、及び、特定の補機(本例では、テールランプ)の動作状態に応じて予めマップ(変化速度マップ)に定義されてよい。
【0052】
図3に示す変化速度マップにおいて、テールランプが点灯している場合の指示値の変化速度は、テールランプが消滅している場合の同変化速度に比して、大きな値が定義されている。例えば、エンジンがアイドル運転状態にある状況下若しくは車両が定常走行状態にある状況下において、PbモードからLiモードへの切替(図中、Pb→Li)を実行する際、テールランプが点灯している場合には(図中、テールSW ON)、0.02V/50msの降圧速度でPb側端子13の出力電圧の降圧徐変が実現され、テールランプが消滅している場合には(図中、テールSW OFF)、1.187V/50msの降圧速度でPb側端子13の出力電圧の降圧徐変が実現される。
【0053】
即ち、本実施例では、特定の補機が動作中である場合には、指示値の変化速度を比較的小さく設定することによりDC/DCコンバータ22の出力電圧の急激な変動を防止し、特定の補機が非動作中である場合には、指示値の変化速度を比較的大きく設定することによりバッテリ充電効率の低下(燃費の悪化)を防止している。従って、本実施例によれば、上述の第1実施例と同様、特定の補機の動作状態に応じてDC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変化させることで、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、ユーザ等に違和感を与えうる補機の動作を防止することができる。
【0054】
尚、本実施例では、図4に特定の補機としてテールランプの変化速度マップを示しているが、変化速度マップは、個々の特定の補機(例えば、ヘッドランプ及びワイパモーター等)毎に作成される必要はなく、変化速度マップには、複数の特定の補機の各動作状態の任意の組み合わせに応じた変化速度値が定義されてもよい。また、変化速度マップには、動作中の特定の補機の数(即ち、負荷レベル)に応じた変化速度値が定義されてもよい。
【0055】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0056】
例えば、上述した第1実施例では、特定の補機が動作中であるか若しくは非動作中であるかの判定結果に基づいて、DC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変更するものであったが、動作中の特定の補機の数(即ち、負荷レベル)や動作中の特定の補機の種類に応じて制御態様を変更することも可能である。
【0057】
また、上述した各実施例では、特定の補機に関する電気負荷信号に応じてDC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変更するものであったが、電気負荷信号に代わって、負荷電流に応じてDC/DCコンバータ22の出力電圧の制御態様を変更することも可能である。この場合、上述の第2実施例においては、負荷電流値に応じた変化速度値が定義された変化速度マップに基づいて、昇圧徐変時の昇圧速度及び降圧徐変時の降圧速度が決定されてよい。尚、負荷電流値は、直流発電機20の発電電流値と各バッテリの電流値とに基づいて導出可能である。
【0058】
また、上述した実施例は、2個のバッテリ、即ち鉛バッテリ12とリチウムイオンバッテリ14とを備えた電源制御装置に関するものであったが、本発明は、特にバッテリの数及び種類を特定するものではなく、2個以上のバッテリを有する如何なる電源制御装置に対しても適用可能である。例えば、本発明は、高圧のハイブリッドバッテリーと鉛バッテリとを備えたハイブリッド車用の電源制御装置に対しても適用可能である。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、ユーザに違和感を与えうる補機の好ましくない動作を防止することができると共に、バッテリ充電効率の低下及びそれに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である車両用電源制御装置のシステム構成図を示す。
【図2】本実施例のECO・ECU24がDC/DCコンバータの動作モードを切り替える際に実行する徐変切替制御の説明図である。
【図3】本実施例のECO・ECU24がDC/DCコンバータの動作モードを切り替える際に実行する瞬時切替制御の説明図である。
【図4】特定の補機の動作状態と指示値の変化速度との対応関係を定義するマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
10 車両用電源制御装置
12 鉛バッテリ
14 リチウムイオンバッテリ
16 切換スイッチ
18 スタータ
20 直流発電機
22 DC/DCコンバータ
24 ECO・ECU
26 負荷
40,42 電流センサ
44,46 電圧センサ
49 EFI・ECU[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply control device for a vehicle including a plurality of batteries interconnected via a bidirectional DC / DC converter, and particularly to a vehicle power supply that can appropriately realize direction switching of the bidirectional DC / DC converter. The present invention relates to a power supply control device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle power supply control device including a step-down DC / DC converter for stepping down a high-voltage current from a high-voltage battery for supplying a high-voltage load and transmitting the voltage to a low-voltage battery for supplying a low-voltage load, There is known a technique for slowly switching the output voltage of a step-down DC / DC converter when a switching command signal requesting switching of an output voltage is input (for example, Patent Document 1). In this prior art, the output voltage of the step-down DC / DC converter is slowly changed (for example, over a period of 2 to 3 seconds or more), so that the auxiliary equipment (low-voltage load) accompanying the change in the output voltage is preferably used. Unnecessary operations (such as a change in the amount of light of a headlamp and a change in the number of rotations of a motor) can be suppressed, and the driver's discomfort can be reduced.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-281601 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the output voltage of the DC / DC converter is switched as in the above-described related art, control for gradually changing the output voltage of the DC / DC converter (hereinafter, this control is referred to as “gradual change control”) is performed. Thus, there is a problem that energy loss occurs due to the gradual change control, and the charging efficiency of the low-voltage battery is reduced. That is, when the gradual change control is constantly performed, compared to the case where the gradual change control is not performed, the output voltage of the DC / DC converter is not affected by the change in the output voltage from the time of the switching request to the final value. Not only the normal operation of the auxiliary equipment is suppressed, but also the efficiency of energy supply to the low-voltage battery is reduced, which causes a problem that fuel efficiency is deteriorated.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a vehicle power supply control that can prevent undesired operation of auxiliary equipment that may give a user a sense of incongruity, and can minimize a reduction in battery charging efficiency and a resulting deterioration in fuel efficiency. The purpose is to provide a device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a power supply control device for a vehicle including two batteries that mutually supply power via a bidirectional DC / DC converter, as described in claim 1,
When the operation mode of the bidirectional DC / DC converter is switched, a control mode of an output voltage of the bidirectional DC / DC converter is changed according to an operation state of a predetermined accessory. Achieved by the controller.
[0007]
In the present invention, two batteries (eg, a lithium ion battery and a lead battery) are interconnected via a bidirectional DC / DC converter. Therefore, the bidirectional DC / DC converter has a mode in which the voltage on one battery side is boosted and supplied to the other battery side, and a mode in which the voltage on the other battery side is reduced and supplied to the one battery side. And at least two operation modes are realized. The predetermined auxiliary device is easily affected by a change in the output voltage of a DC / DC converter such as a specific auxiliary device (for example, lamps) among various auxiliary devices mounted on the vehicle. Auxiliary equipment whose influence may give a feeling of strangeness to the user or the like may be used. By the way, when the operation mode of the bidirectional DC / DC converter is instantaneously switched, the output voltage of the bidirectional DC / DC converter suddenly changes, and undesired operations of predetermined auxiliary equipment (for example, blinking of lamps, blower air volume) Abrupt change of the wiper speed), and the merchantability may be impaired. On the other hand, when the operation mode of the bidirectional DC / DC converter is slowly switched, the battery charging efficiency is deteriorated, and the fuel efficiency is deteriorated. On the other hand, in the present invention, for example, when a predetermined accessory is in operation, a control mode in which the output voltage of the bidirectional DC / DC converter is gradually changed to a predetermined value is selected, and the predetermined accessory is selected. Is not operating, the control mode for instantaneously changing the output voltage of the bidirectional DC / DC converter to a predetermined value is selected. The control mode of the output voltage of the DC converter is changed. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an undesired operation of a predetermined auxiliary device, and to minimize a reduction in battery charging efficiency and a deterioration in fuel efficiency associated therewith.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the vehicle power supply control device according to the first aspect, changing the control mode of the output voltage of the bidirectional DC / DC converter includes changing the output mode of the bidirectional DC / DC converter. Changing the step-down or step-up rate of the voltage is included. Note that each value of the step-down speed or the step-up speed may be defined in a predetermined map in advance in association with various operating states of a predetermined auxiliary device.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the vehicle power supply control device according to the first or second aspect, when the predetermined accessory is operating, the current value of the bidirectional DC / DC converter becomes substantially zero. When the operation mode of the bidirectional DC / DC converter is switched, the current interruption of the bidirectional DC / DC converter is prevented, and a sudden change in the output voltage of the bidirectional DC / DC converter is reliably prevented. can do.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply control device for a vehicle according to the first to third aspects, the operation state of the predetermined accessory is determined by the presence or absence of an electrical load and / or a load level of the predetermined accessory. May be determined based on When there are a plurality of predetermined auxiliary machines, the operating state of the predetermined auxiliary machines includes the presence / absence of an electric load and / or a combination of load levels for each auxiliary machine.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a vehicle power
[0013]
Two
[0014]
A
[0015]
An electronic control unit 49 (hereinafter, referred to as “EFI ·
[0016]
During idle stop, that is, while the engine is temporarily stopped, the EFI-
[0017]
The
[0018]
The ECO /
[0019]
The vehicle power
[0020]
The
[0021]
The DC / DC converter 22 is also connected to the
[0022]
The control performed by the ECO /
[0023]
The ECO-ECU 24 generates two types of direction instruction signals (that is, “Li direction” in which the voltage on the
[0024]
Further, the ECO-ECU 24 supplies the indicated value of the target output voltage of the Pb-side terminal 13 (in this example, the indicated value within the range of 13.5 V to 14.5 V) to the DC / DC converter 22, and The output voltage of the
[0025]
The control of the output voltage of the
[0026]
Similarly, the ECO ·
[0027]
The control of the output voltage of the Li-
[0028]
Further, the ECO-ECU 24 supplies the control signal for stopping the operation of the DC / DC converter 22 to the DC / DC converter 22 or stops the supply of the above-mentioned direction instruction signal, thereby the DC / DC converter 22 is stopped. The stop of the operation of the DC / DC converter 22 may be executed at the time of vehicle acceleration. That is, during vehicle acceleration (at this time, the generated voltage of the
[0029]
Here, the direction indication signal in the Li direction to the DC / DC converter 22 is supplied to the DC / DC converter 22 in combination with the indication value of the target output voltage of the Li-
[0030]
The operation modes of the DC / DC converter 22 include a running state of the vehicle (for example, an acceleration state or a steady running state of the vehicle, an idle operation state of the engine, an idle stop state), a power generation state of the
[0031]
Therefore, the ECO /
[0032]
By the way, when switching between the operation modes of the DC / DC converter 22 is performed, the value of the output voltage of the DC / DC converter 22 changes relatively largely between the start and end of the switching. For example, when switching from the Li mode to the Pb mode is performed, the output voltage of the
[0033]
On the other hand, according to the present invention, as described below, when such switching is performed, the DC / DC converter 22 depends on the operation state of the load 26 (including the presence / absence of an electric load and the load level). The above-mentioned disadvantages are avoided by changing the control mode of the output voltage.
[0034]
<First embodiment>
Hereinafter, two types of control modes selected in accordance with the operation state of the
[0035]
As shown in FIG. 2A, when a predetermined switching condition is satisfied at time t0 and a direction switching request from Li mode to Pb mode is generated, a direction instruction to the DC / DC converter 22 is given as shown in FIG. As shown in (2), the switching from the Li direction to the Pb direction is not immediately performed at the time t0, but is changed from the Li direction to the Pb direction after a predetermined delay time T1 has elapsed (time t1 = t0 + T1). That is, the direction instruction to the DC / DC converter 22 is held in the Li direction until the time T1 has elapsed (the Li mode is held). Therefore, until the time t1, the instruction value of the target output voltage of the
[0036]
The indicated value of the target output voltage of the Li-
[0037]
As a result, assuming that the current flowing through the DC / DC converter 22 is positive when flowing to the
[0038]
When the step-down gradual change of the output voltage of the Li-
[0039]
After time t1, an instruction value of the target output voltage of the
[0040]
As a result, assuming that the case where the current flowing through the DC / DC converter 22 flows toward the
[0041]
The switching from the Pb mode to the Li mode is performed in the opposite manner as described above, that is, the output voltage of the Pb-
[0042]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a second control mode for the output voltage of the DC / DC converter 22 which is executed when the ECO /
[0043]
As shown in FIG. 3A, when a predetermined switching condition is satisfied at time t0 and a request for switching from the Li mode to the Pb mode occurs, the direction instruction to the DC / DC converter 22 becomes as shown in FIG. As shown, unlike the above-described gradual change switching control, the Li direction is immediately switched to the Pb direction. That is, simultaneously with the switching request (at time t0), the direction switching is realized, and the switching from the Li mode to the Pb mode is completed. Therefore, the indicated value of the target output voltage of the
[0044]
By the way, when the output voltage of the DC / DC converter 22 is controlled by the instantaneous switching control, the operation direction of the DC / DC converter 22 is instantaneously switched at a certain time. Due to the current interruption (see FIG. 3E), the output voltage of the Pb-
[0045]
On the other hand, in the present embodiment, when such a specific auxiliary machine is operating, the above-described gradual change switching control is executed instead of the instantaneous switching control. Therefore, according to the present embodiment, the output voltage of the
[0046]
On the other hand, when the output voltage of the DC / DC converter 22 is controlled by the instantaneous switching control, a certain time (T1 + T2) is required from the time of the request for switching to the time when the output voltage of the Pb-
[0047]
On the other hand, in the present embodiment, when a specific auxiliary device is not operating, instantaneous switching control is executed instead of the above-described gradual change switching control. Therefore, according to the present embodiment, since the gradual change switching control is performed only when the specific auxiliary machine is operating, the deterioration of fuel efficiency can be minimized. That is, according to the present embodiment, the control mode of the output voltage of the DC / DC converter 22 is changed in accordance with the operation state of a specific auxiliary device, thereby minimizing deterioration of fuel efficiency and feeling uncomfortable for a user or the like. Can be prevented from operating.
[0048]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, when a switching request occurs, the direction instruction to the DC / DC converter 22 is not immediately switched from the Li direction to the Pb direction as in the first embodiment, but the first embodiment is performed. Unlike the example, the indicated value of the Li-
[0049]
In this case, when the indicated value of the Li-
[0050]
Alternatively, the ECO-ECU 24 monitors the current value of the lithium ion battery 14 (detected value of the current sensor 42), and when the current value becomes zero, inverts the direction instruction from the Li direction to the Pb direction and , The target output voltage of the Pb-
[0051]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the changing speed of the indicated value (that is, the predetermined step-down speed and the step-up speed) depends on the switching direction between the operation modes of the DC / DC converter 22 and the traveling state of the vehicle (the In the example, the map (change speed map) may be defined in advance according to the idle operation state of the engine or the steady running state of the vehicle) and the operation state of a specific accessory (in this example, a tail lamp).
[0052]
In the change speed map shown in FIG. 3, the change speed of the indicated value when the tail lamp is turned on is defined as a larger value than the change speed when the tail lamp is extinguished. For example, when switching from the Pb mode to the Li mode (Pb → Li in the figure) under a situation where the engine is in an idling operation state or a situation where the vehicle is in a steady running state, the tail lamp is lit. In this case (the tail SW is ON in the figure), the step-down gradual change of the output voltage of the
[0053]
That is, in the present embodiment, when a specific auxiliary machine is operating, a rapid change in the output voltage of the DC / DC converter 22 is prevented by setting the change speed of the indicated value to be relatively small, and When the auxiliary device is not operating, the change rate of the indicated value is set to a relatively large value to prevent a decrease in battery charging efficiency (a deterioration in fuel efficiency). Therefore, according to the present embodiment, similarly to the above-described first embodiment, deterioration of fuel efficiency is minimized by changing the control mode of the output voltage of the DC / DC converter 22 according to the operation state of a specific accessory. It is possible to prevent the operation of the auxiliary equipment that can give a user or the like an uncomfortable feeling while keeping the limit.
[0054]
In this embodiment, the change speed map of the tail lamp is shown in FIG. 4 as a specific accessory, but the change speed map is created for each specific accessory (for example, a headlamp and a wiper motor). However, the change speed value may be defined in the change speed map according to any combination of the operating states of the plurality of specific accessories. Further, the change speed map may define a change speed value corresponding to the number of specific operating auxiliary devices (that is, the load level).
[0055]
Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment without departing from the scope of the present invention. Can be added.
[0056]
For example, in the above-described first embodiment, the control mode of the output voltage of the DC / DC converter 22 is changed based on the result of determining whether a specific accessory is operating or not operating. However, it is also possible to change the control mode according to the number of operating specific auxiliary devices (that is, the load level) and the type of operating specific auxiliary device.
[0057]
Further, in each of the above-described embodiments, the control mode of the output voltage of the DC / DC converter 22 is changed according to the electric load signal related to the specific auxiliary device. However, instead of the electric load signal, the load current is changed. It is also possible to change the control mode of the output voltage of DC / DC converter 22 accordingly. In this case, in the above-described second embodiment, based on the change speed map in which the change speed value according to the load current value is defined, the boosting speed at the time of the gradual change in the pressure and the bucking speed at the time of the gradual change in the pressure are determined. May be. Note that the load current value can be derived based on the generated current value of the
[0058]
Although the above-described embodiment relates to a power supply control device including two batteries, that is, a
[0059]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while undesired operation | movement of an auxiliary machine which may give a user a sense of incongruity can be prevented, the fall of battery charge efficiency and the deterioration of fuel consumption accompanying it can be minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a vehicle power supply control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of gradual change switching control executed when the ECO /
FIG. 3 is an explanatory diagram of instantaneous switching control executed when the ECO /
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a map that defines a correspondence relationship between an operation state of a specific auxiliary device and a change speed of an instruction value.
[Explanation of symbols]
10. Power supply control device for vehicle
12 Lead battery
14 Lithium-ion battery
16 Changeover switch
18 Starter
20 DC generator
22 DC / DC Converter
24 ECO / ECU
26 load
40, 42 current sensor
44, 46 Voltage sensor
49 EFI / ECU
Claims (4)
前記双方向DC/DCコンバータの動作モードを切り替える際、所定の補機の動作状態に応じて、前記双方向DC/DCコンバータの出力電圧の制御態様を変化させることを特徴とする、車両用電源制御装置。A vehicle power supply control device including two batteries that mutually supply power via a bidirectional DC / DC converter,
When the operation mode of the bidirectional DC / DC converter is switched, a control mode of an output voltage of the bidirectional DC / DC converter is changed according to an operation state of a predetermined accessory. Control device.
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