JP2008125159A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電特性が異なる２つのバッテリを備え、一方のバッテリを温度に基づき充放電制御することが可能な電源装置の提供。
【解決手段】車載発電機７が発電した電力により充電され、電気負荷群８・・に電力を供給する第１バッテリ９と、車載発電機７が発電した電力を昇圧する昇圧手段５と、その昇圧した電力により充電され、他の電気負荷２に電力を供給する第２バッテリ１とを備える電源装置。昇圧手段５の高圧側端子に設けられた第１スイッチＳＷ１と、第２バッテリ１の高圧側端子に設けられた第２スイッチＳＷ２と、第２バッテリ１の温度を検出する温度検出器１１と、その検出した温度が所定温度範囲に含まれるか否かを判定する手段１０とを備え、判定する手段１０が含まれないと判定したときは、第１スイッチＳＷ１をオンにして、第２スイッチＳＷ２をオフにする構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載発電機の発電電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する鉛蓄電池等のバッテリと、車載発電機の発電電力を昇圧する昇圧手段と、昇圧手段が昇圧した電力により充電され、１又は複数の他の電気負荷に電力を供給するリチウムイオン電池等のバッテリとを備える電源装置に関するものである。

車両に搭載される電気負荷は年々増加する傾向にある。ウインドーデフォッガ及び寒冷地向けのシートヒータ等の大容量の電気負荷が採用されたり、油圧又はエンジン動力で作動させていた機器を電動化して、制御性能及び効率の向上を図る動きが進んでいる。電動ブレーキ及び電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）等、高い信頼性が要求される電気負荷も採用されて来ている。

このような電気負荷の増加に対応して、従来の電源システムに、従来の鉛蓄電池より高電圧で充放電可能な電力貯蔵手段と、車載発電機で発電された電力を昇圧する昇圧手段とを加えて、昇圧手段が昇圧した電力により電力貯蔵手段を充電し、従来より高電圧の電力を電気負荷に供給する電源装置が考えられている。特許文献１には、このような電源装置の例が開示されており、この電源装置では、複数のバッテリの正確な残存容量を推定することができる残存容量推定装置を備えている。
特開２００６−３８６６４号公報

上述したような複数のバッテリを備える電源装置では、追加されるバッテリとしては、リチウムイオン電池が考えられているが、リチウムイオン電池は、劣化が少ない使用可能な温度範囲が鉛蓄電池より限られており、温度に基づく充放電制御が必要であるという問題がある。また、リチウムイオン電池は、過充電状態、及び満充電に近い状態で劣化が進む一方、鉛蓄電池は、過放電状態で劣化が進むので、両者の劣化を抑制することができる電源制御が必要とされている。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、充放電特性が異なる２つのバッテリを備え、一方のバッテリを温度に基づき充放電制御することが可能な電源装置を提供することを目的とする。
第２乃至４発明では、充放電特性が異なる２つのバッテリを備え、両者の劣化を抑制することができる電源制御が可能な電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電源装置は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する第１バッテリと、前記車載発電機が発電した電力を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段が昇圧した電力により充電され、１又は複数の他の電気負荷に電力を供給する第２バッテリとを備える電源装置において、前記昇圧手段の高圧側端子に設けられた第１スイッチと、前記第２バッテリの高圧側端子に設けられた第２スイッチと、前記第２バッテリの温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度が所定温度範囲に含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記第１スイッチをオンにして、前記第２スイッチをオフにするように構成してあることを特徴とする。

この電源装置では、車載発電機が、エンジンに連動して発電し、第１バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する。昇圧手段が、車載発電機が発電した電力を昇圧し、第２バッテリが、昇圧手段が昇圧した電力により充電され、１又は複数の他の電気負荷に電力を供給する。第１スイッチが、昇圧手段の高圧側端子に設けられ、第２スイッチが、第２バッテリの高圧側端子に設けられ、温度検出器が、第２バッテリの温度を検出する。判定する手段が、温度検出器が検出した温度が所定温度範囲に含まれるか否かを判定し、判定する手段が含まれないと判定したときは、第１スイッチをオンにして、第２スイッチをオフにする。

第２発明に係る電源装置は、前記第１バッテリの電圧値を検出する第１電圧検出器と、前記第２バッテリの電圧値を検出する第２電圧検出器とを更に備え、前記第１電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ１より高いＶ２未満であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記昇圧手段が昇圧した電力により、前記第２バッテリを充電するように構成してあることを特徴とする。（Ｖ１＜Ｖ２）

この電源装置では、第１電圧検出器が、第１バッテリの電圧値を検出し、第２電圧検出器が、第２バッテリの電圧値を検出する。第１電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、第２電圧検出器が検出した電圧値が、Ｖ１より高いＶ２未満であるときは、第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、昇圧手段が昇圧した電力により、第２バッテリを充電する。

第３発明に係る電源装置は、前記昇圧手段の停止時に、前記第２バッテリが放電し前記第１スイッチを通流した電力を降圧し、前記第１バッテリ側へ供給する降圧手段を更に備え、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ２より高いＶ３以上であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記第２バッテリが放電した電力を、前記降圧手段で降圧して、前記電気負荷群へも供給するように構成してあることを特徴とする。（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）

この電源装置では、昇圧手段の停止時に、降圧手段が、第２バッテリが放電し第１スイッチを通流した電力を降圧し、第１バッテリ側へ供給する。第２電圧検出器が検出した電圧値が、Ｖ２より高いＶ３以上であるときは、第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、第２バッテリが放電した電力を、降圧手段で降圧して、電気負荷群へも供給する。

第４発明に係る電源装置は、前記第１電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ１より低いＶ５未満であり、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ２より高く前記Ｖ３より低いＶ４以上であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記降圧手段で降圧した電力により、前記第１バッテリを充電するように構成してあることを特徴とする。（Ｖ５＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ４＜Ｖ３）

この電源装置では、第１電圧検出器が検出した電圧値が、Ｖ１より低いＶ５未満であり、第２電圧検出器が検出した電圧値が、Ｖ２より高くＶ３より低いＶ４以上であるときは、第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、降圧手段で降圧した電力により、第１バッテリを充電する。

第１発明に係る電源装置によれば、充放電特性が異なる２つのバッテリを備え、一方のバッテリを温度に基づき充放電制御することが可能な電源装置を実現することができる。

第２乃至４発明に係る電源装置によれば、充放電特性が異なる２つのバッテリを備え、両者の劣化を抑制することができる電源制御が可能な電源装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この電源装置では、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）７が発電し整流した直流電力が、オルタネータ７に並列接続された鉛蓄電池（第１バッテリ）９及び複数の電気負荷８・・に供給される。オルタネータ７が発電し整流した直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５で昇圧され、昇圧された電力は、リチウムイオン電池（第２バッテリ）１及び電気負荷２に供給される。

電圧検出器６が、鉛蓄電池９の出力電圧値を検出し、その検出値ＶＭ１は、主としてマイクロコンピュータからなる制御部１０に与えられる。
電圧検出器４が、リチウムイオン電池１の出力電圧値を検出し、その検出値ＶＭ２は制御部１０に与えられる。
電流検出器３が、リチウムイオン電池１の出力電流値を検出し、その検出値Ｉは制御部１０に与えられる。
温度検出器１１が、リチウムイオン電池１の温度を検出し、その検出値Ｔは制御部１０に与えられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５の高圧側端子には、スイッチ（第１スイッチ）ＳＷ１が設けられ、リチウムイオン電池１の高圧側端子には、スイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２が設けられ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、制御部１０によりオン／オフ制御される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、例えばチョッパ及びコイル等で構成されており、昇圧方向とは逆方向への降圧も行い、昇圧／降圧の切替え制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧／電流制御と共に、制御部１０により行われる。

以下に、このような構成の電源装置の動作を、それを示す図２，３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１０は、イグニッションキー（以下、ＩＧキー）がオンされ始動すると、先ず、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を昇圧側に切替え（Ｓ１）、その状態で所定時間ｍ（例えば１分）待機する（Ｓ３）。次いで、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが、リチウムイオン電池１の使用可能な例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

制御部１０は、温度Ｔが０℃〜６０℃の範囲内でなければ（Ｓ７）、スイッチＳＷ１をオンにし，ＳＷ２をオフにして（Ｓ１３）、その状態で所定時間ｍ待機する（Ｓ１５）。これにより、リチウムイオン電池１が切離され、電気負荷２へは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から電力が供給される。
次に、制御部１０は、再度、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

制御部１０は、温度Ｔが０℃〜６０℃の範囲内であれば（Ｓ７）、電圧検出器６が検出した鉛蓄電池９の出力電圧値ＶＭ１、及び電圧検出器４が検出したリチウムイオン電池１の出力電圧値ＶＭ２を読込む（Ｓ９）。次いで、出力電圧値ＶＭ２が、リチウムイオン電池１が低容量状態であることを示す所定電圧値Ｖ２未満であり、かつ出力電圧値ＶＭ１が所定電圧値Ｖ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。（Ｖ１＜Ｖ２）

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ２未満であり、かつ出力電圧値ＶＭ１が所定電圧値Ｖ１以上（ＶＭ２＜Ｖ２∩ＶＭ１≧Ｖ１）であれば（Ｓ１１）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を昇圧側に切替える（Ｓ１７）。また、リチウムイオン電池１に流れる電流（充電電流）Ｉが最大０．１ＣＡ（定電流）となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧を制御しながら（Ｓ１７）、その状態で所定時間ｍ待機する（Ｓ１９）。これにより、リチウムイオン電池１は、最大０．１ＣＡの充電電流で充電される。
次に、制御部１０は、再度、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ２未満であり、かつ出力電圧値ＶＭ１が所定電圧値Ｖ１以上（ＶＭ２＜Ｖ２∩ＶＭ１≧Ｖ１）でなければ（Ｓ１１）、出力電圧値ＶＭ２が、リチウムイオン電池１が満充電近くであることを示す所定電圧値Ｖ３以上であるか否かを判定する（Ｓ２１）。（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ３以上であれば（Ｓ２１）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を降圧側に切替える（Ｓ２９）。また、リチウムイオン電池１に流れる電流（放電電流）Ｉが最大１ＣＡ（定電流）となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧を制御しながら（Ｓ２９）、その状態で所定時間ｍ待機する（Ｓ３１）。これにより、リチウムイオン電池１は、最大１ＣＡの放電電流で放電し、電気負荷２，８・・へ電力を供給する。
次に、制御部１０は、再度、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ３以上でなければ（Ｓ２１）、出力電圧値ＶＭ２が、リチウムイオン電池１が十分充電されていることを示す所定電圧値Ｖ４以上であり、かつ出力電圧値ＶＭ１が、鉛蓄電池９が低容量状態であることを示す所定電圧値Ｖ５未満であるか否かを判定する（Ｓ２３）。（Ｖ５＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ４＜Ｖ３）

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ４以上であり、かつ出力電圧値ＶＭ１がＶ５未満（ＶＭ２≧Ｖ４∩ＶＭ１＜Ｖ５）であれば（Ｓ２３）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を降圧側に切替える（Ｓ３３）。また、鉛蓄電池９が充電されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧を調整しながら（Ｓ３３）、その状態で所定時間ｍ待機する（Ｓ３４）。これにより、リチウムイオン電池１が、電気負荷２，８・・へ電力を供給すると共に、鉛蓄電池９は充電される。
次に、制御部１０は、再度、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

制御部１０は、出力電圧値ＶＭ２が所定電圧値Ｖ４以上であり、かつ出力電圧値ＶＭ１がＶ５未満（ＶＭ２≧Ｖ４∩ＶＭ１＜Ｖ５）でなければ（Ｓ２３）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を昇圧側に切替える（Ｓ２５）。また、リチウムイオン電池１の電流Ｉが異常な大電流にならないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧を調整しながら（Ｓ２５）、その状態で所定時間ｍ待機する（Ｓ２７）。

これにより、鉛蓄電池９及びリチウムイオン電池１が、電気負荷２，８・・へ電力を供給する。また、この場合、スイッチＳＷ１をオンに、スイッチＳＷ２をオフにして、鉛蓄電池９が、電気負荷２，８・・への電力を供給するようにしても良い。
次に、制御部１０は、再度、温度検出器１１が検出したリチウムイオン電池１の温度Ｔを読込み（Ｓ５）、温度Ｔが例えば０℃〜６０℃の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ７）。

本発明に係る電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す電源装置の動作の例を示すフローチャートである。 図１に示す電源装置の動作の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ リチウムイオン電池（第２バッテリ）
２、８ 電気負荷
３ 電流検出器
４、６ 電圧検出器
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧手段、降圧手段）
７ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
９ 鉛蓄電池（第１バッテリ）
１０ 制御部
１１ 温度検出器
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）

Claims (4)

1. エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する第１バッテリと、前記車載発電機が発電した電力を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段が昇圧した電力により充電され、１又は複数の他の電気負荷に電力を供給する第２バッテリとを備える電源装置において、
   前記昇圧手段の高圧側端子に設けられた第１スイッチと、前記第２バッテリの高圧側端子に設けられた第２スイッチと、前記第２バッテリの温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度が所定温度範囲に含まれるか否かを判定する手段とを備え、該手段が含まれないと判定したときは、前記第１スイッチをオンにして、前記第２スイッチをオフにするように構成してあることを特徴とする電源装置。
2. 前記第１バッテリの電圧値を検出する第１電圧検出器と、前記第２バッテリの電圧値を検出する第２電圧検出器とを更に備え、前記第１電圧検出器が検出した電圧値がＶ１以上であり、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ１より高いＶ２未満であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記昇圧手段が昇圧した電力により、前記第２バッテリを充電するように構成してある請求項１記載の電源装置。（Ｖ１＜Ｖ２）
3. 前記昇圧手段の停止時に、前記第２バッテリが放電し前記第１スイッチを通流した電力を降圧し、前記第１バッテリ側へ供給する降圧手段を更に備え、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ２より高いＶ３以上であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記第２バッテリが放電した電力を、前記降圧手段で降圧して、前記電気負荷群へも供給するように構成してある請求項２記載の電源装置。（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）
4. 前記第１電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ１より低いＶ５未満であり、前記第２電圧検出器が検出した電圧値が、前記Ｖ２より高く前記Ｖ３より低いＶ４以上であるときは、前記第１スイッチ及び第２スイッチをオンにして、前記降圧手段で降圧した電力により、前記第１バッテリを充電するように構成してある請求項３記載の電源装置。（Ｖ５＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ４＜Ｖ３）

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