JP2008154397A - 電力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子部品への供給電力を低減する。
【解決手段】高電圧電池10の電圧を降圧して、複数の電子部品Z0〜Znへの電力供給が可能な低電圧電池40に供給するDC/DCコンバータ20を備えており、電子部品が動作可能な最低電圧(以下、動作可能最低電圧)のデータを複数の電子部品ごとに記憶しておき、記憶している複数の電子部品ごとの動作可能最低電圧のうち、動作している電子部品の動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電力変換手段の出力電圧を制御する装置に関する。
従来、高圧バッテリの電力を降圧して、補機類に電力供給が可能な低圧バッテリに供給するDC/DCコンバータを備えたシステムにおいて、補機類の推定消費電力に基づいて、DC/DCコンバータの出力電圧を制御する技術が知られている(特許文献1参照)。
特開2004−320877号公報
しかしながら、従来の技術では、補機類の推定消費電力が大きければ、DC/DCコンバータの出力電圧を大きくしているが、出力電圧を大きくすると、補機類やハーネスなどの消費電力がさらに増大するという問題がある。
本発明による電力制御装置は、高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電圧変換手段を備えており、電子部品が動作可能な最低電圧(以下、動作可能最低電圧)のデータを複数の電子部品ごとに記憶しておき、複数の電子部品ごとの動作可能最低電圧のうち、動作している電子部品の動作可能最低電圧に基づいて、電圧変換手段の出力電圧を制御することを特徴とする。
本発明による電力制御装置によれば、電圧変換手段の出力電圧を効果的に低減させることができる。
以下では、本発明による電力制御装置をハイブリッド車に適用した例を挙げて説明する。ハイブリッド車において、車両に搭載される電装部品の消費電力を低減させることは、車両の燃費の向上および車両の駆動力に配分できる電力量の向上につながる。電装部品の印加電圧に対する消費電流(消費電力)の関係は、大きく分けて次の2種類がある。
1つ目は、印加電圧に消費電流が比例する部品である。このような部品には、例えば、ライトやリアデフォッガ、ハーネス等がある。図1は、このような部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図である。図1に示すように、印加電圧が高くなると、印加電圧に比例して消費電流も増加する。消費電力は、印加電圧と消費電流との積であるから、消費電力は印加電圧の2乗に比例する。
2つ目は、内部に定電圧回路を有し、印加電圧が所定電圧より高くなっても消費電流が大きく増加しない部品である。このような部品としては、例えば、ECUがある。図2は、このような部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図である。印加電圧を高くしていくと、内部の定電圧回路の設定電圧より低い範囲では、部品が動作しないため、消費電流は大きく増加しない。さらに印加電圧を高くして設定電圧近くになると、定電圧回路が動作し、消費電流が増加する。印加電圧が設定電圧より高くなると、定電圧回路によって部品内の電圧が一定電圧になり、消費電流もほぼ一定になる。消費電力は、印加電圧と消費電流との積であるから、図2に示す関係となる。
−第1の実施の形態−
図3は、第1の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。DC/DCコンバータ20は、高電圧電池(高電圧蓄電手段)10の電圧を降圧して、複数の電装部品Z0〜Znに電力を供給可能な補機電池(低電圧蓄電手段)40に供給する。ヒューズの一種であるヒュージブルリンクボックス30は、DC/DCコンバータ20と補機電池40および電力分配ユニット50との間に設けられている。
電力分配ユニット50は、各電装部品Z0〜Znに電力を分配するためのリレー(不図示)を電装部品Z0〜Znごとに有し、ユーザからの動作要求に基づいて、各リレー(不図示)をオン/オフすることにより、各電装部品Z0〜Znへの電力供給を制御する。電力分配ユニット50は、また、各リレーのオン/オフの状態、すなわち、各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報を、後述するECU70に送信する。
ECU70は、各電装部品Z0〜Znが動作可能な最低電圧(以下、動作可能最低電圧と呼ぶ)のデータを図示しないメモリに有しており、この動作可能最低電圧データと、電力分配ユニット50から入力される各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。
図4は、第1の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ECU70は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップS10から始まる処理を開始する。ステップS10では、電力分配ユニット50から、各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報を入力して、ステップS20に進む。
ステップS20では、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。具体的には、電力分配ユニット50から入力される各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧をC/DCコンバータ20の出力電圧とする。
ステップS20に続くステップS30では、ステップS20で決定した出力電圧を出力電圧指令値として、DC/DCコンバータ20に送信する。DC/DCコンバータ20は、ECU70から入力される出力電圧指令値に応じた電圧を出力する。
すなわち、DC/DCコンバータ20の出力を、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧に設定するので、電装部品の消費電力を低減させることができる。例えば、印加電圧に消費電流が比例する電装部品の印加電圧が14.5Vで消費電流が50Aの場合に、印加電圧を1V低減させて13.5Vとすると、消費電流は47Aとなるので(50×13.5/14.5=47)、消費電力を90W(=725−635)低減することができる。
第1の実施の形態における電力制御装置によれば、高電圧電池10の電圧を降圧して、複数の電装部品Z0〜Znへの電力供給が可能な補機電池40に供給するDC/DCコンバータ20を備えており、電子部品が動作可能な最低電圧(動作可能最低電圧)のうち、動作している電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を制御する。特に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を制御するので、複数の電装部品への印加電圧を必要最低限に抑えることができ、DC/DCコンバータ20の出力電圧を効果的に低減させることができる。これにより、車両の燃費および車両の駆動力に配分できる電力量を向上させることができる。
−第2の実施の形態−
図5は、第2の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第2の実施の形態における電力制御装置は、図1に示す第1の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、電流センサ80を備える。電流センサ80は、補助電池40の充放電電流を検出して、ECU70に出力する。
第2の実施の形態における電力制御装置では、電流センサ80によって検出される補助電池40の充放電電流に基づいて、補助電池40の充電状態を検出し、検出した補助電池40の充電状態も考慮して、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。
図6は、第2の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ECU70は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップS10から始まる処理を開始する。なお、図6に示すフローチャートの処理のうち、図4に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
ステップS10に続くステップS100では、電流センサ80によって検出される補助電池の充放電電流値を入力して、ステップS110に進む。ステップS110では、補機電池40の充電状態が良好であるか否かを判定する。ここでは、補助電池40の残存容量が所定容量以上であれば、補助電池40の充電状態が良好であると判定し、残存容量が所定容量未満であれば、補助電池40の充電状態が良好ではないと判定する。補助電池40の残存容量は、電流センサ80によって検出される補助電池40の充放電電流を積算する既知の方法を用いることによって求める。また、所定容量は、実験等によって、適切な値に設定しておく。
ステップS110において、補機電池40の充電状態が良好であると判定すると、ステップS20に進み、補機電池40の充電状態が良好ではないと判定すると、ステップS120に進む。ステップS120では、補機電池40の充電状態、各電装部品Z0〜Znの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット50から入力される各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補助電池40の残存容量に基づいて補正する。補正は、補助電池40の残存容量が低いほど、電圧値が高くなるように行う。補助電池40の残存容量に基づいて補正した電圧値をDCコンバータ20の出力電圧とする。
ステップS20またはステップS120の処理を行うと、ステップS30に進む。ステップS30の処理は、図4に示すフローチャートのステップS30の処理と同一である。
第2の実施の形態における電力制御装置によれば、第1の実施の形態における電力制御装置と同様に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を制御する。特に、補機電池40の充電状態に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を変更するので、補機電池40の充電状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。
特に、第2の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池40の残存容量が所定容量より低い場合には、残存容量が所定容量以上である場合に比べて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を高くするので、補機電池40が過放電状態となるのを抑制しつつ、複数の電装部品への印加電圧を抑えることができる。また、第2の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池40の残存容量が低いほど、DC/DCコンバータ20の出力電圧を高くするので、補機電池40の残存容量の状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。
−第3の実施の形態−
図7は、第3の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第3の実施の形態における電力制御装置は、図5に示す第2の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、温度センサ82を備える。温度センサ82は、補助電池40の温度を検出して、ECU70に出力する。
第3の実施の形態における電力制御装置では、温度センサ82によって検出される補助電池40の温度も考慮して、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。
図8は、第3の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ECU70は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップS10から始まる処理を開始する。なお、図8に示すフローチャートの処理のうち、図6に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
ステップS100に続くステップS200では、温度センサ82によって検出される補助電池40の温度を入力して、ステップS110に進む。ステップS110では、補機電池40の充電状態が良好であるか否かを判定する。この判定は、上述したように、補助電池40の残存容量に基づいて行う。補機電池40の充電状態が良好であると判定すると、ステップS210に進み、補機電池40の状態が良好ではないと判定すると、ステップS220に進む。
ステップS210では、補機電池40の温度、各電装部品Z0〜Znの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット50から入力される各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補機電池40の温度に基づいて補正した電圧を、DC/DCコンバータ20の出力電圧とする。電圧の補正は、補機電池40の温度が低いほど、DC/DCコンバータ20の出力電圧が高くなるように補正し、補機電池40の温度が高いほど、DC/DCコンバータ20の出力電圧が低くなるように補正する。これは、低温時には電池が充電されにくい状態にあるため、補機電池40への印加電圧を高くし、高温時には、電池の過充電を避けるために補機電池40への印加電圧を低くするためである。
一方、ステップS220では、補機電池40の充電状態、補機電池40の温度、各電装部品Z0〜Znの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット50から入力される各電装部品Z0〜Znの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補機電池40の充電状態および温度に基づいて補正し、補正した電圧をDC/DCコンバータ20の出力電圧とする。電圧の補正は、補助電池40の残存容量が低いほど、また、補機電池40の温度が低いほど、高くなるように補正するとともに、補機電池40の温度が高いほど、低くなるように補正する。
ステップS210またはステップS220の処理を行うと、ステップS30に進む。ステップS30の処理は、図6に示すフローチャートのステップS30の処理と同一である。
第3の実施の形態における電力制御装置によれば、第1の実施の形態における電力制御装置と同様に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、DC/DCコンバータ20の出力電圧を制御する。特に、補機電池40の温度に応じて、補機電池40の温度が低いほど、DC/DCコンバータ20の出力電圧を高くし、補機電池40の温度が高いほど、DC/DCコンバータ20の出力電圧を低くするので、補機電池40の状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。
−第4の実施の形態−
図9は、第4の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第4の実施の形態における電力制御装置は、図5に示す第2の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、補機電池リレー90を備える。補機電池リレー90は、ヒュージブルリンクボックス30と補機電池40の間に設けられ、ECU70からの指令に基づいて、オン/オフする。
ECU70は、車両の起動時に、補機電池リレー90をオンするとともに、車両の起動後は、補機電池40の状態、および、各電装部品Z0〜Znの動作状態に基づいて、補機電池リレー90のオン/オフを制御する。
図10は、第4の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ECU70は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップS10から始まる処理を開始する。なお、図10に示すフローチャートの処理のうち、図6に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
ステップS100に続くステップS300では、補機電池リレー90をオフするか否かを判定する。ここでは、補機電池40の充電状態が良好であり、かつ、DC/DCコンバータ20の出力電流によって、動作している電装部品の消費電流を供給可能である場合に、補機電池リレー90をオンすると判定し、それ以外の場合には、オフすると判定する。DC/DCコンバータ20の出力電流によって、動作している電装部品の消費電流を供給可能であるか否かの判定は、DC/DCコンバータ20の出力可能電圧と、動作している電装部品の動作可能最低電圧とに基づいて行う。また、補機電池40の残存容量が所定容量以上であれば、補機電池40の充電状態が良好であると判定する。
ステップS300において、補機電池リレー90をオフすると判定すると、ステップS310に進み、補機電池リレー90をオンすると判定すると、ステップS320に進む。ステップS310では、補機電池リレー90をオフする指令を出す。この指令に基づいて、補機電池リレー90はオフする。補機電池リレー90がオフすると、ステップS20に進む。ステップS20以降の処理は、図6に示すフローチャートのステップS20以降の処理と同一である。
一方、ステップS320では、補機電池リレー90をオンする指令を出す。この指令に基づいて、補機電池リレー90はオンする。補機電池リレー90がオンすると、ステップS120に進む。ステップS120以降の処理は、図6に示すフローチャートのステップS120以降の処理と同一である。
第4の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池40の状態、および、複数の電装部品Z0〜Znの作動状態に基づいて、DC/DCコンバータ20と補機電池40との間に設けられた補機電池リレー90の接続/遮断を制御するので、補機電池リレー90の遮断時に、DC/DCコンバータ20の出力電圧をさらに低減させることができる。例えば、ヘッドライトやラジエータファンなどのように、動作可能最低電圧が高くて消費電流が大きい電装部品が作動しておらず、かつ、補機電池40の充電状態が良好である場合には、DC/DCコンバータ20と補機電池40との間を遮断することにより、DC/DCコンバータ20の出力電圧をさらに低減させることができる。
本発明は、上述した第1〜第4の実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した各実施の形態では、本発明による電力制御装置をハイブリッド車に適用した例を挙げて説明したが、電気自動車や燃料電池車に適用することもできるし、車両以外のシステムに適用することもできる。
上述した各実施の形態において、フローチャートにおける処理は、所定時間ごとに行うものとして説明したが、任意のタイミングで行うようにしてもよい。例えば、各電装部品Z0〜Znの動作状態が変更(動作から停止、または、停止から動作)になった場合にのみ、処理を行うようにしてもよい。この場合、動作状態に変更が無ければ、フローチャートの処理が行われないので、無駄な処理が行われるのを防ぐことができる。
補機電池40がDC/DCコンバータ20と離れて設置されている場合には、DC/DCコンバータ20の出力電圧と、補機電池40の印加電圧とが一致しない場合がある。このような場合には、補機電池40の印加電圧を精度良く検出するための電圧センサを別途設けるようにしてもよい。
第4の実施の形態における電力制御装置では、補機電池40の状態、および、複数の電装部品Z0〜Znの作動状態に基づいて、DC/DCコンバータ20と補機電池40との間に設けられた補機電池リレー90の接続/遮断を制御した。ここで、図示しない車両のキースイッチをオフした時に、補機電池リレー90を遮断するようにすれば、車両を長期放置した場合でも、補機電池40の電圧低下を抑制することができる。
特許請求の範囲の構成要素と第1〜第4の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、DC/DCコンバータ20が電圧変換手段を、電力分配ユニット50が動作状態検出手段を、ECU70が記憶手段、出力電圧制御手段、および、接続/遮断制御手段を、電流センサ80およびECU70が状態検出手段を、温度センサ82が温度検出手段を、補機電池リレー90が接続/遮断手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
印加電圧に消費電流が比例する部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図 内部に定電圧回路を有する部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図 第1の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第1の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第2の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第2の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第3の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第3の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第4の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第4の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート
符号の説明
10…高電圧電池、20…DC/DCコンバータ、30…ヒュージブルリンクボックス、40…補機電池、50…電力分配ユニット、70…ECU、80…電流センサ、82…温度センサ、90…補機電池リレー、Z0〜Zn…電装部品

Claims (9)

  1. 高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電圧変換手段と、
    前記複数の電子部品の動作状態を検出する動作状態検出手段と、
    前記電子部品が動作可能な最低電圧(以下、動作可能最低電圧)のデータを前記複数の電子部品ごとに記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶されている複数の電子部品ごとの動作可能最低電圧のうち、前記動作状態検出手段によって動作していることが検出された電子部品の動作可能最低電圧に基づいて、前記電圧変換手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを備えることを特徴とする電力制御装置。
  2. 請求項1に記載の電力制御装置において、
    前記出力電圧制御手段は、前記動作状態検出手段によって動作していることが検出された電子部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、前記電圧変換手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを備えることを特徴とする電力制御装置。
  3. 請求項2に記載の電力制御装置において、
    前記出力電圧制御手段は、前記電圧変換手段の出力電圧が前記最も電圧値の高い動作可能最低電圧となるように制御することを特徴とする電力制御装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力制御装置において、
    前記低電圧蓄電手段の状態を検出する状態検出手段をさらに備え、
    前記出力電圧制御手段は、前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の状態に基づいて、前記電圧変換手段の出力電圧を変更することを特徴とする電力制御装置。
  5. 請求項4に記載の電力制御装置において、
    前記状態検出手段は、前記低電圧蓄電手段の残存容量を検出し、
    前記出力電圧制御手段は、前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の残存容量が所定容量より低い場合には、前記残存容量が前記所定容量以上である場合に比べて、前記電圧変換手段の出力電圧を高くすることを特徴とする電力制御装置。
  6. 請求項4に記載の電力制御装置において、
    前記出力電圧制御手段は、前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の残存容量が低いほど、前記電圧変換手段の出力電圧を高くすることを特徴とする電力制御装置。
  7. 請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の電力制御装置において、
    前記低電圧蓄電手段の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
    前記出力電圧制御手段は、前記温度検出手段によって検出される温度に応じて、前記電圧変換手段の出力電圧を変更することを特徴とする電力制御装置。
  8. 請求項7に記載の電力制御装置において、
    前記出力電圧制御手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が低いほど、前記電圧変換手段の出力電圧を高くし、前記温度検出手段によって検出される温度が高いほど、前記電圧変換手段の出力電圧を低くすることを特徴とする電力制御装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の電力制御装置において、
    前記電圧変換手段と前記低電圧蓄電手段との間を接続/遮断する接続/遮断手段と、
    前記低電圧蓄電手段の状態、および、前記複数の電子部品の作動状態に基づいて、前記接続/遮断手段の接続/遮断を制御する接続/遮断制御手段とをさらに備えることを特徴とする電力制御装置。
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