JP2013095246A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明による車両用電源装置は、エンジンに接続されたオルタネータと、電気負荷が接続された低電圧バッテリを有する第一電源システムと、電気負荷が接続された高電圧バッテリを有する第二電源システムと、第一電源システムの電力を電圧変換して第二電源システムを充電するDC/DCコンバータとを備え、第一電源システムの電圧が、所定の下限電圧を下回らないように、DC/DCコンバータの出力電圧と出力電流とを設定して、エンジンとオルタネータを制御する。
【選択図】図1
Description
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の車両用電源装置において、エンジンの最高効率運転条件に対応したオルタネータの電気負荷が設定されるように、低電圧バッテリの目標電圧を設定し、DC/DCコンバータの出力電圧と出力電流とを設定することを特徴とする。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の車両用電源装置において、エンジンの最高効率運転条件に対応したオルタネータの電気負荷が設定されるように、オルタネータの電気負荷となる補機を選択する補機選択部を備えることを特徴とする。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の車両用電源装置において、エンジンの負荷がポンピングロスが減る運転領域になるように、高電圧バッテリの充電をDC/DCコンバータの定電流制御で行うことを特徴とする。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用電源装置において、高電圧バッテリの充電率が高く満充電に近い場合、高電圧バッテリの充電をDC/DCコンバータの定電圧制御で行うことを特徴とする。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の車両用電源装置において、高電圧バッテリの充電率が低い場合、高電圧バッテリの充電電流を所定の値に設定し、DC/DCコンバータを充電電流の所定の値で定電流制御して高電圧バッテリの充電を行うことを特徴とする。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の車両用電源装置において、充電電流の所定の値は、エンジンの最高効率運転条件に対応したオルタネータの電気負荷と、低電圧バッテリのオルタネータへの電気負荷との差に基づいて算出されることを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の車両用電源装置をそなえたことを特徴とする電動車両である。
(9)請求項9に記載の発明は、低電圧バッテリにより補機を駆動するための第一電源システムと、 高電圧バッテリにより走行駆動モータを駆動するための第二電源システムと、エンジンで駆動され、低電圧バッテリーが負荷に拘わらず定電圧となるように充電制御するオルタネータと、低電圧バッテリによる出力電圧を昇圧して高電圧バッテリーを充電するDC/DCコンバータと、エンジンのアイドリング時のエンジン負荷領域を監視し、エンジン最高効率点でエンジンを運転するためのエンジン負荷領域を決定し、そのエンジン負荷領域でエンジンが運転されるようにDC/DCコンバータを制御して、低電圧バッテリの出力で高電圧バッテリを充電する制御手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置である。
図1は本発明による車両電源装置を備えたハイブリッド自動車の一実施形態であり、スタータ10などの電気負荷と、発電機(オルタネータ)51が配線151で接続されている低電圧バッテリ50からなる第一電源システムと、第一電源システムの電力を電圧変換する電圧変換器(DC/DCコンバータ)153と、モータ156への三相電力供給を制御するインバータ159に直流電力を供給するリチウムイオン電池等の高電圧バッテリ152からなる第二電源システムとを有する。インバータ159は、モータ156の回生電力を直流電力に変換して第二電源システムを充電する制御も行う。低電圧バッテリ50は、一般的に自動車で使われている鉛酸バッテリであり、充電状態(SOC)は100%近くで使われている。
なお、オルタネータ51の発電動作においては、低電圧バッテリの充電を最優先するので、上記のように低電圧バッテリ50の電圧を一定に保つようにオルタネータ51は動作する。以下に説明するオルタネータ51への追加の電気負荷の説明では、この低電圧バッテリの充電の負荷は除いてある。
図1には図示していないが、高電圧バッテリ152は、その総電圧(高電圧バッテリの端子間電圧あるいは出力電圧)およびこの高電圧バッテリ152を構成する個々の単電池セルの充電状態を監視する高電圧バッテリ制御装置(不図示)によって監視/制御されている。また、全ての単電池セルの各々の充電状態がほぼ同一となるように、この高電圧バッテリ制御装置が、いわゆるバランシング放電を行うことによって各々の単電池セルの充電状態が揃えられているが、この説明は省略する。
前述のように、本発明による車両用電源装置を用いて、第一電源システムと第二電源システムの電力の授受が外乱に強く安定して行える車両用電源装置とすることができる。この効果の例を図7、図8を参照して説明する。
一方、このような制御が動作している時には、オルタネータ51の駆動DUTY(励磁コイル電流制御量すなわち励磁コイル駆動回路のオンオフのデューティ比)が実負荷と一致していないDUTYになるため、このDUTYで負荷を推定するとオルタネータ51の負荷算出の誤差の原因となる。
ステップ201では、第二電源システムの電圧を検出する。ステップ202では図6の特性に基づき、DC/DCコンバータ153の充電電圧制御を切り替えている。すなわち、第ニ電源システムのリチウムイオン電池152の端子間電圧が所定の電圧(たとえば定格電圧)より低い場合は、定電流制御による充電が行われる。
ここで、DC/DCコンバータ153の動作(定電流制御での第二電源システムのリチウムイオン電池152の充電)による負荷増大は、エンジン効率を最高効率点とするように、オルタネータ51が動作するように設定される。すなわち、エンジン効率を最高点とするようなオルタネータ51への追加の負荷となるように、DC/DCコンバータ153の負荷(第二電源システムのリチウムイオン電池152への充電電流)が設定される。
なお、後述するように、ステップ205での、エンジン効率を最高効率点とするように、オルタネータ51の動作の制御例を図10を参照して説明する。
逆に、DC/DCコンバータ153の電気負荷に優先する他の電気負荷に、ステップ211で算出したエンジン負荷TPとエンジン目標負荷TPの差の分に対応したオルタネータ51の発電量を供給する必要がある場合は、DC/DCコンバータ153の電気負荷に供給する電流量を減らす必要がある。このような場合は、DC/DCコンバータ153の充電電流を制限して、DC/DCコンバータ153の電気負荷を小さくする。
このように、DC/DCコンバータ153の定電流制御での充電電流を調整することにより、エンジンを最高効率点で動作させ、かつ第二電源システムの充電量の不足を補うような充電を行うことができる。
上記の説明で分かるように、本発明による車両用電源装置のDC/DCコンバータ153を用いたリチウムイオン電池152の充電はオルタネータ51の発電能力に余裕がある状態で行われ、またこのオルタネータ51への負荷の変動が大きくない状態で行われることがことが好ましい。したがって、本発明による車両用電源装置の動作は主に車両のアイドリング時あるいは、高速巡航時に行われる。
ステップ302でこの状態でのオルタネータ51の負荷(励磁コイル電流あるいは励磁コイル駆動回路56のオンオフのデューティ比)が検出される。続いてステップ303で、図10を参照して説明したエンジンの負荷が検出される。
続いてステップ311で、この端子間電圧に基づいて、DC/DCコンバータ153の充電モードが選択される。たとえば高電圧バッテリ152の端子間電圧が定格出力に対応した充電状態(SOC100%)以下の電圧であれば定電流充電のモードが選択され、SOC100%と判断されれば定電圧充電のモードが選択される。
なお、以上のステップ303〜305の動作は、図10のステップ210〜214での動作に対応する。
たとえば、高電圧バッテリ152のSOCが低い状態であれば、これを優先的に追加の負荷とする。あるいは、高電圧バッテリ152のSOCが充分高く、運転者が空調の使用を希望する場合は、この空調の負荷を優先する。更に、高電圧バッテリ152のSOCが低く、また他の補機の使用も必要な場合は、高電圧バッテリの充電電流を制限するようなDC/DCコンバータ153の制御とその他の補機の使用とを組み合わせることが可能である。このような補機の選択および、DC/DCコンバータ153の充電出力の調整はハイブリッドコントローラ157によって行われる。この際、図3および4を参照して上記で説明したように、第一電源システムの電圧が所定の下限電圧を下回らないように補機の負荷を考慮して選択する。
なお、この際オルタネータ51は、図3および4を参照して上記で説明したような発電動作を行う。
また、本発明による車両用電源装置では、電圧変換装置(DC/DCコンバータ)153の電力変換量を制御する事により、内燃機関の動作をその最高効率点で行えるので、燃費向上の効果がある。また、オルタネータ51のDUTYではなく、低電圧バッテリ50の電圧を検出して行うF/Bであるので、外乱に強く、DUTYに比べて電気負荷の変動に対する発電機の応答性の影響が少ない効果がある。
2 エアフローセンサ
3 水温センサ
5 車速センサ
7 クランク角センサ
8 O2センサ
9 パワステスイッチ
10 スタータスイッチ
11 エアコンスイッチ
12 前照灯スイッチ
13 カム角センサ
14 アクセルセンサ
20 燃料ポンプ
23 インジェクタ
30 イグナイター
40 スロットルバルブ
41 ISCバルブ
50 低電圧バッテリ(第一電源システム)
51 オルタネータ
53a、53b、53c 固定子三相巻線
54 励磁コイル
55 三相全波整流回路
56 励磁コイル駆動回路
71 エンジンコントローラ(ECM)
74 エアコンクラッチ
75 ラジエータファンリレー
76 チャージランプ
100 CPU
101 ROM
102 RAM
104 割込コントローラ
105 タイマー
106 入力処理回路
107 出力処理回路
108 バス
111 バックアップRAM
151 配線
152 高電圧バッテリ(第二電源システム)
153 DC/DCコンバータ
154 配線
155 配線
156 モータ
157 ハイブリッドコントローラ(HCM)
158 配線
160 エンジン
Claims (9)
- エンジンに接続されたオルタネータと、電気負荷が接続された低電圧バッテリを有する第一電源システムと、電気負荷が接続された高電圧バッテリを有する第二電源システムと、前記第一電源システムの電力を電圧変換して前記第二電源システムを充電するDC/DCコンバータと、を備えた車両用電源装置であって、
前記第一電源システムの電圧が、所定の下限電圧を下回らないように、前記DC/DCコンバータの出力電圧と出力電流とを設定して、前記エンジンと前記オルタネータを制御することを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの電気負荷が設定されるように、前記低電圧バッテリの目標電圧を設定し、前記DC/DCコンバータの出力電圧と出力電流とを設定することを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項2に記載の車両用電源装置において、
前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの電気負荷が設定されるように、前記オルタネータの電気負荷となる補機を選択する補機選択部を備えることを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記エンジンの負荷がポンピングロスが減る運転領域になるように、前記高電圧バッテリの充電をDC/DCコンバータの定電流制御で行うことを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用電源装置において、
前記高電圧バッテリの充電率が高く満充電に近い場合、前記高電圧バッテリの充電をDC/DCコンバータの定電圧制御で行うことを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項2乃至4のいずれか1項に記載の車両用電源装置において、
前記高電圧バッテリの充電率が低い場合、前記高電圧バッテリの充電電流を所定の値に設定し、前記DC/DCコンバータを前記充電電流の前記所定の値で定電流制御して前記高電圧バッテリの充電を行うことを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項6に記載の車両用電源装置において、
前記充電電流の前記所定の値は、前記エンジンの最高効率運転条件に対応した前記オルタネータの電気負荷と、前記低電圧バッテリの前記オルタネータへの電気負荷との差に基づいて算出されることを特徴とする車両用電源装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の車両用電源装置をそなえたことを特徴とする電動車両。
- 低電圧バッテリにより補機を駆動するための第一電源システムと、
高電圧バッテリにより走行駆動モータを駆動するための第二電源システムと、
エンジンで駆動され、前記低電圧バッテリーが負荷に拘わらず定電圧となるように充電制御するオルタネータと、
前記低電圧バッテリによる出力電圧を昇圧して前記高電圧バッテリーを充電するDC/DCコンバータと、
前記エンジンのアイドリング時のエンジン負荷領域を監視し、エンジン最高効率点でエンジンを運転するためのエンジン負荷領域を決定し、その前記エンジン負荷領域で前記エンジンが運転されるように前記DC/DCコンバータを制御して、前記低電圧バッテリの出力で前記高電圧バッテリを充電する制御手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
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