JP2014200123A - 車載用の電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents
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Abstract
Description
上記構成により、アイドリングストップ時においても、電装機器への電力供給を蓄電部から優先的に行うことで、鉛バッテリから電装機器への電力負荷を低減して、鉛バッテリの劣化を有効に防止しながら、車両の燃費効率を改善できる。
上記構成により、車両のエンジンルーム内に、鉛バッテリに加えて蓄電部を同時に設置できる。
上記構成により、鉛バッテリを車両のエンジンルーム内に配置しながら、蓄電部を車両のキャビンやトランクルームに配置することで、蓄電部を最適な温度環境に維持できる。
以下、図1と図2の電源装置100、200について詳述する。
(電源部1)
(鉛バッテリ10)
(蓄電部20)
以上の例では、複数の蓄電素子を直列に接続した例を示したが、要求される出力や容量に応じて、蓄電素子を並列に接続したものを組み合わせることもできることはいうまでもない。
(並列ライン14)
(遮断機構60)
(鉛バッテリ用電圧検出部71、蓄電部用電圧検出部72)
(制御回路65)
(記憶部73)
制御回路65は、蓄電部20の電圧V2が蓄電部下限電圧Vsubよりも高い状態では、蓄電部用遮断スイッチ62をONとし、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をOFFとして鉛バッテリ10を並列ライン14、14’から切り離し、蓄電部20のみから車両の電装機器50に電力を供給するように制御する。この状態では、鉛バッテリ10からは車両の電装機器50に放電されず、鉛バッテリ10の電圧V1が鉛バッテリ下限電圧VPbよりも低下することはない。
(1)の状態から、さらに蓄電部20が放電されて、蓄電部20の電圧V2が蓄電部下限電圧Vsub以下になると、制御回路65は、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をONとし、蓄電部用遮断スイッチ62をOFFとして蓄電部20を並列ライン14、14’から切り離し、鉛バッテリ10のみから車両の電装機器50に電力を供給するように制御する。この状態において、蓄電部20からは車両の電装機器50に電力が供給されず、蓄電部20の過放電が防止される。
あるいは、蓄電部20の電圧V2が蓄電部下限電圧Vsub以下になると、制御回路65は、蓄電部用遮断スイッチ62をONとし、オルタネータ52の出力を制御して蓄電部20を充電することもできる。この状態において、オルタネータ52は、車両の電装機器50に電力を供給しながら蓄電部20を充電する。このとき、鉛バッテリ用遮断スイッチ61はOFFとすることも、ONとすることもできる。鉛バッテリ用遮断スイッチ61をOFFとする状態では、蓄電部20のみが充電される。鉛バッテリ用遮断スイッチ61をONとする状態では、蓄電部20と鉛バッテリ10の両方が充電される。ここで、オルタネータ52による蓄電部20の充電は、必ずしも蓄電部20が満充電されるまで行う必要はなく、蓄電部20の電圧が所定の電圧に上昇し、あるいは、所定の時間が経過すると充電を停止することができる。
(2)の状態から、鉛バッテリ10が放電されて、鉛バッテリ10の電圧V1が鉛バッテリ下限電圧VPb以下になると、制御回路65は、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をONとし、オルタネータ52の出力を制御して鉛バッテリ10を充電する。このとき、蓄電部用遮断スイッチ62はOFFとすることも、ONとすることもできる。蓄電部用遮断スイッチ62をOFFとする状態では、鉛バッテリ10のみが充電される。蓄電部用遮断スイッチ62をONとする状態では、鉛バッテリ10と蓄電部20の両方が充電される。さらに、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をON、蓄電部用遮断スイッチ62はOFFとすると状態で、オルタネータ52が発電して鉛バッテリ10に充電電流が供給されると、制御回路65は電流検出回路74からの電流値でこのことを検出して、鉛バッテリ用遮断スイッチ61と蓄電部用遮断スイッチ62の両方をONとして鉛バッテリ10と蓄電部20の両方を充電することもできる。ここで、オルタネータ52による鉛バッテリ10の充電は、必ずしも鉛バッテリ10が満充電されるまで行う必要はなく、鉛バッテリ10の電圧が所定の電圧に上昇し、あるいは、所定の時間が経過すると充電を停止することができる。
前述の(1)〜(3)の状態において、車両の回生制動でオルタネータ52から充電電力が供給されると、制御回路65は電流検出回路74の検出結果から、あるいは車両側からの信号によってこのことを検出して、鉛バッテリ用遮断スイッチ61と蓄電部用遮断スイッチ62の両方をONとして鉛バッテリ10と蓄電部20の両方を充電する。たとえば、前述の(1)又は(2)のように、蓄電部用遮断スイッチ62と鉛バッテリ用遮断スイッチ61のいずれか一方をONとする状態で、オルタネータ52から充電電力が供給されると、制御回路65は鉛バッテリ用遮断スイッチ61と蓄電部用遮断スイッチ62の両方をONとして鉛バッテリ10と蓄電部20の両方を充電する。蓄電部20は回生制動の蓄電を効率よくするために鉛バッテリ10に接続されるので、回生制動する状態では、制御回路65は蓄電部用遮断スイッチ62と鉛バッテリ用遮断スイッチ61の両方をON状態とする。
上述の通り、本発明は、鉛バッテリ10の容量劣化を防止するために、鉛バッテリ10を残容量が80〜100%の範囲で維持するように充放電が制御される。より望ましくは、鉛バッテリ10の残容量を高い値で維持したまま、鉛バッテリ10から電装機器50等の電気負荷へ電力供給しない状態を維持する。鉛バッテリ10は、残容量が少ない状態で放置されたり、頻繁に充放電を繰り返すことで容量劣化を引き起こすが、この構成によると、残容量が高い状態で維持されつつ、鉛バッテリ10から電力が消費されることを抑制することができる。具体的には、鉛バッテリ10は、オルタネータ52による充電状態を除くタイミングでは、スターターモータ54の駆動と、蓄電部20の過放電のおそれがある場合にのみ、並列ライン14、14’に接続されて、スターターモータ54、あるいは電装機器50へ電力供給するように制御される。
(実施形態1)
[n=1のステップ]
制御回路65が、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をOFF、蓄電部用遮断スイッチ62をONに制御する。
[n=2のステップ]
蓄電部用電圧検出部72が蓄電部20の放電電圧を検出する。
[n=3のステップ]
検出された蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下に低下したかどうかを判定する。蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsubよりも高い場合には、n=1のステップに戻り、蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下になるまでn=1〜3のステップをループする。蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下になると、n=4のステップに進む。
[n=4のステップ]
制御回路65が、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をON、蓄電部用遮断スイッチ62をOFFに制御する。
[n=5のステップ]
鉛バッテリ用電圧検出部71が、鉛バッテリ10の放電電圧を検出する。
[n=6のステップ]
検出された鉛バッテリ10の放電電圧が鉛バッテリ下限電圧VPb以下に低下したかどうかを判定する。鉛バッテリ10の放電電圧が鉛バッテリ下限電圧VPbよりも高い場合には、n=4のステップに戻り、鉛バッテリ10の放電電圧が鉛バッテリ下限電圧VPb以下になるまでn=4〜6のステップをループする。鉛バッテリ10の放電電圧が鉛バッテリ下限電圧VPb以下になると、n=7のステップに進む。
[n=7のステップ]
制御回路65が、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をON、蓄電部用遮断スイッチ62をONに制御する。
[n=8のステップ]
制御回路65がオルタネータ52の出力を制御して鉛バッテリ10を充電する。このとき、蓄電部用遮断スイッチ62がON状態にあるので、蓄電部20も充電される。
[n=9のステップ]
鉛バッテリ10または蓄電部20の電圧が所定の電圧まで上昇し、あるいは、所定の時間が経過するまで充電を継続する。充電が終了すると、n=1のステップに戻る。
(実施形態2)
[n=1のステップ]
制御回路65が、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をOFF、蓄電部用遮断スイッチ62をONに制御する。
[n=2のステップ]
蓄電部用電圧検出部72が蓄電部20の放電電圧を検出する。
[n=3のステップ]
検出された蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下に低下したかどうかを判定する。蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsubよりも高い場合には、n=1のステップに戻り、蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下になるまでn=1〜3のステップをループする。蓄電部20の放電電圧が蓄電部下限電圧Vsub以下になると、n=4のステップに進む。
[n=4のステップ]
制御回路65が、鉛バッテリ用遮断スイッチ61をON、蓄電部用遮断スイッチ62をONに制御する。
[n=5のステップ]
制御回路65がオルタネータ52の出力を制御して蓄電部20を充電する。このとき、鉛バッテリ用遮断スイッチ62がON状態にあるので、鉛バッテリ10も充電される。
[n=6のステップ]
蓄電部20または鉛バッテリ10の電圧が所定の電圧まで上昇し、あるいは、所定の時間が経過するまで充電を継続する。充電が終了すると、n=1のステップに戻る。
(実施例1)
(蓄電部20)
(蓄電素子21)
(バスバー24)
(内ケース22)
(蓄電部20の位置)
1…電源部
10…鉛バッテリ
11…鉛電池セル
12…出力端子;12+…正極側出力端子;12−…負極側出力端子
14、14’、14+、14−…並列ライン
15…外部接続部;15+…正極側外部出力端子;15−…負極側外部出力端子
16、16+、16−…出力ライン
17…接続ライン
20…蓄電部
21…蓄電素子;21a…蓄電素子組
22…内ケース
23…出力リード
24…バスバー
25…出力リード
26…開口窓
29…ヒューズ
30…ケース
31…蓋部
32…ケース本体
34…仕切壁
37…収納空間
38…貫通穴
39…貫通穴
40…回路部
41…回路基板
42…カバー部
44…端子部;44+…正極側端子部;44−…負極側端子部
46…端子コネクタ
47…接続リード
48…接続リード
49…止ネジ
50…電装機器
52…オルタネータ
54…スターターモータ
60…遮断機構
61…鉛バッテリ用遮断スイッチ
62…蓄電部用遮断スイッチ
65…制御回路
70…電圧検出回路
71…鉛バッテリ用電圧検出部
72…蓄電部用電圧検出部
73…記憶部
74…電流検出回路
75…検出部
77…電流検出抵抗
78…温度センサ
91…車両本体
94…キャビン
95…エンジンルーム
96…エンジン
97…車輪
Claims (16)
- 互いに並列に電気接続される鉛バッテリ及び蓄電部を含む電源部と、
前記蓄電部の電圧を検出するための蓄電部用電圧検出部と、
前記鉛バッテリの出力を制御する鉛バッテリ用遮断スイッチと、
前記蓄電部の出力を制御する蓄電部用遮断スイッチと、
前記鉛バッテリ用遮断スイッチ及び前記蓄電部用遮断スイッチの作動状態を切り換える制御回路と、
前記蓄電部の放電を制限する蓄電部下限電圧Vsubを記憶する記憶部と、
を備え、
前記電源部は、車両のオルタネータで充電されると共に、車両の電装機器に動作電力を供給するようにしており、
前記蓄電部用電圧検出部で検出される前記蓄電部の放電電圧が、前記記憶部に記憶される蓄電部下限電圧Vsubよりも高い状態において、前記制御回路が、前記鉛バッテリ用遮断スイッチをOFF、前記蓄電部用遮断スイッチをONとして、前記蓄電部から車両側の電装機器に放電するようにしてなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部用電圧検出部で検出される前記蓄電部の放電電圧が、前記蓄電部下限電圧Vsub以下になると、前記制御回路が、前記蓄電部用遮断スイッチをOFF、前記鉛バッテリ用遮断スイッチをONに切り換えて、前記鉛バッテリから車両の電装機器に放電することを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部用電圧検出部で検出される前記蓄電部の放電電圧が、前記蓄電部下限電圧Vsub以下になると、前記制御回路が、前記蓄電部用遮断スイッチをONとし、オルタネータの出力を制御して前記蓄電部を充電することを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1から3のいずれか一に記載の車載用の電源装置であって、さらに、
前記鉛バッテリの電圧を検出するための鉛バッテリ用電圧検出部を備え、
前記記憶部は、前記鉛バッテリの放電を制限する鉛バッテリ下限電圧VPbを記憶しており、
前記鉛バッテリ用電圧検出部で検出される前記鉛バッテリの放電電圧が、前記記憶部に記憶される鉛バッテリ下限電圧VPb以下になると、前記制御回路が、前記鉛バッテリ用遮断スイッチをONとし、オルタネータの出力を制御して前記鉛バッテリを充電することを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項4に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部下限電圧Vsubを前記鉛バッテリ下限電圧VPbよりも低くしてなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項5に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部下限電圧Vsubが10V以上であって、
前記鉛バッテリ下限電圧VPbが12V以上であることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1から6のいずれか一に記載の車載用の電源装置であって、
前記鉛バッテリは、複数の鉛電池セルを含み、
前記蓄電部は、複数の蓄電素子を含むことを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項7に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電素子が、ニッケル水素電池であることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項8に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部は、ニッケル水素電池を、10n(nは自然数)個直列に接続してなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項7に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部が、セル電圧3.3Vのリチウムイオン電池を4n(nは自然数)個直列に接続してなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項7に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電部が、セル電圧2.4Vのリチウムイオン電池を5n(nは自然数)個直列に接続してなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項7に記載の車載用の電源装置であって、
前記蓄電素子が、キャパシタであることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1から12のいずれか一に記載の車載用の電源装置であって、
アイドリングストップ機能を有する車両に搭載可能であり、該車両の回生発電の電力でもって、前記鉛バッテリと前記蓄電部の両方を充電可能としてなることを特徴とする車載用の電源装置。 - 請求項1から13のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
車両を走行させるエンジンと、
前記エンジンで駆動され、かつ車両の回生制動で駆動されるオルタネータと
を備え、
前記オルタネータで、回生制動時に電源装置を充電するアイドリングストップ機能を有することを特徴とする車両。 - 請求項1から13のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
車両を走行させるエンジンと、
前記エンジン及び電源装置を搭載してなる車両本体と、
前記エンジンで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備え、
電源装置は、車両のエンジンルームに配置されることを特徴とする車両。 - 請求項1から13のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
車両を走行させるエンジンと、
前記エンジン及び電源装置を搭載してなる車両本体と、
前記エンジンで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備え、
前記鉛バッテリが車両のエンジンルームに配置され、前記蓄電部が車両のキャビン又はトランクルームに配置されることを特徴とする車両。
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