JP2015051645A

JP2015051645A - 車両用電源システム

Info

Publication number: JP2015051645A
Application number: JP2013183737A
Authority: JP
Inventors: 速人福嶋; Hayato Fukushima
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: JP6131789B2

Abstract

【課題】簡素なシステム構成でありながら、蓄電装置に対する充放電を適切に行いつつも車両負荷に対する印加電圧の適正化を図ることができる車両用電源システムを提供する。
【解決手段】キャパシタ１３の前段に設けられて、発電装置１１の発電電力を鉛バッテリ１２及びキャパシタ１３のいずれかに選択的に蓄電させるとともに、キャパシタ１３から鉛バッテリ１２への電力移送を行う第１コントローラ１４と、車両負荷１７の前段に設けられて、発電装置１１の発電電力又はキャパシタ１３・鉛バッテリ１２の蓄電電力を負荷１７に供給する際、その負荷１７の動作電圧に適切な電圧値に調整する第２コントローラ１５とを用いて車両用電源システム１０が構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回生システムを有する車両用電源システムに関する。

近年の車両用電源システムでは、通常一般的に搭載されている鉛バッテリ等の第１蓄電装置の他に、車両減速時（車両制動時）の回生により得られる回生電力を回収する急速充電向きのキャパシタ等の第２蓄電装置が備えられ、第２蓄電装置の蓄電電力を優先的に利用することで電力生成に係るエンジン負荷を軽減し、車両の燃費向上に繋げる回生システムが組み込まれている。このような車両用電源システムとしては例えば特許文献１に開示のものがあり、その概略構成は図２のようになっている。

図２に示す車両用電源システム５０では、オルタネータ５１ａ及び整流器５１ｂを有する発電装置５１は、コントローラ（ＤＣＤＣコンバータ等）５２を介してバッテリ５３及び負荷５４に接続されるとともに、コントローラ（ＤＣＤＣコンバータ等）５５を介してキャパシタ５６に接続されている。各コントローラ５２，５５は電源ＥＣＵ５７にて制御され、エンジン駆動による発電や車両減速時の回生による発電にて得られた電力を車両負荷５４に供給したり、キャパシタ５６やバッテリ５３に蓄電したりし、またキャパシタ５６からバッテリ５３への電力移送を行うように動作する。

国際公開第２０１１／０４６１４７号

ところで、上記した一般的な車両用電源システム５０では、バッテリ５３と負荷５４とが直列接続で、コントローラ５２の出力端子に対してはバッテリ５３と負荷５４とが並列接続となっている。つまり、バッテリ５３と負荷５４とに供給する電力がコントローラ５２による一括制御となっている。そのため、コントローラ５２の出力電圧がバッテリ５３の充電を考慮して電圧Ｖ１（例えば１４．８Ｖ）に設定されると、負荷５４に対してもその電圧Ｖ１が印加されることとなる。

しかしながら、負荷５４の動作電圧としては一般に電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）で十分なものが多いため、負荷５４に対しては無駄に高電圧が印加されている状態である。このことは負荷５４での消費電力を大きくする要因であり、電力生成に係るエンジン負荷の増大、更には車両の燃費向上を妨げることに繋がる。

またこの問題を解消する電源システムを検討するに際して、そのシステムを簡素に構成する要望もある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素なシステム構成でありながら、蓄電装置に対する充放電を適切に行いつつも車両負荷に対する印加電圧の適正化を図ることができる車両用電源システムを提供することにある。

上記課題を解決する車両用電源システムは、車両状況に応じて電力を発生する発電装置と、前記発電装置の発電電力を蓄電する第１及び第２蓄電装置と、前記発電装置、前記第１及び第２蓄電装置、車両負荷間の所定電路上に備えられ、電力経路の切り替え及び電力調整を行うコントローラと、前記車両負荷への供給、前記第１及び第２蓄電装置への蓄電、前記第１及び第２蓄電装置間の電力移送を含む各種動作を行わせるべく前記コントローラを制御する制御装置とを備えた車両用電源システムであって、前記コントローラは、前記第１及び第２蓄電装置のいずれかの前段に設けられて、前記発電装置の発電電力を前記第１及び第２蓄電装置のいずれかに選択的に蓄電させるとともに、前記第１及び第２蓄電装置間の電力移送を行う第１コントローラと、前記車両負荷の前段に設けられて、前記発電装置の発電電力又は前記第１及び第２蓄電装置の蓄電電力を前記車両負荷に供給する際、その車両負荷の動作電圧に適切な電圧値に調整する第２コントローラとで構成される。

この構成によれば、第１コントローラは、第１及び第２蓄電装置のいずれかの前段に設けられ、発電装置の発電電力を第１及び第２蓄電装置のいずれかに選択的に蓄電させ、また第１及び第２蓄電装置間の電力移送を行うように動作する。第２コントローラは、車両負荷の前段に設けられ、発電装置の発電電力又は第１及び第２蓄電装置の蓄電電力を車両負荷に供給する際、その車両負荷の動作電圧に適切な電圧値に調整するように動作する。つまり、このような第１及び第２コントローラの配置及び動作として電源システムを構成することで、従来と同じ数のコントローラを用いた簡素なシステム構成でありながら、蓄電装置の充放電動作を適切に行いつつ車両負荷に適正な電圧印加を行うことが可能となる。

また上記の車両用電源システムにおいて、前記第２蓄電装置は、前記第１蓄電装置よりも急速充電用のものであり、前記第１コントローラは、前記第２蓄電装置の前段に設けられるのが好ましい。

この構成によれば、第１コントローラは急速充電用の第２蓄電装置の前段に設けられ、第２蓄電装置の充放電動作が第１コントローラにて直接的に行われる。

本発明の車両用電源システムによれば、簡素なシステム構成でありながら、蓄電装置に対する充放電を適切に行いつつも車両負荷に対する印加電圧の適正化を図ることができる。

一実施形態における車両用電源システムの構成図である。従来における車両用電源システムの構成図である。

以下、車両用電源システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の車両用電源システム１０は、オルタネータ（ＡＬＴ）１１ａ及び整流器１１ｂを有する発電装置１１、第１蓄電装置としての鉛バッテリ１２、第２蓄電装置としてのキャパシタ１３、第１及び第２コントローラ１４，１５、及び制御装置としての電源ＥＣＵ１６を備えている。

発電装置１１は、オルタネータ１１ａが車両のエンジン補機類として組み込まれており、エンジン駆動による発電や車両減速時（車両制動時）の回生による発電を行う。発電装置１１は、オルタネータ１１ａが交流電力を発電し後段の整流器１１ｂにて直流電力に変換して、直流の発電電力を出力する。

発電装置１１の出力端子は、第１コントローラ１４を介してキャパシタ１３と接続されるとともに、鉛バッテリ１２と直接的に接続されている。また、発電装置１１の出力端子は、第２コントローラ１５を介して車両搭載の各種の車両負荷１７と接続されている。つまり、発電装置１１の出力端子に対しては、第１コントローラ１４及びキャパシタ１３と、鉛バッテリ１２と、第２コントローラ１５及び負荷１７とが並列接続となっている。

第１コントローラ１４は、キャパシタ１３に対する電力の入出力が可能な双方向ＤＣＤＣコンバータにて構成されている。また、第２コントローラ１５は、負荷１７側に電力を供給する単方向ＤＣＤＣコンバータにて構成される。第１及び第２コントローラ１４，１５は、電源ＥＣＵ１６よるスイッチング制御にて出力電力がそれぞれ調整される。

次に、本実施形態の車両用電源システム１０の動作（作用）を説明する。
発電装置１１（オルタネータ１１ａ）は車両状況に応じて発電動作し、この時の発電電力はコントローラ１５を介して負荷１７に供給されて消費されるか、鉛バッテリ１２又はキャパシタ１３に蓄電される。

鉛バッテリ１２又はキャパシタ１３への蓄電は、電源ＥＣＵ１６の充電制御に基づくコントローラ１４の動作により行われる。車両減速時の回生による発電電力（回生電力）は、急速充電向きのキャパシタ１３側にて優先的に蓄電される。発電装置１１の発電電圧（出力電圧）は、鉛バッテリ１２の充電を考慮した電圧Ｖ１（例えば１４．８Ｖ）に設定されている。

また、負荷１７側で電力が必要な場合、発電装置１１の発電電力又はキャパシタ１３・鉛バッテリ１２の蓄電電力がコントローラ１５を介して負荷１７に供給される。このとき、電源ＥＣＵ１６はコントローラ１５を降圧動作させ、負荷１７の動作電圧として適切な電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）まで降圧して負荷１７に供給する。また、コントローラ１５は、負荷１７に供給する電圧Ｖ２の安定化も図っている。

また、キャパシタ１３又は鉛バッテリ１２の蓄電電力を負荷１７に供給する場合、コントローラ１４に対する電源ＥＣＵ１６の放電制御にて、キャパシタ１３及び鉛バッテリ１２の充電状態に応じて選択的に放電が行われる。即ち、キャパシタ１３の蓄電電力を優先的に負荷１７側に供給する場合は、コントローラ１４の出力電圧が鉛バッテリ１２の電圧よりも高くなるようにコントローラ１４が動作する。鉛バッテリ１２の蓄電電力を優先的に負荷１７側に供給する場合は、コントローラ１４の動作が停止される、又はコントローラ１４の出力電圧が鉛バッテリ１２の電圧よりも低くなるようにコントローラ１４が動作する。

また、車両減速時の回生による発電電力が蓄電されるキャパシタ１３の蓄電電力は鉛バッテリ１２に移送することも行われ、鉛バッテリ１２の充電のための電力生成に係るエンジン負荷を軽減し、車両の燃費向上に繋げる回生動作も行われる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）第１コントローラ１４は、キャパシタ１３の前段に設けられ、発電装置１１の発電電力を鉛バッテリ１２及びキャパシタ１３のいずれかに選択的に蓄電させ、またキャパシタ１３から鉛バッテリ１２への電力移送を行うように動作する。第２コントローラ１５は、車両負荷１７の前段に設けられ、発電装置１１の発電電力又はキャパシタ１３・鉛バッテリ１２の蓄電電力を負荷１７に供給する際、その負荷１７の動作電圧に適切な電圧値（電圧Ｖ２）に調整するように動作する。つまり、このような第１及び第２コントローラ１４，１５の配置及び動作として電源システム１０を構成したことで、従来と同じ数のコントローラを用いた簡素なシステム構成でありながら、鉛バッテリ１２及びキャパシタ１３の充放電動作を適切に行いつつ負荷１７に適正な電圧印加を行うことができる。このように負荷１７に適正な電圧を印加することで負荷１７での消費電力を低減でき、電力生成に係るエンジン負荷の軽減、ひいては車両の燃費向上に繋がる。また、負荷１７の耐圧を適正な印加電圧に合わせて低く構成できる。

（２）第１コントローラ１４は急速充電用のキャパシタ１３の前段に設けられ、キャパシタ１３の充放電動作が第１コントローラ１４にて直接的に行うことができる。
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・第１蓄電装置として鉛バッテリ１２、第２蓄電装置としてキャパシタ１３を用いたが、各蓄電装置の構成、組み合わせはこれに限らず、適宜変更してもよい。例えば、キャパシタ１３をリチウムイオン電池に変更してもよい。

・第１コントローラ１４をキャパシタ１３の前段に配置したが、鉛バッテリ１２の前段に配置を変更してもよい。この配置に合わせて第１コントローラ１４の動作は適宜変更される。

１０…車両用電源システム、１１…発電装置、１２…鉛バッテリ（第１蓄電装置）、１３…キャパシタ（第２蓄電装置）、１４…第１コントローラ、１５…第２コントローラ、１６…電源ＥＣＵ（制御装置）、１７…車両負荷。

Claims

車両状況に応じて電力を発生する発電装置と、
前記発電装置の発電電力を蓄電する第１及び第２蓄電装置と、
前記発電装置、前記第１及び第２蓄電装置、車両負荷間の所定電路上に備えられ、電力経路の切り替え及び電力調整を行うコントローラと、
前記車両負荷への供給、前記第１及び第２蓄電装置への蓄電、前記第１及び第２蓄電装置間の電力移送を含む各種動作を行わせるべく前記コントローラを制御する制御装置とを備えた車両用電源システムであって、
前記コントローラは、
前記第１及び第２蓄電装置のいずれかの前段に設けられて、前記発電装置の発電電力を前記第１及び第２蓄電装置のいずれかに選択的に蓄電させるとともに、前記第１及び第２蓄電装置間の電力移送を行う第１コントローラと、
前記車両負荷の前段に設けられて、前記発電装置の発電電力又は前記第１及び第２蓄電装置の蓄電電力を前記車両負荷に供給する際、その車両負荷の動作電圧に適切な電圧値に調整する第２コントローラとで構成されたことを特徴とする車両用電源システム。
請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
前記第２蓄電装置は、前記第１蓄電装置よりも急速充電用のものであり、
前記第１コントローラは、前記第２蓄電装置の前段に設けられたことを特徴とする車両用電源システム。