JP2015116067A - 車両の電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】補機負荷での消費電流が大きい(たとえば最大になる)場合にも、補機出力低下を防止する。
【解決手段】電源システム1は、メインバッテリ210から補機負荷700に電力を供給する第1電力供給ライン(電力線PL1−1、電力線PL1−2)と、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に電力を供給する第2電力供給ライン(電力線PL2)とを備える。電源システム1は、ソーラーバッテリ410の出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によってソーラーバッテリ410が充電されるように車両(ハイブリッド車両10)を制御する制御部100をさらに備える。
【選択図】図1
【解決手段】電源システム1は、メインバッテリ210から補機負荷700に電力を供給する第1電力供給ライン(電力線PL1−1、電力線PL1−2)と、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に電力を供給する第2電力供給ライン(電力線PL2)とを備える。電源システム1は、ソーラーバッテリ410の出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によってソーラーバッテリ410が充電されるように車両(ハイブリッド車両10)を制御する制御部100をさらに備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、車両の電源システムに関する。
従来より、バッテリから電力を供給されて駆動される電動機により走行する車両が提案されている(たとえばたとえば特開平5−111112号公報参照)。
また、近年、エンジンと走行用モータとを駆動源として搭載するハイブリッド車両が実用に供されている。
電動機により走行する車両やハイブリッド車両のような車両にも、さまざまな補機(補機負荷)が搭載される。補機負荷で消費される電力は、主に、補機バッテリから供給される。
車両に対しては、小型・軽量化が要求されることも少なくない。補機バッテリの小型化などは、その要求を満たすために寄与し得る。しかし、補機バッテリの小型化などに伴い、補機バッテリが出力可能な電力も減少する。
特開平5−111112号公報は、ソーラーユニット、つまり補機バッテリ以外の要素からの電力を補機バッテリに供給することを提案する。
しかし、補機バッテリ以外の要素から補機負荷へ電力供給が必要となった場合に、その要素が出力可能な電力が不足していると、必要な補機出力(補機負荷への供給電力)が確保されず、補機出力が低下する。この問題は、補機負荷での消費電流が大きい(たとえば最大になる)ときに顕在化する。
本発明の目的は、補機負荷での消費電流が大きい(たとえば最大になる)場合にも、補機出力の低下を防止することである。
本発明は、要約すると、車両の電源システムであって、補機負荷に電力を供給するための補機バッテリと、車両の走行用の電力を蓄電可能なメインバッテリと、ソーラーパネルで発生した電力を蓄電可能なソーラーバッテリと、メインバッテリから補機負荷に電力を供給する第1電力供給ラインと、ソーラーバッテリから補機負荷に電力を供給する第2電力供給ラインとを備える。メインバッテリおよびソーラーバッテリは、車両の外部から供給される電力によって充電可能に構成される。車両の電源システムは、ソーラーバッテリの出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によってソーラーバッテリが充電されるように車両を制御する制御部をさらに備える。
上記構成の車両の電源システムでは、第2電力供給ラインによって、メインバッテリ以外の蓄電部であるソーラーバッテリから補機負荷に電力(電流)が供給される。ここで、ソーラーバッテリが出力可能な電流(出力可能電流)が不足すると、とくに補機負荷での消費電流が大きい(たとえば最大になる)場合、必要な補機出力を確保できなくなる可能性がある。しかし、上記構成の車両の電源システムでは、ソーラーバッテリは、出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によって充電され得る。これにより、メインバッテリ以外の蓄電部から補機負荷へ充分に電力供給が行なわれ、必要な補機出力が確保される可能性が高まる。
本発明によると、補機負荷での消費電流が大きい(たとえば最大になる)場合にも、補機出力低下を防止できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、実施の形態に係る車両の電源システム1(以下、単に「電源システム1」という場合もある)を説明するための図である。電源システム1は、主にハイブリッド車両10に適用される。そのため、以下、電源システム1が適用されるハイブリッド車両10について説明する。
図1を参照して、ハイブリッド車両10は、制御部100と、ハイブリッド走行機構200と、プラグイン機構300とを含む。
制御部100は、ハイブリッド車両10の各要素を制御することによってハイブリッド車両10を制御する、HV(Hybrid Vehicle)統合ECU(Electric Control Unit)である。制御は、たとえば制御信号を利用して行なわれる。また、制御部100は、必要に応じて、電源システムの各要素と通信を行なう。通信は、たとえば通信信号を利用して行なわれる。
ハイブリッド走行機構200において、モータジェネレータMG2によって車輪260が駆動される。さらに、内燃機関(エンジン)240およびモータジェネレータMG1の出力トルクは、動力分割機構250を介して車輪260に伝達される。蓄電部としてのメインバッテリ210の電力(たとえば電圧がDC600V程度)は、PCU(Power Control Unit)230によって、モータジェネレータMG1,MG2を駆動するための電力に変換される。すなわち、メインバッテリ210は、ハイブリッド車両10の走行用の電力を蓄電可能である。また、回生によってモータジェネレータMG1,MG2で発生した電力は、PCU230によってメインバッテリ210の充電電力に変換される。SMR(System Main Relay)220は、メインバッテリ210とPCU230との接続・非接続状態を切替える。
PCU230は、メインバッテリ210の電圧をたとえばDC12V程度に変換して、後述の補機バッテリ600および/または補機負荷700(以下、「12V系」という場合もある)へ供給することができる。PCU230において、メインバッテリ210から補機負荷700への電力供給には、DC/DCコンバータ231が用いられる。DC/DCコンバータ231は、メインバッテリ210の電力を補機負荷700へ供給するための第1の電力変換器であり、実施の形態において、「メインDC/DCコンバータ231」と称する。メインDC/DCコンバータ231から12V系への電力供給は、電力線PL1−1によって行なわれる。電力線PL1−1は、メインバッテリ210から補機負荷700に電力を供給する第1電力供給ラインを構成する。
監視部211は、メインバッテリ210の残存容量(SOC:State Of Charge)や、温度などを監視する。
プラグイン機構300において、外部電源からの電力がインレット310に供給される。インレット310に供給された電力は、充電器320によってメインバッテリ210の充電電力に変換される。充電リレー(CHR)330は、充電器320と、メインバッテリ210との接続・非接続状態を切り替える。
充電器320は、メインバッテリ210の電力を変換して、12V系に供給することもできる。充電器320において、メインバッテリ210から12V系への電力供給には、DC/DCコンバータ321が用いられる。DC/DCコンバータ321は、メインバッテリ210の電力を補機負荷700へ供給するための第2の電力変換器であり、実施の形態において、「サブDC/DCコンバータ321」と称する。サブDC/DCコンバータ321から12V系への電力供給は、電力線PL1−2によって行なわれる。電力線PL1−2は、メインバッテリ210から補機負荷700に電力を供給する第1電力供給ラインを構成する。
ハイブリッド車両10は、さらに、ソーラーユニット400とソーラーパネル500とを含む。ソーラーパネル500で発生した電力は、蓄電部としてのソーラーバッテリ410に蓄電可能である。ソーラーユニット400は、ソーラーバッテリ410の電力を変換して、12V系に供給できる。ソーラーバッテリ410から12V系への電力供給には、ソーラーDC/DCコンバータ420が用いられる。ソーラーDC/DCコンバータ420は、ソーラーバッテリ410の電力を補機負荷700へ供給するための第3の電力変換器である。ソーラーDC/DC420から12V系への電力供給は、電力線PL2によって行なわれる。電力線PL2は、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に電力を供給する第2電力供給ラインを構成する。
ソーラーユニット400には、電力変換器430が含まれる。電力変換器430は、たとえばDC/DCコンバータであり、充電器320からの電力を、ソーラーバッテリ410の充電電力に変換する。なお、ソーラーバッテリ410と、メインバッテリ210とは、CHR330および電力変換器430を介して電力交換可能である。図1において、電力変換器430はソーラーユニット400に含まれるように示されるが、これに限られない。たとえば、電力変換器430は、プラグイン機構300に含まれてもよい。
監視部440は、ソーラーバッテリ410の残存容量(SOC:State Of Charge)や、温度などを監視する。
ハイブリッド車両10は、さらに、補機バッテリ600と、補機バッテリ600を監視する監視部610と、補機負荷700とを含む。補機バッテリ600は、補機負荷700へ供給される電力を蓄えるための蓄電部である。監視部610は、たとえば、補機バッテリ600の電圧・電流や温度を監視(測定)する。制御部100は、監視部610からの情報に基づいて、補機バッテリ600の劣化状態を判定することができる。補機バッテリ600の劣化状態は、たとえば補機バッテリ600の内部抵抗と温度とに基づいて判断される。補機バッテリ600の内部抵抗は、補機バッテリ600の電圧および電流などに基づいて算出される。補機負荷700は、各種の補機を含む。補機負荷700は、たとえば、灯火機器としてのヘッドライト710と、空調ファン720と、オーディオ機器730と、電子制御ブレーキ(ECB: Electric Control Braking system)760と、パワーステアリング770とを含む。
ハイブリッド車両10は、さらに、電流センサ800を含む。電流センサ800は、補機負荷700を流れる電流を測定する。電流センサ800は、補機負荷700に含まれる各補機(ヘッドライト710など)を流れる電流を、個別に測定してもよい。先に述べたように補機負荷700は12V系であるため、補機負荷700を流れる電流値が分かれば、補機負荷700で消費される電力は、電力=電圧×電流として計算できる。なお、電流センサ800に代えて、電力センサを採用してもよい。
充電ケーブル900は、外部電源によってメインバッテリ210および/またはソーラーバッテリ410を充電する際、ハイブリッド車両10と外部電源とを接続するために用いられる。充電ケーブル900は、充電コネクタ910と、CCID(Charging Circuit Interrupt Device)920と、プラグ930とを含む。プラグ930は、たとえば、外部電源のコンセントに接続される。CCID920は、充電を制御する。充電コネクタ910は、インレット310に接続される。
以上の構成において、ハイブリッド車両10では、制御部100がハイブリッド車両10の各要素、たとえばSMR220、CHR330、メインDC/DCコンバータ231、CHR330、サブDC/DCコンバータ321、電力変換器430、ソーラーDC/DCコンバータ420などを制御することにより、補機バッテリ600以外の蓄電部であるメインバッテリ210やソーラーバッテリ420から補機負荷700に電力が供給される。具体的に、電力線PL1−1および/または電力線PL1−2(第1電力供給ライン)によって、メインバッテリ210の電力が補機負荷700に供給され、電力線PL2(第2電力供給ライン)によって、ソーラーバッテリ410の電力が補機負荷700に供給される。
また、ハイブリッド車両10では、外部電源から供給される電力によって、メインバッテリ210の充電とソーラーバッテリ420の充電とが独立に行なわれる。具体的に、CHR330の切替によってメインバッテリ210の充電が、ソーラーバッテリ420の充電とは独立して行なわれる。また、電力変換器430の制御によってソーラーバッテリ410の充電が、メインバッテリ210の充電とは独立して行なわれる。
ところで、ハイブリッド車両10の小型化、軽量化などの観点から、補機バッテリ600を小型化することが考えられる。補機バッテリ600を小型化すると、それに伴い補機バッテリ600が出力可能な電流(電力)も減少し、補機負荷700への供給電力(12V系への供給電流)が不足するおそれがある。
その場合の対策として、第1電力供給ラインまたは第2電力供給ラインによって補機負荷700に電力を供給することが考えられる。
ここで、第1電力供給ラインによる補機負荷700への電力供給は、メインバッテリ210の電力を、メインDC/DCコンバータ231やサブDC/DCコンバータ321が変換することによって行なわれる。そのため、第1電力供給ラインによる補機負荷700への電力供給は、メインDC/DCコンバータ231やサブDC/DCコンバータ321が出力可能な電流(電力)により制限される。その結果、第1電力供給ラインのみでは、補機負荷700へ充分な電力を供給できない場合がある。そこで、第2電力供給ラインによる補機負荷700への電力供給、すなわちソーラーバッテリ410の電力を補機負荷700に供給することが、有効な対策となり得る。
しかし、後に図2を参照して説明するように、たとえば、ソーラーバッテリ410に蓄えられた電力を示す残存容量(SOC:State Of Charge)が低いと、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流(電力)が制限される。その場合、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に充分な電力供給がなされず、必要な補機出力が確保できないおそれがある。たとえば、ソーラーパネル500における発電電力が比較的小さい場合などにおいて、この問題は顕在化する。
そこで、実施の形態において、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流(電力)を判断するために、所定のしきい値(所定値)が利用される。具体的には、ハイブリッド車両10では、メインバッテリ210が外部電源からの電力によって充電されている際に、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によってソーラーバッテリ410が充電される。このような動作は、制御部100の制御によって行なわれる。これにより、充電が終了した後、たとえばハイブリッド車両10の走行中に、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に充分に電力供給が行なわれることで、必要な補機出力が確保される可能性が高まる。
ソーラーバッテリ410が出力可能な電流を判断するための所定値は、たとえば、補機負荷700で消費され得る最大消費電流Imaxから、補機バッテリ600の出力可能電流I1と、メインDC/DCコンバータ231が出力可能な電流I2と、サブDC/DCコンバータ321が出力可能な電流I3との合計電流を引いた大きさに設定される。つまり、所定値=Imax−(I1+I2+I3)として設定される。ImaxおよびI1〜I3の大きさは、設計データや実験データなどによって予め取得される。
このように所定値を設定すれば、メインバッテリ210が外部電源からの電力によって充電されている際に、ソーラーバッテリ410は、所定値以上の電力が出力可能になるように充電される。その結果、充電が終了し、その後ハイブリッド車両10が走行しているようなときに補機負荷700での消費電力が大きく(たとえば最大に)なったとしても、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に充分な電力(所定値以上の電力)が供給され、補機出力の低下を防止できる可能性が高まる。
図2は、図1のソーラーバッテリ410のSOCと出力可能な電流との関係の一例を説明するための図である。
図2に示すように、SOCが比較的大きい(たとえば約40%以上)場合、出力可能な電流は比較的大きい。これに対し、SOCが比較的小くなる(たとえば約40%よりも小さくなる)につれて、出力可能な電流も小さくなる。このようなソーラーバッテリ410の出力の制限は、監視部440からのソーラーバッテリ410のSOCなどの情報に基づいて制御部100がソーラーDC/DCコンバータ420を制御することによって、実行される。このような制御は、ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流の大きさが、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流の大きさに設定されることを意味する。換言すれば、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流の大きさと、ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流の大きさとは、等しくなる。
図3は、図1のハイブリッド車両10のメインバッテリ210が外部電源からの電力によって充電されている際に、電源システム1において実行される処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、たとえば、所定のメインルーチンから呼び出され、サブルーチンとして実行される。なお、メインバッテリ210の充電は、充電器320が作動され、CHR330が接続状態に切替えられることなどによって行なわれる。
図1および図3を参照して、はじめに、ステップS1において、ハイブリッド車両10がプラグイン充電中であるか否かが判断される。プラグイン充電中とは、プラグイン機構300を利用して、外部電源からの電力によってハイブリッド車両10(主にメインバッテリ210)が充電されている状態である。プラグイン充電中の場合(ステップS1でYES)、ステップS2に処理が進められる。そうでない場合(ステップS1でNO)、ステップS5に処理が進められる。
ステップS2において、ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流が所定値以下であるか否かが判断される。ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流は、ソーラーバッテリ410のSOCなどの情報に基づいて推測される。すなわち、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流がソーラーバッテリ410のSOCなどに基づいて推定され、ソーラーバッテリ410が出力可能な電流が、ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流とみなされる。所定値は、先に述べたように、補機負荷700で消費され得る最大消費電流Imaxから、補機バッテリ600の出力可能電流I1と、メインDC/DCコンバータ231が出力可能な電流I2と、サブDC/DCコンバータ321が出力可能な電流I3との合計電流を引いた大きさである。ソーラーDC/DCコンバータ420が出力可能な電流が所定値以下の場合(ステップS2でYES)、ステップS3に処理が進められる。そうでない場合(ステップS2でNO)、ステップS5に処理が進められる。
ステップS3において、ソーラーバッテリ410のSOCが、満充電時のSOC(満充電SOC)を下回るか否かが判断される。満充電SOCは、たとえば100%や100%に近い値である。ソーラーバッテリ410のSOCが満充電SOCを下回る場合(ステップS3でYES)、ステップS4に処理が進められる。そうでない場合(ステップS3でNO)、ステップS5に処理が進められる。
ステップS4において、ソーラーバッテリ410の充電要求がオンとされる。これにより、メインバッテリ210だけでなく、ソーラーバッテリ410も、外部電源からの電力によって充電される。ソーラーバッテリ410の充電は、電力変換器430の作動によって行なわれる。
ステップS5において、ソーラーバッテリ410の充電要求がオンとされていれば、ソーラーバッテリ410の充電要求が解除される。これにより、外部電源からの電力によるソーラーバッテリ410の充電が停止される。ソーラーバッテリ410の充電の停止は、電力変換器430の停止によって行なわれる。
ステップS4またはステップS5の処理が実行された後に、メインルーチンに処理が戻される。
図3のフローチャートによると、図1のメインバッテリ210が外部電源からの電力によって充電される際に、必要に応じてソーラーバッテリ410も充電される。これにより、たとえば、充電が終了し、その後ハイブリッド車両10が走行しているようなときに、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に充分な電力供給がされ、必要な補機出力が確保される可能性が高まる。
なお、図3のフローチャートにおいて、ステップS4の処理を終えた後は、再び、ステップS3に処理が戻されるようにしてもよい。
最後に、本発明の実施の形態について総括する。図1を参照して、電源システム1は、補機負荷700に電力を供給するための補機バッテリ600と、車両(ハイブリッド車両10)の走行用の電力を蓄電可能なメインバッテリ210と、ソーラーパネル500で発生した電力を蓄電可能なソーラーバッテリ410と、メインバッテリ210から補機負荷700に電力を供給する第1電力供給ライン(電力線PL1−1、電力線PL1−2)と、ソーラーバッテリ410から補機負荷700に電力を供給する第2電力供給ライン(電力線PL2)とを備える。メインバッテリ210およびソーラーバッテリ410は、車両(ハイブリッド車両10)の外部から供給される電力によって充電可能に構成される。電源システム1は、ソーラーバッテリ410の出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によってソーラーバッテリ410が充電されるように車両(ハイブリッド車両10)を制御する制御部100をさらに備える。
外部からの電力によるソーラーバッテリ410の充電は、具体的に、外部電源から供給されて充電器320を経由して取り込まれる電力をソーラーバッテリ410の充電電力に変換する電力変換器430を、制御部100が制御して作動させることにより行なわれる。
車両の電源システム1では、第2電力供給ライン(電力線PL2)によって、メインバッテリ210以外の蓄電部(ソーラーバッテリ410)から補機負荷700に電力が供給される。ここで、メインバッテリ210以外の蓄電部であるソーラーバッテリ410が出力可能な電力が不足すると、とくに補機負荷700での消費電流が大きい(たとえば最大になる)場合、必要な補機出力を確保できなくなる可能性がある。しかし、電源システム1では、ソーラーバッテリ410は、出力可能電流が所定値以下である場合には、外部からの電力によって充電され得る。これにより、ソーラーバッテリ410から補機負荷700へ充分に電力供給が行なわれ、必要な補機出力が確保される可能性が高まる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 電源システム、10 ハイブリッド車両、100 制御部、200 ハイブリッド走行機構、210 メインバッテリ、211,440,610 監視部、231 メインDC/DCコンバータ、250 動力分割機構、260 車輪、300 プラグイン機構、310 インレット、320 充電器、321 サブDC/DCコンバータ、400 ソーラーユニット、410 ソーラーバッテリ、420 ソーラーDC/DCコンバータ、430 電力変換器、500 ソーラーパネル、600 補機バッテリ、700 補機負荷、710 ヘッドライト、720 空調ファン、730 オーディオ機器、770 パワーステアリング、800 電流センサ、900 充電ケーブル、910 充電コネクタ、930 プラグ、MG1,MG2 モータジェネレータ、PL1−1,PL1−2,PL2 電力線。
Claims (1)
- 車両の電源システムであって、
補機負荷に電力を供給するための補機バッテリと、
前記車両の走行用の電力を蓄電可能なメインバッテリと、
ソーラーパネルで発生した電力を蓄電可能なソーラーバッテリと、
前記メインバッテリから補機負荷に電力を供給する第1電力供給ラインと、
前記ソーラーバッテリから前記補機負荷に電力を供給する第2電力供給ラインとを備え、
前記メインバッテリおよび前記ソーラーバッテリは、前記車両の外部から供給される電力によって充電可能に構成され、
前記車両の電源システムは、
前記ソーラーバッテリの出力可能電流が所定値以下である場合には、前記外部からの電力によって前記ソーラーバッテリが充電されるように前記車両を制御する制御部をさらに備える、車両の電源システム。
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