JP2015149818A - 車両用電力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽光エネルギーの回収率を従来よりも向上させ、太陽電池の発電電力を従来よりも効率的に利用することができる車両用電力制御装置を提供することである。
【解決手段】電力制御装置20(車両用電力制御装置)において、制御部25は、補助用二次電池12を供給源として蓄電された電力を変換して、車両Vehに備えられる機器群40のうちで一以上の機器を稼働する制御を行う。この構成によれば、補助用二次電池12を供給源として蓄電された電力を一以上の機器に供給して稼働する制御を行う。太陽電池30から供給される電力は補助用二次電池12に蓄電されるので、太陽光エネルギーの回収率を従来よりも向上させることができる。また、一以上の機器に供給して稼働するので、太陽電池30の発電電力を従来よりも効率的に利用することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、補助用二次電池や電力変換部などを有する車両用電力制御装置に関する。
従来では、一旦蓄えたエネルギーをロスすることなく、簡便な方式により、電気車両電源用二次電池の性能劣化を防止することを目的とする電気車両電源用二次電池の冷却装置に関する技術の一例が開示されている(例えば特許文献1を参照)。
特許文献1に記載された電気車両電源用二次電池の冷却装置は、二次電池を冷却する冷却機と、冷却機を作動させる電力を発生供給するソーラバッテリーとを具備する。冷却機は二次電池を内部に収納する冷蔵ボックスである。車両の停止中(特に駐車中)において、ソーラバッテリーから供給される電力が設定電力未満となった場合にソーラバッテリーの電力によって開き、ソーラバッテリーから供給される電力が設定電力以上となった場合にソーラバッテリーの電力によって閉じる。
特開2000−323185号公報
しかし、特許文献1の技術を適用しても、ソーラバッテリーに蓄電された電力は、ソーラバッテリー自体の冷却しか利用されていない。そのため、車両全体のエネルギーマネジメントと言う観点で見ると、太陽光エネルギーの回収率の低下と発電電力を効率的に利用されていないという問題が生じている。
一方、車両には上記ソーラバッテリー以外に様々の機器が搭載される。例えば、二次電池、回転電機、空調装置、音響装置などが該当する。これらの機器はそれぞれに対応する電力源の電力によって稼働されるが、上述したように太陽光エネルギーの回収率が低下し、太陽電池の発電電力が効率的に利用されていない。
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、太陽光エネルギーの回収率を従来よりも向上させ、太陽電池の発電電力を従来よりも効率的に利用することができる車両用電力制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、車両(Veh)に備えられる太陽電池(30)から供給される電力を蓄電する補助用二次電池(12)と、前記電力を変換して前記補助用二次電池に蓄電する制御を行う制御部(25)とを有する車両用電力制御装置(20)において、前記制御部は前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記車両に備えられる一以上の機器を稼働する制御を行うことを特徴とする。
この構成によれば、電力変換部は補助用二次電池に蓄電された電力を一以上の機器に供給して稼働する制御を行う。太陽電池から供給される電力(太陽光エネルギー)は補助用二次電池に蓄電されるので、太陽光エネルギーの回収率を従来よりも向上させることができる。また、一以上の機器に供給して稼働するので、太陽電池の発電電力を従来よりも効率的に利用することができる。
第2の発明は、前記機器は、前記車両の走行に用いる走行用二次電池(11)であり、前記制御部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記走行用二次電池を昇温する制御を行うことを特徴とする。
走行用二次電池は、温度が低くなるにつれて内部抵抗値が上昇し、供給(放電,出力)できる電力が低下するという放電温度特性がある。この構成によれば、電力変換部は補助用二次電池に蓄電された電力を利用して走行用二次電池を適正温度(例えば−30℃近辺〜0℃近辺;近辺は許容誤差範囲を含む)まで昇温する。走行用二次電池が適正温度になると内部抵抗値が低くなり、供給できる電力も適正に維持することができる。なお昇温方法は問わず、例えば走行用二次電池に電流を流して昇温してもよく、昇温器やヒーターで昇温してもよい。
第3の発明は、前記機器は、前記車両の走行に用いる回転電機(41)であり、前記電力変換部は、前記車両が走行する際に、前記車両の走行に用いる走行用二次電池および前記補助用二次電池の一方または双方に蓄電された電力を変換して、前記回転電機を稼働(回転)させる制御を行うことを特徴とする。
回転電機を動力源として走行可能な車両では、内燃機関(エンジン)を動力源として走行しない場合(内燃機関を有しない場合を含む)、走行用二次電池に蓄電された電力を利用して回転電機を稼働させて走行する。この構成によれば、走行用二次電池および補助用二次電池の一方または双方に蓄電された電力を利用して回転電機を稼働させる。すなわち、補助用二次電池に蓄電された電力を利用して回転電機を稼働させたり、走行用二次電池および補助用二次電池の双方に蓄電された電力を利用して回転電機を稼働させたりする。走行用二次電池に蓄電された蓄電容量が低下した場合や、走行に必要な電力を確保できない場合には、補助用二次電池に蓄電された電力を利用する。こうすることで回転電機を動力源として走行せざるを得ない場合でも、確実に車両を走行させることが可能になる。
第4の発明は、前記機器は、前記車両の空調を行う空調装置(42,43)であり、前記電力変換部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記空調装置を稼働する制御を行うことを特徴とする。
補機として位置付けられる空調装置は、補機用二次電池や発電機等から供給される電力によって稼働される。この構成によれば、電力変換部は補助用二次電池に蓄電された電力を利用して空調装置を稼働する。鉛蓄電池に蓄電された蓄電容量が低下した場合や、停止中(駐車中を含む)のために発電機から電力を供給されない場合には、補助用二次電池に蓄電された電力を利用する。こうすることで鉛蓄電池や発電機から供給される電力では稼働できない場合でも、確実に空調装置を稼働させることができる。
第5の発明は、前記機器は、鉛蓄電池(13)であり、前記電力変換部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を所定周波数範囲内のパルス波に変換して、前記鉛蓄電池に発生するサルフェーションを防止(除去を含む)する制御を行うことを特徴とする。
鉛蓄電池は、放電時に発生する硫酸鉛が結晶化すると、サルフェーションと呼ばれる現象を起こす。サルフェーションが生じると、充放電の容量が著しく低下したり、極寒地では硫酸の濃度低下に伴って電解液が凍結し易くなったりする。この構成によれば、電力変換部は補助用二次電池に電力をパルス波に変換して鉛蓄電池に伝達し、サルフェーションを防止する。すなわち、サルフェーションの発生を未然に防止(抑制)したり、既に発生したサルフェーションを除去したりする。したがって、鉛蓄電池の充放電容量が低下するのを防止し、電解液の凍結を防止することができる。
なお「一以上の機器」は、特許文献1に記載の冷却機以外の機器であって、車両に備えられる機器である。「補助用二次電池」,「走行用二次電池」,「補機用二次電池」はいずれも二次電池であり、蓄電と放電が行えれば種類を問わない。「空調装置」は、空調に関する機器であれば種類を問わず、例えば蓄熱器,コンプレッサ,エアコン,ヒーター,送風機(ブロワ,ファン)などが該当する。「所定周波数範囲」は、サルフェーションの発生を防止できる波形であれば任意に設定してもよい。波形は、正弦波や矩形波などの基本波でもよく、基本波を変調した変調波でもよく、相異なる複数の波形を合成して得られる合成波でもよい。「昇温」は加温や加熱に相当する。
車両の構成例を模式的に示す平面図である。 電力制御装置の構成例を示す模式図である。 太陽電池から供給される電力を蓄電する制御例を示す模式図である。 走行用二次電池を昇温する制御例を示す模式図である。 走行用二次電池を昇温する制御例を示すタイムチャート図である。 空調装置を稼働する制御例を示す模式図である。 空調装置を稼働する制御例を示すタイムチャート図である。 サルフェーションを防止する制御例を示す模式図である。 サルフェーションを防止する制御例を示すタイムチャート図である。 回転電機を稼働する制御例を示す模式図である。 回転電機を稼働する制御例を示すタイムチャート図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば「スイッチSW1〜SW4」は「スイッチSW1,SW2,SW3,SW4」を意味する。
まず、本発明の基本的な構成例について、図1と図2を参照しながら説明する。図1に示す車両Vehは、二次電池群10,電力制御装置20,太陽電池30(ソーラーパネル),機器群40などを有する。本形態ではハイブリッド自動車に適用するが、電気自動車にも適用することができる。いずれの要素についても、数量,種類,車両Vehへの設置位置などを問わない。各要素について、以下に簡単に説明する。
二次電池群10は、複数の二次電池からなる(図2を参照)。複数の二次電池は、蓄電(充電)と放電が可能であれば数量や種類等を問わない。図2の例では、走行用二次電池11、補助用二次電池12、補機用二次電池13が該当する。
走行用二次電池11は、車両Vehが走行するにあたって回転電機41を稼動するに必要な電力源である。二次電池であれば問わず、例えばリチウムイオン二次電池(リチウムイオンポリマー二次電池を含む)やニッケル・水素蓄電池などが該当する。走行用二次電池11の温度(例えば電解液の温度など)を計測して温度情報を出力する温度計Tmpは必要に応じて備えてよい、温度計Tmpの設置位置は任意に設定してもよく、走行用二次電池11の内外を問わない。
補助用二次電池12は、太陽電池から供給される電力(太陽光エネルギー)を蓄電し、機器群40を稼働するのに用いる電力源である。二次電池であれば問わず、走行用二次電池11や補機用二次電池13に用いる二次電池でもよく、他の二次電池でもよい。他の二次電池は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池などが該当する。
補機用二次電池13は、主機(エンジンや回転電機41のような動力源)を稼動するに必要な補機(付属機器)を作動させるための電力源である。本形態では、鉛蓄電池を適用する。走行用二次電池11を「メインバッテリ」と位置付けると、補機用二次電池13は「サブバッテリ」に相当する。補機は、例えばラジエーター,エアコン,カーナビゲーション・システム,音響装置(ラジオやオーディオ等),照明装置(保安用照明灯や室内灯等)などであって車両Vehに搭載される機器が該当する。
太陽電池30は、半導体の光起電力効果を利用して、光エネルギー(日射を含む)を電気エネルギー(電力)に変換して出力する電力源である。車両Vehに搭載できれば、種類(例えばシリコン系,化合物系,有機系,量子ドット型,多接合型,薄膜型など)、数量、形状などを問わない。
機器群40は、補助用二次電池12に蓄電した電力を用いて稼働可能な機器であって、上述した補機や、補助用二次電池12以外の二次電池などを含む(図2を参照)。図2の例では、走行用二次電池11,補機用二次電池13,回転電機41,コンプレッサ42,蓄熱器43などが該当する。コンプレッサ42と蓄熱器43は「空調装置」に相当する。
図2に一点鎖線で示す電力制御装置20は、「車両用電力制御装置」に相当し、昇圧コンバータ21、インバータ22,23、変圧コンバータ24,26,27、制御部25、スイッチSW1〜SW4などを有する。本形態では、走行制御部ECU1と電力制御部ECU2で電力制御装置20を構成する。それぞれ二点鎖線で示す走行制御部ECU1と電力制御部ECU2は、いずれも「電力変換部」に相当し、ECU(Electronic Control Unit)からなる。その他には、ECUと処理装置(例えばマイコンやコンピュータ等)を混在して構成してもよく、それぞれ処理装置で構成してもよい。要するに、電力制御装置20は図示する要素を有していればよく、特に後述する第1制御例〜第5制御例のうちで一以上の制御例を実現するのに必要な要素を有していればよい。
走行制御部ECU1は、スイッチSW1,昇圧コンバータ21,インバータ22などを有する。走行用二次電池11と昇圧コンバータ21の間は第1線路で接続される。電力制御部ECU2は、スイッチSW2〜SW4、インバータ23、変圧コンバータ24,26,27、制御部25などを有する。第1線路と変圧コンバータ24の間は第2線路で接続される。変圧コンバータ24と補助用二次電池12の間は第3線路で接続される。各線路は電路,電線,接続線などとも呼ばれる。
昇圧コンバータ21や変圧コンバータ24,26,27は、いずれも回路構成を問わず、電圧を変圧するDC−DCコンバータである。昇圧コンバータ21は、二次電池群10のうちで、一以上の二次電池の電圧を変圧してインバータ22に出力する。変圧コンバータ24は、補助用二次電池12や補機用二次電池13の電圧を変圧して出力する。変圧コンバータ26は、第3線路の電力を変圧して補機用二次電池13に蓄電したり、補機用二次電池13の電圧を変圧して第3線路に出力したりする。変圧コンバータ27は、太陽電池30から供給される電力(電圧)を変圧して第3線路に出力し、主として補助用二次電池12に蓄電する。
昇圧コンバータ21や変圧コンバータ24,26は、いずれも太陽電池30から変圧コンバータ27を経て供給される電力(電圧)を変圧して、コンバータごとに対応する出力対象にアシスト出力してもよい。一例として、スイッチSW2,SW4をオンし、補助用二次電池12の電力に対して太陽電池30から変圧コンバータ27を経た電力をアシストして、変圧コンバータ24で変換して走行用二次電池11に蓄電する制御が該当する。
回転電機41で回生された電力は、スイッチSW1をオンして、インバータ22や昇圧コンバータ21を経て走行用二次電池11に蓄電してもよい。さらにはスイッチSW2をオンして、変圧コンバータ24や変圧コンバータ26を経て補助用二次電池12や補機用二次電池13に蓄電してもよい。
インバータ22,23は、いずれも回路構成を問わず、直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ22は、昇圧コンバータ21で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して回転電機41に出力する。インバータ23は、第2線路に出力された補助用二次電池12や補機用二次電池13の電圧を変圧してコンプレッサ42に出力する。コンプレッサ42の作動によって蓄熱器43に蓄熱される。蓄熱器43の蓄熱は利用形態を問わず、機器の昇温に用いたり、ヒーターとして空調に用いたりしてよい。各インバータは、出力対象に応じて交流の相数を異ならせてもよく、同じ相数としてもよい。図2に示す構成例では、インバータ22は回転電機41に対応して三相交流で出力し、インバータ23は蓄熱器43に対応して単相交流で出力する。
スイッチSW2〜SW4は、それぞれ電力を伝達する線路のオン(接続)とオフ(遮断,非接続)の切り替えを行う。いずれのスイッチもオンとオフの切り替えが行えれば、どのような素子や機器を用いてもよい。本形態では、SMR(システムメインリレー)を用いる。図2に示す構成例では、スイッチSW2を第2線路の途中に設け、スイッチSW1を第1線路の途中に設け、スイッチSW3を第2線路とインバータ23の間に設け、スイッチSW4を第3線路の途中に設ける。
制御部25は、電力制御装置20全体の動作を制御する。図2では電力制御部ECU2に備える例を示すが、走行制御部ECU1に備えてもよく、走行制御部ECU1と電力制御部ECU2にそれぞれ備えてもよく、電力制御装置20の外部に備えてもよい。要するに、電力制御装置20全体の動作を制御できればよい。
制御部25は、上述した昇圧コンバータ21、インバータ22,23、変圧コンバータ24,26,27、スイッチSW2〜SW4などの制御を行う。図示しないが、制御部25と各要素の間は信号伝達が行えるように接続され、温度計Tmpの温度信号も入力可能に接続される。コンバータやインバータに対しては制御信号を伝達して電力変換を制御する。スイッチSW2〜SW4に対しては作動信号を伝達して個別にオン/オフを制御する。制御例については後述する(図3以降を参照)。上述した機能を実現する限りにおいて、CPUがプログラムを実行するソフトウェア構成であると、ハードウェアロジックで作動するハードウェア構成であるとを問わない。制御部25の内外には、必要に応じて計時機能を担うタイマー25aを備えてもよい(図8,図9を参照)。
制御部25が行う制御によって、太陽電池30から供給される電力は、一以上の二次電池群10(特に補助用二次電池12)に蓄電することができ、コンバータやインバータを介して一以上の機器群40の稼働をアシストすることができる。二次電池群10(特に補助用二次電池12)に蓄電された電力をコンバータやインバータで変換して、一以上の機器群40を稼働することができる。
以下では、制御部25による制御例について、図3〜図11を参照しながら説明する。図5,図7,図9,図11にそれぞれ示すタイムチャート図は、理想的な変化(遷移)を示すものであって実際には遅延が生じる場合がある。各タイムチャート図に示す要求(例えば図5に示す間欠運転要求や昇温要求、図7に示す電力移転要求や空調要求など)は、外部装置から伝達される要求(指令を含む)や、電力制御装置20内の制御フラグなどが該当する。外部装置は、電力制御装置20の外部(車両Vehの内外を問わない)に設けられる処理装置である。例えば、ECU、カーナビゲーション・システム、携帯電話を含む携帯端末、コンピュータ(データセンターやマイコン等を含む)などが該当する。
(第1制御例)
第1制御例は、太陽電池30から供給される電力を蓄電する制御例である。図3に示す制御部25は、太陽電池30から供給される電力を補助用二次電池12に蓄電する制御を行う。すなわち太陽電池30から供給される電力は、機器群40を稼働するには小さいため、機器群40を稼働可能な電力容量とするために蓄電する。第1制御例では、スイッチSW4をオンにし、スイッチSW2〜3をオフにする。
太陽電池30は、日の出から日没までの間、光を受けて発電して電力を供給する。発電電力が最大になる出力電圧で電流を取り出すため、MPPT(Maximum Power Point Tracking;最大電力点追従)制御を行うとよい。太陽電池30から供給される電力は、変圧コンバータ27によって変換され、第3線路やスイッチSW4を経て、補助用二次電池12に蓄電される。必要に応じて、二点鎖線で示すように変圧コンバータ26で電力を変換して補機用二次電池13に蓄電してもよい。
(第2制御例)
第2制御例は、走行用二次電池11を昇温する制御例である。図4に示す制御部25は、走行用二次電池11の温度が適正温度よりも低い場合に、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、走行用二次電池11に電流を流して昇温する制御を行う。第2制御例では、スイッチSW2,SW4のオン/オフを制御し、スイッチSW1,SW3をオフにする。
図5には、昇温制御における経時的変化を示す。上から順番に、太陽電池30の発電、走行用二次電池11の温度(温度計Tmpの計測値)、間欠運転要求、昇温要求、補助用二次電池12の充電率(SOC;State Of Charge)である。なお、太陽電池30が光エネルギーを受けるまでは、発電は休止状態(Sleep)、昇温要求はオフ(OFF)である。
太陽電池30が光エネルギーを受けて発電可能になる時刻t11には、電力を出力しない休止状態(Sleep)から、電力を出力する発電状態(Wake)に変わる。太陽電池30が発電状態になり、かつ、走行用二次電池11の温度が閾値Th11(例えば適正温度よりも低い温度)よりも低ければ、同じ時刻t11に昇温要求がオフ(OFF)からオン(ON)に変わる。一方、太陽電池30が発電状態になっても、走行用二次電池11の温度が閾値Th11以上であれば、昇温要求はオフのままで維持される。
昇温要求がオンになると、図2に示すスイッチSW2,SW4をオンにし、補助用二次電池12の電力を変圧コンバータ24で変換して、走行用二次電池11に電流を流して昇温する。図5では、時刻t11から走行用二次電池11の温度が上昇し、時刻t12には閾値Th12(ただしTh11<Th12;例えば適正温度の下限温度)に達する。温度上昇中における補助用二次電池12の充電率は、閾値Th14(上限値)と閾値Th13(下限値)の間で変化するように制御する。すなわち補助用二次電池12の充電率は、スイッチSW4をオンして走行用二次電池11に電流を流すと低下してゆき、スイッチSW4をオフして太陽電池30から蓄電すると上昇してゆく。このように制御することで、補助用二次電池12の充電率を閾値Th13(ただしTh13<Th14)以上で維持しながら、走行用二次電池11の昇温を行える。
時刻t12に走行用二次電池11の温度が閾値Th12に達すると、走行用二次電池11の内部抵抗値が低くなり、走行用二次電池11から供給できる電力を適正に維持できる。よって時刻t12には、間欠運転要求は禁止から許可に変わり、昇温要求はオン(ON)からオフ(OFF)に変わる。こうして、走行用二次電池11の昇温を終える。
(第3制御例)
第3制御例は、空調(具体的には蓄熱器43への蓄熱)を制御する例である。図6に示す制御部25は、設定者が事前に空調を設定している場合に、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、コンプレッサ42を稼働して蓄熱器43に蓄熱する制御を行う。ただし、走行用二次電池11の充電率が所定の閾値よりも低い場合は、蓄熱を行う前に走行用二次電池11に蓄電する制御を行う。設定者は設定が行えれば任意の者が該当し、主に車両Vehの関係者(例えば乗員)である。設定方法は任意であり、例えば車両Vehに設けられた設定用のスイッチやボタン等でもよく、外部装置から伝達される信号でもよく、タイマー設定でもよい。第3制御例では、スイッチSW2〜SW4のオン/オフを制御し、スイッチSW1をオフにする。
図7には、蓄熱制御における経時的変化を示す。上から順番に、事前空調設定、走行用二次電池11の充電率、補助用二次電池12の充電率、電力移転要求(汲み上げ充電要求)、空調(蓄熱)要求である。事前空調設定が時刻t21にオン(ON)される場合を説明するが、時刻t21よりも前にオン(ON)されても結果として同じになる。
事前空調設定のタイミングと無関係であるが、時刻t21よりも前から太陽電池30が光エネルギーを受けて発電しているため、補助用二次電池12の充電率が上昇している。当該充電率が閾値Th22に達する時刻t22において、走行用二次電池11の充電率が充電許可判定閾値Th20よりも低いため、電力移転要求がオン(ON)になる。閾値Th22には、補助用二次電池12の充電率が通常使用許可範囲の100%(すなわち過充電によって電池寿命を低下させない範囲の満充電状態)を設定するとよい。
電力移転要求がオンになると、スイッチSW2,SW4をオンにし、補助用二次電池12の電力を変圧コンバータ24で変換して走行用二次電池11に蓄電する。当該蓄電に伴って、補助用二次電池12の充電率は低下してゆく一方で、走行用二次電池11の充電率は上昇してゆく。補助用二次電池12の充電率が時刻t23に閾値Th21(ただしTh21<Th22)に達すると、これ以上の汲み上げ充電は行えないので、電力移転要求をオフ(OFF)にするとともに、スイッチSW2をオフにする。
電力移転要求がオフになると、再び補助用二次電池12の充電率が上昇する。当該充電率が再び閾値Th22に達する時刻t24は、走行用二次電池11の充電率が充電許可判定閾値Th20以上であるため、空調要求がオン(ON)になる。
空調要求がオンになると、スイッチSW2,SW3をオンにし、補助用二次電池12の電力を変圧コンバータ24とインバータ23で変換してコンプレッサ42を稼働させ、蓄熱器43に蓄熱する。コンプレッサ42の稼働に伴って、補助用二次電池12の充電率は低下してゆき、時刻t25に閾値Th21に達する。そこで、コンプレッサ42の稼働を停止するとともに、スイッチSW3をオフにする。時刻t25以降は、事前空調設定がオフになるまで、上述した時刻t23から時刻t25までの制御を繰り返す。
(第4制御例)
第4制御例は、補機用二次電池13として用いる鉛蓄電池に生じ得るサルフェーションを防止するための制御例である。図8に示す制御部25は、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、サルフェーションの防止制御を行う。第4制御例では、スイッチSW4のオン/オフを制御し、スイッチSW2〜SW3をオフにする。所定の時間間隔ごとにカウンタ(カウント値)を増やしたり、カウンタを初期値(例えば0)に初期化したりできるタイマー25aを備える。タイマー25aのカウンタが初期値から閾値Th30に達するまでの期間を「リフレッシュ時間」とする。図8ではタイマー25aを制御部25に備えるが、制御部25の外部に備えてもよい。本例では、波形として矩形波の一つであるパルス波を適用する。
図9には、サルフェーション防止制御における経時的変化を示す。上から順番に、補機用二次電池13への蓄電要求、タイマー25a(カウンタ)、リフレッシュ要求、補機用二次電池13の電圧、電力変換指令である。なお、時刻t31よりも前に補機用二次電池13への蓄電を行っているため、タイマー25aのカウンタは0でないと仮定する。また、タイマー25aのカウンタはバックアップ電源(例えば補機用二次電池13等)によって保持されるか、不揮発性メモリに記録しておくのが望ましい。
時刻t31に蓄電要求がオン(ON)になると、スイッチSW4をオンし、変圧コンバータ26に指令値Vpを伝達して補助用二次電池12の電力を変換して補機用二次電池13に蓄電する。補機用二次電池13への蓄電と並行して、サルフェーションの発生を想定して、タイマー25aのカウンタを増やしてゆく。
タイマー25aのカウンタが閾値Th30に達する時刻t32には、リフレッシュ時間に達する。そこで、カウンタを0に初期化するとともに、リフレッシュ要求をオン(ON)にする。リフレッシュ要求がオンである間(図9では時刻t34まで)は、カウンタを増やさずに0のままとする。
時刻t32にリフレッシュ要求がオンになると、補機用二次電池13への蓄電を止め、逆に閾値Th31(ただしTh31<Th32)に達するまで放電させる。このように一時的に放電を強制して行うのは、補機用二次電池13への過剰な蓄電を防止するためである。放電によって補機用二次電池13の電圧は次第に低下してゆき、時刻t33には閾値Th31に達する。
時刻t33からは、補助用二次電池12に蓄電された電力をパルス信号PLSに変換し、補機用二次電池13に出力してサルフェーションを防止する。パルス信号PLSによって出力される波形はパルス波であり、周波数,デューティ比,出力期間などは、サルフェーションを防止できれば任意に設定してよい。本例の出力期間は、補機用二次電池13の充電率が閾値Th31から閾値Th32になるまでの期間を適用する。補機用二次電池13の構成,電力容量,サルフェーションの生成量等に応じて変えてもよい。補機用二次電池13に出力するパルス信号PLSは、蓄電を行う電力でもある。そのため、補機用二次電池13の充電率が上昇してゆき、時刻t34には再び閾値Th32に達するので、リフレッシュ要求をオフ(OFF)にする。
時刻t34にリフレッシュ要求がオフになると、蓄電要求に応じて補機用二次電池13に蓄電したり蓄電しなかったりする。図9の例では、時刻t33において蓄電要求がオンのままであるので、通常通りの蓄電を行う。すなわち時刻t31から時刻t32までの蓄電期間と同様にして、変圧コンバータ26に指令値Vpを伝達して補助用二次電池12の電力を変換して補機用二次電池13に蓄電する。補機用二次電池13への蓄電を行うので、次回のリフレッシュ要求に備えてタイマー25aのカウンタを増やしてゆく。その後、再びタイマー25aのカウンタが閾値Th30に達すると(リフレッシュ時間)、上述した時刻t32から時刻t34までの制御を繰り返す。
図示しないが、時刻t34の時点で蓄電要求がオフ(OFF)となる場合がある。例えば、閾値Th32が補機用二次電池13の満充電(満蓄電)である場合などが該当する。この場合は、スイッチSW4をオフにするとともに、変圧コンバータ26への指令を停止して補機用二次電池13への蓄電も終える。
(第5制御例)
第5制御例は、回転電機41を稼働(回転)するにあたり、走行用二次電池11とともに、他の二次電池の電力を用いてアシストする制御例である。図10に示す制御部25は、走行用二次電池11とともに、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、回転電機41を稼働させる制御を行う。第5制御例では、スイッチSW1,SW2,SW4のオン/オフを制御し、スイッチSW3をオフにする。
図11には、電力アシスト制御における経時的変化を示す。上から順番に、アシスト要求(READY)、車両Vehの車速(走行速度)、補助用二次電池12の接続要求、補助用二次電池12の使用モード、補助用二次電池12の充電率、走行用二次電池11の充電率である。
車両Vehが走行可能モードになる前(時刻t41よりも前)は、電力制御装置20は太陽光発電制御のみ起動しており、補助用二次電池12へ太陽電池30で発電した電力を充電する(上述した第1制御例を参照)。
関係者(主にドライバー)が車両Vehを走行させるために走行制御装置(例えばECUであって外部装置に相当する)を起動させると(時刻t41)、走行可能モードであることを示すREADYがオン(ON)になる。READYがオンになると、エンジンの動力と回転電機41の動力を組み合わせて走行(運転)する必要がある。この場合は、走行用二次電池11の電力を変換して回転電機41を稼働できるようにするため、スイッチSW1をオンにすると共に、補助用二次電池12の充電率が閾値Th42以上であることを条件として、補助用二次電池12に蓄電した電力を利用可能にする。
図11の例では、時刻t41において、補助用二次電池12の充電率が閾値Th42に達している。そのため、補助用二次電池12を並列に接続する接続要求(以下では単に「接続要求」と呼ぶ。)がオン(ON)になるとともに、補助用二次電池12の使用モードを蓄電モードからアシストモードに切り替え、スイッチSW2,SW4をオンにする。
時刻t42から車両Vehが走行し始め、車速もまた変化し始める。アシスト要求がオンの状況下では、車両Vehの走行(特に走行開始時)に大きなトルクを必要とするため、補助用二次電池12の電力を変圧コンバータ24で変換する。変圧コンバータ24で変換された電力は、走行用二次電池11の電力に重畳され、さらに昇圧コンバータ21とインバータ22でそれぞれ変換されて回転電機41に出力する。こうして、走行用二次電池11の電力に昇圧コンバータ21の電力をアシストして回転電機41を稼働できる。
補助用二次電池12の充電率は、時刻t42から低下してゆき、時刻t43には蓄電が必要な閾値Th41(ただしTh41<Th42)に達する。すなわち補助用二次電池12を蓄電する必要があるので、接続要求をオフ(OFF)にするとともに、補助用二次電池12の使用モードをアシストモードから蓄電モードに切り替え、スイッチSW2,SW4をオフにする。蓄電モードでは、上述した第1制御例のように、太陽電池30から供給される電力を補助用二次電池12に蓄電する制御を行う。
なお、接続要求をオンで維持するとともに、スイッチSW2,SW4をオンで維持しながら、補助用二次電池12に蓄電してもよい。すなわち、太陽電池30から変圧コンバータ27を経て供給される電力に代えて(あるいは加えて)、回転電機41で回生される電力を補助用二次電池12に蓄電する制御を行う。回転電機41で回生される電力は、太陽電池30から変圧コンバータ27を経て供給される電力よりも大きいので、補助用二次電池12への蓄電を迅速に行える。
時刻t43の後は、補助用二次電池12への蓄電によって充電率が上昇するので、再び放電が可能な閾値Th42に達すると、時刻t42から時刻t43までの制御を繰り返してもよい。こうすることで、補助用二次電池12について必要最低限の電力容量を確保するとともに、車両Vehの走行(回転電機41の稼働)のアシストが行える。
車両Vehの走行中に回転電機41で回生される電力は、インバータ22や昇圧コンバータ21を経て走行用二次電池11に蓄電する。さらに、変圧コンバータ24を経て補助用二次電池12に蓄電してもよい。
走行用二次電池11の電力に対して、補助用二次電池12の電力をアシストして回転電機41を稼働することで、走行用二次電池11の充電率が大きく低下するのを抑えることができる。時刻t42以降は、補助用二次電池12の電力がアシストされることで、実線で示す変化になる。これに対して、補助用二次電池12の電力がアシストされない場合は、走行用二次電池11の充電率は二点鎖線で示す変化になる。時刻t43以降は同じ低下率であるが、アシスト期間(時刻t42から時刻t43まで)は低下率が小さい。
(第5制御例の変形例)
図示しないが、車両Vehがハイブリッド自動車であってエンジンが動力源として作動しなくなった場合(例えば燃料が無い場合や故障した場合等)や、車両Vehが電気自動車であって走行用二次電池11の電力を使い切ってしまった場合(電欠した場合等)には、非常事態に備えて二次電池群10の電力を用いて回転電機41を稼働するように制御してもよい。二次電池群10の電力をどのように利用するのかは任意に設定してよい。通常は蓄電可能な電力容量が大きな二次電池から利用するのが望ましいので、走行用二次電池11→補助用二次電池12→補機用二次電池13の順番になる。補助用二次電池12および走行用二次電池11のうちで、一方の二次電池に蓄電された電力を変換して回転電機41を稼働させた後、他方の二次電池に蓄電された電力を変換して回転電機41を稼働させるように制御してもよい。上り坂等のように車両Vehの走行に大きなトルクが必要な場合は、複数の二次電池を並列接続して回転電機41を稼働するように制御してもよい。いずれの制御を行うにせよ、エンジンが動力源として作動せず、回転電機41を動力源として走行せざるを得ない場合でも、確実に車両Vehを走行させることが可能になる。
(他の制御例)
上述した第1制御例〜第5制御例および第5制御例の変形例は個別に制御した。この形態に代えて(あるいは加えて)、二以上の制御例を任意に組み合わせて制御してもよい。例えば、同時並行して制御してもよく、時間的に前後して制御してもよく、組み合わせる制御例を経時的に変更して制御してもよく、外部装置から伝達される要求(指令)に沿った制御例の組み合わせで制御してもよい。いずれの制御を行うにせよ、組み合わせにかかる制御例の作用効果が得られる。
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
上述した実施の形態における第2制御例(変形例を含む)では、走行用二次電池11に電流を流して昇温する構成とした(図4,図5を参照)。この形態に代えて(あるいは加えて)、走行用二次電池11を昇温するための専用の温度調整機器を機器群40として備え、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して温度調整機器に出力する構成としてもよい。この構成でも走行用二次電池11の昇温を行える。なお、温度調整機器に冷却機能を備える場合には、補助用二次電池12が適正温度よりも高い場合に冷却できる。
上述した実施の形態における第2制御例(変形例を含む)では、走行用二次電池11を対象として昇温する構成とした(図4,図5を参照)。この形態に代えて(あるいは加えて)、走行用二次電池11以外の機器群40や車両Vehに備える機器であって、稼働にあたって昇温が必要な機器を対象として昇温する構成としてもよい。具体的には、機器に電流を流したり、上記温度調整機器に出力したりして、機器の適正温度まで昇温を行う。車両Vehに備える様々な機器についても走行用二次電池11と同様に昇温が行えるので、機器に応じた適正温度で効率良く稼働させることができる。
上述した実施の形態における第3制御例(変形例を含む)では、コンプレッサ42を稼働させて蓄熱器43に蓄熱する構成とした(図6,図7を参照)。この形態に代えて(あるいは加えて)、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、他の空調装置を稼働させる構成としてもよい。他の空調装置は、例えばエアコン,ヒーター,送風機(ブロワ,ファン)などが該当する。通常は補機用二次電池13の電力を用いて稼働するが、補機用二次電池13に代えて(あるいはアシストして)補助用二次電池12の電力を利用することで、補機用二次電池13の充電率の低下を抑制することができる。
上述した実施の形態における第4制御例では、タイマー25aのカウントがリフレッシュ時間になることを条件として、サルフェーションの防止制御を行う構成とした(図8,図9を参照)。この形態に代えて(あるいは加えて)、補機用二次電池13の電圧または電流の変動率が所定の閾値(任意の設定値)を超えることを条件として、サルフェーションの防止制御を行う構成としてもよい。所要の期間経過後(任意の期間;例えば駐車期間)に検出される補機用二次電池13の電圧または電流が所定の閾値に達することを条件として、サルフェーションの防止制御を行う構成としてもよい。これらの条件うちで二以上の条件を任意に組み合わせて適用してもよい。要するに、サルフェーションの発生を未然に防止できる条件や、既に発生したサルフェーションを除去する条件を適宜に設定する構成としてもよい。いずれの条件を設定しても、サルフェーションの発生を未然に防止したり、既に発生したサルフェーションを除去したりすることができる。
〔作用効果〕
上述した実施の形態および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
(1)電力制御装置20(車両用電力制御装置)において、制御部25は、補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、車両Vehに備えられる機器群40のうちで一以上の機器を稼働する制御を行う構成とした(図1〜図11を参照)。この構成によれば、補助用二次電池12に蓄電された電力を一以上の機器に供給して稼働する制御を行う。太陽電池30から供給される電力は補助用二次電池12に蓄電されるので、太陽光エネルギーの回収率を従来よりも向上させることができる。また、一以上の機器に供給して稼働するので、太陽電池30の発電電力を従来よりも効率的に利用することができる。
(2)制御部25は、太陽電池30から電力が供給されること、および、要求があることのうちで一方または双方の条件を満たすと、機器を稼働する制御を行う構成とした(第1制御例〜第5制御例;図4〜図11を参照)。この構成によれば、太陽電池30から電力が供給される場合には、補助用二次電池12に充電したり、機器の稼働をアシストしたりすることができる。
(3)機器は車両Vehの走行に用いる走行用二次電池11であり、制御部25は補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、走行用二次電池11を昇温する制御を行う構成とした(図4,図5を参照)。この構成によれば、補助用二次電池12に蓄電された電力を利用して走行用二次電池11を適正温度まで昇温する。走行用二次電池11が適正温度になると内部抵抗値が低くなり、走行用二次電池11から供給できる電力を適正に維持することができる。
(4)機器は車両Vehの走行に用いる回転電機41であり、制御部25は車両Vehが走行する際に、車両Vehの走行に用いる走行用二次電池11および補助用二次電池12の一方または双方に蓄電された電力を変換して、回転電機41を稼働させる制御を行う構成とした(図10,図11を参照)。この構成によれば、走行用二次電池11および補助用二次電池12の一方または双方に蓄電された電力を利用して回転電機41を稼働させる。走行用二次電池11に蓄電された蓄電容量が低下した場合や、走行に必要な電力を確保できない場合には、補助用二次電池12に蓄電された電力を利用する。こうすることで回転電機41を動力源として走行せざるを得ない場合でも、確実に車両Vehを走行させることが可能になる。
(5)制御部25は、補助用二次電池12および走行用二次電池11のうちで、一方の二次電池に蓄電された電力を変換して回転電機41を稼働させた後、他方の二次電池に蓄電された電力を変換して回転電機41を稼働させる制御を行う構成とした(図10,図11を参照)。この構成によれば、走行用二次電池11および補助用二次電池12の一方または双方に蓄電された電力を利用して回転電機41を稼働させる。走行用二次電池11に蓄電された蓄電容量が低下した場合や、走行に必要な電力を確保できない場合には、補助用二次電池12に蓄電された電力を利用する。こうすることで回転電機41を動力源として走行せざるを得ない場合でも、確実に車両Vehを走行させることが可能になる。
(6)制御部25は、回転電機41で回生される電力を変換して、二次電池群10のうちで少なくとも補助用二次電池12に蓄電する制御を行う構成とした(図10を参照)。この構成によれば、少なくとも補助用二次電池12には、太陽電池30から供給される電力以外に、回生電力を用いて蓄電することができるようになるので、充電率の低下を抑制することができる。
(7)機器は、車両Vehの空調を行うコンプレッサ42および蓄熱器43(空調装置)であり、制御部25は補助用二次電池12に蓄電された電力を変換して、コンプレッサ42を稼働することにより蓄熱器43に蓄熱する制御を行う構成とした(図6,図7を参照)。この構成によれば、補助用二次電池12に蓄電された電力を利用してコンプレッサ42を稼働して蓄熱器43に蓄熱する。補機用二次電池13に蓄電された蓄電容量が低下した場合や、停止中(駐車中を含む)のために発電機から電力を供給されない場合には、補助用二次電池12に蓄電された電力を利用する。こうすることで補機用二次電池13や発電機から供給される電力では稼働できない場合でも、確実にコンプレッサ42を稼働して蓄熱器43に蓄熱することができる。また、走行用二次電池11、補助用二次電池12と補機用二次電池13が満充電状態で太陽電池30の発電電力を転移する先が無い場合でも、太陽電池30の発電を継続でき、太陽光エネルギーの回収率を向上させることができる。コンプレッサ42および蓄熱器43以外の他の空調装置でも同様である。
(8)制御部25は、補助用二次電池12の充電率が閾値Th22(満充電状態)である場合に限って、コンプレッサ42および蓄熱器43(空調装置)を稼働する制御を行う構成とした(図6,図7を参照)。この構成によれば、補助用二次電池12の充電率が低いときに、さらに低下するのを防止する。言い換えれば余剰となる電力を活かして、コンプレッサ42を稼働して蓄熱器43に蓄熱することができる。
(9)機器は補機用二次電池13であり、制御部25は補助用二次電池12に蓄電された電力を所定周波数範囲内のパルス波に変換して、補機用二次電池13に発生するサルフェーションを防止する制御を行う構成とした(図8,図9を参照)。この構成によれば、補助用二次電池12に電力をパルス波に変換して補機用二次電池13に伝達し、サルフェーションを防止する。すなわち、サルフェーションの発生を未然に防止(抑制)したり、既に発生したサルフェーションを除去したりする。したがって、補機用二次電池13の充放電容量が低下するのを防止し、電解液の凍結を防止することができる。
(10)制御部25は、タイマー25aのカウントがリフレッシュ時間になること、補機用二次電池13の電圧または電流の変動率が閾値を超えること、所要の期間経過後に検出される補機用二次電池13の電圧または電流が所定の閾値に達すること、のうちで一以上の条件に基づいて、パルス信号PLS(パルス波)に変換する構成とした(図8,図9を参照)。この構成によれば、サルフェーションの発生を未然に防止したり、既に発生したサルフェーションを除去したりすることができる。よって、鉛蓄電池である補機用二次電池13の充放電容量が低下するのを防止し、電解液の凍結を防止することができる。
11 走行用二次電池(二次電池群,機器群)
12 補助用二次電池(二次電池群)
13 補機用二次電池(二次電池群,機器群)
20 電力制御装置
25 制御部
30 太陽電池
40 機器群
ECU1 走行制御部(電力変換部)
ECU2 電力制御部(電力変換部)
Veh 車両

Claims (10)

  1. 車両(Veh)に備えられる太陽電池(30)から供給される電力を蓄電する補助用二次電池(12)と、前記電力を変換して前記補助用二次電池に蓄電する制御を行う制御部(25)とを有する車両用電力制御装置(20)において、
    前記制御部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記車両に備えられる一以上の機器を稼働する制御を行うことを特徴とする車両用電力制御装置。
  2. 前記制御部は、前記太陽電池から電力が供給されること、および、要求があることのうちで一方または双方の条件を満たすと、前記機器を稼働する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の車両用電力制御装置。
  3. 前記機器は、前記車両の走行に用いる走行用二次電池(11)であり、
    前記制御部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記走行用二次電池を昇温する制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用電力制御装置。
  4. 前記機器は、前記車両の走行に用いる回転電機(41)であり、
    前記制御部は、前記車両が走行する際に、前記車両の走行に用いる走行用二次電池および前記補助用二次電池の一方または双方に蓄電された電力を変換して、前記回転電機を稼働させる制御を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の車両用電力制御装置。
  5. 前記制御部は、前記補助用二次電池および前記走行用二次電池のうちで、一方の二次電池に蓄電された電力を変換して前記回転電機を稼働させた後、他方の二次電池に蓄電された電力を変換して前記回転電機を稼働させる制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の車両用電力制御装置。
  6. 前記制御部は、前記回転電機で回生される電力を変換して、少なくとも前記補助用二次電池に蓄電する制御を行うことを特徴とする請求項4または5に記載の車両用電力制御装置。
  7. 前記機器は、前記車両の空調を行う空調装置(42,43)であり、
    前記制御部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を変換して、前記空調装置を稼働する制御を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の車両用電力制御装置。
  8. 前記制御部は、前記補助用二次電池が満充電状態である場合に限って、前記空調装置を稼働する制御を行うことを特徴とする請求項7に記載の車両用電力制御装置。
  9. 前記機器は、鉛蓄電池(13)であり、
    前記制御部は、前記補助用二次電池に蓄電された電力を所定周波数範囲内のパルス波に変換して、前記鉛蓄電池に発生するサルフェーションを防止する制御を行うことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の車両用電力制御装置。
  10. 前記制御部は、タイマー(25a)のカウントがリフレッシュ時間になること、前記鉛蓄電池の電圧または電流の変動率が所定の閾値を超えること、所要の期間経過後に検出される前記鉛蓄電池の電圧または電流、のうちで一以上の条件に基づいて、前記パルス波に変換することを特徴とする請求項9に記載の車両用電力制御装置。
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