JP2015201995A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラー電源システムを有するハイブリッド車両で起動性を向上させる。【解決手段】車両１は、走行に用いるモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するメインバッテリ１０と、モータジェネレータＭＧ２の駆動力を制御する制御装置３００と、制御装置３００および補機負荷８０に電力を供給する補機バッテリ３０と、ソーラー充電ユニット７０で発電した電力を蓄電する補助電池６０とを備える。車両１のシステム始動時に、補助電池６０から補機バッテリ３０へ制御装置３００の起動に必要とされる所定量の電力を供給する。【選択図】図１

Description

この発明は、車両に関し、特にソーラーバッテリを備える車両に関する。

電動車両としてのハイブリッド車両は、エンジンに加えて走行用のモータジェネレータを備えている。近年、空調装置などの車両補機に電力を供給する補機バッテリに、太陽光を用いて発電した電力を充電するソーラー電源システムを備えた車両が提案されている。

例えば、特開平０８−１１１１１２号公報（特許文献１）に記載された電動車両では、走行継続距離を延ばすために、ソーラー電源システムにより得られる出力電力が所定値以上である場合は、切換えスイッチを介して、当該出力電力により走行の駆動力として用いるメインバッテリを充電する一方で、所定値に満たない場合は切換えスイッチを介して補機バッテリを充電する構成が開示されている。

電動車両では、車両システムの起動時、走行に必要とされる車両システムを使用可能な状態（以下、Ｒｅａｄｙ−ＯＮとも称する。）とするため、まず初めに補機バッテリの電力で、システムメインリレー（以下、ＳＭＲとも称する。）の駆動およびＥＣＵ(Electronic Control Unit)の起動が行なわれる。これにより、車両システムが起動される。

特開平０８−１１１１１２号公報 特開２００１−１７１４４５号公報 特開２００７−１００５６５号公報 特開２０１０−２０６８８５号公報 特開２０１３−７４７３３号公報

このように車両システムの起動においては、まず初めに補機バッテリの電力を用いて、システムメインリレーＳＭＲとＥＣＵとが起動される。このため、補機バッテリに残存する充電電力量が不足していると、車両システムを使用可能な状態とすることができない状態となり得る。しかしながら、ソーラーシステムは、車両システムが停止している状態であっても太陽光を受けて電力を発電することができる。したがってソーラーシステムで発電した電力によって、補機バッテリの充電電力量の不足を補うことができる可能性がある。

本発明は、上述の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、ソーラー電源システムを有するハイブリッド車両において始動性を向上することである。

本発明による車両は、太陽光により発電するソーラーシステムと、補機負荷とを備え、モータジェネレータからの駆動力を用いて走行可能である。車両は、モータジェネレータに電力を供給するためのメインバッテリと、補機負荷に電力を供給する補機バッテリと、ソーラーシステムで発電した電力を蓄電するソーラーバッテリと、制御装置とを備える。制御装置は、ユーザによる始動の操作がなされた場合に、ソーラーバッテリから補機バッテリへ始動動作に必要とされる所定量の電力を供給する。

本発明の車両によれば、ソーラー電源システムを有するハイブリッド車両において車両システムの起動時に、始動動作に必要とされる所定量の電力がソーラーバッテリから補機バッテリへ供給される。このため、補機バッテリの充電電力量が不足する場合であっても、制御装置を起動するための電力が確保されるので、車両の始動性を向上させることができる。

実施の形態に従う車両の全体の構成を説明するブロック図である。 実施の形態の比較例の電力システムの構成を説明するブロック図である。 図１の車両におけるシステム始動制御の処理を説明するフローチャートである。

以下において、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返さない。

[車両の全体構成]
図１は、この発明の実施の形態１に従う車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、減速機５と、駆動輪６とを備える。また、車両１は、メインバッテリ１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、補機バッテリ３０と、昇圧ＤＣＤＣ４０と、降圧ＤＣＤＣ５０と、ソーラーバッテリに相当する補助電池６０と、太陽光により発電するソーラー充電ユニット７０と、補機負荷８０と、制御装置３００（ＥＣＵとも称する。）とをさらに備える。

車両１は、エンジン１００およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行可能なハイブリッド車両である。エンジン１００は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。また、エンジン１００は、発電機として作動可能なモータジェネレータＭＧ１を駆動するための駆動力を発生する。エンジン１００は、モータジェネレータＭＧ１によりクランキングされて起動し得る。

動力分割装置４は、たとえば遊星歯車を含んで構成される。動力分割装置４は、駆動出力軸８を介して入力されたエンジン１００からの駆動力を、減速機５を介して駆動輪６を回転駆動するための駆動力と、モータジェネレータＭＧ１を回転駆動するための駆動力とに分割可能に構成される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、三相交流同期電動発電機である。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割装置４を介してエンジン１００から受けた駆動力を用いて発電し得る。たとえば、メインバッテリ１０の充電状態（以下、ＳＯＣ（State of Charge）とも称する。）が所定の下限に達したことが検出されると、制御装置３００は、エンジン１００を起動してモータジェネレータＭＧ１による発電を行なう。モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力は、ＰＣＵ２０によりメインバッテリ１０の充電電力に変換されて、メインバッテリ１０に一時的に蓄えられる。

モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１の発電電力または、メインバッテリ１０に蓄えられた電力の少なくとも一方を用いて駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機５を介して駆動輪６に伝達される。

メインバッテリ１０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオンなどの二次電池を含んで構成される。メインバッテリ１０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。メインバッテリ１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力を蓄える。

ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ（図示せず）と、メインＤＣＤＣコンバータ（電源Ａ）１２０とを含む。ＰＣＵ２０とメインバッテリ１０との間には、システムメインリレーＳＭＲが設けられ、システムメインリレーＳＭＲのオン，オフにより、メインバッテリ１０からの電力の供給および遮断を行なわれるように構成されている。

補機バッテリ３０は、補機負荷８０および制御装置３００を駆動するための電力を供給する。補機バッテリ３０は、補機系統リレー３５を介して補機負荷８０に接続される。補機系統リレー３５のオン，オフ操作により、補機負荷８０に対する電力の供給と停止とが切換えられる。

また、補機バッテリ３０は、メインＤＣＤＣ１２０により電圧変換されたメインバッテリ１０の電力を用いて充電される。

ソーラーシステムは、昇圧ＤＣＤＣ４０と、降圧ＤＣＤＣ５０と、補助電池６０と、ソーラー充電ユニット７０と、制御部７１とを含んで構成される。

ソーラー充電ユニット７０は、図示しないソーラーパネルを含み、太陽光を受けて発電する。補助電池６０は、ソーラー充電ユニット７０が発電した電力を蓄える。制御部７１は、ソーラー充電ユニット７０に設けられて、ソーラーシステムを制御する。

補助電池６０は、降圧ＤＣＤＣ５０を介して補機バッテリ３０に接続されており、降圧ＤＣＤＣ５０を駆動することによって、補機バッテリ３０を充電することも可能である。

また、補助電池６０は、昇圧ＤＣＤＣ４０を介してメインバッテリ１０に接続されており、昇圧ＤＣＤＣ４０を駆動することによって、メインバッテリ１０を充電することも可能である。

制御装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含んで構成される。制御装置３００は、各種センサからの信号、たとえば、ユーザのイグニッション操作により、起動スイッチ１２から送られるイグニッションスイッチＩＧのＯＮ，ＯＦＦを表す信号、またはアクセサリＡＣＣのＯＮ，ＯＦＦを表す信号を受ける。また、制御装置３００は、エンジン１００に設けられたエンジン回転速度センサ１３から送られてくるエンジン１００の回転速度Ｎｅなどを表す信号を受ける。

そして、制御装置３００は、各機器への制御信号の出力を行なって各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。車両停止中など車両システムが停止している間も制御装置３００は、補機バッテリ３０から補機負荷８０には常に電源から供給されており、暗電流が流れる。この暗電流により、補機バッテリ３０の充電電力量が減少する。

ハイブリッド車両では、走行制御を開始する際、ユーザが起動スイッチ１２を操作すると、まず初めに補機バッテリ３０に蓄電されている電力が用いられて、制御装置３００とシステムメインリレーＳＭＲとを起動させる。このとき、暗電流の大きな機器が接続されていて、補機バッテリ３０の充電電力量が減少していると、車両システムをＲｅａｄｙ−ＯＮ状態とすることができず、車両１を走行させることができない状態が生じ得る。

このような暗電流による充電電力量の低下の防止策として、図２の実施の形態の比較例となる電力システムのように、補機バッテリ３０の充電電力量の不足を補うためのシステムが考えられる。なお、図２中、図１に示す部分と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返さない。

例えば、図２を参照して、暗電流を遮断するため、補機バッテリ３０と負荷との間にリレースイッチ９０を設ける。これにより、リレースイッチ９０をＯＦＦ状態として、負荷への電力供給を停止させて、システム起動に必要とされる充電電力量を温存しておくことも考えられる。しかしながら、リレースイッチ９０を遮断すると、始動のために少なくとも待機中の制御装置３００への電源供給は必要であるにもかかわらず、補機バッテリ３０から電力を制御装置３００に供給できなくなってしまう。

メインバッテリ１０側の充電電力を補機バッテリ３０に供給することも考えられるが、ユーザが起動スイッチをＯＮ動作させたことを確認するためには、やはり補機バッテリ３０が必要であり、補機バッテリ３０が所定の充電電力量以下となると、車両システムを起動させることができない。

さらに、図２の構成を採用する電力システムで、補機バッテリ３０の充電電力量が予め設定された所定の充電電力量（しきい値）以下となると、制御装置３００は、メインＤＣＤＣ（電源Ａ）１２０を駆動して、メインバッテリ１０の充電電力を補機バッテリ３０に充電することも考えられる。しかしながら、この方式では補機バッテリ３０への充電後も放置状態が続くと、補機負荷８０を有する補機系回路の暗電流により、補機バッテリ３０の充電電力量が再び不足して再充電を行なう必要が生じるため、効率の視点から好ましくない。

また、上述したいずれの方式でも、ソーラー充電ユニット７０が自ら発電した電力を、充電電力量が不足している補機バッテリ３０もしくはメインバッテリ１０に供給して充電することが有効と考えられる。しかしながら、この場合でも、太陽光の強さによっては、発電電力量よりも暗電流で消費されてしまう電力量が上回り、補機バッテリ３０に充電された充電電力量が設定された所定のしきい値より減少すると、車両を起動できないことがあり得る。

そこで、本実施の形態の車両１は、ソーラーシステム内に発電した電力を蓄電するため、補助電池６０を設けて、始動時、車両の始動に必要な電力を補助電池６０からの電力により補う。より具体的には、車両システムの起動時に、補助電池６０から降圧ＤＣＤＣ５０を駆動して始動動作に必要とされる所定量の電力を補機バッテリ３０に供給する。このようにすることによって、補機バッテリ３０の充電電力量が補機系回路の暗電流によって消費されていても、車両の始動性を良好な状態に維持することができる。

図３は、図１の車両におけるシステム始動制御の処理を説明するフローチャートである。

この実施の形態の車両１では、図３に示されるフローチャートの処理を、制御部７１または制御装置３００に予め格納されたプログラムが所定周期で実行することによって実現する。あるいは、一部のステップ（以下、ステップをＳと略する）については、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

車両１は停車時（Ｓ１０〜Ｓ５０）、Ｓ１０にてソーラー充電ユニット７０を用いて太陽光の照射により発電された電力を補助電池６０に充電する。

Ｓ２０にて、ソーラー充電ユニット７０の制御部７１は、補助電池６０の電圧が予め設定されたしきい値Ｖｌｏｗ以上であるか否かを判定する。ここで、しきい値Ｖｌｏｗは、車両１の起動時に必要とされる電力が蓄えられているときの充電電力量に対応した電圧である。

補助電池６０の電圧が予め設定されたしきい値Ｖｌｏｗ未満の場合（Ｓ２０にてＮＯ）は、Ｓ３０に処理を進め、補助電池６０の充電を継続することが必要であると判断し、処理をＳ１０に戻す。

補助電池６０の電圧が予め設定されたしきい値Ｖｌｏｗ以上である場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）は、補助電池６０に始動に必要な電力が充電されているため、制御部７１は、Ｓ４０に処理を進め、しきい値Ｖｌｏｗを超える電力を用いてメインバッテリ１０、補機バッテリ３０を必要に応じて充電（電源Ｂ，電源Ｃの起動）する。

そして、制御部７１は、Ｓ５０にて、イグニッションスイッチＩＧがＯＮ状態かあるいは、アクセサリスイッチＡＣＣがＯＮとなっているか否かを判定する。

Ｓ５０にて、イグニッションスイッチＩＧおよびアクセサリスイッチＡＣＣの双方がＯＦＦ状態となっている場合（Ｓ５０にてＮＯ）は、制御部７１により処理がＳ１０に戻されて、ソーラーシステムを用いた補助電池６０の充電が継続される。

Ｓ５０にて、イグニッションスイッチＩＧあるいは、アクセサリスイッチＡＣＣがＯＮ状態とされた場合（Ｓ５０にてＹＥＳ）、すなわち、ユーザにより車両システムの起動が指示された場合は、制御部７１は処理をＳ６０に進めて、降圧ＤＣＤＣ（電源Ｃ）５０を起動して、補助電池６０の電力を補機バッテリ３０に供給してアシストする。これにより、補機バッテリ３０において、始動に必要とされる電力量が確保される。

その後、制御部７１は、Ｓ７０に処理を進めて、補機系統リレー３５をＯＮ状態にする。これにより、補機バッテリ３０は、補機負荷８０を設けた補機系統回路に電力を供給する。そして、Ｓ８０にて、制御装置３００が起動されて、制御装置３００によってシステムメインリレーＳＭＲが接続されるとともに、Ｓ９０にて、制御装置３００は、ＰＣＵ２０のメインＤＣＤＣ（電源Ａ）１２０を起動してメインバッテリ１０から補機バッテリ３０への電力供給を確立する。そして、Ｓ１００にて、制御部７１は、降圧ＤＣＤＣ（電源Ｃ）５０を停止させる。

Ｓ１１０にて、制御部７１は、補助電池６０に電力が残っていれば昇圧ＤＣＤＣ（電源Ｂ）４０を駆動させて、メインバッテリ１０に電力を供給する。これにより、車両１は、始動性をさらに向上させることができる。

Ｓ１２０にて、制御装置３００は、モータジェネレータＭＧ１を駆動して、エンジン１００を始動させる。エンジン１００の始動が完了するとモータジェネレータＭＧ１での発電が可能となりメインバッテリ１０の充電が可能となる。そのため、Ｓ１３０にて、制御部７１は、昇圧ＤＣＤＣ（電源Ｂ）４０の駆動を停止して、補助電池６０によるメインバッテリ１０への電力の供給を停止する。

そして、制御装置３００は、昇圧ＤＣＤＣ４０およびメインＤＣＤＣ１２０を駆動して、走行に必要とされる電力を車両１のシステムに供給する。

Ｓ１４０にて、制御部７１は、車両１が始動した状態において、必要に応じて昇圧ＤＣＤＣ（電源Ｂ）４０または降圧ＤＣＤＣ（電源Ｃ）５０を駆動することにより、補助電池６０からの電力を、メインバッテリ１０または補機バッテリ３０に供給する。

上述してきたように、この実施の形態の車両１においては、起動時に、制御装置３００の起動に必要とされる所定量の電力が、ソーラーシステムの補助電池６０から補機バッテリ３０へ供給される。これによって、補機バッテリ３０の充電状態に拘わらず、制御装置３００を起動するための電力が確保でき、車両１の起動を確実に行なうことができる。

また、本実施の形態では、補助電池６０に蓄えられた電力のうち、車両システムを起動させることができる電力量を上回る余剰電力量は、任意に使用することができる。代表的には、補助電池６０の余剰電力は、昇圧ＤＣＤＣ４０（電源Ｂ）からメインバッテリ１０に供給されて、メインバッテリ１０の電力不足状態を補う補助電力として用いることができる。あるいは、降圧ＤＣＤＣ５０（電源Ｃ）を介して補機バッテリ３０の充電電力、補機負荷８０の駆動電力として利用することも可能である。

なお、本実施の形態では、車両１としてハイブリッド車両を例示して説明してきたが特にこれに限らず、たとえば、モータジェネレータＭＧ２の回転駆動力で走行可能な電気自動車であってもよい。

最後に、本発明の実施の形態の車両１について総括する。図１を参照して車両１は、太陽光により発電するソーラー充電ユニット７０と、補機負荷８０とを備える。車両１は、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力を用いて走行可能である。車両１は、モータジェネレータＭＧ２に電力を供給するためのメインバッテリ１０と、補機負荷８０に電力を供給する補機バッテリ３０と、ソーラー充電ユニット７０で発電した電力を蓄電する補助電池６０と、制御装置３００とを備える。制御装置３００は、ユーザによる始動の操作がなされた場合に、補助電池６０から補機バッテリ３０へ始動動作に必要とされる所定量の電力を供給する。

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説明では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 車両、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、８ 駆動出力軸、１０ メインバッテリ、１１ バッテリセンサ、１２ アクセル開度センサ、１３ エンジン回転速度センサ、１４ 車速センサ、２０ ＰＣＵ、３０ 補機バッテリ、３５ 補機系統リレー、４０ 昇圧ＤＣＤＣ、５０ 降圧ＤＣＤＣ、６０ 補助電池、７０ ソーラー充電ユニット、７１ 制御部、８０ 補機負荷、９０ リレースイッチ、１００ エンジン、３００ 制御装置、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (1)

1. 太陽光により発電するソーラーシステムと、補機負荷とを備え、モータジェネレータからの駆動力を用いて走行可能な車両であって、
   前記モータジェネレータに電力を供給するためのメインバッテリと、
   前記補機負荷に電力を供給する補機バッテリと、
   前記ソーラーシステムで発電した電力を蓄電するソーラーバッテリと、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、ユーザによる始動の操作がなされた場合に、前記ソーラーバッテリから前記補機バッテリへ始動動作に必要とされる所定量の電力を供給する、車両。

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