JP2017030509A - 電源制御装置 - Google Patents

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亨裕 宮下
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Abstract

【課題】バッテリの寿命低下を抑制する。【解決手段】電源制御装置（１００）は、補機（２００）に印加される電圧の平均値が小さくなるように発電機（ＭＧ）の発電電圧を設定することで、補機の消費電力を低減する補機電力低減制御を実行する第１制御手段（１１０）と、補機が高負荷運転する場合に、補機電力低減制御を禁止して、発電機の発電電圧を補機電力低減制御中の電圧よりも高くする高電圧発電制御を実行する第２制御手段（１２０）と、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の相互の切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定する頻度判定手段（１３０）と、切り替わり頻度が所定頻度以上である場合には、切り替わり頻度が所定頻度未満である場合と比べて、補機電力低減制御における発電機の下限電圧を高い値に設定する下限電圧設定手段（１４０）とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばハイブリッド車両等の車両に搭載される電源制御装置の技術分野に関する。
この種の装置として、車両に搭載されるバッテリの充放電を制御する装置が知られている。例えば特許文献１では、回生発電後の放電開始時のバッテリ電圧が所定値より高い場合には、バッテリの充電量が目標値よりも高いと判断して、放電量を回生発電で得られた電流積算値より大きくし、所定値より低い場合には、バッテリの充電量が目標値よりも低いと判断して、放電量を回生発電で得られた電流積算値より小さくするという技術が提案されている。
特開２００７−３１８９１３号公報
上述した特許文献１に記載されている技術では、バッテリを放電させる際に、発電機であるオルタネータの発電電圧が低くなるように制御される。しかしながら、例えばバッテリのＯＣＶ（Open Circuit Voltage）に対して発電電圧を低くし過ぎてしまうと、バッテリから放電される電流の絶対値が大きくなり、結果としてバッテリの寿命低下を招いてしまうおそれがある。このように、発電機の発電電圧を制御する場合には、充放電電流の意図せぬ増大に起因して、バッテリの寿命が低下してしまうという技術的問題点が生ずる。
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両に搭載される蓄電手段の寿命低下を好適に抑制することが可能な電源制御装置を提供することを課題とする。
＜１＞
本発明に係る電源制御装置は、上述した課題を解決するため、発電機と、前記発電機で発電された電力を蓄電可能な蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力で駆動可能な一又は複数の補機とを備える車両の電源制御装置であって、前記補機に印加される電圧の平均値が小さくなるように前記発電機の発電電圧を設定することで、前記補機の消費電力を低減する補機電力低減制御を実行する第１制御手段と、前記補機が高負荷運転する場合に、前記補機電力低減制御を禁止して、前記発電機の発電電圧を前記補機電力低減制御中の電圧よりも高くする高電圧発電制御を実行する第２制御手段と、前記補機電力低減制御及び前記高電圧発電制御の相互の切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定する頻度判定手段と、前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上である場合には、前記切り替わり頻度が前記所定頻度未満である場合と比べて、前記補機電力低減制御における前記発電機の下限電圧を高い値に設定する下限電圧設定手段とを備える。
本発明に係る電源制御装置は、例えばハイブリッド車両等の発電機及び蓄電手段を備える車両に搭載されるものとして構成されている。発電機は、例えばオルタネータやモータジェネレータとして構成されている。蓄電手段は、例えば鉛バッテリやニッケル水素バッテリとして構成されており、車両に搭載された一又は複数の補機の駆動電力を供給する電力供給源として機能する。なお、蓄電手段は、単一のバッテリからなる単電源構成であってもよいし、複数のバッテリからなる複数電源構成であってもよい。
本発明に係る電源制御装置は、第１制御手段により補機電力低減制御を実行することが可能である。具体的には、第１制御手段は、補機に印加される電圧の平均値（言い換えれば、補機全体で見た場合の電圧値）が小さくなるように発電機の発電電圧を設定する。ちなみに、ここでの「発電電圧」は、発電機の発電によって補機に印加されることになる電圧を意味しており、発電機の発電電圧そのものでなくともよい。例えば、発電機で発電された電圧がコンバータ等で降圧されてから補機に印加される場合には、降圧後の電圧が発電電圧と解される。補機電力低減制御によれば、平均電圧の低下によって補機の消費電力を低減させることができる。なお、補機電力低減制御では、発電機の発電電圧が例えば１２．５Ｖから１３．５Ｖの範囲となるように制御される。
また本発明に係る電源制御装置は、第２制御手段により高電圧発電制御を実行することが可能である。具体的には、第２制御手段は、補機が高負荷運転する場合（例えば、冷却ファンのＨＩ駆動時）に、第１制御手段による補機電力低減制御を禁止して、発電機の発電電圧を補機電力低減制御中の電圧よりも高くする。高電圧発電制御によれば、補機が高負荷運転する場合であっても、十分な電力を供給することが可能となる。言い換えれば、ここでの「高負荷運転」とは、補機電力低減制御では十分な電力を供給できない程度に、補機の負荷が高い状態を意味している。なお、高電圧発電制御では、発電機の発電電圧が例えば１３．８Ｖとなるように制御される。
上述したように、第１制御手段による補機電力低減制御と、第２制御手段による高電圧発電制御とは、相互に切り替わりながら実行される。そして本発明では特に、頻度判定手段により、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かが判定される。なお、ここでの「所定頻度」とは、後述する蓄電手段の劣化が生じてしまう程度に、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わりが高頻度であることを判定するための閾値であり、例えば事前のシミュレーション等によって最適値が予め設定される。
ちなみに、頻度判定手段は、現在の補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上であるか否かだけでなく、将来の補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上であるか否かを判定するものであってもよい。即ち、頻度判定手段は、車両の各種パラメータ等を利用して、所定期間後の補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度を推定し、推定された頻度が所定頻度以上であるか否かを判定するものであってもよい。
頻度判定手段による判定の結果、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上である場合には、下限電圧設定手段により、補機電力低減制御における発電機の下限電圧が、切り替わり頻度が所定頻度未満である場合と比べて高い値に設定される。下限電圧設定手段は、例えば切り替わり頻度が所定頻度未満であると判定された場合の下限電圧が１２．５Ｖである場合、切り替わり頻度が所定頻度以上であると判定された場合の下限電圧を１３．１Ｖに設定する。
ここで特に、発電電圧が相対的に低い補機電力低減制御と、発電電圧が相対的に高い高電圧発電制御とが高頻度で切換えられると、発電電圧の差によって蓄電手段に大きな充放電電流が発生する。蓄電手段に大きい充放電電流が発生すると、蓄電手段の劣化が促進され、寿命が低下してしまうことになる。
しかるに本発明では、上述したように、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上である場合には、補機電力低減制御における発電機の下限電圧が高い値に設定される。このように下限電圧を設定すれば、補機電力低減制御及び高電圧発電制御が切り替わる際に発生する電圧変動を小さくすることができる。具体的には、例えば高電圧発電制御発電電圧が１３．８Ｖであり、切り替わり頻度が所定頻度未満である場合の下限電圧が１２．５Ｖであるとすると、高電圧発電制御が補機電力低減制御に切り替わる際には、発電電圧が最大で１．３Ｖ下がることになる。これに対し、切り替わり頻度が所定頻度以上である場合の下限電圧を１３．１Ｖに設定すれば、発電電圧が最大で０．７Ｖしか下がらない。
高電圧発電制御が補機電力低減制御に切り替わる際の電圧変動を小さくすることができれば、電圧変動に起因する放電電流の増加を抑制することができる。また、放電電流が抑制されると、蓄電手段の充電量が減り難くなるので、充電電流についても抑制することができる。このように、補機電力低減制御の下限電圧を高く設定すれば、補機電力低減制御及び高電圧発電制御が切り替わる際に発生する蓄電手段の充放電を好適に抑制できる。従って、本発明に係る電源制御装置によれば、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上である場合にも、蓄電手段の寿命低下を好適に抑制できる。
＜２＞
本発明に係る電源制御装置の一態様では、前記車両は、動力源としての内燃機関を備える車両であり、前記頻度判定手段は、前記内燃機関の冷却水の水温が所定の第１温度以上である場合に、前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上になると判定する。
この態様によれば、車両には、例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が備えられている。内燃機関は、ウォータージャケット内の冷却水によって冷却される。なお、冷却水は、冷却ファンを備えたラジエータ等により冷却されて循環される構成となっている。また、冷却水の温度は、温度センサ等により検出可能に構成されている。
内燃機関の冷却水の温度が高くなると、冷却水を冷却するラジエータの放熱効果を高めるために、補機である冷却ファンがＨＩ駆動（即ち、高負荷運転）される。補機が高負荷運転されると、補機の駆動電力が高くなるため、高電圧発電制御が要求されることになる。この結果、内燃機関の冷却水の温度が高い場合には、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が高くなると推定することができる。
よって本態様では、内燃機関の冷却水の温度に基づいて、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度を判定している。具体的には、内燃機関の冷却水の水温が所定の第１温度以上である場合に、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上になると判定される。なお、「第１温度」は、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度になる場合の内燃機関の冷却水の温度に対応した閾値である。第１温度を予め設定しておけば、内燃機関の冷却水の温度を利用して、容易且つ正確に切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定することができる。
また、内燃機関の冷却水の温度が高くなってから、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度になるまでにはタイムラグが生じる。このため、内燃機関の冷却水の温度を利用すれば、現在の切り替わり頻度だけでなく、将来的に切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定することもできる。
＜３＞
本発明に係る電源制御装置の他の態様では、前記車両は、動力源としての電動機及び前記電動機の電力供給源である電池を備える車両であり、前記頻度判定手段は、前記電池の温度が所定の第２温度以上である場合に、前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上になると判定する。
この態様によれば、車両には例えばモータ等の電動機が備えられている。なお、発電機がモータジェネレータである場合には、発電機が電動機として機能してもよい。電動機の電力供給源としては、例えばリチウムイオンバッテリ等の電池が備えられている。電池の温度は、温度センサ等により検出可能に構成されている。
電池の温度が高くなると、電池を冷却するための冷却ファンがＨＩ駆動（即ち、高負荷運転）される。補機が高負荷運転されると、補機の駆動電力が高くなるため、高電圧発電制御が要求されることになる。この結果、電池の温度が高い場合には、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が高くなると推定することができる。
よって本態様では、電池の温度に基づいて、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度を判定している。具体的には、電池の温度が所定の第２温度以上である場合に、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上になると判定される。なお、「第２温度」は、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度になる場合の内燃機関の電池の温度に対応した閾値である。第２温度を予め設定しておけば、電池の温度を利用して、容易且つ正確に切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定することができる。
また、電池の温度が高くなってから、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度になるまでにはタイムラグが生じる。このため、電池の温度を利用すれば、現在の切り替わり頻度だけでなく、将来的に切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定することもできる。
＜４＞
本発明に係る電源制御装置の他の態様では、前記蓄電手段の充電量の目標値である目標充電量を設定する設定手段と、前記蓄電手段の現在の充電量を検出する検出手段とを備え、前記下限電圧設定手段は、（ｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量よりも高い場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧よりも低い値に設定し、（ｉｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量と同じ場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧と同じ値に設定し、（ｉｉｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量よりも低い場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧よりも高い値に設定する。
この態様では、設定手段により、蓄電手段の充電量の目標値である目標充電量が設定される。目標充電量は、例えば車両の走行状況や周囲環境に応じて設定される。ただし、目標充電量は、固定値として設定されるものであってもよい。また本態様では、検出手段により、蓄電手段の現在の充電量が検出される。検出手段は、例えば蓄電手段の電圧等に基づいて現在の充電量を検出する。
本態様では特に、上述した目標充電量及び現在の充電量に基づいて、下限電圧設定手段が下限電圧（即ち、補機電力低減制御及び高電圧発電制御の切り替わり頻度が所定頻度以上と判定された場合における補機電力低減制御の下限電圧）を設定する。具体的には、現在の充電量が目標充電量よりも高い場合には、下限電圧が蓄電手段の開放電圧よりも低い値に設定される。この場合、蓄電手段は放電されることになり、充電量が低下し目標充電量に近づく。また、現在の充電量が目標充電量と同じ場合には、下限電圧が蓄電手段の開放電圧と同じ値に設定される。この場合、蓄電手段は充放電されず、現在の充電量が目標充電量と同じまま維持される。更に、現在の充電量が目標充電量よりも低い場合には、下限電圧が蓄電手段の開放電圧よりも高い値に設定される。この場合、蓄電手段は充電されることになり、充電量が増加し目標充電量に近づく。
なお、「現在の充電量が目標充電量と同じ」とは、現在の充電量が目標充電量と完全に一致する場合だけでなく、現在の充電量が目標充電量にマージンを含めた所定範囲内にある場合を意味してもよい。この場合、「現在の充電量が目標充電量よりも高い」とは、現在の充電量が所定範囲内より高い場合を意味し、「現在の充電量が目標充電量よりも低い」とは、現在の充電量が所定範囲内より低い場合を意味する。
上述したように、蓄電手段の現在の充電量と目標充電量との関係に基づいて下限電圧を設定すれば、蓄電手段の充放電の抑制によって寿命低下を抑制しつつ、充電量を目標充電量に近づけることができる。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。 電力低減制御における発電電圧の制御方法を示すタイムチャートである。 電力低減制御及び高圧発電制御における発電電圧の変動を示すタイムチャートである。 下限値設定制御の動作の流れを示すフローチャートである。 下限電圧設定時の発電電圧の変動を示すタイムチャートである。 下限電圧の設定による鉛バッテリの充放電電流の変化を示すタイムチャートである。 下限電圧の設定によるニッケル水素バッテリの充放電電流の変化を示すタイムチャートである。 目標ＳＯＣに応じて設定される複数の下限電圧と、その場合の制御範囲を示す概念図である。 バッテリＳＯＣと下限電圧との関係を示すタイムチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、本発明の電源制御装置がハイブリッド車両に搭載される場合を例にとり説明する。
＜ハイブリッド車両の構成＞
始めに、図１を参照し、本実施形態に係るハイブリッド車両の構成について説明する。ここに図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。
図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両Ｖは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、補機群２００と、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧと、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＨＶバッテリ４１０と、補機バッテリ４２０とを備えて構成されている。ハイブリッド車両Ｖは、エンジンＥＮＧ及びモータジェネレータＭＧの動力で走行するＨＶ走行モードと、エンジンＥＮＧを停止させてモータジェネレータＭＧの動力のみで走行するＥＶ走行モードとを実現可能に構成されている。
ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両Ｖの動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。本実施形態では特に、ＥＣＵ１００は、「電源制御装置」の一具体例として機能する。具体的には、ＥＣＵ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の動作を制御することで、補機バッテリ４２０に印加される電圧を制御する。なお、電源制御装置がハイブリッド車両以外の車両に適用される場合には、ＥＣＵ１００は、例えばオルタネータ等の発電機を直接制御するようにしてもよい。ＥＣＵ１００の具体的な構成については、後に詳述する。
補機群２００は、電池冷却ファン２１０、エンジン冷却ファン２２０、フューエルポンプ２３０、オイルポンプ２４０、及びウォーターポンプ２５０を備えて構成されている。
電池冷却ファン２１０は、ＨＶバッテリ４１０を冷却するためのファンとして構成されている。電池冷却ファン２１０は、ＨＶバッテリ４１０の温度に応じて駆動可能とされており、例えばＨＶバッテリ４１０の温度が低い場合には低負荷で駆動し、ＨＶバッテリ４１０の温度が高い場合には高負荷で駆動する。或いは、電池冷却ファン２１０は、ＨＶバッテリ４１０の温度が高い場合にのみ駆動されてもよい。
エンジン冷却ファン２２０は、エンジンＥＮＧを冷却するためのファンとして構成されている。より具体的には、エンジン冷却ファン２２０は、エンジンＥＮＧの冷却水が循環するラジエータを冷却するためのファンとして構成されているエンジン冷却ファン２２０は、エンジンＥＮＧの冷却水の温度に応じて駆動可能とされており、例えば冷却水の温度が低い場合には低負荷で駆動し、冷却水の温度が高い場合には高負荷で駆動する。或いは、エンジン冷却ファン２２０は、冷却水の温度が高い場合にのみ駆動されてもよい。
フューエルポンプ２３０は、エンジンＥＮＧに対して、燃料であるガソリン等を供給するためのポンプとして構成されている。
オイルポンプ２４０は、ハイブリッド車両Ｖの各部（例えば、図示せぬ変速機等）にオイルを供給するためのポンプとして構成されている。
ウォーターポンプ２５０は、エンジンＥＮＧの冷却水を循環させるためのポンプとして構成されている。
なお、上述した各補機は一例であり、補機群２００は、ここでは挙げていない他の補機を含んでいてもよい。即ち、後述する本実施形態に係る電源制御装置によって得られる効果は、補機の種類によって限定されるものではない。
エンジンＥＮＧは、「内燃機関」の一具体例であり、ガソリンや軽油等の燃料を燃焼することで駆動する。エンジンＥＮＧは、ハイブリッド車両Ｖの主たる動力源として機能する。加えて、エンジンＥＮＧは、モータジェネレータＭＧの回転軸を回転させる（言い換えれば、駆動する）ための動力源としても機能する。
モータジェネレータＭＧは、「発電機」の一具体例であり、ＨＶバッテリ４１０及び補機バッテリ４２０を充電するための発電機として機能する。また、モータジェネレータＭＧは、ＨＶバッテリ４１０に蓄積された電力を用いて駆動することで、ハイブリッド車両Ｖが走行するための動力を供給する電動機として機能してもよい。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、モータジェネレータＭＧとＨＶバッテリ４２０との間に電気的に接続されており、モータジェネレータＭＧの回生によって得られた電力、又はＨＶバッテリから出力された電圧を降圧して、補機バッテリ４２０に出力する。
ＨＶバッテリ４１０は、「電池」の一具体例であり、モータジェネレータＭＧに動力としての電力を供給する電力供給源、及びモータジェネレータＭＧの回生によって得られた電力を蓄電する蓄電手段として機能する。具体的には、ＨＶバッテリ４１０は、充電可能な二次電池ユニットであり、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルが複数直列に接続された構成を有している。
補機バッテリ４２０は、「蓄電手段」の一具体例であり、ハイブリッド車両Ｖに搭載されている補機群２００の駆動電力を供給する電力供給源として機能する。また、補機バッテリ４２０は、モータジェネレータＭＧ及びＨＶバッテリ４１０から、ＤＣＤＣコンバータ３００を介して出力される電力により充電可能とされている。
＜ＥＣＵの構成＞
引き続き図１を参照しながら、ＥＣＵ１００の具体的な構成について説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ１００は、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、電力低減制御部１１０、高圧発電制御部１２０、切換え頻度判定部１３０、電圧下限値設定部１４０、目標ＳＯＣ設定部１５０、及びバッテリＳＯＣ検出部１６０を備えている。
電力低減制御部１１０は、「第１制御手段」の一具体例であり、補機群２００の駆動電力を低減するための補機電力低減制御を実行する。具体的には、電力低減制御部１１０は、補機群２００に印加される電圧の平均値が小さくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００を制御する。補機電力低減制御によれば、平均電圧の低下によって補機群２００の消費電力を低減させることができる。
高圧発電制御部１２０は、「第２制御手段」の一具体例であり、補機電力低減制御時より高い電圧を得るための高圧発電制御を実行する。具体的には、高圧発電制御部１２０は、補機群２００が高負荷運転する場合（例えば、電池冷却ファン２１０やエンジン冷却ファン２２０のＨＩ駆動時）に、電力低減制御部１１０による補機電力低減制御を禁止して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００から出力される電圧を高くする。高電圧発電制御によれば、補機群２００が高負荷運転する場合であっても、十分な電力を供給することが可能となる。
切換え頻度判定部１３０は、「頻度判定手段」の一具体例であり、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が、所定頻度以上となるか否かを判定する。切替え頻度判定部１３０は、例えばＨＶバッテリ４１０の温度に基づいて電池冷却ファン２１０の負荷を予測することで、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度を推定可能とされている。或いは、切換え頻度判定部１３０は、エンジンＥＮＧの冷却水の水温に基づいてエンジン冷却ファン２２０の負荷を予測することで、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度を推定可能とされている。
なお、切替え頻度判定部１３０が判定のために記憶している閾値は、補機バッテリ４２０の寿命低下の原因となる充放電電流の増大を判定するための値である。この閾値は、例えば事前のシミュレーション等によって決定される。
電圧下限値設定部１４０は、「下限値設定手段」の一具体例であり、切換え頻度判定部１３０により、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が所定頻度以上であると判定された場合に、補機電力低減制御の下限値を通常の下限値よりも高い値として設定する。なお、電圧下限値設定部１４０は、後に詳述するように、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣと目標ＳＯＣとの関係に基づいて、異なる下限値を設定可能に構成されている。
目標ＳＯＣ設定部１５０は、「設定手段」の一具体例であり、補機バッテリ４２０のＳＯＣの目標値である目標ＳＯＣを設定する。目標ＳＯＣは、例えばハイブリッド車両Ｖの走行状況や周囲環境に応じて設定される。ただし、目標ＳＯＣは、固定値として設定されるものであってもよい。
バッテリＳＯＣ検出部１６０は、「検出手段」の一具体例であり、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣを検出する。バッテリＳＯＣ検出部１６０は、例えば補機バッテリ４２０の電圧等に基づいて現在のＳＯＣを検出する。
＜補機電力低減制御＞
次に、図２を参照して、電力低減制御部１１０によって実行される補機電力低減制御について詳細に説明する。ここに図２は、電力低減制御における発電電圧の制御方法を示すタイムチャートである。
図２に示すように、電力低減制御部１１０は、補機電力低減制御時に、補機バッテリ４２０のＳＯＣに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧（以下、適宜「発電電圧」と称する）を決定する。具体的には、電力低減制御部１１０は、補機バッテリ４２０のＳＯＣが目標ＳＯＣより高い場合には、発電電圧を比較的低い値として決定し、補機バッテリ４２０のＳＯＣが目標ＳＯＣより低い場合には、発電電圧を比較的高い値として決定する。このように発電電圧を制御すれば、補機バッテリ４２０のＳＯＣが目標ＳＯＣより高い場合に補機バッテリ４２０を放電させ、補機バッテリ４２０のＳＯＣが目標ＳＯＣより低い場合に補機バッテリ４２０を充電させることができる。従って、補機バッテリ４２０のＳＯＣを目標ＳＯＣに近い値に維持することが可能である。
補機電力低減制御時には、発電電圧が所定範囲内（例えば、１２．５Ｖ〜１３．５Ｖ）で制御される。補機電力低減制御の電圧制御範囲は、後述する高圧発電制御における電圧より低く設定されており、これにより補機群２００の平均電圧が低減される。よって、補機電力低減制御によれば、補機群２００の消費電力を好適に削減することが可能である。
＜高圧発電制御＞
次に、図３を参照して、高圧発電制御部１２０によって実行される高圧発電制御について詳細に説明する。ここに図３は、電力低減制御及び高圧発電制御における発電電圧の変動を示すタイムチャートである。
図３に示すように、高圧発電制御部１２０は、電力低減制御部１１０による補機電力低減制御を一時的に禁止して高圧発電制御を実行する。このため、補機電力低減制御と高圧発電制御とは相互に切り替わりながら実行されることになる。高圧発電制御部１２０は、補機電力低減制御時よりも高い発電電圧（例えば１３．８Ｖ）を維持するようにして高圧発電制御を実行する。なお、高圧発電制御部１２０は、補機群２００のいずれかが高負荷運転する場合に、高圧発電制御を実行する。高圧発電制御時には、比較的高い発電電圧が維持されるため、補機群２００で多くの電力が要求される場合であっても、電力不足を防止することができる。
ここで、図を見ても分かるように、高圧発電制御と補機電力低減制御とが切り替わる際には、発電電圧に大きな変動が生じる。特に、高圧発電制御から補機電力低減制御へ切り替わる際には、高圧発電制御において補機バッテリ４２０が充電された直後であるため、補機電力低減制御における発電電圧が低く、電圧変動も大きい。
上述したような電圧変動が生ずると、補機バッテリ１２０の充放電電流は大きくなる。例えば、高圧発電制御から補機電力低減制御へ切り替わる際には、電圧が急激に低くなる。このため、補機バッテリ１２０には大きな放電電流が発生する。補機バッテリ１２０における充放電電流の増大は、劣化を促進させ寿命の低下を招いてしまう。よって、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度は、できるだけ小さいことが好ましい。
本実施形態に係る電源制御装置では、上述した補機バッテリの寿命低下を抑制するために、以下に詳述する下限値設定制御を実行する。
＜下限値設定制御＞
以下では、図４を参照して、切換え判定部１３０及び電圧下限値設定部１４０によって実行される下限値設定制御について詳細に説明する。ここに図４は、下限値設定制御の動作の流れを示すフローチャートである。
図４において、下限値設定制御では、先ず切り替え判定部１３０によって、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が所定の閾値以上となるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。ここでの閾値は、「所定頻度」の一具体例であり、上述した補機バッテリ４２０の寿命低下が発生してしまう（より具体的には、補機バッテリ４２０の劣化度合いが許容できない値になってしまう）場合の頻度に対応する値として予め設定されている。なお、既に説明したように、切替え頻度判定部１３０は、ＨＶバッテリ４１０の温度やエンジンＥＮＧの冷却水の温度等に基づいて、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度を推定することができる。
補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が所定の閾値未満であると判定された場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、補機電力低減制御における下限電圧が、通常の制御範囲の下限値である１２．５Ｖに設定される（ステップＳ１０７）。言い換えれば、電圧下限値設定部１４０による下限値の設定（変更）は行われなくともよい。
一方で、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が所定の閾値以上であると判定された場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、電圧下限値設定部１４０により、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１０２）。なお、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣは、バッテリＳＯＣ検出部１６０により検出された値を用いればよく、目標ＳＯＣは、目標ＳＯＣ設定部１５０により設定された値を用いればよい。
補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、電圧下限値設定部１４０により、補機電力低減制御における下限電圧が、補機バッテリ４２０のＯＣＶよりも低く、通常の制御範囲の下限値である１２．５Ｖよりも高い値として設定される（ステップＳ１０３）。
一方、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも大きくないと判定された場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、電圧下限値設定部１４０により、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣと同じ値（正確には、目標ＳＯＣから所定の範囲内）であるか否かが更に判定される（ステップＳ１０４）。
補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣと同じ値であると判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、電圧下限値設定部１４０により、補機電力低減制御における下限電圧が、補機バッテリ４２０のＯＣＶと同じ値に設定される（ステップＳ１０５）。
他方、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣと同じ値でない（即ち、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも小さい）と判定された場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、電圧下限値設定部１４０により、補機電力低減制御における下限電圧が、補機バッテリ４２０のＯＣＶよりも高く、通常の制御範囲の上限値である１３．５Ｖよりも低い値として設定される（ステップＳ１０６）。
以上説明したように、補機電力低減制御と高圧発電制御との切り替わり頻度が所定の閾値以上である（即ち、補機バッテリ４２０の寿命が低下してしまう可能性が高い）と判定された場合には、補機電力低減制御における下限電圧が、通常の制御範囲の下限値である１２．５Ｖよりも高い値として設定される。また、補機電力低減制御における下限電圧は、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣと目標ＳＯＣとの大小関係に応じて異なる値として設定される。
＜効果説明＞
以下では、図５から図７を参照して、上述した下限電圧設定制御によって得られる有益な効果について説明する。ここに図５は、下限電圧設定時の発電電圧の変動を示すタイムチャートである。また図６は、下限電圧の設定による鉛バッテリの充放電電流の変化を示すタイムチャートであり、図７は、下限電圧の設定によるニッケル水素バッテリの充放電電流の変化を示すタイムチャートである。
図５に示すように、補機電力低減制御の下限電圧が、通常の制御範囲の下限値（１２．５Ｖ）より高い値（ここでは１３．１Ｖ）に設定されると、高圧発電制御から補機電力低減制御への切り替わり直後の電圧が、下限値を設定しない場合と比べて高くなる。よって、高圧発電制御から補機電力低減制御へ切り替わる際に生ずる発電電圧の変動は小さくなる。従って、電圧が急激に低くなることに起因する補機バッテリ４２０の放電電流の増大を抑制することができる。
なお、放電電流の増大を抑制することで、補機バッテリ４２０のＳＯＣは減り難くなる。このため、補機バッテリ４２０の充電も抑制されることになり、充電電流の増大についても抑制される。即ち、通常の制御範囲の下限値よりも高い下限電圧を設定することで、補機バッテリ４２０の放電を抑制すれば、通常の制御範囲の上限値よりも低い上限電圧を設定しなくとも、補機バッテリ４２０の充電について抑制することができる。この結果、充放電電流の増大が抑制され、補機バッテリ４２０の寿命低下を抑制できる。
図６に示すように、補機バッテリ４２０が鉛バッテリとして構成されている場合、補機電力低減制御の下限電圧を設定しなければ、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度が高くなることにより、補機バッテリ４２０に大きな充放電電流が発生する。これに対し、補機電力低減制御の下限電圧を１３．１Ｖに設定すれば、補機バッテリ４２０の充放電電流を小さくすることができる。なお、図６のデータ取得時には、鉛バッテリのＯＣＶが１３．１Ｖ未満であったため、下限値設定後の補機バッテリ４２０では放電がなくなり、弱い充電のみ行われている。
図７に示すように、補機バッテリ４２０がニッケル水素バッテリとして構成されている場合にも、補機電力低減制御の下限電圧を通常の制御範囲の下限値よりも高い１３．１Ｖに設定することで、補機バッテリ４２０の充放電電流を小さくすることができる。なお、ニッケル水素バッテリは、鉛バッテリと比べるとＯＣＶが高くなる傾向にあるため、放電は完全になくなっていないが、下限電圧を設定しない場合とを比べると、確実に補機バッテリ４２０の充放電電流が小さくなっていることが分かる。
次に、図８及び図９を参照して、補機バッテリ４２０のＳＯＣに応じた下限電圧の設定により得られる有益な効果について説明する。ここに図８は、目標ＳＯＣに応じて設定される複数の下限電圧と、その場合の制御範囲を示す概念図である。また図９は、バッテリＳＯＣと下限電圧との関係を示すタイムチャートである。
図８及び図９に示すように、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣより大きい場合（より具体的には、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣの＋５％よりも大きい場合）には、通常の制御範囲の下限値である１２．５Ｖよりも高く、補機バッテリ４２０のＯＣＶよりも低い値である下限電圧Ａが設定される（図４のステップＳ１０３参照）。この場合の補機電力低減制御における制御範囲は、通常の制御範囲（即ち、１２．５Ｖ〜１３．５Ｖ）よりも小さい制御範囲ａとなる。このような制御によれば、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度が高くなること起因する補機バッテリ４２０の寿命低下を抑制しつつ、通常より緩やかな放電により補機バッテリ４２０のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づけることができる。
補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣと同じ値である場合（より具体的には、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣの＋５％〜−５％の範囲内にある場合）には、補機バッテリ４２０のＯＣＶと同じ値である下限電圧Ｂが設定される（図４のステップＳ１０５参照）。この場合の補機電力低減制御における制御範囲は、上述した制御範囲ａよりも小さい制御範囲ｂとなる。このような制御によれば、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度が高くなること起因する補機バッテリ４２０の寿命低下を抑制しつつ、充放電を抑制して補機バッテリ４２０のＳＯＣを目標ＳＯＣのまま維持することができる。
補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣより小さい場合（より具体的には、補機バッテリ４２０の現在のＳＯＣが目標ＳＯＣの−５％よりも小さい場合）には、通常の制御範囲の上限値である１３．５Ｖよりも低く、補機バッテリ４２０のＯＣＶよりも高い値である下限電圧Ｃが設定される（図４のステップＳ１０６参照）。この場合の補機電力低減制御における制御範囲は、上述した制御範囲ｂよりも更に小さい制御範囲ｃとなる。このような制御によれば、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度が高くなること起因する補機バッテリ４２０の寿命低下を抑制しつつ、放電を抑制して充電のみを行って補機バッテリ４２０のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づけることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る電源制御装置によれば、補機電力低減制御と高圧発電制御との切換え頻度が高くなること起因する補機バッテリ４２０の寿命低下を抑制しつつ、補機バッテリ４２０のＳＯＣを目標ＳＯＣに近づけることができる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電源制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
１００ ＥＣＵ
１１０ 電力低減制御部
１２０ 高圧発電制御部
１３０ 切換え頻度判定部
１４０ 電圧下限値設定部
１５０ 目標ＳＯＣ設定部
１６０ バッテリＳＯＣ検出部
２００ 補機群
２１０ 電池冷却ファン
２２０ エンジン冷却ファン
２３０ フューエルポンプ
２４０ オイルポンプ
２５０ ウォーターポンプ
３００ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１０ ＨＶバッテリ
４２０ 補機バッテリ
ＥＮＧ エンジン
ＭＧ モータジェネレータ

Claims (4)

  1. 発電機と、前記発電機で発電された電力を蓄電可能な蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力で駆動可能な一又は複数の補機とを備える車両の電源制御装置であって、
    前記補機に印加される電圧の平均値が小さくなるように前記発電機の発電電圧を設定することで、前記補機の消費電力を低減する補機電力低減制御を実行する第１制御手段と、
    前記補機が高負荷運転する場合に、前記補機電力低減制御を禁止して、前記発電機の発電電圧を前記補機電力低減制御中の電圧よりも高くする高電圧発電制御を実行する第２制御手段と、
    前記補機電力低減制御及び前記高電圧発電制御の相互の切り替わり頻度が所定頻度以上になるか否かを判定する頻度判定手段と、
    前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上である場合には、前記切り替わり頻度が前記所定頻度未満である場合と比べて、前記補機電力低減制御における前記発電機の下限電圧を高い値に設定する下限電圧設定手段と
    を備えることを特徴とする電源制御装置。
  2. 前記車両は、動力源としての内燃機関を備える車両であり、
    前記頻度判定手段は、前記内燃機関の冷却水の水温が所定の第１温度以上である場合に、前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上になると判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。
  3. 前記車両は、動力源としての電動機及び前記電動機の電力供給源である電池を備える車両であり、
    前記頻度判定手段は、前記電池の温度が所定の第２温度以上である場合に、前記切り替わり頻度が前記所定頻度以上になると判定する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源制御装置。
  4. 前記蓄電手段の充電量の目標値である目標充電量を設定する設定手段と、
    前記蓄電手段の現在の充電量を検出する検出手段と
    を備え、
    前記下限電圧設定手段は、（ｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量よりも高い場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧よりも低い値に設定し、（ｉｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量と同じ場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧と同じ値に設定し、（ｉｉｉ）前記現在の充電量が前記目標充電量よりも低い場合には、前記下限電圧を前記蓄電手段の開放電圧よりも高い値に設定する
    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電源制御装置。
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