JP2018166375A

JP2018166375A - 電源システム

Info

Publication number: JP2018166375A
Application number: JP2017063348A
Authority: JP
Inventors: 敏宏河井; Toshihiro Kawai; 大落合; Masaru Ochiai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-25

Abstract

【課題】車両用の電源システムにおいて、バッテリの放電時に生じ得る各種不具合の発生を抑制しつつ、バッテリの放電機会を多く得ることができるようにすること。【解決手段】電源システムは、第１のバッテリと、前記第１のバッテリから供給された電力により動作する負荷と、第２のバッテリと、前記第２のバッテリと前記負荷との間に接続されたスイッチと、前記第２のバッテリの充電容量が所定値以上であり、且つ、前記第１のバッテリの電圧が所定値未満であり、且つ、車両がアイドリング走行中ではなく、且つ、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの電位差が所定値以上である場合に、前記スイッチをＯＮすることにより、前記第２のバッテリの放電を行う制御装置とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関する。

従来より、車両用の電源システムにおいて、複数のバッテリを複数の負荷に接続することで、複数のバッテリから供給された電力により、複数の負荷を動作させることができるようにした技術が知られている。

例えば、下記特許文献１には、車両に搭載される電源装置において、第１のバッテリおよび第２のバッテリを複数の負荷に接続可能に構成し、高負荷機器（例えば、電動アクティブスタビライザ）が作動しているときには、高負荷機器に対し、第１のバッテリおよび第２のバッテリの両方から電力を供給することにより、車両電源電圧の低下を防止し、高負荷機器が作動していない場合には、第２のバッテリを、複数の負荷機器から電気的に切断することにより、第２のバッテリの充放電に起因する劣化を防止することができるようにした技術が開示されている。

特開２０１６−０４７７０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、高負荷機器が作動していない状態が続いた場合には、第２のバッテリが放電されない状態が続くため、特に、第２のバッテリが過充電状態にある場合には、第２のバッテリが劣化してしまう虞がある。また、上記特許文献１に開示されている技術では、第２のバッテリを放電するときに、第２のバッテリが第１のバッテリにも接続されるため、第１のバッテリからの電力によって第２のバッテリがさらに過充電されてしまったり、この過充電を防止するために、直ちにスイッチをＯＦＦする等により、スイッチの切り換えが頻繁に発生してしまったりする等の不具合が発生する虞がある。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、車両用の電源システムにおいて、バッテリの放電時に生じ得る各種不具合の発生を抑制しつつ、バッテリの放電機会を多く得ることができるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態の電源システムは、第１のバッテリと、前記第１のバッテリから供給された電力により動作する負荷と、第２のバッテリと、前記第２のバッテリと前記負荷との間に接続されたスイッチと、前記第２のバッテリの充電容量が所定値以上であり、且つ、前記第１のバッテリの電圧が所定値未満であり、且つ、前記車両がアイドリング走行中ではなく、且つ、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの電位差が所定値以上である場合に、前記スイッチをＯＮすることにより、前記第２のバッテリの放電を行う制御装置とを備える。

車両用の電源システムにおいて、バッテリの放電時に生じ得る各種不具合の発生を抑制しつつ、バッテリの放電機会を多く得ることができる。

実施形態に係る電源システムのシステム構成を示す図である。実施形態に係るＥＣＵによる処理の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電源システムについて説明する。

（電源システム１０の構成）
図１は、実施形態に係る電源システム１０のシステム構成を示す図である。図１に示す電源システム１０は、自動車等の車両に搭載されており、車両の各部に電力を供給するためのシステムである。特に、電源システム１０は、アイドリングストップ機能を有する車両に搭載されるシステムである。

図１に示すように、電源システム１０は、鉛バッテリ１１、ニッケル水素電池１２、負荷１３、冗長電源負荷１４、オルタネータ１５、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、スイッチＳＷ１、およびスイッチＳＷ２を備えて構成されている。

鉛バッテリ１１は、「第１のバッテリ」の一例である。鉛バッテリ１１は、負荷１３および冗長電源負荷１４に接続されている。これにより、鉛バッテリ１１は、負荷１３および冗長電源負荷１４に電力を供給する。

ニッケル水素電池１２は、「第２のバッテリ」の一例である。ニッケル水素電池１２は、スイッチＳＷ２を介して、冗長電源負荷１４に接続されている。これにより、ニッケル水素電池１２は、例えば、鉛バッテリ１１から冗長電源負荷１４への電力が断たれたとき（例えば、鉛バッテリ１１が故障したとき、イグニッションがＯＦＦになったとき等）に、スイッチＳＷ２がＯＮになることで、冗長電源負荷１４に電力を供給するための、バックアップ電源として機能する。また、ニッケル水素電池１２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して、負荷１３にも接続されている。これにより、ニッケル水素電池１２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方がＯＮになることで、負荷１３にも電力を供給することが可能となっている。

負荷１３は、鉛バッテリ１１に接続されている。負荷１３は、鉛バッテリ１１から供給される電力によって動作可能な電気機器である。負荷１３としては、例えば、スタータモータ等が挙げられる。

冗長電源負荷１４は、鉛バッテリ１１およびニッケル水素電池１２の双方に接続されている。冗長電源負荷１４は、鉛バッテリ１１から供給される電力と、ニッケル水素電池１２から供給される電力との双方によって動作可能な電子機器である。例えば、冗長電源負荷１４は、鉛バッテリ１１からの電力の供給が断たれたときも、バックアップ電源として機能するニッケル水素電池１２から供給される電力によって動作可能である。冗長電源負荷１４としては、例えば、ナビゲーション装置等が挙げられる。

オルタネータ１５は、発電装置である。オルタネータ１５から出力された電力は、例えば、負荷１３および冗長電源負荷１４に供給され、負荷１３および冗長電源負荷１４の動作に用いられる。また、オルタネータ１５から出力された電力は、鉛バッテリ１１およびニッケル水素電池１２に供給され、鉛バッテリ１１およびニッケル水素電池１２の充電に用いられる。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ニッケル水素電池１２と鉛バッテリ１１との間に、直列に設けられている。具体的には、スイッチＳＷ１は、冗長電源負荷１４の鉛バッテリ１１側の端子と、冗長電源負荷１４のニッケル水素電池１２側の端子との間に設けられている。また、スイッチＳＷ２は、冗長電源負荷１４のニッケル水素電池１２側の端子と、ニッケル水素電池１２との間に設けられている。スイッチＳＷ１は、ＥＣＵ２０の制御によってＯＮおよびＯＦＦに切り替えられることにより、ニッケル水素電池１２から鉛バッテリ１１に至る電力供給路を、接続状態と切断状態との間で切り替える。スイッチＳＷ２は、ＥＣＵ２０の制御によってＯＮおよびＯＦＦに切り替えられることにより、ニッケル水素電池１２と冗長電源負荷１４との間の電力供給路を、接続状態と切断状態との間で切り替える。

ＥＣＵ２０は、「制御装置」の一例である。ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の状態を制御することにより、ニッケル水素電池１２の放電を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、下記４つの条件を全て満たすとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方をＯＮにする。これにより、ＥＣＵ２０は、ニッケル水素電池１２の電力が負荷１３に供給されるようにして、ニッケル水素電池１２から電力を放電させる。

・条件１：ニッケル水素電池１２の充電容量が所定の閾値以上である。

・条件２：鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値未満である。

・条件３：車両がアイドリング走行中ではない。

・条件４：鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２との電位差が所定値以上である。

条件１に関し、例えば、ＥＣＵ２０は、ニッケル水素電池１２に接続された電圧センサから、ニッケル水素電池１２の電圧値を取得する。そして、例えば、ＥＣＵ２０は、取得した電圧値を用いて、所定の演算式による演算を行うことにより、ニッケル水素電池１２の充電容量を算出することができる。または、例えば、ＥＣＵ２０は、電圧値と充電容量との対応付けが予めなされている対応テーブルを参照することにより、取得した電圧値に対応するニッケル水素電池１２の充電容量を導出することができる。

条件２に関し、例えば、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１１に接続された電圧センサから、鉛バッテリ１１の電圧を取得することができる。

条件３に関し、例えば、ＥＣＵ２０は、車両のエンジンを制御するエンジンＥＣＵから出力された各種制御情報（例えば、エンジン回転数、車速、アクセル開度等）に基づいて、アイドリング走行中であるか否かを判断することができる。例えば、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数が所定値以下のとき、車速が所定値以下のとき、アクセル開度が所定値以下のとき、の少なくともいずれか一つの条件が満たされたとき、アイドリング走行中であると判断してもよい。

条件４に関し、例えば、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１１に接続された電圧センサから取得した鉛バッテリ１１の電圧値と、ニッケル水素電池１２に接続された電圧センサから取得したニッケル水素電池１２の電圧値とに基づいて、鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２との電位差を算出することができる。

なお、ＥＣＵ２０は、次のように、ニッケル水素電池１２の放電を制御することもできる。

例えば、ＥＣＵ２０は、負荷１３が必要とする電力が、所定値以上の場合（鉛バッテリ１１からの電力のみでは不足する場合）には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の双方をＯＮにすることにより、鉛バッテリ１１およびニッケル水素電池１２の各々から、負荷１３へ電力が供給されるようにすることができる。

一方、ＥＣＵ２０は、負荷１３が必要とする電力が、所定値未満の場合（鉛バッテリ１１からの電力のみで十分な場合）には、スイッチＳＷ１をＯＦＦすることにより、ニッケル水素電池１２から、負荷１３へ電力が供給されないようにすることができる。

また、例えば、ＥＣＵ２０は、ニッケル水素電池１２の過放電時や過充電時、または、ニッケル水素電池１２が劣化した場合に、スイッチＳＷ２をＯＦＦすることにより、ニッケル水素電池１２を保護することができる。

また、例えば、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１１から冗長電源負荷１４への電源が断たれたとき、スイッチＳＷ２をＯＮするとともに、スイッチＳＷ１をＯＦＦすることにより、ニッケル水素電池１２を冗長電源負荷１４のバックアップ電源として機能させることができる。

ＥＣＵ２０は、例えば、プロセッサ、記憶装置等のハードウェアを備えて構成されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより、上記したＥＣＵ２０の各機能を実現する。なお、プロセッサとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等が挙げられる。また、記憶装置としては、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ等が挙げられる。

（ＥＣＵ２０による処理の手順）
図２は、実施形態に係るＥＣＵ２０による処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、スイッチＳＷ２はＯＮになっているものとする。

まず、ＥＣＵ２０は、ニッケル水素電池１２の充電容量が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１において、ニッケル水素電池１２の充電容量が所定の閾値以上ではないと判断された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１をＯＦＦにして（ステップＳ２０５）、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１において、ニッケル水素電池１２の充電容量が所定の閾値以上であると判断された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値未満であるか否を判断する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において、鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値未満ではないと判断された場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１をＯＦＦにして（ステップＳ２０５）、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０２において、鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値未満であると判断された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、車両がアイドリング走行中であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３において、車両がアイドリング走行中であると判断された場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１をＯＦＦにして（ステップＳ２０５）、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０３において、車両がアイドリング走行中ではないと判断された場合、（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２との間に所定値以上の電位差があるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４において、所定値以上の電位差がないと判断された場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１をＯＦＦにして（ステップＳ２０５）、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０４において、所定値以上の電位差があると判断された場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、スイッチＳＷ１をＯＮにして（ステップＳ２０６）、図２に示す一連の処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る電源システム１０によれば、ニッケル水素電池１２の充電容量が所定の閾値以上であり、且つ、鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値未満である場合には、ニッケル水素電池１２の放電を行うことで、ニッケル水素電池１２の放電機会を増やすことができる。

特に、本実施形態に係る電源システム１０によれば、鉛バッテリ１１の電圧が所定の閾値以上である場合には、ニッケル水素電池１２の放電を行わないため、鉛バッテリ１１の電力によってニッケル水素電池１２が過充電されてしまうといった不具合の発生を抑制することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１０は、車両がアイドリング走行中のときは、ニッケル水素電池１２の放電を行わないようにしている。例えば、車両がアイドリングストップ状態のとき、ニッケル水素電池１２の放電を防止するために、スイッチＳＷ１はＯＦＦに制御される。そして、車両がアイドリング走行を開始したときに、例えば、スイッチＳＷ１をＯＮにして、ニッケル水素電池１２の放電を行ったとしても、ニッケル水素電池１２の過充電保護機能が働き、すぐにスイッチＳＷ１がＯＦＦに切り替わってしまい、スイッチＳＷ１の無駄なリレー制御が発生してしまうこととなる。そこで、本実施形態に係る電源システム１０は、車両がアイドリング走行中のときは、ニッケル水素電池１２の放電を行わないようにすることで、このようなスイッチＳＷ１の無駄なリレー制御の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る電源システム１０は、鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２と電位差が所定値以上ではないときは、ニッケル水素電池１２の放電を行わないようにしている。例えば、鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２と電位差が少ない時に、ニッケル水素電池１２の放電を行うと、ニッケル水素電池１２が微量に充電される場合がある。このような充電が蓄積されると、ニッケル水素電池１２の充電容量が上限値に張り付いてしまう等の、ニッケル水素電池１２の機能損失が生じる虞がある。そこで、本実施形態に係る電源システム１０は、鉛バッテリ１１とニッケル水素電池１２と電位差が所定値以上ではないときは、ニッケル水素電池１２の放電を行わないようにすることで、このようなニッケル水素電池１２の機能損失の発生を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

なお、「第１のバッテリ」は、鉛バッテリに限らず、それ以外のバッテリ（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等）であってもよい。また、「第２のバッテリ」は、ニッケル水素電池に限らず、それ以外のバッテリ（例えば、リチウムイオン電池、鉛バッテリ等）であってもよい。

１０電源システム
１１鉛バッテリ（第１のバッテリ）
１２ニッケル水素電池（第２のバッテリ）
１３負荷
１４冗長電源負荷
１５オルタネータ
２０ＥＣＵ（制御装置）
ＳＷ１スイッチ
ＳＷ２スイッチ

Claims

第１のバッテリと、
前記第１のバッテリから供給された電力により動作する負荷と、
第２のバッテリと、
前記第２のバッテリと前記負荷との間に接続されたスイッチと、
前記第２のバッテリの充電容量が所定値以上であり、且つ、前記第１のバッテリの電圧が所定値未満であり、且つ、車両がアイドリング走行中ではなく、且つ、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの電位差が所定値以上である場合に、前記スイッチをＯＮすることにより、前記第２のバッテリの放電を行う制御装置と
を備える電源システム