JP2019129665A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の一実施の形態である車両用電源装置10が搭載された車両11の構成例を示す概略図である。図1に示すように、車両11には、動力源であるエンジン12を備えたパワーユニット13が搭載されている。エンジン12のクランク軸14には、ベルト機構15を介してスタータジェネレータ(発電機)16が機械的に連結されている。また、エンジン12にはトルクコンバータ17を介して変速機構18が連結されており、変速機構18にはデファレンシャル機構19等を介して車輪20が連結されている。つまり、スタータジェネレータ16と車輪20とは、トルクコンバータ17や変速機構18等からなる動力伝達経路60を介して互いに連結されている。
車両用電源装置10が備える電源回路30について説明する。図2は電源回路30の一例を簡単に示した回路図である。図2に示すように、電源回路30は、スタータジェネレータ16に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ(第1蓄電体)31と、これと並列にスタータジェネレータ16に電気的に接続される鉛バッテリ(第2蓄電体)32と、を備えている。リチウムイオンバッテリ31には、容量低下や出力低下等の劣化を抑制する観点から、印加が許容される第1許容電圧として上限電圧Limaxが設定されている。また、鉛バッテリ32には、容量低下や出力低下等の劣化を抑制する観点から、印加が許容される第2許容電圧として上限電圧Pbmaxが設定されている。また、リチウムイオンバッテリ31の上限電圧Limax(例えば15V)と、鉛バッテリ32の上限電圧Pbmax(例えば14.3V)とは、互いに相違している。なお、リチウムイオンバッテリ31を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ31の端子電圧は、鉛バッテリ32の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ31を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ31の内部抵抗は、鉛バッテリ32の内部抵抗よりも小さく設計されている。
図1に示すように、車両用電源装置10は、マイコン等からなるメインコントローラ50を有している。メインコントローラ50には、エンジン12を制御するエンジン制御部51、スタータジェネレータ16を制御する発電制御部52、スイッチSW1,SW2を制御するスイッチ制御部53等の各機能部が設けられている。メインコントローラ50や前述した各コントローラ23,42は、CANやLIN等の車載ネットワーク54を介して互いに通信自在に接続されている。
メインコントローラ50の発電制御部52は、リチウムイオンバッテリ31の充電状態SOCに基づいて、スタータジェネレータ16の目標発電電圧を設定する。そして、発電制御部52は目標発電電圧をISGコントローラ23に出力し、ISGコントローラ23は目標発電電圧に従ってスタータジェネレータ16の発電電圧を制御し、後述するように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態または発電休止状態に制御する。このように、メインコントローラ50の発電制御部52は、リチウムイオンバッテリ31の充電状態SOCに基づき、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態または発電休止状態に制御している。
図6は電源回路30の各部位における電圧降下状況の一例を示す図である。図6には、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態や回生発電状態に制御したときの電圧降下状況が示されている。また、図6には、スタータジェネレータ16の正極端子16aから接続点36に至るまでの電圧降下、つまり正極ライン(第1通電経路)33における電圧降下が実線L1で示されており、接続点36からリチウムイオンバッテリ31の正極端子31aに至るまでの電圧降下、つまり正極ライン(第2通電経路)34における電圧降下が破線L2で示されている。また、接続点36から鉛バッテリ32の正極端子32aに至るまでの電圧降下、つまり正極ライン(第3通電経路)35における電圧降下が一点鎖線L3で示されている。なお、図6の横軸には、スタータジェネレータ16の正極端子16aが符号P1で示され、接続点36が符号P2で示され、リチウムイオンバッテリ31の正極端子31aが符号P3で示され、鉛バッテリ32の正極端子32aが符号P4で示されている。
前述したように、スタータジェネレータ16の回生発電状態において、発電電圧Vg1を上限電圧Limax,Pbmaxよりも上げた場合であっても、正極ライン33〜35の電気抵抗を適切に設定することにより、リチウムイオンバッテリ31の端子電圧VLiを上限電圧Limaxよりも下げるとともに、鉛バッテリ32の端子電圧VPbを上限電圧Pbmaxよりも下げている。しかしながら、正極ライン33〜35における電圧降下量が不足する状況においては、リチウムイオンバッテリ31の端子電圧VLiが上限電圧Limaxに到達する虞や、鉛バッテリ32の端子電圧VPbが上限電圧Pbmaxに到達する虞がある。なお、正極ライン33〜35における電圧降下量が不足する状況としては、リチウムイオンバッテリ31に取り込まれる充電電流が減少する状況、つまり経年劣化、温度低下、または充電状態SOCの上昇等により、リチウムイオンバッテリ31の内部抵抗が増加する状況がある。
続いて、発電制御部52によって実行されるバッテリ保護制御の他の例について説明する。前述の説明では、リチウムイオンバッテリ31の端子電圧VLiが上限電圧Limaxに達する場合、または鉛バッテリ32の端子電圧VPbが上限電圧Pbmaxに達する場合に、スタータジェネレータ16の発電電圧を下げているが、これに限られることはない。ここで、図10はバッテリ保護制御の実行手順の他の例を示すフローチャートである。なお、図10において、図7に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
続いて、発電制御部52によって実行される回生発電制御およびバッテリ保護制御の他の例について説明する。車両11のエネルギー効率を向上させる観点から、スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御する際には、リチウムイオンバッテリ31や鉛バッテリ32の過充電を回避しつつ、スタータジェネレータ16の発電電圧を高く保持することが好ましい。そこで、メインコントローラ50の発電制御部52により、以下の手順に沿って回生発電制御およびバッテリ保護制御を実行することが考えられる。ここで、図11は回生発電制御およびバッテリ保護制御の実行手順の他の例を示すフローチャートであり、図12はスタータジェネレータ16の発電電圧Vgおよびリチウムイオンバッテリ31の端子電圧VLiの推移の一例を示すタイミングチャートである。また、図13は回生発電制御およびバッテリ保護制御の実行手順の他の例を示すフローチャートであり、図14はスタータジェネレータ16の発電電圧Vgおよび鉛バッテリ32の端子電圧VPbの推移の一例を示すタイミングチャートである。
まず、リチウムイオンバッテリ31を保護する回生発電制御について説明する。図12に示すように、リチウムイオンバッテリ31には、容量低下や出力低下等の劣化を抑制する観点から、印加が許容される上限電圧(第1許容電圧)Limaxとして、低圧側電圧(第1低圧側電圧)VL1と、これよりも高電圧の高圧側電圧(第1高圧側電圧)VH1と、が設定されている。つまり、スタータジェネレータ16の回生発電制御においては、リチウムイオンバッテリ31を保護しつつ回生電力を増加させる観点から、リチウムイオンバッテリ31の端子電圧VLiを高圧側電圧VH1の近傍に保持するように、スタータジェネレータ16の発電電圧Vgを制御することが好ましい。以下、スタータジェネレータ16の発電電圧Vgの制御手順について説明する。
次いで、鉛バッテリ32を保護する回生発電制御について説明する。図14に示すように、鉛バッテリ32には、容量低下や出力低下等の劣化を抑制する観点から、印加が許容される上限電圧(第2許容電圧)Pbmaxとして、低圧側電圧(第2低圧側電圧)VL2と、これよりも高電圧の高圧側電圧(第2高圧側電圧)VH2と、が設定されている。つまり、スタータジェネレータ16の回生発電制御においては、鉛バッテリ32を保護しつつ回生電力を増加させる観点から、鉛バッテリ32の端子電圧VPbを高圧側電圧VH2の近傍に保持するように、スタータジェネレータ16の発電電圧Vgを制御することが好ましい。以下、スタータジェネレータ16の発電電圧Vgの制御手順について説明する。
前述の説明では、リチウムイオンバッテリ31を保護する観点から、図11のフローチャートに沿って回生発電制御を実施し、鉛バッテリ32を保護する観点から、図13のフローチャートに沿って回生発電制御を実施しているが、これらの回生発電制御は互いに協調して実施される。つまり、図11のステップS36において、リチウムイオンバッテリ31を保護する観点から、発電電圧Vgの下降が指示された場合には、図13のステップS41,S44において、発電電圧Vgの上昇や保持が指示された場合であっても、発電電圧Vgの引き下げが優先される。同様に、図13のステップS46において、鉛バッテリ32を保護する観点から、発電電圧Vgの下降が指示された場合には、図11のステップS31,S34において、発電電圧Vgの上昇や保持が指示された場合であっても、発電電圧Vgの引き下げが優先される。また、図11のステップS34において、リチウムイオンバッテリ31を保護する観点から、発電電圧Vgの保持が指示された場合には、図13のステップS41において、発電電圧Vgの上昇が指示された場合であっても、発電電圧Vgの保持が優先される。同様に、図13のステップS44において、鉛バッテリ32を保護する観点から、発電電圧Vgの保持が指示された場合には、図11のステップS31において、発電電圧Vgの上昇が指示された場合であっても、発電電圧Vgの保持が優先される。
16 スタータジェネレータ(発電機)
20 車輪
31 リチウムイオンバッテリ(第1蓄電体)
32 鉛バッテリ(第2蓄電体)
33 正極ライン(第1通電経路)
34 正極ライン(第2通電経路)
35 正極ライン(第3通電経路)
43 バッテリセンサ(第1電圧検出部)
46 バッテリセンサ(第2電圧検出部)
52 発電制御部
60 動力伝達経路
Vg 発電電圧
VLi 端子電圧
VPb 端子電圧
Limax 上限電圧(第1許容電圧)
Pbmax 上限電圧(第2許容電圧)
VL1 低圧側電圧(第1許容電圧,第1低圧側電圧)
VH1 高圧側電圧(第1許容電圧,第1高圧側電圧)
VL2 低圧側電圧(第2許容電圧,第2低圧側電圧)
VH2 高圧側電圧(第2許容電圧,第2高圧側電圧)
Claims (8)
- 車両に搭載される車両用電源装置であって、
車輪に動力伝達経路を介して連結される発電機と、
前記発電機に接続され、第1許容電圧が設定される第1蓄電体と、
前記第1蓄電体と並列に前記発電機に接続され、第2許容電圧が設定される第2蓄電体と、
前記第1蓄電体の端子電圧を検出する第1電圧検出部と、
前記第2蓄電体の端子電圧を検出する第2電圧検出部と、
前記発電機を回生発電状態に制御する際に、前記発電機の発電電圧を前記第1許容電圧と前記第2許容電圧との双方よりも上げる発電制御部と、
を有し、
前記発電制御部は、前記第1蓄電体の端子電圧が前記第1許容電圧に達する場合、または前記第2蓄電体の端子電圧が前記第2許容電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧の上昇を禁止する、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記発電制御部は、前記第1蓄電体の端子電圧が前記第1許容電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧を下げる、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記発電制御部は、前記第2蓄電体の端子電圧が前記第2許容電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧を下げる、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記発電制御部は、前記第1蓄電体の端子電圧が前記第1許容電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧を保持する、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記発電制御部は、前記第2蓄電体の端子電圧が前記第2許容電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧を保持する、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記第1許容電圧として、第1低圧側電圧と、前記第1低圧側電圧よりも高電圧の第1高圧側電圧と、を備え、
前記発電制御部は、
前記第1蓄電体の端子電圧が、前記第1低圧側電圧を上回り且つ前記第1高圧側電圧を下回る場合には、前記発電機の発電電圧を保持し、
前記第1蓄電体の端子電圧が、前記第1高圧側電圧を上回る場合には、前記発電機の発電電圧を下げる、
車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記第2許容電圧として、第2低圧側電圧と、前記第2低圧側電圧よりも高電圧の第2高圧側電圧と、を備え、
前記発電制御部は、
前記第2蓄電体の端子電圧が、前記第2低圧側電圧を上回り且つ前記第2高圧側電圧を下回る場合には、前記発電機の発電電圧を保持し、
前記第2蓄電体の端子電圧が、前記第2高圧側電圧を上回る場合には、前記発電機の発電電圧を下げる、
車両用電源装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両用電源装置において、
前記発電機の正極端子に接続される第1通電経路と、
前記第1蓄電体の正極端子に接続される第2通電経路と、
前記第2蓄電体の正極端子に接続される第3通電経路と、
前記第1通電経路、前記第2通電経路および前記第3通電経路を互いに接続する接続点と、
を有し、
前記第1通電経路および前記第2通電経路の電気抵抗は、前記発電機の発電電圧を前記第1許容電圧と前記第2許容電圧との双方よりも上げた場合に、前記第1蓄電体の端子電圧を前記第1許容電圧よりも下げる電気抵抗であり、
前記第1通電経路および前記第3通電経路の電気抵抗は、前記発電機の発電電圧を前記第1許容電圧と前記第2許容電圧との双方よりも上げた場合に、前記第2蓄電体の端子電圧を前記第2許容電圧よりも下げる電気抵抗である、
車両用電源装置。
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