JP2020043689A - 車両の電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】メインバッテリのバッテリ上がりを抑制することが可能な車両の電源システムを提供する。【解決手段】メインバッテリと補機バッテリと前記メインバッテリと前記補機バッテリとの間で双方向の電力変換を実行することが可能なコンバータとを備えた車両の電源システムにおいて、コントローラは、予め定められた所定の条件が成立する場合にメインバッテリから補機バッテリに電力を供給するように構成され、車両の電源システムがオフか否かを判断し（ステップＳ１）、車両の電源システムがオフの場合に、メインバッテリの充電残量が予め定められた所定値以下であるか否かを更に判断し（ステップＳ２）、メインバッテリの充電残量が前記所定値以下の場合に、前記補機の稼働を禁止するように構成されている（ステップＳ４）。【選択図】図２

Description

この発明は、車両の電源システムに関し、特にメインバッテリと補機バッテリ（サブバッテリ）とを備えた車両の電源システムに関するものである。

特許文献１には、メインバッテリと補機バッテリとを備え、駐車中に補機が使用された場合に、補機バッテリに適切な充電を行うように構成された車両の電源システムが記載されている。具体的には、特許文献１に記載された車両の電源システムは、車両の電源システムが停止してから再度起動するまでに所定時間が経過した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してメインバッテリから補機バッテリに電力を供給して、その補機バッテリを充電するように構成されている。また、この特許文献１に記載された電源システムでは、上記の所定時間を補機の使用時間に応じて前記所定時間を変更するように構成されている。

特開２０１４−１５５２９９号公報

車両が駐車している場合（車両の電源システムがオフの場合）においても補機を使用する場合がある。例えば、車両の防犯対策としてドライブレコーダで監視（駐車監視）するシステムが知られている。このような補機の使用は補機バッテリから供給された電力によって作動するから、補機バッテリの充電残量は低下する。したがって、このような補機バッテリの充電残量の低下を抑制するために、例えば前記特許文献１に記載されているように、所定時間が経過した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してメインバッテリから補機バッテリへ電力を供給して補機バッテリの充電を行うことが有効である。これにより、例えば補機バッテリを適切に充電できるから、その補機バッテリのバッテリ上がりを回避できる。しかしながら、特許文献１に記載された電源システムでは、メインバッテリから補機バッテリへ電力を供給して補機バッテリの充電を行うように構成されているから、例えばメインバッテリの充電残量が所定値以下の場合には、そのメインバッテリから補機バッテリへ電力を供給することにより、メインバッテリの充電残量が低下し、ひいてはメインバッテリにおけるバッテリ上がりが生じるおそれがある。また、そのようなメインバッテリのバッテリ上がりが生じた場合には、例えばエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両では、エンジンのモータリングができない、あるいは、そのモータリングをスムーズに行うことができないなどの不都合が生じるおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、メインバッテリのバッテリ上がりを抑制することが可能な車両の電源システムを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、走行用の電力を蓄えるメインバッテリと、車両の補機に供給するための電力を蓄える補機バッテリと、前記メインバッテリと前記補機バッテリとの間で双方向の電力変換を実行することが可能なコンバータとを備えた車両の電源システムにおいて、前記メインバッテリと前記補機バッテリと前記コンバータとを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、予め定められた所定の条件が成立する場合に前記メインバッテリから前記補機バッテリに電力を供給するように構成され、前記車両の電源システムがオフか否かを判断し、前記車両の電源システムがオフの場合に、前記メインバッテリの充電残量が予め定められた所定値以下であるか否かを更に判断し、前記メインバッテリの充電残量が前記所定値以下の場合に、前記補機の稼働を禁止するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、メインバッテリの充電残量が予め定められた所定値以下の場合には、補機の稼働を禁止するように構成されている。具体的には、走行用の電力を蓄えるメインバッテリと、補機に供給するための電力を蓄える補機バッテリと、そのメインバッテリと補機バッテリとの間で電力の交換を可能にするコンバータとを備えている。また、例えば補機バッテリの充電残量が所定値以下の場合や電源システムのオフの状態が所定時間経過した場合など所定の条件が成立した場合にはメインバッテリから補機バッテリへ電力を供給して補機バッテリを充電するように構成されている。そして、その補機バッテリに電力を供給するメインバッテリの充電残量が所定値以下の場合には、補機（例えばドライブレコーダなどのアクセサリ類）の稼働を禁止するように構成されている。つまり、メインバッテリの充電残量が低い場合には、補機の稼働を禁止することにより、補機バッテリから補機への電力の放電が制限するように構成され、言い換えれば、メインバッテリから補機バッテリへの電力の供給も制限される。

そのため、メインバッテリの充電残量の低下を抑制でき、その結果、メインバッテリから補機バッテリへ電力を供給することを要因としてメインバッテリにおけるバッテリ上がりを抑制もしくは回避できる。また、そのようにメインバッテリのバッテリ上がりを抑制できるため、例えばエンジンをモータリングして始動させるハイブリッド車両において、そのエンジン始動、あるいは、モータリングをスムーズにできないなどの不都合が生じることを抑制もしくは回避できる。

この発明で対象とする車両の駆動システム（駆動系統および制御系統）の一例を示す図である。 この発明の実施形態における制御の一例を説明するフローチャートである。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明で対象とすることができる車両は、少なくとも駆動力源としてのモータと、そのモータに電気的に接続されて電力をモータに供給するメインバッテリと、補機類に接続され、その補機類に電力を供給する補機バッテリ（サブバッテリ）とを備えた車両であって、例えばモータのみを駆動力源として備えた電気自動車、あるいは、駆動力源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両である。なお、電気自動車は、駆動力源としてモータのみを備えた純電気自動車（ＢＥＶ）、ならびに、エンジンを発電専用として備えたいわゆるレンジエクステンダーＥＶ車が含まれる。さらに、充電器を介してバッテリを充電することが可能ないわゆるプラグインタイプの車両など外部電源から充電可能な車両であってもよい。

図１に、その車両の一例として、エンジンとモータとを備えたハイブリッド車両の駆動システムを模式的に示してある。図１に示すハイブリッド車両（以下、単に車両と記す）Ｖｅは、駆動力源としてエンジン（ＥＮＧ）１、および、第１モータ（ＭＧ１）２ならびに第２モータ（ＭＧ２）３の複数の駆動力源を備えている。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動輪５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３が出力する駆動力を駆動軸および駆動輪５に付加することができるように構成されている。また車両Ｖｅは、他の主要な構成要素として、メインバッテリ６、補機バッテリ（サブバッテリ）７、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、インバータ９，１０、ならびに、ＥＣＵ（コントローラ）１１を備えている。

エンジン１は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの従来知られている内燃機関であり、始動するためにモータリング（クランキング）を必要とする内燃機関である。また、このエンジン１は、出力の調整、ならびに、始動および停止などの作動状態が電気的に制御されるように構成されている。ガソリンエンジンであれば、スロットルバルブの開度、燃料の供給量または噴射量、点火の実行および停止、ならびに、点火時期などが電気的に制御される。ディーゼルエンジンであれば、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、あるいは、ＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムにおけるスロットルバルブの開度などが電気的に制御される。

第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能（発電機能）との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ２および第２モータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータあるいは誘導モータなどの交流モータが用いられる。なお、上記の第１モータ２および第２モータ３は、インバータ９，１０などを介してメインバッテリ６に電気的に接続されており、そのメインバッテリ６から電力が給電され、または発電した電力を蓄電装置に充電することもできるように構成されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と駆動輪５との間でトルクを伝達する伝動機構であり、従来知られているように例えば、サンギヤ、リングギヤ、および、キャリアを有する遊星歯車機構によって構成される。具体的にはサンギヤは、第１モータ２に連結され、キャリアは、エンジン１に連結され、リングギヤは駆動軸側の出力部材に連結される。なお、上述したように駆動軸および駆動輪５に第２モータ３が出力するトルクを付加することができるように構成されており、すなわちリングギヤは、第２モータ３と共に、駆動軸および駆動輪５に動力伝達可能に連結されている。

メインバッテリ６は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池、あるいは、キャパシタなどにより構成された高電圧の蓄電装置であって、主に走行用の電力を蓄える蓄電装置として機能する。したがって、第１モータ２や第２モータ３をメインバッテリ６の電力によってモータとして機能させ、あるいは第２モータ３で発電した電力をバッテリ７に充電することが可能である。

補機バッテリ７は、エアコンなどの空調装置や電動パワーステアリング（ＥＰＳ）、ナビゲーションシステム、ドライブレコーダなどの補機（補機負荷あるいは電気負荷とも称される）１２に接続された低電圧の蓄電装置である。したがって、補機１２の作動時にその補機１２に電力を供給し、すなわち放電する。

なお、メインバッテリ６と補機バッテリ７との間には、両バッテリ間の双方向あるいは一方向に電力を授受するための電圧制御器である直流−直流変換器（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータと記す）８が設けられている。そのＤＣ／ＤＣコンバータ８は、少なくとも一方のバッテリ６（７）のバッテリ電圧を他方のバッテリ７（６）のバッテリ電圧に変換する昇圧・降圧回路により構成されており、したがって、補機バッテリ７の電圧を昇圧して電力をメインバッテリ６へ供給し、メインバッテリ６の電圧を降圧して電力を補機バッテリ７へ供給する。なお、このような相互の電力の供給は、例えば充電残量（ＳＯＣ：State of charge）が所定値以下になった場合や車両の電源システムが停止してから再度起動するまでに所定時間が経過した場合など所定時間毎に実行される。

また、メインバッテリ６は、図１に示すようにシステムメインリレー１３を介してＰＣＵ（パワーコントロールユニット）１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されている。そのシステムメインリレー１３は、メインバッテリ６と車両Ｖｅの駆動系とを接続あるいは切断するスイッチであって、例えばＥＣＵ１１に接続されてオン・オフ（導通および非導通）が制御される。なお、上記のＰＣＵ１４は、電圧コンバータ１５と、各インバータ９，１０と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含み、前記電圧コンバータ１５は、ＥＣＵ１１からの制御信号に基づいて、正極線Ｐおよび負極線Ｎとの間で電力変換を行い、前記コンデンサ（平滑用コンデンサ）Ｃ１，Ｃ２は、正極線Ｐおよび負極線Ｎ間の電圧変動を減少させる。

インバータ（ＩＮＶ１）９、および、インバータ（ＩＮＶ２）１０は、図１に示すように互いに並列して正極線Ｐおよび負極線Ｎに接続されている。また各インバータ９，１０は、ＥＣＵ１１に接続されており、そのＥＣＵ１１により生成されるＰＷＭ信号によって、直流を交流に変換するためのスイッチング制御（モータ出力制御）、あるいは、交流を直流に変換する制御（バッテリ充電制御）が行われる。したがって、例えばインバータ９は、ＥＣＵ１１からの制御信号に基づいて電圧コンバータ１５から供給される直流電力を交流電力に変換して第１モータ２を駆動する。またインバータ１０は、ＥＣＵ１１からの制御信号に基づいて電圧コンバータ１５から供給される直流電力を交流電力に変換して第２モータ３を駆動する。

ＥＣＵ１１は、この発明の実施形態における「コントローラ」であって、主に、エンジン１、各モータ２，３、メインバッテリ６、補機バッテリ７、各インバータ９，１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ８などを制御する。そのＥＣＵ１１は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。ＥＣＵ１１は、検出部１６で検出または算出された各種データが入力される。その入力される信号は例えば、メインバッテリ６や補機バッテリ７に流れる電流を検出する電流センサ１６ａ、メインバッテリ６や補機バッテリ７の端子間の電圧値を検出する電圧センサ１６ｂ、メインバッテリ６や補機バッテリ７の充電残量（以下、単にＳＯＣとも記す）を検出するＳＯＣセンサ１６ｃなどからの検出信号である。また、その他各種センサからの制御信号が入力される。

そして、ＥＣＵ１１は、その入力された各種データおよび予め記憶させられているデータや計算式等を使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力し、上記のエンジン１、各モータ２，３、メインバッテリ６、補機バッテリ７、各インバータ９，１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ８などを制御するように構成されている。なお、図１では一つのＥＣＵ１１が設けられた例を示しているものの、ＥＣＵ１１は、例えば制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。

このように構成された車両Ｖｅは、上述したように、メインバッテリ６と補機バッテリ７とがＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して電力の授受が可能なように構成されているため、例えば補機バッテリ７のＳＯＣが所定値以下に低下した場合には、メインバッテリ６から補機バッテリ７へ電力を供給して補機１２を作動させる。また、補機１２は、上述したようにドライブレコーダを含み、例えば車両Ｖｅの駐車時には、防犯対策としてそのドライブレコーダを作動させる場合がある。したがって、そのように駐車中にドライブレコーダなどのアクセサリ類を作動させるために、メインバッテリ６から補機バッテリ７に電力を供給すると、メインバッテリ６のＳＯＣが低下し、いわゆるバッテリ上がりが生じるおそれがある。また、そのようにメインバッテリ６のバッテリが上がると、エンジン１をモータリング（すなわちエンジン始動）できない、あるいは、スムーズにエンジン１を始動できないおそれがる。そこで、この発明の実施形態では、メインバッテリ６のバッテリ上がりを抑制するように構成されている。以下に、ＥＣＵ１１によって実行される制御例の一例について説明する。

図２は、その制御の一例を示すフローチャートであって、車両Ｖｅがレディオフ（READY OFF）で駐車中の場合における制御の一例である。以下、具体的に説明する。

先ず、レディオフ（READY OFF）で駐車しているか否かを判断する（ステップＳ１）。上述したように、このフローチャートは、レディオフで駐車中のメインバッテリ６のバッテリ上がりを抑制する制御例であるから、レディオフで駐車していない場合（例えばレディオンの状態やイグニッションオンの状態）には、このステップＳ１で否定的に判断される。したがって、このステップＳ１で否定的に判断された場合には、これ以降の制御を実行することなくリターンする。なお、このレディオフとは、ＥＣＵ１１からシステムメインリレー１３に出力される制御信号がオン状態からオフ状態に切り替わって、各制御部に電力が供給されなくなり、車両Ｖｅの制御システムがオフされる状態をいう。なお、この車両Ｖｅの制御システムがオフ時の場合においても、必要な機器（例えばドライブレコーダ）に対しては補機バッテリ７から電力が供給される。

一方、このステップＳ１で肯定的に判断された場合、すなわち車両Ｖｅがレディオフで駐車している場合には、メインバッテリ６のＳＯＣが予め定められた所定値以下、かつ充電していない状態か否かを判断する（ステップＳ２）。上述したように、図１に示す車両Ｖｅの制御システムでは、メインバッテリ６から補機バッテリ７に定期的に電力を供給して補機バッテリ７の充電を行うように構成されている。また、レディオフで駐車している場合には、メインバッテリ６のＳＯＣは、例えば外部充電等から充電していない場合には、補機バッテリ７へ電力を供給することにより、そのメインバッテリ６のＳＯＣは低下する。なお、上記のメインバッテリ６における所定値は、例えば少なくともエンジン１の始動を妨げない、すなわちエンジン１の始動をスムーズに行うことが可能な程度のＳＯＣに設定される。

したがって、このステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわちメインバッテリ６のＳＯＣが所定値より多い場合、あるいは、充電ステーションや自宅など外部電源から充電している場合には、ドライブレコーダなどのアクセサリ類の常時稼働の設定を許可する（ステップＳ３）。つまり、メインバッテリ６のバッテリは前記所定値以下になることはなく、言い換えればバッテリ上がりのおそれがないので、ドライブレコーダなどのアクセサリ類を常時稼働させることを許可する。

一方、このステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわちメインバッテリ６のＳＯＣが所定値以下の場合、ならびに、充電ステーションや自宅など外部電源からメインバッテリ６を充電していない場合には、ドライブレコーダなどのアクセサリ類の常時稼働の設定を禁止する（ステップＳ４）。つまり、メインバッテリ６のＳＯＣが所定値以下、あるいは所定値以下になるおそれがあるので、ドライブレコーダなどのアクセサリ類を常時稼働させることを禁止する。

このように、この発明の実施形態においては、車両Ｖｅがレディオフで駐車している場合に、メインバッテリ６のＳＯＣを判断して、ドライブレコーダなどのアクセサリ類の常時稼働を許可するか否かを判断するように構成されている。つまり、メインバッテリ６のＳＯＣが予め定めた所定値以下の場合、ならびに、メインバッテリ６が充電されていない場合には、駐車中においても稼働する補機１２の稼働を禁止するように構成されている。それにより、補機バッテリ７から補機１２への電力の放電が制限されるため、それに伴って、メインバッテリ６から補機バッテリ７への電力の供給も制限される。したがって、メインバッテリ６のＳＯＣの低下を抑制でき、その結果、メインバッテリ６のバッテリ上がりを抑制もしくは回避できる。また、そのようにメインバッテリ６のバッテリ上がりを抑制できることにより、エンジン１のモータリングをスムーズに行うことができないなどの不都合が発生することを抑制もしくは回避できる。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構、 ５…駆動輪、 ６…メインバッテリ、 ７…補機バッテリ（サブバッテリ）、 ８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、 ９，１０…インバータ、 １１…ＥＣＵ（コントローラ）、 １２…補機（補機負荷）、 １３…システムメインリレー、 １４…ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）、 １５…電圧コンバータ、 １６…検出部、 Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、 Ｖｅ…車両。

Claims (1)

1. 走行用の電力を蓄えるメインバッテリと、車両の補機に供給するための電力を蓄える補機バッテリと、前記メインバッテリと前記補機バッテリとの間で双方向の電力変換を実行することが可能なコンバータとを備えた車両の電源システムにおいて、
   前記メインバッテリと前記補機バッテリと前記コンバータとを制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   予め定められた所定の条件が成立する場合に前記メインバッテリから前記補機バッテリに電力を供給するように構成され、
   前記車両の電源システムがオフか否かを判断し、
   前記車両の電源システムがオフの場合に、前記メインバッテリの充電残量が予め定められた所定値以下であるか否かを更に判断し、
   前記メインバッテリの充電残量が前記所定値以下の場合に、前記補機の稼働を禁止するように構成されている
   ことを特徴とする車両の電源システム。

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