JP2023163680A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】オルタネータとＤＣＤＣコンバータとを協調制御する車両用電源システムであって両者の耐久性の低下を抑制すること。【解決手段】並列接続されたオルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とから補機２０に電力を供給する車両用電源システム１０であって、ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御中の場合は、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流を一定とし、不足分の電流をオルタネータ１２から出力し、ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御中でない場合は、オルタネータ１２の出力電流を一定とし、不足分の電流をＤＣＤＣコンバータ１４から出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、並列接続されたオルタネータとＤＣＤＣコンバータとから電力供給対象に電力を供給する車両用電源システムに関する。

車両は、電力供給対象としてランプ、ワイパー、メータ、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の補機を有する。補機には、オルタネータ等の発電機から、またはバッテリに接続されたＤＣＤＣコンバータから電力が供給される。例えば特許文献１には、並列に設けられた２つのＤＣＤＣコンバータから補機に電力が供給される車両用電源システムが開示されている。

特許第５３８７６５１号公報

特許文献１に記載の車両用電源システムでは、一方のＤＣＤＣコンバータからの電力供給の限界到達後に、他方のＤＣＤＣコンバータから電力供給する協調制御が行われる。しかし、このような協調制御では、一方のＤＣＤＣコンバータにストレスが集中するため、車両用電源システムの耐久性が低下する場合がある。

そこで、本発明は、耐久性の低下を抑制することができる車両用電源システムを提供することを目的とする。

本発明に係る車両用電源システムは、並列接続されたオルタネータとＤＣＤＣコンバータとから電力供給対象に電力を供給する車両用電源システムであって、ＤＣＤＣコンバータが垂下制御中の場合は、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を一定とし、不足分の電流をオルタネータから出力し、ＤＣＤＣコンバータが垂下制御中でない場合は、オルタネータの出力電流を一定とし、不足分の電流をＤＣＤＣコンバータから出力することを特徴とする。

本発明の車両用電源システムによれば、オルタネータおよびＤＣＤＣコンバータの両者の耐久性の低下を抑制することができる。

実施形態の一例である車両用電源システムを示すブロック図である。 協調制御の流れを示すフローである。 補機負荷に応じたオルタネータおよびＤＣＤＣコンバータからの出力の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

「電源システム」
図１を用いて、実施形態の一例に係る電源システム１０について説明する。

電源システム１０は、車両に搭載されるシステムであって、電力供給対象としての補機２０に電力を供給する。

本実施形態の車両は、プラグインハイブリッド車であって、コンセントから差込プラグを用いて直接バッテリに充電できるハイブリッド車である。ただし、車両は、プラグインハイブリッド車に限定されず、電気自動車または通常のハイブリッド車であってもよい。

補機２０は、走行用の動力以外に電力供給が必要な機器であって、ランプ、ワイパー、メータ、車両に搭載される各機器をそれぞれ制御する複数のＥＣＵ等が含まれる。補機２０には、補機２０の電流負荷Ｉ_ａを計測する電流センサ３２が設けられる。

図１に示すように、電源システム１０は、エンジン１１の回転を動力源として電力を発電するオルタネータ１２と、オルタネータ１２と並列に接続され、バッテリ１３から供給される電力の電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ１４と電源システム１０を制御する制御装置としてのＥＣＵ３０とを有する。

エンジン１１は、車両走行用の一方の動力源であってガソリンを燃料として使用する。エンジン１１には、エンジン回転数センサ３１が設けられる。なお、車両走行用の他方の動力源はモータであって、バッテリ１３の電力によって駆動される。

オルタネータ１２は、エンジン１１の回転を動力源として電力を発電する。なお、オルタネータ１２は、モータの回転を動力源として電力を発電してもよい。オルタネータ１２は、ＤＣＤＣコンバータ１４と並列に接続される。

オルタネータ１２は、ＥＣＵ３０によって出力電圧が設定されると共に励磁電流設定値が設定される。励磁電流制限値とは、オルタネータ１２の出力を制限するにあたっての励磁電流の制限値である。励磁電流とは、オルタネータ１２のロータコイルに流れる電流である。オルタネータ１２では、励磁電流をレギュレータで断続させることによって出力の制御を行う。

バッテリ１３は、上述したように車両走行用のモータに電力を供給する。本実施形態のバッテリ１３は、例えば数百Ｖ以上の所定の高電圧を有する蓄電池であって、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池が好適に用いられる。

ＤＣＤＣコンバータ１４は、上述したようにバッテリ１３から供給される電力の電圧を変換する。ＤＣＤＣコンバータ１４は、バッテリ１３と直列に接続され、オルタネータ１２と並列に接続される。

ＤＣＤＣコンバータ１４は、ＥＣＵ３０によって出力電圧が指示される。また、ＤＣＤＣコンバータ１４では、垂下制御が行われる。垂下制御とは、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流が増加した場合、過電流の発生を防止するために、出力電圧を下げる制御である。ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下状態になれば、ＤＣＤＣコンバータ１４からＥＣＵ３０に垂下状態信号が送信され、ＥＣＵ３０は、垂下状態に適した電力制御をオルタネータ１２およびＤＣＤＣコンバータ１４に対して行う。

ＥＣＵ３０は、上述したように電源システム１０を制御する。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵを有するプロセッサと、制御プログラム、制御データ等を記憶したメモリとを有する。メモリは、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等である。プロセッサは、メモリに記憶された制御プログラムに従って動作することによって電源システム１０を制御する。ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１４と、エンジン回転数センサ３１と、電流センサ３２と接続される。

ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバータ１４からＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御中の場合には、ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御中であるとの信号を受信する。さらに、ＥＣＵ３０は、詳細は後述するオルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４との協調制御を実行する。ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４との協調制御によって、オルタネータ１２およびＤＣＤＣコンバータ１４の両者に対して過度の負荷を与えることなく両者の耐久性の低下を抑制することができる。

「協調制御」
図２を用いて、ＥＣＵ３０による協調制御の流れについて説明する。

協調制御は、補機２０の電流負荷Ｉ_ａに応じてオルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とが協調して電流負荷を分担することによって、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とがそれぞれ最大出力で使用される状況を軽減する。協調制御によれば、電源システム１０の耐久性の低下を抑制することができる。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は、電流センサ３２によって補機２０の電流負荷Ｉ_ａを計測する。なお、補機２０の電流負荷Ｉ_ａを計測するにあたっては、オルタネータ１２の出力電流とＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流との和を補機２０の電流負荷Ｉ_ａとして計測してもよい。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０は、補機２０の電流負荷Ｉ_ａが第１閾値Ｉ_１より小さいかを確認する。補機２０の電流負荷Ｉ_ａが第１閾値Ｉ_１より小さい場合は、ステップＳ１３へ移行する。補機２０の電流負荷Ｉ_ａが第１閾値Ｉ_１以上の場合は、ステップＳ１４へ移行する。なお、第１閾値Ｉ_１は、予めＥＣＵ３０のメモリに設定されている。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２のみで補機２０に電力を供給する。

このとき、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２の出力電圧を目標電圧として指示する。目標電圧は、例えば補機２０の定格電圧とする。

なお、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１３において、ＤＣＤＣコンバータ１４によって電力供給をしないものの、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電圧をオルタネータ１２に指示した出力電圧よりも若干低い電圧値として指示する。このとき、オルタネータ１２の電位がＤＣＤＣコンバータ１４の電位よりも高くなり、オルタネータ１２からのみ電力供給を行う。このように、電力供給をしないＤＣＤＣコンバータ１４の出力電圧を０と指示しないことによって、例えば次にＤＣＤＣコンバータ１４に所定電圧を出力電圧として指示する際に速やかに所定電圧まで昇圧することができる。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御を実行中でないことを確認する。換言すれば、ＥＣＵ３０は、垂下状態信号により垂下制御中ではないことを確認する。ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御を実行中でない場合は、ステップＳ１５に移行する。ＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御を実行中の場合は、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とを協調させて補機２０に電力を供給する。このとき、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２の出力電流を一定とし、不足分の電流をＤＣＤＣコンバータ１４から供給するように制御する。

具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ３１から検出されるエンジン回転数とマップとに基づいてオルタネータ１２の励磁電流制限値を算出し、算出した励磁電流制限値をオルタネータ１２に指示して高負荷とならない一定の出力電流とする。ここで、マップとは、例えばエンジン回転数と励磁電流制限値との相関を表したものであって予めメモリに記憶されている。

また、ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電圧を指示する。この出力電圧は、例えば補機２０の定格電圧とする。このとき、ＤＣＤＣコンバータ１４からは、電流負荷Ｉａからオルタネータ１２の出力電流（励磁電流制限値）を差し引いた不足分の電流が出力される。

ステップＳ１６において、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とを協調させて補機２０に電力を供給する。このとき、ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流を高負荷とならない一定値とし、不足分の電流をオルタネータ１２から供給する。

具体的には、ＤＣＤＣコンバータ１４では、垂下制御が実行中であるため、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流が垂下制御における所定電流値で一定となる。

また、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２の出力電圧を指示する。この出力電圧は、例えば補機２０の定格電圧である。なお、ＥＣＵ３０は、オルタネータ１２の励磁電流制限値を設定しない。そのため、オルタネータ１２は、出力電流が制限されない。このとき、オルタネータ１２からは、電流負荷ＩａからＤＣＤＣコンバータ１４の出力電流を差し引いた不足分の電流が出力される。

図３を用いて、協調制御において補機２０の電流負荷Ｉ_ａに応じたオルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４との協調による出力電流について説明する。図３では、横軸が補機２０の電流負荷Ｉ_ａを表しており、縦軸がオルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４との協調による出力電流を表している。

図３に示すように、補機２０の電流負荷Ｉ_ａが上述した第１閾値Ｉ_１より小さい場合は、オルタネータ１２のみで補機２０に電力を供給する。また、補機２０の電流負荷Ｉ_ａが第１閾値Ｉ_１以上であって第２閾値Ｉ_２より小さい垂下制御中ではない場合は、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とを協調させると共にオルタネータ１２の電流値を一定として補機２０に電力を供給する。ここで、第２閾値Ｉ_２とは、第１閾値Ｉ_１とＤＣＤＣコンバータ１４が垂下制御を開始する所定電流値との和である。

さらに、補機２０の電流負荷Ｉ_ａが第２閾値Ｉ_２以上の垂下制御中の場合は、オルタネータ１２とＤＣＤＣコンバータ１４とを協調させると共にＤＣＤＣコンバータ１４の電流値を一定として補機２０に電力を供給する。

なお、本発明の車両電源システムは、補機用のみならず、車両の駆動用電源または外部に接続された車両以外の電源としても利用可能である。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

１０ 電源システム、１１ エンジン、１２ オルタネータ、１３ バッテリ、１４ ＤＣＤＣコンバータ、２０ 補機、３０ ＥＣＵ、３１ エンジン回転数センサ、３２ 電流センサ、Ｉ_ａ 補機の電流負荷、Ｉ_ｄ 所定電流値

Claims (1)

1. 並列接続されたオルタネータとＤＣＤＣコンバータとから電力供給対象に電力を供給する車両用電源システムであって、
   前記ＤＣＤＣコンバータが垂下制御中の場合は、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流を一定とし、不足分の電流を前記オルタネータから出力し、
   前記ＤＣＤＣコンバータが前記垂下制御中でない場合は、前記オルタネータの出力電流を一定とし、不足分の電流を前記ＤＣＤＣコンバータから出力する、
   車両用電源システム。
   

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