JP3794224B2 - Vehicle power supply - Google Patents

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電気自動車等の駆動モジュールに適用して好適な車両用電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電気自動車等の車両の駆動モジュールには、三相交流モータを駆動するインバータに電力を供給する電源装置として、バッテリと、そのバッテリの電力を補うパワー供給用キャパシタ(以下、PC)とが搭載されており、これにより、電気自動車の加速性能を改善する技術が採用されている。
【0003】
図7は、車両用電源装置に採用されるバッテリとパワー供給用キャパシタの一般的な出力特性を示す図であり、充電状態(SOC:State of Charge)が定格の100%程度に十分蓄電されている状態においては、PCの端子電圧の方がバッテリの端子電圧より高いため、放電開始初期においてはバッテリの電力を補い加速性能を改善することができる。
【0004】
しかしながら、PCの充電容量はバッテリの充電容量と比較して小さな容量であるため、放電(モータの駆動)を続けるとほどなくPCの端子電圧は急速に低下し、バッテリの端子電圧より低くなってしまうため、PC内のエネルギを効率良く使い切ることができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、例えば特開平9−322314号には、図8に示すように、バッテリ104とPC105とをモータ103の制御用インバータ102に並列に接続すると共に、コンバータ(昇圧回路)101によってPC電圧がバッテリ電圧より小さくなることを防止する技術が提案されている。この昇圧技術は、サイリスタ等のスイッチング素子QSによってPC105の通電を断続させ、これによりコイル(DCL)に生じる過渡電流を利用して、コンバータ101の出力端子電圧を昇圧する技術であり、放電の継続によってPCの端子電圧が低下するのに応じてスイッチング素子QSをスイッチングさせれば、PC105に充電されているエネルギを効率良く使い切ることができる。しかしながら、コンバータ101によって当該機能を実現するためにはDCLの容量をかなり大きくする必要があり、重量増加の一因となることから、移動体である電気自動車に採用するのは現実的でない。
【0006】
また、図9に示すように、切り替えボックス201に設けたスイッチング素子QA,QBを適宜オン・オフさせるにより、力行時には、バッテリ204とPC205とを直列接続で放電させると共に、PC205の出力電圧が0Vに近づいたらバッテリ204だけを選択し、電力回生時には、PC205だけをインバータ202に接続すると共に、PC205の出力電圧が所定の上限値に近づいたらバッテリ204だけを選択する技術が提案されており、この技術によれば、重量増加の要因となるDCLを搭載することなく、PC205のエネルギを使い切ることができるが、PC205には常時電流が流れるため、転極や過電流を防止するためのバイパス回路が別途必要であり、充電時の制約も多い。
【0007】
そこで本発明は、キャパシタの電力を効率良く使用する車両用電源装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両用電源装置は、以下の構成を特徴とする。
【0009】
即ち、例えば化学反応を利用して高電力を充放電可能なバッテリと、該バッテリと比較して小電力を短時間で充放電可能なキャパシタとを備える車両用電源装置であって、前記キャパシタの端子電圧を検出する検出手段と、前記バッテリと前記キャパシタとの電気的な接続状態を、前記キャパシタの放電時の端子電圧が所定値より大きいときには並列接続に切り替えると共に、該所定値より小さいときには直列接続に切り替える切り替え手段と、を備え、該所定値を前記バッテリの端子電圧よりも大きく設定したことを特徴とする。
【0014】
【発明の効果】
上記の本発明によれば、キャパシタの電力を効率良く使用する車両用電源装置の提供が実現する。
【0015】
即ち、請求項1の発明によれば、前記バッテリと前記キャパシタとの電気的な接続状態が前記キャパシタの放電時の端子電圧に応じて並列接続または直列接続に切り替えられるためそのキャパシタの電力を効率良く使用することができる。特に、前記接続状態を、前記キャパシタの放電時の端子電圧が所定値より大きいときには並列接続に切り替えると共に、該所定値より小さいときには直列接続に切り替え、該所定値を前記バッテリの端子電圧よりも大きく設定することで、何れの接続状態においても前記キャパシタに充電されているエネルギを効率良く放電させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用電源装置を、電気自動車の駆動モジュールに適用した実施形態として、図面を参照して詳細に説明する。
【0020】
図1は、本実施形態における車両用電源装置のシステム構成を示す図である。
【0021】
同図において、インバータ2は、三相交流モータ3の回転を制御する。バッテリ4は、高電力を化学反応を利用して充放電可能な主電源であり、インバータ2の入力端子に接続されると共に、切り替えユニット1の端子T3及びT4にも接続されいる。PC5は、バッテリ4と比較して小電力を短時間で充放電可能な電気2重層コンデンサ等を利用した補助電源であり、切り替えユニット1の端子T1及びT2に接続されいる。切り替えユニット1は、電子制御ユニット(ECU)10の制御に従って、バッテリ4とPC5との電気的な接続状態を、直列接続または並列接続に切り替えることができる。
【0022】
即ち、切り替えユニット1には、PC5の通電を断続させるサイリスタ等のスイッチング素子Qs1及びQs2、その断続する電流によって過渡電流を発生させるコイル(DCL)、そして、バッテリ4とPC5とを直列接続または並列接続に切り替えるスイッチング素子Q1乃至Q4が設けられている。これらのスイッチング素子は、ECU1に備えられたマイクロコンピュータ(不図示)により、後述する如く適宜オン・オフが制御され、これにより、PC5の端子電圧の昇圧動作、並びにバッテリ4及びPC5の接続切り替え動作が実現する。
【0023】
次に、並列接続と直列接続とを切り替えるタイミングについて説明する。
【0024】
図4は、本実施形態における車両用電源装置の回路切り替え動作とPCの端子電圧との関係を説明する図であり、同図に示す負の傾きの直線は、放電を継続するのに応じて端子電圧が低下する一般的なパワー供給用キャパシタの出力特性を示す。
【0025】
本実施形態では、係る出力特性を有するPC5の端子電圧が、所定の上限値にある充電状態(即ち、SOCが定格の100%程度に十分蓄電されている状態)から放電(モータ3の駆動)が継続されることにより、PC5の端子電圧が所定のしきい値V1に低下するまではバッテリ4とPC5とを並列に接続しておき、当該しきい値V1より小さくなったときには、バッテリ4とPC5とを直列接続に切り替えて使用する。この場合、当該しきい値V1は、バッテリ4の端子電圧より大きく設定しておけば、並列接続時にはバッテリ4の端子電圧よりPC5の端子電圧が高く、直列接続時にはバッテリ4の端子電圧とPC5の端子電圧とが加算された状態となるため、何れの接続状態においてもPC5内に充電されているエネルギを効率良く放電させることができる。
【0026】
また、しきい値V1は、大きな値に設定する程、DCLの容量及び物理的な大きさを小さくすることができるため、軽量化を求められる移動体の電源装置としては望ましい。しかしながら、並列接続から直列接続に切り替えた際には、インバータ2に印加される入力電圧が、並列状態における合成電圧から、バッテリ4の端子電圧とPC5の端子電圧(=しきい値V1)との加算電圧に急変することになるため、当該しきい値V1を大きな値に設定する程、インバータ2には大きな電位差が印加されてしまうため、インバータ2に悪影響を与えると共に、車両の乗り心地に影響を与えるモータ3のトルク変動の要因ともなる。従って、しきい値V1の設定については、インバータ2の定格(性能)により許容される範囲であって、且つ体感的に許容されるトルク変動の範囲内で、できるだけ大きな電圧値とすると良い。
【0027】
次に、並列接続時及び直列接続時の動作状態について説明する。
【0028】
図2は、本実施形態における車両用電源装置の並列接続時の電流の流れを説明する図であり、このときの放電電流の流れを、図2に矢印で示す。
【0029】
同図において、スイッチング素子Q1はオフ状態、スイッチング素子Q2は導通状態、スイッチング素子Q3はオフ状態、そして、スイッチング素子Q4は導通状態に設定されることにより、バッテリ4とPC5とは、電気的に並列接続の状態にある。
【0030】
また、この並列接続の状態において、スイッチング素子Qs1及びQs2は、PC5の端子電圧が低下するのに応じてスイッチングを繰り返す。これにより、そのスイッチング動作に応じてPC5の通電がDCLにおいて断続される状態となり、DCLには過渡電流が生じるため、PC5の端子電圧は昇圧された状態となり、且つ上記のようにスイッチング素子Q2は導通状態に設定されているため、切り替えユニット1の端子T3における端子電圧は、常にバッテリ4の端子電圧より高い状態に維持される。
【0031】
図3は、本実施形態における車両用電源装置の直列接続時の電流の流れを説明する図であり、このときの放電電流の流れを、図3に矢印で示す。
【0032】
同図において、スイッチング素子Q1はオフ状態、スイッチング素子Q2はオフ状態、スイッチング素子Q3は導通状態、そして、スイッチング素子Q4はオフ状態に設定されると共に、スイッチング素子Qs1及びQs2は、何れもオフ状態に設定されることにより、バッテリ4とPC5とは、電気的に直列接続の状態にある。
【0033】
このように、バッテリ4とPC5との電気的な接続状態を、PC5の充電量に応じて、切り替えユニット1によって直列接続、または並列接続に切り替えれば、PC5の電気エネルギを効率良く使用する(使い切る)ことができる。
【0034】
次に、上述した切り替えユニット1による電源切り替え制御を、電気自動車の登坂走行時に適用した場合について説明する。
【0035】
図5は、本実施形態における車両用電源装置を搭載した電気自動車の登坂走行時の電源切り替え制御を説明する図である。
【0036】
まず、アクセル開度αの変化量が略0の定常走行時においては、並列接続を選択すると共に、登坂走行を開始した初期の段階においては、一般に、同図に示すように乗員によるアクセル開度αの変化量が大きくなるため、要求される走行出力(登坂能力)を実現すべく、並列接続から直列接続に切り替える。
【0037】
そして、登坂走行が終了する後期の段階においては、乗員はアクセル開度αを、登坂走行を開始する以前の定常走行時のアクセル開度、或いはその開度より小さなアクセル開度にまで抑制するのが一般的であるため、このタイミングで直列接続から並列接続に切り替える。
【0038】
図6は、本実施形態における車両用電源装置を搭載した電気自動車の電源切り替え処理を示すフローチャートであり、ECU10の不図示のCPUが実行する制御手順を示す。
【0039】
同図において、ステップS1〜ステップS3:不図示のナビゲーションユニットからナビゲーション情報(或いは道路側のインフラから道路に関する情報を入手しても良い)を入手し(ステップS1)、その入手した情報に基づいて、自車両が登坂走行を行っているか否かを判断し(ステップS2)、この判断でNOのとき(登坂走行は行っていないとき)にはステップS10に進み、YES(登坂走行中)のときには、当該入手情報に基づいて現在走行中の登坂の長さを判定する(ステップS3)。
【0040】
尚、ステップS3における登坂の長さ判定は、現在までの所定期間におけるアクセル開度αの移動平均値を制御周期毎に算出すると共に、ある程度の長さを越える登り坂を走行するときにはアクセルを大きく踏み込むというドライバの一般的な運転特性を利用して、その算出した移動平均値が所定値を越えた場合には長い登坂であると判断しても良い。
【0041】
ステップS4,ステップS5:ステップS3にて判定した登坂の長さが所定距離より長いか否かを判断し(ステップS4)、この判断でNOのとき(登坂が所定距離より短いとき)にはステップS10に進み、YESのとき(登坂が所定距離より長いとき)には、所定期間におけるアクセル開度αの変化量が所定値Δαより大きいか否かを判断する(ステップS5)。
【0042】
ステップS6:ステップS5にてアクセル開度αの変化量が所定値Δαより小さいと判断されたので、本ステップでは、内部フラグFLが1であるかを判断し、この判断でNO(FL=0)のときにはステップS10に進み、YES(FL=1)のときにはステップS7に進む。この内部フラグFLは、前回の制御周期におけるステップS5の判断でアクセル開度αの変化量が所定値Δαを越えていたことを記憶するための処理フラグであり、図5に期間Pで示すように、登坂走行の初期においてはアクセルが大きく踏み込まれ、その後アクセルの踏み込みを少々戻すというドライバの一般的な運転特性があるため、登坂走行を開始したので直列接続にして間もないのに、アクセルが戻されたタイミングで再び並列接続に切り替えられることを防止するために利用される。
【0043】
ステップS7,ステップS8:ステップS5にてアクセル開度αの変化量が所定値Δαより大きいと判断された、或いはステップS5にてFL=1と判断されたので、本ステップでは、バッテリ4とPC5とを直列接続する(或いは直列接続を維持する)ことを決定し(ステップS7)、内部フラグFLを1に設定する(ステップS8)。
【0044】
ステップS9,ステップS12:PC5の現時点における充電量(蓄電量)が所定値PCoより少ないか否かを判断し(ステップS9)、この判断でYES(充電量<PCo)のときには、現時点で既に直列接続の場合にはこれ以上直列接続を維持しているとPC5の転充電のおそれがあるため並列接続設定を行うべくステップS10に進み、NO(充電量≧PCo)のときには、アクセル開度αが所謂略全閉(踏み込み量が略ゼロ)の状態かを判断すべく、アクセル開度αが所定値α1より小さいかを判断する(ステップS12)。
【0045】
そして、ステップS12の判断でYES(α<α1)のときにはステップS10に進み、NO(α≧α1)のときには、自車両の登坂走行が継続されていると判断されるためステップS13に進む。
【0046】
ここで、ステップS12にてアクセル開度αが所定値α1より小さいと判断したときに並列接続設定を行うべくステップS10に進む理由について説明すれば、アクセル開度αが略全閉状態であるという状況は、自車両の登坂走行が略終了に近づき、ドライバがアクセルの踏み込みを緩めて平地走行のための速度調整を開始したことによって減速等が起こり、インバータ2及びモータ3による電力回生動作が開始される可能性が有ると判断することができ、インバータ2から出力される回生電力をバッテリ4と比較して短時間で充電可能なPC5に高効率で充電するためには、直列接続の状態より並列接続が望ましいからである。
【0047】
ステップS10,ステップS11:バッテリ4とPC5とを並列接続する(或いは並列接続を維持する)ことを決定し(ステップS10)、内部フラグFLを0に設定し(ステップS11)、ステップS15に進む。尚、ステップS10では、バッテリ4によるPC5の充電を開始すると良い。
【0048】
ステップS13:PC5の現時点における充電量が所定値PCoより大きく、且つ所定値PC1より少ないか否かを判断し、この判断でYES(PCo<充電量<PC1)のときにはステップS14に進み、NO(充電量>PC1)のときには、PC5の現時点における充電量が十分であると判断できるためステップS7にて決定した直列接続を実行(または維持)すべくステップS15に進む。ここで、所定値PC1は、PC5の定格のフル充電量の25%程度の値に設定すれば良い。
【0049】
ステップS14:自車両の車速Vが所定値V1より大きいか否かを判断し、この判断でYES(V>V1)のときには、直列接続の状態から並列接続に切り替えても発生するトルクショックは小さく、乗員は違和感を感じないと判断できるため、並列接続設定を行うべくステップS10に進み、NO(V≦V1)のときには、ステップS7にて決定した直列接続を実行(または維持)すべくステップS15に進む。
【0050】
ステップS15:ステップS8またはステップS11にて設定された内部フラグFLの状態に応じて、切り替えユニット1のスイッチング素子Q1乃至Q4の動作状態を、図2及び図3を参照して上述した如く、直列接続または並列接続に制御し、リターンする。また、本ステップにおいて並列接続に切り替えた場合には、PC5の端子電圧の降下に応じてスイッチング素子Qs1及びQs2のスイッチング周波数を制御することにより、切り替えユニット1の端子T3における昇圧動作も実行する。
【0051】
尚、上記の切り替え制御処理において、並列接続から直列接続に切り替えるタイミングを、ナビ情報等により予め検出可能な上り坂の開始位置、或いはその手前近傍の位置に設定せず、アクセルが大きく踏み込まれて高加速(高出力)を開始してからに設定しているのは、一般的な乗員の特性として、定常走行時と比較して加速状態の場合のほうが乗員のトルクショックに対する許容範囲が大きいからである。
【0052】
また、上記のステップS9及びステップS13の判断は、充電量にて行うのではなく、PC5の端子電圧を、所定の電圧と比較しても良い。
【0053】
このように、上記の切り替え制御処理によれば、車両の走行状態に応じてバッテリ4とPC5との電気的な接続が切り替えユニット1によって適宜切り替えられるため、PC5の電気エネルギを効率良く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態における車両用電源装置のシステム構成を示す図である。
【図2】本実施形態における車両用電源装置の並列接続時の電流の流れを説明する図である。
【図3】本実施形態における車両用電源装置の直列接続時の電流の流れを説明する図である。
【図4】本実施形態における車両用電源装置の回路切り替え動作とPCの端子電圧との関係を説明する図である。
【図5】本実施形態における車両用電源装置を搭載した電気自動車の登坂走行時の電源切り替え制御を説明する図である。
【図6】本実施形態における車両用電源装置を搭載した電気自動車の電源切り替え処理を示すフローチャートである。
【図7】車両用電源装置に採用されるバッテリとパワー供給用キャパシタの一般的な出力特性を示す図である。
【図8】従来例としての車両用電源装置のシステム構成を示す図である(並列接続の例)。
【図9】従来例としての車両用電源装置のシステム構成を示す図である(直列接続の例)。
【符号の説明】
1:切り替えユニット,
2,102,202:インバータ,
3,103,203:モータ,
4,104,204:バッテリ,
5,105,205:パワー供給用キャパシタ(PC),
10:電子制御ユニット(ECU),
201:切り替えボックス,
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicular power supply device suitable for application to a drive module such as an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a drive module of a vehicle such as an electric vehicle has a battery and a power supply capacitor (hereinafter referred to as a PC) that supplements the battery power as a power supply device that supplies power to an inverter that drives a three-phase AC motor. The technology which improves the acceleration performance of an electric vehicle by this is adopted.
[0003]
FIG. 7 is a diagram showing general output characteristics of a battery and a power supply capacitor that are employed in the vehicle power supply device. The state of charge (SOC) is sufficiently charged to about 100% of the rating. In this state, since the terminal voltage of the PC is higher than the terminal voltage of the battery, the power of the battery can be supplemented and the acceleration performance can be improved at the beginning of the discharge.
[0004]
However, since the charge capacity of the PC is small compared to the charge capacity of the battery, the terminal voltage of the PC quickly decreases as soon as discharging (motor driving) continues, and becomes lower than the terminal voltage of the battery. Therefore, the energy in the PC cannot be used up efficiently.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-322314, as shown in FIG. 8, a battery 104 and a PC 105 are connected in parallel to a control inverter 102 of a motor 103, and a PC voltage is changed by a converter (boost circuit) 101. A technique for preventing the voltage from becoming smaller than the voltage has been proposed. This boosting technique is a technique in which energization of the PC 105 is interrupted by a switching element QS such as a thyristor, thereby boosting the output terminal voltage of the converter 101 by using a transient current generated in a coil (DCL), and the discharge is continued. By switching the switching element QS according to the decrease in the PC terminal voltage, the energy charged in the PC 105 can be used up efficiently. However, in order to realize this function by the converter 101, it is necessary to increase the capacity of the DCL considerably, which contributes to an increase in weight. Therefore, it is not realistic to employ it in an electric vehicle that is a moving body.
[0006]
In addition, as shown in FIG. 9, by switching on and off the switching elements QA and QB provided in the switching box 201 as appropriate, the battery 204 and the PC 205 are discharged in series connection during power running, and the output voltage of the PC 205 is 0V. When only the battery 204 is selected, and only the PC 205 is connected to the inverter 202 during power regeneration, and only the battery 204 is selected when the output voltage of the PC 205 approaches a predetermined upper limit value. According to the technology, it is possible to use up the energy of the PC 205 without mounting a DCL that causes an increase in weight, but since a current always flows through the PC 205, there is a bypass circuit for preventing inversion and overcurrent. It is necessary separately and there are many restrictions when charging.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle power supply device that efficiently uses the power of a capacitor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a vehicle power supply device according to the present invention is characterized by the following configuration.
[0009]
That is, for example, a vehicle power supply device including a battery capable of charging / discharging high power using a chemical reaction and a capacitor capable of charging / discharging small power in a short time compared to the battery, The detection means for detecting the terminal voltage and the electrical connection state between the battery and the capacitor are switched to parallel connection when the terminal voltage at the time of discharging the capacitor is greater than a predetermined value, and in series when the terminal voltage is smaller than the predetermined value. Switching means for switching to connection, and the predetermined value is set to be larger than the terminal voltage of the battery .
[0014]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a vehicle power supply device that efficiently uses the power of the capacitor.
[0015]
That is, according to the invention of claim 1, the electrical connection between the battery and the capacitor, because it is switched to the parallel connection or serial connection in accordance with the terminal voltage during discharge of the capacitor, the power of the capacitor Can be used efficiently. In particular, the connection state is switched to parallel connection when the terminal voltage at the time of discharging the capacitor is greater than a predetermined value, and is switched to series connection when the terminal voltage is smaller than the predetermined value, and the predetermined value is greater than the terminal voltage of the battery. By setting, the energy charged in the capacitor can be efficiently discharged in any connection state.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a vehicle power supply device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an embodiment in which the vehicle power supply device is applied to a drive module of an electric vehicle.
[0020]
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of a vehicle power supply device according to the present embodiment.
[0021]
In the figure, an inverter 2 controls the rotation of a three-phase AC motor 3. The battery 4 is a main power source capable of charging and discharging high power using a chemical reaction, and is connected to the input terminal of the inverter 2 and also connected to the terminals T3 and T4 of the switching unit 1. The PC 5 is an auxiliary power source using an electric double layer capacitor or the like that can charge and discharge a small amount of electric power in a short time compared to the battery 4, and is connected to the terminals T 1 and T 2 of the switching unit 1. The switching unit 1 can switch the electrical connection state between the battery 4 and the PC 5 to a series connection or a parallel connection according to the control of the electronic control unit (ECU) 10.
[0022]
That is, the switching unit 1 includes switching elements Qs1 and Qs2 such as thyristors for intermittently energizing the PC5, a coil (DCL) for generating a transient current by the intermittent current, and the battery 4 and the PC5 connected in series or in parallel. Switching elements Q1 to Q4 for switching to connection are provided. These switching elements are appropriately turned on and off as will be described later by a microcomputer (not shown) provided in the ECU 1, thereby boosting the terminal voltage of the PC 5 and switching the connection between the battery 4 and the PC 5. Is realized.
[0023]
Next, the timing for switching between parallel connection and series connection will be described.
[0024]
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the circuit switching operation of the vehicle power supply device and the terminal voltage of the PC in the present embodiment, and the negative slope straight line shown in FIG. 4 corresponds to the continuous discharge. The output characteristic of a general power supply capacitor in which the terminal voltage decreases is shown.
[0025]
In this embodiment, the terminal voltage of the PC 5 having such output characteristics is discharged from the charged state (that is, the state where the SOC is sufficiently charged to about 100% of the rated value) at the predetermined upper limit value (drive of the motor 3). Until the terminal voltage of the PC 5 drops to the predetermined threshold value V1, the battery 4 and the PC 5 are connected in parallel. When the terminal voltage becomes smaller than the threshold value V1, the battery 4 and PC5 is used by switching to serial connection. In this case, if the threshold value V1 is set larger than the terminal voltage of the battery 4, the terminal voltage of the PC5 is higher than the terminal voltage of the battery 4 when connected in parallel, and the terminal voltage of the battery 4 and the terminal voltage of the PC5 when connected in series. Since the terminal voltage is added, the energy charged in the PC 5 can be efficiently discharged in any connection state.
[0026]
Further, as the threshold value V1 is set to a larger value, the capacity and physical size of the DCL can be reduced. Therefore, the threshold value V1 is desirable as a power supply device for a mobile body that is required to be reduced in weight. However, when switching from the parallel connection to the serial connection, the input voltage applied to the inverter 2 is determined from the combined voltage in the parallel state between the terminal voltage of the battery 4 and the terminal voltage of the PC 5 (= threshold value V1). Since the voltage suddenly changes to the added voltage, the larger the threshold value V1 is set, the larger the potential difference is applied to the inverter 2, which adversely affects the inverter 2 and affects the riding comfort of the vehicle. It also becomes a factor of torque fluctuation of the motor 3 that gives Therefore, the threshold value V1 is preferably set to a voltage value as large as possible within the range allowed by the rating (performance) of the inverter 2 and within the range of torque fluctuations that are perceptible.
[0027]
Next, the operation state at the time of parallel connection and series connection will be described.
[0028]
FIG. 2 is a diagram illustrating the flow of current when the vehicle power supply device according to the present embodiment is connected in parallel, and the flow of the discharge current at this time is indicated by an arrow in FIG.
[0029]
In the figure, the switching element Q1 is turned off, the switching element Q2 is turned on, the switching element Q3 is turned off, and the switching element Q4 is turned on, so that the battery 4 and the PC 5 are electrically connected. It is in the state of parallel connection.
[0030]
In this parallel connection state, the switching elements Qs1 and Qs2 repeat switching as the terminal voltage of the PC 5 decreases. As a result, the energization of the PC 5 is interrupted in the DCL according to the switching operation, and a transient current is generated in the DCL. Therefore, the terminal voltage of the PC 5 is boosted, and the switching element Q2 is Since the conductive state is set, the terminal voltage at the terminal T3 of the switching unit 1 is always maintained at a higher level than the terminal voltage of the battery 4.
[0031]
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of current when the vehicle power supply device according to this embodiment is connected in series. The flow of the discharge current at this time is indicated by an arrow in FIG.
[0032]
In the figure, the switching element Q1 is turned off, the switching element Q2 is turned off, the switching element Q3 is turned on, and the switching element Q4 is turned off, and the switching elements Qs1 and Qs2 are both turned off. Thus, the battery 4 and the PC 5 are electrically connected in series.
[0033]
Thus, if the electrical connection state of the battery 4 and the PC 5 is switched to the serial connection or the parallel connection by the switching unit 1 according to the charge amount of the PC 5, the electric energy of the PC 5 is used efficiently (use up). )be able to.
[0034]
Next, the case where the power supply switching control by the switching unit 1 described above is applied when the electric vehicle is traveling uphill will be described.
[0035]
FIG. 5 is a diagram for explaining power supply switching control when the electric vehicle equipped with the vehicle power supply device according to the present embodiment travels uphill.
[0036]
First, in steady running where the amount of change in the accelerator opening α is substantially zero, parallel connection is selected, and generally in the initial stage of starting uphill driving, the accelerator opening by the occupant is generally shown in FIG. Since the amount of change of α becomes large, the connection is switched from the parallel connection to the series connection in order to achieve the required traveling output (climbing ability).
[0037]
In the later stage when the climbing is finished, the occupant suppresses the accelerator opening α to the accelerator opening at the time of steady traveling before starting the climbing or to an accelerator opening smaller than the opening. Therefore, switching from series connection to parallel connection is performed at this timing.
[0038]
FIG. 6 is a flowchart showing a power supply switching process for an electric vehicle equipped with the vehicle power supply device in the present embodiment, and shows a control procedure executed by a CPU (not shown) of the ECU 10.
[0039]
In the figure, Steps S1 to S3: Obtain navigation information (or information on roads from the road side infrastructure) from a navigation unit (not shown) (Step S1), and based on the obtained information. Then, it is determined whether or not the host vehicle is traveling uphill (step S2). When the determination is NO (when the vehicle is not traveling uphill), the process proceeds to step S10, and when the vehicle is YES (uphill traveling). Based on the obtained information, the length of the uphill currently traveling is determined (step S3).
[0040]
In step S3, the climbing length is determined by calculating the moving average value of the accelerator opening α in a predetermined period until the present time for each control cycle, and increasing the accelerator when traveling on an uphill exceeding a certain length. By using the general driving characteristic of the driver to depress, when the calculated moving average value exceeds a predetermined value, it may be determined that the climb is long.
[0041]
Step S4, Step S5: It is determined whether or not the length of the uphill determined in Step S3 is longer than a predetermined distance (Step S4). If this determination is NO (when the uphill is shorter than the predetermined distance), a step is performed. Proceeding to S10, if YES (when the uphill is longer than the predetermined distance), it is determined whether or not the change amount of the accelerator opening α in the predetermined period is larger than a predetermined value Δα (step S5).
[0042]
Step S6: Since it is determined in step S5 that the change amount of the accelerator opening α is smaller than the predetermined value Δα, it is determined in this step whether the internal flag FL is 1, and this determination is NO (FL = 0) ), The process proceeds to step S10, and if YES (FL = 1), the process proceeds to step S7. The internal flag FL is a processing flag for storing that the amount of change in the accelerator opening α exceeds the predetermined value Δα in the determination of step S5 in the previous control cycle, as indicated by a period P in FIG. In addition, there is a general driving characteristic of the driver that the accelerator is greatly depressed in the initial stage of climbing, and then the accelerator is depressed slightly. This is used to prevent switching to parallel connection again at the timing when is returned.
[0043]
Steps S7 and S8: Since it is determined that the change amount of the accelerator opening α is larger than the predetermined value Δα in step S5 or FL = 1 in step S5, the battery 4 and the PC 5 are determined in this step. Are connected in series (or maintained in series) (step S7), and the internal flag FL is set to 1 (step S8).
[0044]
Steps S9 and S12: It is determined whether or not the current charge amount (storage amount) of the PC 5 is smaller than a predetermined value PCo (step S9). If YES (charge amount <PCo) in this determination, the current serial amount is already in series. In the case of connection, if the serial connection is maintained more than this, the PC 5 may be recharged, so the process proceeds to step S10 to set the parallel connection. When NO (charge amount ≧ PCo), the accelerator opening α is In order to determine whether or not it is in a so-called substantially fully closed state (depression amount is substantially zero), it is determined whether the accelerator opening α is smaller than a predetermined value α1 (step S12).
[0045]
When the determination in step S12 is YES (α <α1), the process proceeds to step S10. When NO (α ≧ α1), it is determined that the vehicle is continuing to climb up, the process proceeds to step S13.
[0046]
Here, if it is determined in step S12 that the accelerator opening α is smaller than the predetermined value α1, the reason for proceeding to step S10 to perform parallel connection setting will be described. The accelerator opening α is substantially fully closed. The situation is that the climbing of the vehicle is almost finished, and the driver slows down the accelerator and starts adjusting the speed for traveling on flat ground, causing deceleration and the like, and the power regeneration operation by the inverter 2 and the motor 3 starts. In order to charge the regenerative power output from the inverter 2 to the PC 5 that can be charged in a short time compared to the battery 4 with high efficiency, the state of the series connection This is because parallel connection is desirable.
[0047]
Step S10, Step S11: It is determined that the battery 4 and the PC 5 are connected in parallel (or maintained in parallel) (Step S10), the internal flag FL is set to 0 (Step S11), and the process proceeds to Step S15. In step S10, charging of the PC 5 by the battery 4 may be started.
[0048]
Step S13: It is determined whether or not the current charge amount of PC5 is larger than the predetermined value PCo and smaller than the predetermined value PC1, and if this determination is YES (PCo <charge amount <PC1), the process proceeds to step S14, and NO ( When the charge amount> PC1), it can be determined that the current charge amount of the PC5 is sufficient, so the process proceeds to step S15 to execute (or maintain) the series connection determined in step S7. Here, the predetermined value PC1 may be set to a value of about 25% of the rated full charge amount of PC5.
[0049]
Step S14: It is determined whether or not the vehicle speed V of the host vehicle is greater than a predetermined value V1, and when this determination is YES (V> V1), the torque shock that occurs even when switching from the serial connection state to the parallel connection is small. Since it can be determined that the occupant does not feel uncomfortable, the process proceeds to step S10 to perform parallel connection setting. When NO (V ≦ V1), step S15 is performed to execute (or maintain) the serial connection determined in step S7. Proceed to
[0050]
Step S15: Depending on the state of the internal flag FL set in Step S8 or Step S11, the operation states of the switching elements Q1 to Q4 of the switching unit 1 are set in series as described above with reference to FIGS. Control connection or parallel connection and return. Further, when switching to parallel connection in this step, the step-up operation at the terminal T3 of the switching unit 1 is also executed by controlling the switching frequency of the switching elements Qs1 and Qs2 according to the drop in the terminal voltage of the PC5.
[0051]
In the switching control process described above, the timing for switching from parallel connection to serial connection is not set at the start position of the uphill that can be detected in advance by navigation information or the position near it, and the accelerator is greatly depressed. The reason for setting after starting high acceleration (high output) is that, as a general occupant characteristic, the tolerance range for occupant torque shock is greater in the acceleration state than in steady driving. It is.
[0052]
Further, the determinations in step S9 and step S13 described above may be made by comparing the terminal voltage of the PC 5 with a predetermined voltage instead of performing the determination based on the charge amount.
[0053]
Thus, according to the switching control process described above, the electrical connection between the battery 4 and the PC 5 is appropriately switched by the switching unit 1 in accordance with the traveling state of the vehicle, so that the electrical energy of the PC 5 can be used efficiently. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a vehicle power supply device according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining a current flow when the vehicle power supply device according to the present embodiment is connected in parallel.
FIG. 3 is a diagram illustrating a current flow when the vehicle power supply device according to the present embodiment is connected in series.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the circuit switching operation of the vehicle power supply device and the terminal voltage of the PC in the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining power supply switching control during uphill running of an electric vehicle equipped with a vehicle power supply device according to the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing power source switching processing of an electric vehicle equipped with the vehicle power source device in the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing general output characteristics of a battery and a power supply capacitor employed in the vehicle power supply device.
FIG. 8 is a diagram showing a system configuration of a conventional vehicle power supply device (example of parallel connection).
FIG. 9 is a diagram showing a system configuration of a vehicle power supply device as a conventional example (example of series connection).
[Explanation of symbols]
1: Switching unit,
2, 102, 202: inverter,
3, 103, 203: motor,
4, 104, 204: battery,
5, 105, 205: Power supply capacitor (PC),
10: Electronic control unit (ECU),
201: switching box,

Claims (1)

高電力を充放電可能なバッテリと、該バッテリと比較して小電力を短時間で充放電可能なキャパシタとを備える車両用電源装置であって、
前記キャパシタの端子電圧を検出する検出手段と、
前記バッテリと前記キャパシタとの電気的な接続状態を、前記キャパシタの放電時の端子電圧が所定値より大きいときには並列接続に切り替えると共に、該所定値より小さいときには直列接続に切り替える切り替え手段と、
を備え
該所定値を前記バッテリの端子電圧よりも大きく設定したことを特徴とする車両用電源装置。
A power supply device for a vehicle comprising a battery capable of charging and discharging high power and a capacitor capable of charging and discharging small power in a short time compared to the battery,
Detecting means for detecting a terminal voltage of the capacitor;
Switching means for switching an electrical connection state between the battery and the capacitor to a parallel connection when a terminal voltage at the time of discharging of the capacitor is larger than a predetermined value, and to switch to a serial connection when smaller than the predetermined value ;
Equipped with a,
The vehicle power supply device , wherein the predetermined value is set to be larger than a terminal voltage of the battery .
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