JP4292824B2 - Vehicle power supply - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来のエンジン車の車両用電源装置では、車両用交流発電機内蔵のレギュレータが電圧フィードバック制御、すなわち検出した電源ライン電圧を目標電圧値に収束させるフィードバック制御により車両電源の電源ライン電圧を所定範囲（所定値を含む）に維持している。すなわち、従来の電源ライン電圧の制御は、電圧フィードバックによる発電制御により、行われている。また、特許文献１は、この電源ライン電圧を車両動作に応じて変更することを開示している。
【０００３】
上記した従来の車両用電源装置に採用されている電圧フィードバックによる発電制御では、電源ライン電圧が目標電圧値から上又は下に一時的に外れることが知られている。このような電源ライン電圧の変動は、電源ラインから給電される機器すなわち電気負荷、特に電子制御機器など電源電圧変動を嫌う電気負荷にとって有害であり、このため、給電された電源電圧を定電圧化する定電圧回路をこの種の機器に内蔵させることが行われている。しかし、この方法は高コストのうえ電源ライン電圧変動抑止効果が定電圧回路をもつ電気負荷に限られ、更に定電圧回路の電力損失も問題となる。
【０００４】
上記した電源ライン電圧の変動現象について更に説明する。
【０００５】
従来の電圧フィードバックによる発電制御下において大電力負荷が突然駆動されると、電圧フィードバックによる発電制御が遅れるためバッテリから電力が持出されることになるが、バッテリの内部抵抗等によりバッテリ端子電圧が下がって、電源ライン電圧が低下する。逆に、大電力負荷が突然遮断されると、電圧フィードバックによる発電制御が遅れるためバッテリに電力が流入することになるが、バッテリの内部抵抗等によりバッテリ端子電圧が上がって、電源ライン電圧が増加する。このため、従来においては、大電力負荷を駆動するドライブ回路にチョークコイルやコンデンサ等を追加することにより、電源ライン電圧の変動を低下させることも行われている。しかし、この方法は高コストのうえ電源ライン電圧変動抑止効果が限られているという問題を有している。
【０００６】
また、特許文献２は、電源ライン電圧と目標電圧との差を求め、この差から追加電力（マイナスの場合もある）すなわち過不足電力を求め、この追加電力を発電制御もしくは負荷消費電力制御により生み出すことを提案している。しかしながら、この方法も本質的にフィードバック制御を採用するため、制御遅れにより電源ライン電圧が所定の基準電圧範囲からずれてしまう場合があった。
【０００７】
また、従来のハイブリッド車の車両用電源装置においてはバッテリを中間容量であるＳＯＣ一定範囲（たとえばＳＯＣ４０〜６０％）にて運転する制御（ＳＯＣ一定範囲制御と称する）を行っており、電源ライン電圧はこのＳＯＣ一定範囲に対応するバッテリ電圧の範囲に制御される。この変形として、特許文献３は、車速に応じてＳＯＣの目標値を決定し、ＳＯＣの検出値と目標値との差に応じて発電量を決定するＳＯＣ制御を提案している。
【０００８】
しかしながら、この種の従来のＳＯＣ一定範囲制御では、発電量が大きく変化すると電源ライン電圧が大きく変化してしまうという問題があった。すなわち、ＳＯＣを４０〜６０％範囲に制御したとしても、電源ライン電圧は、ＳＯＣ４０％での許容最大放電電流値の放電時に最小となり、ＳＯＣ６０％での許容最大充電電流値の充電時に最大となり、この間の電源ライン電圧の変動はある種の電気負荷において許容できない電源電圧変動となった。
【０００９】
そこで、特許文献４は、バッテリ電圧が所定値より低下した場合にその放電可能な最大放電電力を制限し、バッテリ電圧が所定値より増加した場合にその充電可能な最大充電電力を制限することを提案している。この方式によれば、電源ライン電圧の変動を低減できるものの、これは電源ライン電圧が所望の基準電圧範囲にあることを保証するものではなく、更に、たとえばバッテリ電圧が所定値より低下した場合にその放電可能な最大放電電力を制限を開始したとしても、制御の遅れによりこの低いバッテリ電圧において放電電力が大きい場合には一時的に想定以上の電源ライン電圧低下が生じてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電源ライン電圧を所定の基準電圧範囲に保持しつつ、電力の生産、消費の制御も良好に管理可能な車両用電源装置を提供することを、その目的としている。
【００１１】
【特許文献１】
実開昭５２−１３４６０７号公報
【特許文献２】
特表平１３−５０５８４７号公報
【特許文献３】
特開平１１−１６４４０２号公報
【特許文献４】
特開平９−２１５１１１号公報
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用電源装置は、電源ラインを通じて電気負荷に電力を給電するバッテリと、前記電源ラインを通じて前記バッテリおよび前記電気負荷に給電する発電機と、前記発電機の発電電力又は前記電気負荷の消費電力を制御する制御装置とを備える車両用電源装置において、
前記電源ラインの電圧の目標制御範囲である基準電圧範囲の下限を電圧下限指令値、前記基準電圧範囲の上限を電圧上限指令値とし、前記電圧下限指令値に対応する電力を好適最大放電電力とし、前記電圧上限指令値に対応する電力を好適最大充電電力として、前記好適最大放電電力と前記好適最大充電電力とにより規定される範囲を前記バッテリの好適充放電電力範囲とし、前記電源ラインの電圧を前記基準電圧範囲内に維持することを指令する信号であり、外部から前記制御装置に入力されるあるいは前記制御装置が決定する信号を電源ライン電圧指令値として、前記好適最大放電電力は、前記バッテリから出力可能な最大放電電流に対応する前記バッテリの許容最大放電電力より小さく設定される電力であって、前記電圧下限指令値は、前記許容最大放電電力のときの前記バッテリ電圧の値である最小電圧より大きく設定される電圧であり、前記好適最大充電電力は、前記バッテリに入力可能な最大充電電流に対応する前記バッテリの許容最大充電電力より小さく設定される電力であって、電圧上限指令値は、前記許容最大充電電力のときの前記バッテリ電圧の値である最大電圧より小さく設定される電圧であり、前記制御装置は、前記好適充放電電力範囲と前記電圧上限指令値及び前記電圧下限指令値との関係を予め記憶しており、
前記制御装置は、前記電源ライン電圧指令値、又は、車両の加減速に関連する検出値を定期的に読み込み、定期的に読み込まれる前記電源ライン電圧指令値又は前記検出値から、前記電圧下限指令値と前記電圧上限指令値とを決定することで、時間的に変動する前記基準電圧範囲を決定し、
前記電圧下限指令値及び前記電圧上限指令値と、予め記憶された前記放電電力範囲と前記電圧上限指令値及び前記電圧上限指令値との関係とから前記好適充放電電力範囲を求め、求めた前記好適充放電電力範囲内にて前記発電機の発電電力及び前記電気負荷の電力消費を設定することで、電源ライン電圧の変動を前記基準電圧範囲内に維持可能としたことを特徴としている。
【００１３】
すなわち、この発明の車両用電源装置によれば、定期的に読み込まれる電源ライン電圧の指令値又は車両の加減速に関連する検出値から決定される電圧上限指令値及び電圧下限指令値と、バッテリ充放電電力に関連する好適充放電電力範囲との関係を予め記憶しておき、入力決定された上記電圧上限指令値及び電圧下限指令値をこの関係に代入して（この関係に鑑みて）、バッテリの充放電電力の好適な範囲としての好適充放電電力範囲を求める。そして、この好適充放電電力範囲内に充放電電力が維持されるように、発電電力又は負荷の消費電力を制御する。電源ライン電圧は、バッテリの充放電電力に相関を有するバッテリ電圧に連動するために、電源ライン電圧を上記電圧上限指令値及び電圧下限指令値を上下限とする基準電圧範囲内に維持することができる。
【００１４】
更に説明すると、この発明は、電源ライン電圧を検出してそれにより発電電力や負荷の消費電力を制御し、その結果として電源ライン電圧を所定の基準電圧範囲に収束させる従来のフィードバック制御ではないので、このフィードバック制御の欠点であった制御遅れによる電圧低下やオーバーシュートなどを良好に防止することができる。また、予め電源ライン電圧の変動幅を考慮して充放電電力の範囲を定めているので、電源ライン電圧の予期しない変動を防止することができる。
予め電源ライン電圧の変動幅を考慮して、基準電圧範囲を決め、好適充放電電力範囲を定めることで、電源ライン電圧の予期しない変動を防止することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記制御装置は、前記バッテリの充電状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正する。これにより、バッテリのＳＯＣの変化による上記関係の変動を補正することができる。
【００１９】
好適な態様において、前記制御装置は、前記バッテリの劣化状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正する。これにより、バッテリの劣化進行による上記関係の変動を補正することができる。
【００２０】
好適な態様において、前記制御装置は、前記バッテリの温度に応じて前記好適充放電電力範囲を補正する。これにより、バッテリの温度変化による上記関係の変動を補正することができる。
【００２１】
好適な態様において、前記制御装置は、前記バッテリの分極状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正する。これにより、バッテリの分極状態（たとえばニッケル水素電池のメモリ効果や鉛電池の分極）の変化による上記関係の変動を補正することができる。
【００２２】
好適な態様において、前記制御装置は、前記発電機の発電電力と前記電気負荷の消費電力との差を前記好適充放電電力範囲内に制御する。これにより、バッテリの充放電電力による電源ライン電圧の変化を予め想定した基準電圧範囲内に収めることができる。
【００２３】
好適な態様において、前記制御装置は、入力される前記電源ラインの電圧を制御するための指令値に関連するパラメータの時間的変動を低減する。これにより、ランプなどの頻繁なちらつきを抑止することができる。
【００２４】
好適な態様において、前記制御装置は、前記好適充放電電力範囲の時間的変動を低減する。これにより、ランプなどの頻繁なちらつきを抑止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用電源装置の好適な実施態様を以下の実施例により詳細に説明する。
【００２６】
（装置構成）
この実施例の車両用電源装置を備えた車両の電気系を示すブロック図を図１に示す。
【００２７】
エンジン101は、ベルト107により発電機102に連結されている。発電機102は、電源線108を通じてバッテリ103および負荷制御手段110a〜110eに接続されている。負荷制御手段110aは負荷111a1〜111a3の給電制御を、負荷制御手段110bは負荷111b1〜111b3の給電制御を、負荷制御手段110eは負荷111e1〜111e3の給電制御を行う。これら負荷制御手段110a〜110eは、上記制御を行うのに必要な操作スイッチ（図示せず）やこの制御のための各種センサ（図示せず）を含んでおり、外部入力信号やこれらセンサの出力に応じて自己に属する負荷の出力制御又は断続を行う。
【００２８】
104はエンジン制御手段である。エンジン制御手段104は、エンジン101の制御を行うための制御装置であって、電源制御手段105と接続されており、エンジン101の種々の状態を検出するセンサ（図示せず）によって検出されたエンジン回転数等種々の情報を電源制御手段105に送信するとともに、電源制御手段105からの指令にしたがってエンジン101の出力を増減する。
【００２９】
105は電源制御手段である。電源制御手段105は、発電機102やバッテリ103や電源線108などの状態を監視し、発電機102を制御する発電機制御手段112を通じて発電機102を制御する。電源制御手段105は、発電機制御手段112と接続されており、発電機102の発電量は、電源制御手段105からの指令により制御される。
【００３０】
発電機制御手段112は、発電機102の現在の発電量や発電機102の回転数などの発電機情報を電源制御手段105に送信する。電源制御手段105にはバッテリ電流センサ107、負荷電流センサ109、バッテリ温度センサ113、バッテリ電圧センサ（図示せず）が接続されており、バッテリの入出力電流、負荷電流、バッテリ温度、バッテリ電圧を受け取る。電源制御手段105は、多重信号伝送線路106を通じて負荷制御手段110a〜110bに接続されており、これら負荷制御手段110a〜110bと多重通信により双方向に情報を授受する。
【００３１】
また、発電機制御手段112は、図示しない車両コントローラから入力される車両制動情報を受け取り、車両制動情報により認識した車両制動量に相当する値に発電機102の発電量を制御するため、発電機102の界磁電流を増加させて回生制動を行い、必要な車両制動量（回生制動量）を発生する。なお、上記車両コントローラは、たとえば図示しないブレーキ踏み量センサなどの制動操作手段の操作量に相当する車両制動量を演算し、この車両制動量から上記回生制動量を差し引いた制動量を発生させるべく、図示しない油圧ブレーキ装置の制御部に指令する。なお、発電機制御手段112は、回生制動における発電電力の増加量を、発電機102の最大発電可能電力の範囲内で決定し、かつ、バッテリの最大充電可能電力値（最大充電電力値）の範囲内にて設定する。
【００３２】
（バッテリの充放電と電圧との関係の説明）
次に、この実施例の車両用電源装置において重要な特性であるバッテリの充放電電力とその端子電圧との関係を図２に示す特性図を参照して説明する。
【００３３】
図２において、横軸はバッテリの充放電電力を示し、縦軸は電源ライン電圧（ここではバッテリ端子電圧を言うものとする）を示している。縦軸より左側の領域は充電領域であり、縦軸よりも右側は放電領域を示す。
【００３４】
充電時には、内部抵抗の電圧降下によりバッテリ端子電圧（電源ライン電圧、単にバッテリ電圧ともいう）は上昇し、放電時には内部抵抗の電圧降下によりバッテリ端子電圧（電源ライン電圧）が下降する。更に、バッテリ端子電圧は、バッテリのＳＯＣに正相関をもつバッテリ開放電圧に応じて変動する。
【００３５】
図２において、特性線１０は、バッテリの所定のＳＯＣ値における充放電電力とバス電圧との関係を示す。
【００３６】
１１は、許容最大充電電力（バッテリに入力可能な最大充電電流に相当する）の値でバッテリを充電する際の特性線１０上の点であり、この時のバッテリ電圧の値を最大電圧と称する。
【００３７】
１５は、許容最大放電電力（バッテリから出力可能な最大放電電流に相当する）の値でバッテリを放電する際の特性線１０上の点であり、この時のバッテリ電圧の値を最小電圧と称する。
【００３８】
１３は、充放電電力（充放電電流）が０の場合の特性線１０上の点であり、この時のバッテリ電圧はいわゆる開放電圧となる。もちろん、この開放電圧はバッテリのＳＯＣにより変動し、この変動に伴い、図２に示す特性線１０は上下に略平行移動する。
【００３９】
１２は、バッテリ電圧が「電圧上限指令値」に等しい場合における特性線１０上の点であり、この時の充電電力を好適最大充電電力と称する。
【００４０】
１４は、バッテリ電圧が「電圧下限指令値」に等しい場合における特性線１０上の点であり、この時の放電電力を好適最大放電電力と称する。
【００４１】
上述したように、特性線１０はＳＯＣにより上下に略スライドするので、各ＳＯＣごとに特性線１０の点１２、１４を記憶しておけば、あるいは同等の数式演算を行えば、電圧下限指令値〜電圧上限指令値の電圧範囲を維持するバッテリの充放電電力の範囲を特定することができることがわかる。すなわち、電圧下限指令値〜電圧上限指令値の電圧範囲である基準電圧範囲内に電源ライン電圧を維持するには、実現できる充放電電力の範囲を、ＳＯＣと図２に示す特性と上記電圧範囲とから決定される上記した好適最大充電電力の値と好適最大放電電力の値との間（以下、好適充放電電力範囲とも称する）に制限すればよいわけである。なお、更に正確には、図２に示す特性線１０はバッテリ温度や電池劣化などによっても変動するので、更にバッテリ温度も含めた各パラメータと上記好適充放電電力範囲との関係を調べればよい。これにより、充放電電力の変動にも関わらず、電源ライン電圧を所望の好適範囲に維持することが結果的に可能となる。この制御の例を図３、図４に示すフローチャートを参照して次に説明する。なお、これらのフローチャートに示される制御ルーチンは、図１に示す電源制御手段１０３により発電制御又は負荷電力消費制御により行われる。
【００４２】
（好適充放電電力範囲の算出例１）
まず、電源ライン電圧の目標制御範囲である上記基準電圧範囲が時間的に変動せず常に一定である場合における好適充放電電力範囲の算出例を以下に説明する。
【００４３】
この場合における好適充放電電力範囲の決定は簡単であり、あらかじめ決定されている所定の基準電圧範囲の上限値に相当する電圧上限指令値に対応する好適最大充電電力の値と、同下限値に相当する電圧下限指令値に対応する好適最大放電電力の値とを、あらかじめ記憶しておき、求めに応じて出力すればよい。ただし、図２に示す特性線１０は、ＳＯＣのレベル、電池劣化、電池温度、メモリ効果（分極）などにより変動するため、予め記憶するこれらのパラメータと好適最大充電電力の値および好適最大放電電力の値との関係に、これらのパラメータを代入して好適最大充電電力の値および好適最大放電電力の値を補正する。
【００４４】
これにより、図１に示す車両用電源装置の電力制御において、バッテリ１０３の充放電電力がこの好適最大充電電力の値と好適最大放電電力との間にあるように、発電制御や負荷消費電力制御を行えば、電源ライン電圧を検出してそれに基づいて発電制御や負荷消費電力制御を実施することなく、電源ライン電圧の変動を目標とする所定の基準電圧範囲内に維持することが可能となる。
【００４５】
その結果、従来のように、電源ライン電圧を検出して発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、バッテリの充放電電力が過大となるという不具合がなく、また、バッテリの充放電電力を所定の好適範囲に維持するように発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、電源ライン電圧の変動が大きくなるという不具合もない。
【００４６】
つまり、この制御方式によれば、電源ライン電圧が所定の基準電圧範囲となるバッテリの充放電電力範囲内にバッテリの充放電が生じるように、電力制御（発電制御又は負荷消費電力制御）を実施するので、電源ライン電圧の変動を所望範囲に維持し、かつ、バッテリの充放電電力を好適な範囲に維持することができる。
【００４７】
（好適充放電電力範囲の算出例２）
次に、電源ライン電圧の目標制御範囲である上記基準電圧範囲が時間的に変動する場合について、図３に示すフローチャートを参照して好適充放電電力範囲の算出例を以下に説明する。電源ライン電圧を種々の目的のために変動させる場合について、以下に説明する。この目的としては、たとえば、電源ライン電圧すなわちバッテリ電圧を低下させれば、その分に相当するバッテリのＳＯＣ変化分をトルクアシストや負荷駆動などに放電利用することができ、また、電源ライン電圧を上昇させればその分に相当するバッテリのＳＯＣの変化分を回生制動や負荷オフなどに充電利用することができる。
【００４８】
そこで、まず外部から入力されるあるいは電源制御手段１０５が決定した電源ライン電圧指令値を定期的に読み込みその低周波数成分を抽出する（1000）。
【００４９】
なお、この電源ライン電圧指令値の低域成分抽出は、平均値演算、ローパスフィルタ（例えば時定数１秒）処理、変化速度制限（例えば0.5V/秒）などの公知の処理により実施されることができる。また、ここで言うこの電源ライン電圧指令値とは、上記基準電圧範囲を意味し、上記電圧上限指令値と上記電圧下限指令値とからなり、この基準電圧範囲内すなわち電圧上限指令値と電圧下限指令値との間に電源ライン電圧を維持することを指令する信号である。したがって、上記低域成分抽出処理は、入力された電圧上限指令値および電圧下限指令値に対して行われる。又は、電源ライン電圧指令値として一つの数値が入力され、それから低域成分を抽出してもよい。この場合には、この一つの数値を中央値として、それよりも所定値小さい値が電圧下限指令値とし、それよりも所定値大きい値が電圧上限指令値とされる。
【００５０】
次に、ステップ1000にて読み込まれた電圧上限指令値に対応する好適最大充電電力の値と、同下限指令値に相当する好適最大放電電力の値とを、予め記憶する図２の特性線１０に相当するマップから求める（1002）。
【００５１】
ただし、図２に示す特性線１０は、ＳＯＣのレベル（充電状態）、電池劣化、電池温度、メモリ効果（分極）などにより変動するため、予め記憶するこれらのパラメータと好適最大充電電力の値および好適最大放電電力の値との関係に、これらのパラメータを代入して好適最大充電電力の値および好適最大放電電力の値を代入して次々に補正する（1004,1006,1008,1010）で順次補正して、メインルーチンにリターンする（1012）。これら各補正は予め記憶するマップにより行ってもよく、予め記憶する補正式を用いて行ってもよい。これらの補正方式自体は公知となっている。
【００５２】
これにより、電力制御（発電制御や消費電力制御）を行うに際して、バッテリ１０３の充放電電力がこの好適最大充電電力の値と好適最大放電電力との間にあるように電力制御（発電制御や負荷消費電力制御）を行うことができるとともに、バッテリの充放電にもかかわらず電源ライン電圧変動をリーズナブルな基準電圧範囲内に押さえることができる。特に、この場合、電源ライン電圧を検出してそれに基づいて発電制御や負荷消費電力制御を実施して電源ライン電圧変動を基準電圧範囲に維持するフィードバック制御を行わないので、制御の遅れがない。
【００５３】
その結果、従来のように、電源ライン電圧を検出してそれを一定範囲に収束させるために発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、バッテリの充放電電力が過大となるという不具合がなく、また、バッテリの充放電電力を単に所定の好適範囲に維持するように発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、電源ライン電圧の変動が大きくなってしまうという不具合もない。
【００５４】
つまり、この実施例の制御方式は、電源ライン電圧変動および電源ライン電圧の値が所定の基準電圧範囲内に維持できる条件にて、バッテリの充放電電力を行う制御であるので、電力制御（発電制御又は負荷消費電力制御）に際して、電源ライン電圧の変動を所望範囲に維持し、かつ、バッテリの充放電電力を好適な範囲に維持することができる。
【００５５】
（好適充放電電力範囲の算出例３）
なお、上記した電圧指令値（電圧上限指令値、電圧下限指令値）を変更する場合におけるそれに対応する好適充放電電力範囲の設定に代えて、車両状態に応じてそれに対応する好適充放電電力範囲の設定を行うことも可能である。この方法を図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
図４に示すルーチンは、図３に示すルーチンのステップ1002をステップ1012に変更しただけである。ステップ1012では、車載のセンサから車両状態を検出するステップである。ただし、このセンサは、バッテリ充放電に関連する電気量を検出するセンサとされる。たとえば、センサは、車両の加速や減速に関連する電気量を検出するセンサとされる。好適には、アクセルペダル踏み量センサやブレーキペダル踏み量センサがこれに相当する。その他、車両走行加速度を検出するセンサや車速を検出する車速センサとしてもよい。これらのセンサにより車両の加減速状態又はその意図を検出することができる。
【００５７】
たとえば回生制動が開始されたり、開始されようとしていることを検出したら、この時には電源ライン電圧をあげてバッテリが十分に回生電力を吸収できることが好ましいため、それを有効に行えるように電源ライン電圧として許容可能な範囲で電源ライン電圧を通常よりも高い所定上限値に設定する。また、この回生制動の後では、バッテリの放電が始まるので、それを有効に行えるように電源ライン電圧として許容可能な範囲で電源ライン電圧を通常よりも低い所定下限値に設定する。
【００５８】
回生制動やトルクアシストの大きさに応じてこの所定上限値や所定下限値の変動をどのように変更するかは、たとえば予め記憶する図５に示す車両状態と充放電電力との関係から求める。
【００５９】
この実施例において、図５の縦軸は本質的にバッテリ電圧を表すが、車両状態によって縦軸上にて選択される電圧指令値としての電圧上限指令値、電圧下限指令値は上記車両状態を好適とするために電源ライン電圧の許容範囲内にて変動するものとする。たとえば、車両減速時にはこの減速が大きいほど図5の縦軸を示すパラメータは原点から離れる方向にシフトし、大きな電圧上限指令値が得られるように変化し、その結果として好適最大充電電力の値は大きくなるものとする。なお、図5においては、バッテリ電圧とその充放電電力（充放電電流）との特性を利用するために、その縦軸をバッテリ電圧とし、車両状態の変化を電圧指令値（電圧上限指令値、電圧下限指令値）の変動として数値化するようにしたが、車両状態と充放電電力との関係を示すマップ又は特性線10相当の特性を表す関数を用いることにより、車両状態から直接に好適充放電電力範囲を求めてもよい。
【００６０】
その後、これにより得た、好適充放電電力範囲（好適最大放電電力、好適最大充電電力）を図３の場合と同様にステップ1014、1016、1018、1020にて補正して、メインルーチンにリターンする（1022）。
【００６１】
これにより、車両状態に応じて電力制御（発電制御や消費電力制御）を行うに際して、バッテリ１０３の充放電電力がこの好適最大充電電力の値と好適最大放電電力との間にあるように電力制御（発電制御や負荷消費電力制御）を行うことができるとともに、これら車両状態に応じたバッテリの充放電制御にもかかわらず電源ライン電圧変動をリーズナブルな基準電圧範囲内に押さえることができる。特に、この場合、電源ライン電圧を検出してそれに基づいて発電制御や負荷消費電力制御を実施して電源ライン電圧変動を基準電圧範囲に維持するフィードバック制御を行わないので、制御の遅れがない。
【００６２】
その結果、従来のように、車両状態に基づいて変化した電源ライン電圧を検出して発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、バッテリの充放電電力が過大となるという不具合がなく、また、車両状態に基づいてバッテリの充放電電力を単に所定の好適範囲に維持するように発電制御や負荷消費電力制御を実施する結果、電源ライン電圧の変動が大きくなってしまうという不具合も抑制することができる。
【００６３】
つまり、この実施例の制御方式は、電源ライン電圧変動および電源ライン電圧の値が所定の基準電圧範囲内に維持できる条件にて、バッテリの充放電電力を行う制御であるので、電力制御（発電制御又は負荷消費電力制御）に際して、電源ライン電圧の変動を所望範囲に維持し、かつ、バッテリの充放電電力を好適な範囲に維持することができる。
【００６４】
図６はアイドリング時において実現可能な充放電電力の範囲を表す。図６においても縦軸はバッテリ電圧を表す。アイドリング時に選択されるバッテリ電圧の範囲は図５に示す車両減速時に比較してバッテリ電圧低下側にシフトされている。つまり、減速時には高いバッテリ電圧の範囲の設定となり、アイドル時には低いバッテリ電圧範囲になる設定となっている。
【００６５】
結局、この実施例の特徴点は、バッテリをその時点において選択された基準電圧範囲に維持するための充放電電力範囲である好適充放電電力範囲を求め、この好適充放電電力範囲を維持するように電力制御（発電制御、負荷消費電力制御）をおこなう点にある。
【００６６】
（変形態様）
好適な実施態様において、上記により求められた好適充放電電力範囲、すなわち、好適最大放電電力の値と好適最大充電電力の値との時間的変動は、上述した電圧指令値の変動と同様の方法により規制される。このようにすれば、後述する電力制御において用いられる好適充放電電力範囲の変動に起因する悪影響たとえばランプのちらつきなどを低減することができる。
（得られた好適充放電電力範囲を用いる電力制御の説明）
次に、得られた充放電電力ＰＢの好適充放電電力範囲（好適最大放電電力、好適最大充電電力）を用いた電力制御について、図７に示すフローチャートにより説明する。
【００６７】
まず、図３、図４に示すルーチンにより得られた好適充放電電力範囲を読み込む（2000）。次に、各電気負荷の要求電力合計ＰＬを読み込む（2002）。これは、各電気負荷の動作要求に基く要求電力の合計であり、常時動作する負荷等はまとめて基本要求として予め記憶しておくことができる。
【００６８】
次に、発電電力ＰＧの必要上下限値を演算する（2004）。なお、発電電力ＰＧの必要上限値をPG_maxとし、必要下限値をPG_minとする。その結果、発電電力ＰＧと要求電力合計ＰＬとの差がバッテリの充放電電力となる。
【００６９】
たとえば、負荷の要求電力合計ＰＬが１ｋＷ、充放電電力ＰＢの好適最大充電電力の値が５ｋＷ、好適最大放電電力の値が３ｋＷであれば、発電電力ＰＧの必要上限値PG_maxは６ｋＷ、必要下限値PG_minは０ｋＷとなる。
【００７０】
また同様に、ＰＬが５ｋＷ、好適最大充電電力が５ｋＷ、好適最大放電電力が３ｋＷであれば、発電電力ＰＧの必要上限値PG_maxは10ｋＷ、必要下限値PG_minは2ｋＷとなる。つまり、発電電力ＰＧの必要上限値PG_maxは充電量と負荷量の和で決まり、発電電力ＰＧの必要下限値PG_minは最小値がゼロの範囲で負荷量と放電量の差で決まる。
【００７１】
次に、発電機の実現可能最大発電電力G_aを読み込む。この実現可能最大発電電力G_aは、現在の発電機の回転数や温度等により決まる実現可能な発電電力の上限値である（2006）。次に、発電必要下限値PG_minと実現可能最大発電電力PG_aとを比較する（2008）。
【００７２】
発電必要下限値PG_minが実現可能最大発電電力PG_aよりも小さければ、発電すべき発電電力である発電指令値を、発電必要下限値PG_minと実現可能最大発電電力PG_aとの範囲内に決定し（2010）、負荷の要求電力合計ＰＬを負荷への供給電力である負荷供給電力の指令値として決定し、これを電源制御手段105の電力制御機能部分に送信し（S2012）、ルーチンを終了する（2014）。
【００７３】
発電必要下限値PG_minが実現可能最大発電電力PG_a以上であれば、発電電力の指令値として実現可能最大発電電力PG_aを設定し（2016）、各電気負荷に実際に供給可能な電力である負荷供給可能電力を演算し、これを負荷供給電力の指令値として電源制御手段105の電力制御機能部分に送信し（S2018）、ルーチンを終了する（2014）。
【００７４】
ここで言う負荷供給可能電力とは、バッテリが放電可能な電力の最大値である好適最大放電電力の値と、実現可能最大発電電力PG_aとの和として算出され、例えば、実現可能最大発電電力PG_aが1ｋW、充放電電力ＰＢの好適最大放電電力の値が３ｋＷであれば、負荷供給可能電力は４ｋＷとなる。つまり、負荷が５ｋＷを要求しても、発電機とバッテリが電圧保証する範囲（基準電圧範囲）にて発電機とバッテリとが負荷に供給可能な電力である負荷供給可能電力は４ｋＷであり、この値を負荷供給電力の指令値として送信するのである。
【００７５】
以上の制御により、電源ライン電圧の指令あるいは車両状態により決定する基準電圧範囲を満足するように、予め発電電力と負荷供給電力とを決定することができるので、制御の遅れによる電圧の急激な落ち込みや過剰を防止することが可能となる。なお、発電電力や負荷供給電力の誤差を検出してフィードバック補正するという制御を追加することにより、応答性を確保しつつ、精度向上を図ることも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の車両用電源装置を備えた車両の電気系を示すブロック図である。
【図２】 電圧指令値に対応する好適充放電電力範囲の決定例を示すためのバッテリの充放電電力とその端子電圧との関係を示す特性図である。
【図３】 好適充放電電力範囲の算出例を示すフローチャートである。
【図４】 好適充放電電力範囲の算出例を示すフローチャートである。
【図５】 車両減速時の好適充放電電力範囲の決定例を示すためのバッテリの充放電電力とその端子電圧との関係を示す特性図である。
【図６】 車両アイドリング時の好適充放電電力範囲の決定例を示すためのバッテリの充放電電力とその端子電圧との関係を示す特性図である。
電気系統説明図である。
【図７】 好適充放電電力範囲を用いた電力制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１ エンジン
１０２ 発電機
１０３ バッテリ
１０５ 電源制御手段（制御装置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle power supply device.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In a conventional vehicle power supply device for an engine vehicle, a regulator with a built-in vehicle alternator performs voltage feedback control, that is, feedback control for converging the detected power supply line voltage to a target voltage value. (Including a predetermined value). That is, the conventional control of the power supply line voltage is performed by power generation control by voltage feedback. Patent Document 1 discloses changing the power supply line voltage in accordance with vehicle operation.
[0003]
In power generation control by voltage feedback adopted in the above-described conventional vehicle power supply device, it is known that the power supply line voltage temporarily deviates upward or downward from the target voltage value. Such fluctuations in the power supply line voltage are harmful to equipment that is fed from the power supply line, that is, electrical loads, particularly electrical loads that dislike power supply voltage fluctuations, such as electronic control equipment. Such a constant voltage circuit is built in this kind of equipment. However, this method is expensive and the power line voltage fluctuation suppression effect is limited to an electric load having a constant voltage circuit. Further, power loss of the constant voltage circuit becomes a problem.
[0004]
The above-described fluctuation phenomenon of the power supply line voltage will be further described.
[0005]
When a large power load is suddenly driven under the power generation control by the conventional voltage feedback, the power generation control by the voltage feedback is delayed, so that power is taken out from the battery, but the battery terminal voltage decreases due to the internal resistance of the battery. As a result, the power line voltage decreases. Conversely, when a large power load is suddenly cut off, power generation control by voltage feedback is delayed and power flows into the battery. However, the battery terminal voltage rises due to the internal resistance of the battery and the power line voltage increases. To do. For this reason, conventionally, the fluctuation of the power supply line voltage is also reduced by adding a choke coil, a capacitor, or the like to the drive circuit that drives a large power load. However, this method has a problem of high cost and a limited power line voltage fluctuation suppressing effect.
[0006]
Further, Patent Document 2 obtains the difference between the power supply line voltage and the target voltage, obtains additional power (which may be negative), that is, excess / deficient power from this difference, and uses this power generation control or load power consumption control. Propose to produce. However, since this method also essentially employs feedback control, the power supply line voltage may deviate from a predetermined reference voltage range due to control delay.
[0007]
Further, in the conventional vehicle power supply device for a hybrid vehicle, control (referred to as SOC constant range control) is performed in which the battery is operated in a constant SOC range (for example, SOC 40 to 60%), which is an intermediate capacity. Is controlled to a battery voltage range corresponding to this SOC constant range. As a modification of this, Patent Document 3 proposes SOC control in which a target value of SOC is determined according to the vehicle speed, and a power generation amount is determined according to a difference between the detected value of SOC and the target value.
[0008]
However, this type of conventional SOC constant range control has a problem that the power supply line voltage changes greatly when the power generation amount changes greatly. That is, even if the SOC is controlled within the range of 40 to 60%, the power supply line voltage is minimum when discharging the maximum allowable discharge current value at 40% SOC, and maximum when charging the maximum allowable charging current value at 60% SOC. The fluctuation of the power supply line voltage during this period is an unacceptable fluctuation of the power supply voltage in a certain electric load.
[0009]
Therefore, Patent Document 4 limits the maximum discharge power that can be discharged when the battery voltage falls below a predetermined value, and limits the maximum charge power that can be charged when the battery voltage increases above a predetermined value. is suggesting. According to this method, fluctuations in the power supply line voltage can be reduced, but this does not guarantee that the power supply line voltage is in the desired reference voltage range, and further, for example, when the battery voltage drops below a predetermined value. Even if the maximum discharge power that can be discharged is started, there is a problem that if the discharge power is large at this low battery voltage due to a delay in control, the power supply line voltage will temporarily drop more than expected. .
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a vehicle power supply device that can manage power production and consumption control well while maintaining a power supply line voltage within a predetermined reference voltage range. And that is the purpose.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 52-134607
[Patent Document 2]
Japanese translation of PCT publication No. 13-505847
[Patent Document 3]
JP-A-11-164402
[Patent Document 4]
JP-A-9-215111
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The vehicle power supply device of the present invention includes a battery that supplies power to an electric load through a power line, a generator that supplies power to the battery and the electric load through the power line, and the generated power of the generator or the electric load. In a vehicle power supply device comprising a control device for controlling power consumption,
  in frontThe lower limit of the reference voltage range that is the target control range of the power line voltageTheVoltage lower limit command value,in frontUpper limit of reference voltage rangeTheVoltage upper limit command valueAnd the power corresponding to the voltage lower limit command value is the preferred maximum discharge power, and the power corresponding to the voltage upper limit command value isSuitable maximum charging powerThe preferred maximum discharge power and the preferred maximum charge powerDefined byRangePreferred charge / discharge power range of the battery andA signal for instructing to maintain the voltage of the power supply line within the reference voltage range, and a signal input from the outside to the control device or determined by the control device as a power supply line voltage command value, The preferred maximum discharge power is a power set smaller than the allowable maximum discharge power of the battery corresponding to the maximum discharge current that can be output from the battery, and the voltage lower limit command value is the maximum allowable discharge power. The voltage set to be larger than the minimum voltage that is the value of the battery voltage, and the preferred maximum charging power is set to be smaller than the allowable maximum charging power of the battery corresponding to the maximum charging current that can be input to the battery. The voltage upper limit command value is a voltage that is set smaller than the maximum voltage that is the value of the battery voltage at the maximum allowable charging power. There, the control device, and the preferred discharge power rangeThe voltage upper limit command value and the voltageunderThe relationship with the limit command value is stored in advance.And
  The control device periodically reads the power line voltage command value or a detection value related to acceleration / deceleration of the vehicle, and from the power line voltage command value or the detection value read periodically, the voltage lower limit command By determining the value and the voltage upper limit command value, the reference voltage range that varies with time is determined,
  The voltagelower limitA command value and the voltage upper limit command value;The previously stored discharge power range, the voltage upper limit command value, and the voltage upper limit command valueThe preferred charge / discharge power range is determined from the relationship, and the generated power of the generator and the power consumption of the electric load are set within the obtained preferred charge / discharge power range.The power line voltage fluctuation can be maintained within the reference voltage range.It is characterized by.
[0013]
  That is, according to the vehicle power supply device of the present invention,Read regularlyPower line voltage command value orVoltage upper limit command value and voltage lower limit command value determined from detection values related to vehicle acceleration / decelerationAnd related to battery charge / discharge powerSuitable charge / discharge power rangeIs stored in advance and inputDecisionWas aboveVoltage upper limit command value and voltage lower limit command valueIs substituted into this relationship (in light of this relationship), BaA preferred charge / discharge power range is determined as a preferred range of battery charge / discharge power. Then, the generated power or the power consumption of the load is controlled so that the charge / discharge power is maintained within the preferable charge / discharge power range. In order to link the power line voltage with the battery voltage having a correlation with the charge / discharge power of the battery, the power line voltage isWithin reference voltage range with upper and lower voltage upper limit command value and lower voltage limit command valueCan be maintained in.
[0014]
  More specifically, the present invention detects the power line voltage, thereby controlling the generated power and the power consumption of the load, and as a result, the conventional feedback control for converging the power line voltage to a predetermined reference voltage range.ThenTherefore, it is possible to satisfactorily prevent a voltage drop or an overshoot due to a control delay, which is a drawback of this feedback control. In addition, since the range of the charge / discharge power is determined in consideration of the fluctuation range of the power supply line voltage, unexpected fluctuations in the power supply line voltage can be prevented.
  In advanceConsidering fluctuation range of power line voltageDetermine the reference voltage range, suitableCharge / discharge power rangeBy definingUnexpected fluctuations in the power line voltage can be prevented.
[0018]
In a preferred aspect, the control device corrects the preferred charge / discharge power range in accordance with a state of charge of the battery. Thereby, the fluctuation | variation of the said relationship by the change of SOC of a battery can be correct | amended.
[0019]
In a preferred aspect, the control device corrects the preferred charge / discharge power range according to a deterioration state of the battery. Thereby, the fluctuation | variation of the said relationship by the deterioration progress of a battery can be correct | amended.
[0020]
In a preferred aspect, the control device corrects the preferred charge / discharge power range according to the temperature of the battery. Thereby, the fluctuation | variation of the said relationship by the temperature change of a battery can be correct | amended.
[0021]
In a preferred aspect, the control device corrects the preferred charge / discharge power range according to the polarization state of the battery. Thereby, the fluctuation | variation of the said relationship by the change of the polarization state of a battery (For example, the memory effect of a nickel hydride battery, or the polarization of a lead battery) can be correct | amended.
[0022]
In a preferred aspect, the control device controls the difference between the power generated by the generator and the power consumption of the electric load within the preferred charge / discharge power range. Thereby, the change of the power supply line voltage by the charging / discharging electric power of a battery can be settled in the reference voltage range assumed beforehand.
[0023]
In a preferred aspect, the control device reduces temporal variation of a parameter related to a command value for controlling the voltage of the input power supply line. Thereby, frequent flickering such as a lamp can be suppressed.
[0024]
In a preferred aspect, the control device reduces temporal fluctuations in the preferred charge / discharge power range. Thereby, frequent flickering such as a lamp can be suppressed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The preferred embodiments of the vehicle power supply device of the present invention will be described in detail by the following examples.
[0026]
(Device configuration)
FIG. 1 is a block diagram showing an electric system of a vehicle provided with the vehicle power supply device of this embodiment.
[0027]
The engine 101 is connected to the generator 102 by a belt 107. The generator 102 is connected to the battery 103 and the load control means 110a to 110e through the power line 108. The load control means 110a performs power supply control of the loads 111a1 to 111a3, the load control means 110b performs power supply control of the loads 111b1 to 111b3, and the load control means 110e performs power supply control of the loads 111e1 to 111e3. These load control means 110a to 110e include operation switches (not shown) necessary for performing the above control and various sensors (not shown) for this control, and external input signals and outputs of these sensors. Depending on the output, the output control of the load belonging to itself is performed or interrupted.
[0028]
104 is an engine control means. The engine control means 104 is a control device for controlling the engine 101, and is connected to the power supply control means 105, and is detected by a sensor (not shown) that detects various states of the engine 101. Various information such as the number of revolutions is transmitted to the power supply control means 105, and the output of the engine 101 is increased or decreased according to a command from the power supply control means 105.
[0029]
Reference numeral 105 denotes power supply control means. The power control unit 105 monitors the state of the generator 102, the battery 103, the power line 108, and the like, and controls the generator 102 through the generator control unit 112 that controls the generator 102. The power control means 105 is connected to the generator control means 112, and the power generation amount of the generator 102 is controlled by a command from the power control means 105.
[0030]
The generator control means 112 transmits generator information such as the current power generation amount of the generator 102 and the rotation speed of the generator 102 to the power supply control means 105. A battery current sensor 107, a load current sensor 109, a battery temperature sensor 113, and a battery voltage sensor (not shown) are connected to the power control means 105, and the battery input / output current, load current, battery temperature, and battery voltage are controlled. receive. The power control means 105 is connected to the load control means 110a to 110b through the multiplex signal transmission line 106, and exchanges information bi-directionally with the load control means 110a to 110b through multiplex communication.
[0031]
The generator control means 112 receives vehicle braking information input from a vehicle controller (not shown), and controls the power generation amount of the generator 102 to a value corresponding to the vehicle braking amount recognized by the vehicle braking information. Regenerative braking is performed by increasing the field current of 102 to generate a necessary vehicle braking amount (regenerative braking amount). The vehicle controller calculates a vehicle braking amount corresponding to an operation amount of a braking operation means such as a brake pedal amount sensor (not shown), and generates a braking amount obtained by subtracting the regenerative braking amount from the vehicle braking amount. Then, a command is given to a control unit of a hydraulic brake device (not shown). The generator control means 112 determines an increase amount of the generated power in the regenerative braking within the range of the maximum power that can be generated by the generator 102, and the maximum chargeable power value (maximum charge power value) of the battery. Set within the range.
[0032]
(Explanation of relationship between battery charge / discharge and voltage)
Next, the relationship between the charge / discharge power of the battery and its terminal voltage, which is an important characteristic in the vehicle power supply device of this embodiment, will be described with reference to the characteristic diagram shown in FIG.
[0033]
In FIG. 2, the horizontal axis represents the charge / discharge power of the battery, and the vertical axis represents the power supply line voltage (herein, the battery terminal voltage is referred to). The area on the left side of the vertical axis is the charge area, and the right side of the vertical axis is the discharge area.
[0034]
At the time of charging, the battery terminal voltage (power supply line voltage, also simply referred to as battery voltage) increases due to the voltage drop of the internal resistance, and at the time of discharging, the battery terminal voltage (power supply line voltage) decreases due to the voltage drop of the internal resistance. Furthermore, the battery terminal voltage varies according to the battery open voltage that has a positive correlation with the SOC of the battery.
[0035]
In FIG. 2, the characteristic line 10 shows the relationship between the charge / discharge power and the bus voltage at a predetermined SOC value of the battery.
[0036]
Reference numeral 11 denotes a point on the characteristic line 10 when the battery is charged with a value of allowable maximum charging power (corresponding to a maximum charging current that can be input to the battery). The value of the battery voltage at this time is referred to as a maximum voltage. .
[0037]
Reference numeral 15 denotes a point on the characteristic line 10 when the battery is discharged at a value of allowable maximum discharge power (corresponding to a maximum discharge current that can be output from the battery). The value of the battery voltage at this time is referred to as a minimum voltage. .
[0038]
Reference numeral 13 denotes a point on the characteristic line 10 when the charge / discharge power (charge / discharge current) is 0, and the battery voltage at this time is a so-called open circuit voltage. Of course, the open circuit voltage varies depending on the SOC of the battery, and the characteristic line 10 shown in FIG.
[0039]
Reference numeral 12 denotes a point on the characteristic line 10 when the battery voltage is equal to the “voltage upper limit command value”. The charging power at this time is referred to as a preferred maximum charging power.
[0040]
Reference numeral 14 denotes a point on the characteristic line 10 when the battery voltage is equal to the “voltage lower limit command value”. The discharge power at this time is referred to as a preferred maximum discharge power.
[0041]
As described above, the characteristic line 10 slides substantially up and down by the SOC. Therefore, if the points 12 and 14 of the characteristic line 10 are stored for each SOC or an equivalent mathematical calculation is performed, the voltage lower limit command value is obtained. It can be seen that the range of charge / discharge power of the battery that maintains the voltage range of the voltage upper limit command value can be specified. That is, in order to maintain the power supply line voltage within the reference voltage range that is the voltage range of the voltage lower limit command value to the voltage upper limit command value, the range of charge / discharge power that can be realized is represented by the SOC and the characteristics shown in FIG. It is only necessary to limit the value between the value of the preferred maximum charging power and the value of the preferred maximum discharging power determined from the above (hereinafter also referred to as a preferred charging / discharging power range). More precisely, since the characteristic line 10 shown in FIG. 2 varies depending on the battery temperature, battery deterioration, and the like, the relationship between each parameter including the battery temperature and the preferred charge / discharge power range may be examined. As a result, it is possible to maintain the power supply line voltage in a desired preferable range in spite of fluctuations in the charge / discharge power. An example of this control will now be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. The control routine shown in these flowcharts is performed by power generation control or load power consumption control by the power supply control means 103 shown in FIG.
[0042]
(Calculation example 1 of preferred charge / discharge power range)
First, an example of calculating the preferred charge / discharge power range when the reference voltage range, which is the target control range of the power supply line voltage, does not vary with time and is always constant will be described below.
[0043]
The determination of the preferred charge / discharge power range in this case is simple, and the preferred maximum charge power value corresponding to the voltage upper limit command value corresponding to the predetermined upper limit value of the predetermined reference voltage range is set to the same lower limit value. What is necessary is just to memorize | store beforehand the value of the suitable maximum discharge electric power corresponding to the voltage lower limit command value which corresponds, and to output according to a search. However, since the characteristic line 10 shown in FIG. 2 varies depending on the SOC level, battery deterioration, battery temperature, memory effect (polarization), etc., these parameters stored in advance, the value of the preferred maximum charging power, and the preferred maximum discharging power By substituting these parameters into the relationship with the value of, the value of the preferred maximum charging power and the value of the preferred maximum discharging power are corrected.
[0044]
Thereby, in the power control of the vehicle power supply device shown in FIG. 1, the power generation control and the load power consumption control are performed so that the charge / discharge power of the battery 103 is between the value of the preferred maximum charge power and the preferred maximum discharge power. , It is possible to maintain the power line voltage fluctuation within a predetermined reference voltage range without detecting the power line voltage and performing power generation control or load power consumption control based on the detected power line voltage. .
[0045]
As a result, the power supply line voltage is detected and the power generation control and load power consumption control are performed as in the conventional case. As a result, there is no problem that the charge / discharge power of the battery becomes excessive, and the charge / discharge power of the battery is predetermined. As a result of performing the power generation control and the load power consumption control so as to be maintained within the preferable range, there is no problem that the fluctuation of the power supply line voltage becomes large.
[0046]
That is, according to this control method, power control (power generation control or load power consumption control) is performed so that the battery is charged / discharged within the charge / discharge power range of the battery in which the power line voltage falls within a predetermined reference voltage range. Therefore, the fluctuation of the power supply line voltage can be maintained within a desired range, and the charge / discharge power of the battery can be maintained within a suitable range.
[0047]
(Calculation example 2 of preferred charge / discharge power range)
Next, an example of calculating the preferred charge / discharge power range will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 3 when the reference voltage range, which is the target control range of the power supply line voltage, varies with time. The case where the power supply line voltage is varied for various purposes will be described below. For this purpose, for example, if the power line voltage, that is, the battery voltage is lowered, the corresponding SOC change of the battery can be used for discharging for torque assist or load driving, etc. If it is raised, the change in the SOC of the battery corresponding to that amount can be charged and used for regenerative braking or load off.
[0048]
Therefore, the power line voltage command value input from the outside or determined by the power control means 105 is periodically read and its low frequency component is extracted (1000).
[0049]
Note that the low frequency component extraction of the power line voltage command value is performed by known processing such as average value calculation, low-pass filter (for example, time constant 1 second) processing, change speed limit (for example 0.5 V / second), etc. Can do. Further, the power line voltage command value referred to here means the reference voltage range, and consists of the voltage upper limit command value and the voltage lower limit command value. Within the reference voltage range, that is, the voltage upper limit command value and the voltage lower limit command value. This is a signal for instructing to maintain the power line voltage between the command value. Therefore, the low-frequency component extraction process is performed on the input voltage upper limit command value and voltage lower limit command value. Alternatively, one numerical value may be input as the power line voltage command value, and a low frequency component may be extracted therefrom. In this case, this one numerical value is set as the median value, a value smaller than the predetermined value is set as the voltage lower limit command value, and a value larger than the predetermined value is set as the voltage upper limit command value.
[0050]
Next, the characteristic line 10 of FIG. 2 stores in advance the value of the preferred maximum charge power corresponding to the voltage upper limit command value read in step 1000 and the value of the preferred maximum discharge power corresponding to the lower limit command value. Obtained from the map corresponding to (1002).
[0051]
However, since the characteristic line 10 shown in FIG. 2 varies depending on the SOC level (charging state), battery deterioration, battery temperature, memory effect (polarization), etc., these parameters stored in advance and the value of the preferred maximum charging power and Subsequent corrections (1004, 1006, 1008, 1010) are made sequentially by substituting the values of the preferred maximum charging power and the preferred maximum discharging power by substituting these parameters into the relationship with the value of the preferred maximum discharging power. Correct and return to the main routine (1012). Each of these corrections may be performed using a map stored in advance, or may be performed using a correction formula stored in advance. These correction methods are known per se.
[0052]
Thus, when performing power control (power generation control or power consumption control), the power control (power generation control or load control) is performed so that the charge / discharge power of the battery 103 is between the value of the preferred maximum charge power and the preferred maximum discharge power. Power consumption control) and power line voltage fluctuations can be kept within a reasonable reference voltage range regardless of charge / discharge of the battery. In particular, in this case, there is no control delay because feedback control for detecting power supply line voltage and performing power generation control or load power consumption control based on the detected power supply line voltage to maintain the power supply line voltage fluctuation in the reference voltage range is not performed.
[0053]
As a result, as in the prior art, as a result of performing power generation control and load power consumption control to detect the power line voltage and converge it to a certain range, there is no problem that the charge / discharge power of the battery becomes excessive, Further, as a result of performing the power generation control and the load power consumption control so as to simply maintain the charge / discharge power of the battery within a predetermined preferable range, there is no problem that the fluctuation of the power supply line voltage becomes large.
[0054]
In other words, the control method of this embodiment is a control for charging / discharging the battery under the condition that the power line voltage fluctuation and the power line voltage value can be maintained within a predetermined reference voltage range. Control or load power consumption control), it is possible to maintain the fluctuation of the power supply line voltage within a desired range and to maintain the charge / discharge power of the battery within a suitable range.
[0055]
(Calculation example 3 of preferred charge / discharge power range)
In addition, instead of setting the suitable charge / discharge power range corresponding thereto when changing the above-described voltage command values (voltage upper limit command value, voltage lower limit command value), the preferred charge / discharge power range corresponding thereto depending on the vehicle state It is also possible to set. This method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0056]
The routine shown in FIG. 4 is obtained by changing step 1002 of the routine shown in FIG. Step 1012 is a step of detecting the vehicle state from a vehicle-mounted sensor. However, this sensor is a sensor that detects the amount of electricity related to battery charging / discharging. For example, the sensor is a sensor that detects an amount of electricity related to acceleration or deceleration of the vehicle. Preferably, an accelerator pedal depression amount sensor or a brake pedal depression amount sensor corresponds to this. In addition, it is good also as a vehicle speed sensor which detects the sensor which detects vehicle running acceleration, or a vehicle speed. These sensors can detect the acceleration / deceleration state of the vehicle or its intention.
[0057]
For example, if it is detected that regenerative braking is started or is about to start, it is preferable that the power line voltage is increased at this time so that the battery can sufficiently absorb the regenerative power, so that the power line voltage can be effectively used. The power supply line voltage is set to a predetermined upper limit value higher than usual within an allowable range. In addition, after the regenerative braking, the battery starts to discharge, so that the power supply line voltage is set to a predetermined lower limit value lower than usual within a permissible range as the power supply line voltage so that it can be effectively used.
[0058]
How to change the fluctuation of the predetermined upper limit value and the predetermined lower limit value according to the magnitude of regenerative braking and torque assist is obtained from the relationship between the vehicle state and charge / discharge power shown in FIG. 5 stored in advance, for example.
[0059]
In this embodiment, the vertical axis in FIG. 5 essentially represents the battery voltage, but the voltage upper limit command value and the voltage lower limit command value as voltage command values selected on the vertical axis according to the vehicle state are the above vehicle states. In order to make it suitable, it shall fluctuate within the allowable range of the power supply line voltage. For example, when the vehicle decelerates, the larger the deceleration, the more the parameter indicating the vertical axis in FIG. 5 shifts away from the origin and changes so as to obtain a large voltage upper limit command value.As a result, the preferred maximum charging power value is It shall be large. In FIG. 5, in order to utilize the characteristics of the battery voltage and its charge / discharge power (charge / discharge current), the vertical axis is the battery voltage, and the change in the vehicle state is the voltage command value (voltage upper limit command value, The voltage lower limit command value) is quantified as a fluctuation, but it is directly charged from the vehicle state by using a map showing the relationship between the vehicle state and the charge / discharge power or a function representing the characteristic corresponding to the characteristic line 10. The discharge power range may be obtained.
[0060]
Thereafter, the preferred charge / discharge power range (preferred maximum discharge power, preferred maximum charge power) obtained in this way is corrected in steps 1014, 1016, 1018, 1020 in the same manner as in FIG. 3, and the process returns to the main routine. (1022).
[0061]
Thus, when performing power control (power generation control or power consumption control) according to the vehicle state, the power control is performed so that the charge / discharge power of the battery 103 is between the value of the preferred maximum charge power and the preferred maximum discharge power. (Power generation control and load power consumption control) can be performed, and power line voltage fluctuations can be suppressed within a reasonable reference voltage range regardless of the charge / discharge control of the battery according to these vehicle conditions. In particular, in this case, there is no control delay because feedback control for detecting power supply line voltage and performing power generation control or load power consumption control based on the detected power supply line voltage to maintain the power supply line voltage fluctuation in the reference voltage range is not performed.
[0062]
As a result, as in the conventional case, as a result of detecting the power line voltage changed based on the vehicle state and performing power generation control and load power consumption control, there is no problem that the charge / discharge power of the battery becomes excessive, As a result of performing power generation control and load power consumption control so as to simply maintain the charge / discharge power of the battery within a predetermined preferable range based on the vehicle state, it is possible to suppress a problem that the fluctuation of the power supply line voltage becomes large. it can.
[0063]
In other words, the control method of this embodiment is a control for charging / discharging the battery under the condition that the power line voltage fluctuation and the power line voltage value can be maintained within a predetermined reference voltage range. Control or load power consumption control), it is possible to maintain the fluctuation of the power supply line voltage within a desired range and to maintain the charge / discharge power of the battery within a suitable range.
[0064]
FIG. 6 shows the range of charge / discharge power that can be realized during idling. Also in FIG. 6, the vertical axis represents the battery voltage. The range of the battery voltage selected at the time of idling is shifted to the battery voltage lowering side as compared with the time of vehicle deceleration shown in FIG. In other words, a high battery voltage range is set during deceleration, and a low battery voltage range is set during idle.
[0065]
After all, the characteristic point of this embodiment is that a preferred charge / discharge power range that is a charge / discharge power range for maintaining the battery in the reference voltage range selected at that time is obtained, and this preferred charge / discharge power range is maintained. In addition, power control (power generation control, load power consumption control) is performed.
[0066]
(Modification)
In a preferred embodiment, the preferred charging / discharging power range obtained as described above, that is, the time variation between the preferred maximum discharging power value and the preferred maximum charging power value is the same method as the above-described voltage command value variation. Regulated by In this way, adverse effects such as lamp flickering caused by fluctuations in the preferred charge / discharge power range used in power control described later can be reduced.
(Description of power control using the obtained preferred charge / discharge power range)
Next, power control using a preferred charge / discharge power range (preferred maximum discharge power, preferred maximum charge power) of the obtained charge / discharge power PB will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0067]
First, the preferred charge / discharge power range obtained by the routine shown in FIGS. 3 and 4 is read (2000). Next, the required power total PL of each electric load is read (2002). This is the total of the required power based on the operation request of each electric load, and the always operating load can be stored in advance as a basic request.
[0068]
Next, the necessary upper and lower limit values of the generated power PG are calculated (2004). The necessary upper limit value of the generated power PG is PG_max, and the necessary lower limit value is PG_min. As a result, the difference between the generated power PG and the required power total PL becomes the charge / discharge power of the battery.
[0069]
For example, if the required load total power PL is 1 kW, the preferred maximum charge power value of the charge / discharge power PB is 5 kW, and the preferred maximum discharge power value is 3 kW, the required upper limit value PG_max of the generated power PG is 6 kW, the required lower limit The value PG_min is 0 kW.
[0070]
Similarly, if the PL is 5 kW, the preferred maximum charging power is 5 kW, and the preferred maximum discharging power is 3 kW, the necessary upper limit value PG_max of the generated power PG is 10 kW, and the necessary lower limit value PG_min is 2 kW. That is, the necessary upper limit value PG_max of the generated power PG is determined by the sum of the charge amount and the load amount, and the necessary lower limit value PG_min of the generated power PG is determined by the difference between the load amount and the discharge amount in the range where the minimum value is zero.
[0071]
Next, the realizable maximum generated power G_a of the generator is read. This realizable maximum generated power G_a is the upper limit value of the realizable generated power determined by the current rotational speed, temperature, etc. of the generator (2006). Next, the power generation necessary lower limit PG_min is compared with the realizable maximum generated power PG_a (2008).
[0072]
If the power generation necessary lower limit PG_min is smaller than the realizable maximum generated power PG_a, the power generation command value that is the generated power to be generated is determined within the range of the power generation necessary lower limit PG_min and the realizable maximum generated power PG_a (2010 ), The load required power total PL is determined as a command value of the load supply power, which is the power supplied to the load, and is transmitted to the power control function part of the power control means 105 (S2012), and the routine is terminated (2014). ).
[0073]
If the power generation required lower limit PG_min is greater than or equal to the realizable maximum generated power PG_a, set the realizable maximum generated power PG_a as the command value of the generated power (2016) and supply the load that is the actual power that can be supplied to each electric load The possible power is calculated and transmitted to the power control function portion of the power control means 105 as a load supply power command value (S2018), and the routine is terminated (2014).
[0074]
The load supplyable power here is calculated as the sum of the value of the preferred maximum discharge power that is the maximum value of the power that can be discharged by the battery and the realizable maximum generated power PG_a. For example, the maximum realizable power generated PG_a Is 1 kW and the value of the preferred maximum discharge power of the charge / discharge power PB is 3 kW, the load suppliable power is 4 kW. That is, even if the load requires 5 kW, the load suppliable power, which is the power that can be supplied to the load by the generator and the battery within the range in which the voltage between the generator and the battery is guaranteed (reference voltage range) is 4 kW, This value is transmitted as a load supply power command value.
[0075]
With the above control, the generated power and the load supply power can be determined in advance so as to satisfy the reference voltage range determined by the command of the power line voltage or the vehicle state. And excess can be prevented. It should be noted that it is naturally possible to improve accuracy while ensuring responsiveness by adding control for detecting and correcting feedback of generated power and load supply power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an electric system of a vehicle including a vehicle power supply device according to an embodiment.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between charge / discharge power of a battery and a terminal voltage thereof for illustrating an example of determining a preferred charge / discharge power range corresponding to a voltage command value.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of calculating a preferred charge / discharge power range.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of calculating a preferred charge / discharge power range.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between charge / discharge power of a battery and a terminal voltage thereof for illustrating an example of determining a preferable charge / discharge power range during vehicle deceleration.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between charge / discharge power of a battery and a terminal voltage thereof for illustrating an example of determining a suitable charge / discharge power range at the time of vehicle idling.
It is electric system explanatory drawing.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of power control using a suitable charge / discharge power range.
[Explanation of symbols]
101 engine
102 Generator
103 battery
105 Power control means (control device)

Claims (8)

電源ラインを通じて電気負荷に電力を給電するバッテリと、前記電源ラインを通じて前記バッテリおよび前記電気負荷に給電する発電機と、前記発電機の発電電力又は前記電気負荷の消費電力を制御する制御装置とを備える車両用電源装置において、
前記電源ラインの電圧の目標制御範囲である基準電圧範囲の下限を電圧下限指令値、前記基準電圧範囲の上限を電圧上限指令値とし、
前記電圧下限指令値に対応する電力を好適最大放電電力とし、前記電圧上限指令値に対応する電力を好適最大充電電力として、前記好適最大放電電力と前記好適最大充電電力とにより規定される範囲を前記バッテリの好適充放電電力範囲とし、
前記電源ラインの電圧を前記基準電圧範囲内に維持することを指令する信号であり、外部から前記制御装置に入力されるあるいは前記制御装置が決定する信号を電源ライン電圧指令値として、
前記好適最大放電電力は、前記バッテリから出力可能な最大放電電流に対応する前記バッテリの許容最大放電電力より小さく設定される電力であって、前記電圧下限指令値は、前記許容最大放電電力のときの前記バッテリ電圧の値である最小電圧より大きく設定される電圧であり、
前記好適最大充電電力は、前記バッテリに入力可能な最大充電電流に対応する前記バッテリの許容最大充電電力より小さく設定される電力であって、電圧上限指令値は、前記許容最大充電電力のときの前記バッテリ電圧の値である最大電圧より小さく設定される電圧であり、
前記制御装置は、
前記好適充放電電力範囲と前記電圧上限指令値及び前記電圧下限指令値との関係を予め記憶しており、
前記制御装置は、
前記電源ライン電圧指令値、又は、車両の加減速に関連する検出値を定期的に読み込み、
定期的に読み込まれる前記電源ライン電圧指令値又は前記検出値から、前記電圧下限指令値と前記電圧上限指令値とを決定することで、時間的に変動する前記基準電圧範囲を決定し、
前記電圧下限指令値及び前記電圧上限指令値と、予め記憶された前記放電電力範囲と前記電圧上限指令値及び前記電圧上限指令値との関係とから前記好適充放電電力範囲を求め、
求めた前記好適充放電電力範囲内にて前記発電機の発電電力及び前記電気負荷の電力消費を設定することで、電源ライン電圧の変動を前記基準電圧範囲内に維持可能としたことを特徴とする車両用電源装置。A battery that supplies power to an electric load through a power line; a generator that supplies power to the battery and the electric load through the power line; and a control device that controls power generated by the generator or power consumption of the electric load. Te power supply odor for a vehicle including,
Lower limit voltage lower limit command value of the reference voltage range that is a target control range of the voltage before Symbol power line, the upper limit of the pre-Symbol reference voltage range and the voltage upper limit command value,
A range defined by the preferred maximum discharge power and the preferred maximum charge power, with the power corresponding to the voltage lower limit command value being the preferred maximum discharge power and the power corresponding to the voltage upper limit command value being the preferred maximum charge power. The preferred charge / discharge power range of the battery ,
It is a signal for instructing to maintain the voltage of the power supply line within the reference voltage range, a signal input from the outside to the control device or determined by the control device as a power supply line voltage command value,
The preferable maximum discharge power is set to be smaller than the allowable maximum discharge power of the battery corresponding to the maximum discharge current that can be output from the battery, and the voltage lower limit command value is the allowable maximum discharge power. A voltage set larger than the minimum voltage which is the value of the battery voltage of
The preferred maximum charging power is a power set smaller than the allowable maximum charging power of the battery corresponding to the maximum charging current that can be input to the battery, and the voltage upper limit command value is the maximum allowable charging power. It is a voltage that is set smaller than the maximum voltage that is the value of the battery voltage,
The controller is
The relationship is stored in advance in the preferred charge-discharge power range and said upper voltage limit command value and the voltage lower limit command value,
The controller is
The power line voltage command value or a detection value related to acceleration / deceleration of the vehicle is periodically read,
By determining the voltage lower limit command value and the voltage upper limit command value from the power line voltage command value or the detection value read periodically, the reference voltage range that varies with time is determined,
The preferred charge / discharge power range is determined from the voltage lower limit command value and the voltage upper limit command value, and the relationship between the discharge power range stored in advance and the voltage upper limit command value and the voltage upper limit command value ,
By setting the generated power of the generator and the power consumption of the electric load within the obtained preferred charge / discharge power range, it is possible to maintain fluctuations in the power line voltage within the reference voltage range. A vehicle power supply device. 請求項１記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記バッテリの充電状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正することを特徴とする車両用電源装置。 The vehicle power supply device according to claim 1 ,
The controller is
The vehicle power supply device, wherein the preferred charge / discharge power range is corrected in accordance with a state of charge of the battery. 請求項１記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記バッテリの劣化状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正することを特徴とする車両用電源装置。The vehicle power supply device according to claim 1 ,
The controller is
The vehicle power supply apparatus, wherein the preferred charge / discharge power range is corrected in accordance with a deterioration state of the battery. 請求項１記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記バッテリの温度に応じて前記好適充放電電力範囲を補正することを特徴とする車両用電源装置。The vehicle power supply device according to claim 1 ,
The controller is
The vehicle power supply device, wherein the preferred charge / discharge power range is corrected in accordance with a temperature of the battery. 請求項１記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記バッテリの分極状態に応じて前記好適充放電電力範囲を補正することを特徴とする車両用電源装置。The vehicle power supply device according to claim 1 ,
The controller is
The vehicle power supply apparatus, wherein the preferred charge / discharge power range is corrected in accordance with a polarization state of the battery. 請求項１乃至５のいずれか記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記発電機の発電電力と前記電気負荷の消費電力との差を、前記好適充放電電力範囲内に制御することを特徴とする車両用電源装置。The vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 5 ,
The controller is
The vehicle power supply device, wherein a difference between the generated power of the generator and the power consumption of the electric load is controlled within the preferable charge / discharge power range. 請求項１記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
入力される前記電源ラインの電圧を制御するための指令値に関連するパラメータの時間的変動を低減することを特徴とする車両用電源装置。The vehicle power supply device according to claim 1,
The controller is
A vehicular power supply apparatus, characterized by reducing a temporal variation of a parameter related to a command value for controlling a voltage of the input power supply line. 請求項１乃至７のいずれか記載の車両用電源装置において、
前記制御装置は、
前記好適充放電電力範囲の時間的変動を低減することを特徴とする車両用電源装置。In the vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 7 ,
The controller is
A power supply device for a vehicle that reduces temporal fluctuations in the preferred charge / discharge power range.
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