JP5482816B2 - 電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電力変換手段の出力電圧を制御する装置に関する。

従来、高圧バッテリの電力を降圧して、補機類に電力供給が可能な低圧バッテリに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備えたシステムにおいて、補機類の推定消費電力に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−３２０８７７号公報

しかしながら、従来の技術では、補機類の推定消費電力が大きければ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を大きくしているが、出力電圧を大きくすると、補機類やハーネスなどの消費電力がさらに増大するという問題がある。

本発明による電力制御装置は、高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電圧変換手段と、複数の電子部品の動作状態に基づいて、電圧変換手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを備えており、低電圧蓄電手段の状態を検出し、低電圧蓄電手段の状態に基づいて、電圧変換手段の出力電圧を変更することを特徴とする。

本発明による電力制御装置によれば、電圧変換手段の出力電圧を適切に設定することができる。

印加電圧に消費電流が比例する部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図 内部に定電圧回路を有する部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図 第１の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第１の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第２の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第２の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第３の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第３の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第４の実施の形態における電力制御装置を含む電力システムの構成を示す図 第４の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート

以下では、本発明による電力制御装置をハイブリッド車に適用した例を挙げて説明する。ハイブリッド車において、車両に搭載される電装部品の消費電力を低減させることは、車両の燃費の向上および車両の駆動力に配分できる電力量の向上につながる。電装部品の印加電圧に対する消費電流（消費電力）の関係は、大きく分けて次の２種類がある。

１つ目は、印加電圧に消費電流が比例する部品である。このような部品には、例えば、ライトやリアデフォッガ、ハーネス等がある。図１は、このような部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図である。図１に示すように、印加電圧が高くなると、印加電圧に比例して消費電流も増加する。消費電力は、印加電圧と消費電流との積であるから、消費電力は印加電圧の２乗に比例する。

２つ目は、内部に定電圧回路を有し、印加電圧が所定電圧より高くなっても消費電流が大きく増加しない部品である。このような部品としては、例えば、ＥＣＵがある。図２は、このような部品への印加電圧と、消費電流および消費電力との関係を示す図である。印加電圧を高くしていくと、内部の定電圧回路の設定電圧より低い範囲では、部品が動作しないため、消費電流は大きく増加しない。さらに印加電圧を高くして設定電圧近くになると、定電圧回路が動作し、消費電流が増加する。印加電圧が設定電圧より高くなると、定電圧回路によって部品内の電圧が一定電圧になり、消費電流もほぼ一定になる。消費電力は、印加電圧と消費電流との積であるから、図２に示す関係となる。

《第１実施形態》
図３は、第１の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、高電圧電池（高電圧蓄電手段）１０の電圧を降圧して、複数の電装部品Ｚ０〜Ｚｎに電力を供給可能な補機電池（低電圧蓄電手段）４０に供給する。ヒューズの一種であるヒュージブルリンクボックス３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と補機電池４０および電力分配ユニット５０との間に設けられている。

電力分配ユニット５０は、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎに電力を分配するためのリレー（不図示）を電装部品Ｚ０〜Ｚｎごとに有し、ユーザからの動作要求に基づいて、各リレー（不図示）をオン／オフすることにより、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎへの電力供給を制御する。電力分配ユニット５０は、また、各リレーのオン／オフの状態、すなわち、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報を、後述するＥＣＵ７０に送信する。

ＥＣＵ７０は、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎが動作可能な最低電圧（以下、動作可能最低電圧と呼ぶ）のデータを図示しないメモリに有しており、この動作可能最低電圧データと、電力分配ユニット５０から入力される各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。

図４は、第１の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ＥＣＵ７０は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップＳ１０から始まる処理を開始する。ステップＳ１０では、電力分配ユニット５０から、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報を入力して、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。具体的には、電力分配ユニット５０から入力される各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧をＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧とする。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、ステップＳ２０で決定した出力電圧を出力電圧指令値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、ＥＣＵ７０から入力される出力電圧指令値に応じた電圧を出力する。

すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧に設定するので、電装部品の消費電力を低減させることができる。例えば、印加電圧に消費電流が比例する電装部品の印加電圧が14.5Ｖで消費電流が50Ａの場合に、印加電圧を１Ｖ低減させて13.5Ｖとすると、消費電流は47Ａとなるので（50×13.5／14.5＝47）、消費電力を９０Ｗ（＝７２５−６３５）低減することができる。

第１の実施の形態における電力制御装置によれば、高電圧電池１０の電圧を降圧して、複数の電装部品Ｚ０〜Ｚｎへの電力供給が可能な補機電池４０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２０を備えており、電子部品が動作可能な最低電圧（動作可能最低電圧）のうち、動作している電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を制御する。特に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を制御するので、複数の電装部品への印加電圧を必要最低限に抑えることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を効果的に低減させることができる。これにより、車両の燃費および車両の駆動力に配分できる電力量を向上させることができる。

《第２実施形態》
図５は、第２の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第２の実施の形態における電力制御装置は、図１に示す第１の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、電流センサ８０を備える。電流センサ８０は、補助電池４０の充放電電流を検出して、ＥＣＵ７０に出力する。

第２の実施の形態における電力制御装置では、電流センサ８０によって検出される補助電池４０の充放電電流に基づいて、補助電池４０の充電状態を検出し、検出した補助電池４０の充電状態も考慮して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。

図６は、第２の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ＥＣＵ７０は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップＳ１０から始まる処理を開始する。なお、図６に示すフローチャートの処理のうち、図４に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

ステップＳ１０に続くステップＳ１００では、電流センサ８０によって検出される補助電池の充放電電流値を入力して、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、補機電池４０の充電状態が良好であるか否かを判定する。ここでは、補助電池４０の残存容量が所定容量以上であれば、補助電池４０の充電状態が良好であると判定し、残存容量が所定容量未満であれば、補助電池４０の充電状態が良好ではないと判定する。補助電池４０の残存容量は、電流センサ８０によって検出される補助電池４０の充放電電流を積算する既知の方法を用いることによって求める。また、所定容量は、実験等によって、適切な値に設定しておく。

ステップＳ１１０において、補機電池４０の充電状態が良好であると判定すると、ステップＳ２０に進み、補機電池４０の充電状態が良好ではないと判定すると、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、補機電池４０の充電状態、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット５０から入力される各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補助電池４０の残存容量に基づいて補正する。補正は、補助電池４０の残存容量が低いほど、電圧値が高くなるように行う。補助電池４０の残存容量に基づいて補正した電圧値をＤＣコンバータ２０の出力電圧とする。

ステップＳ２０またはステップＳ１２０の処理を行うと、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０の処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ３０の処理と同一である。

第２の実施の形態における電力制御装置によれば、第１の実施の形態における電力制御装置と同様に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を制御する。特に、補機電池４０の充電状態に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を変更するので、補機電池４０の充電状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。

特に、第２の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池４０の残存容量が所定容量より低い場合には、残存容量が所定容量以上である場合に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を高くするので、補機電池４０が過放電状態となるのを抑制しつつ、複数の電装部品への印加電圧を抑えることができる。また、第２の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池４０の残存容量が低いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を高くするので、補機電池４０の残存容量の状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。

《第３実施形態》
図７は、第３の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第３の実施の形態における電力制御装置は、図５に示す第２の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、温度センサ８２を備える。温度センサ８２は、補助電池４０の温度を検出して、ＥＣＵ７０に出力する。

第３の実施の形態における電力制御装置では、温度センサ８２によって検出される補助電池４０の温度も考慮して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。

図８は、第３の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ＥＣＵ７０は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップＳ１０から始まる処理を開始する。なお、図８に示すフローチャートの処理のうち、図６に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

ステップＳ１００に続くステップＳ２００では、温度センサ８２によって検出される補助電池４０の温度を入力して、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、補機電池４０の充電状態が良好であるか否かを判定する。この判定は、上述したように、補助電池４０の残存容量に基づいて行う。補機電池４０の充電状態が良好であると判定すると、ステップＳ２１０に進み、補機電池４０の状態が良好ではないと判定すると、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２１０では、補機電池４０の温度、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット５０から入力される各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補機電池４０の温度に基づいて補正した電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧とする。電圧の補正は、補機電池４０の温度が低いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧が高くなるように補正する。これは、低温時には電池が充電されにくい状態にあるため、補機電池４０への印加電圧を高くするためである。

一方、ステップＳ２２０では、補機電池４０の充電状態、補機電池４０の温度、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態、および、各電装部品の動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を決定する。ここでは、電力分配ユニット５０から入力される各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態の情報に基づいて、動作している電装部品を特定し、特定した電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値が高い動作可能最低電圧を、補機電池４０の充電状態および温度に基づいて補正し、補正した電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧とする。電圧の補正は、補助電池４０の残存容量が低いほど、また、補機電池４０の温度が低いほど、高くなるように補正する。

ステップＳ２１０またはステップＳ２２０の処理を行うと、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０の処理は、図６に示すフローチャートのステップＳ３０の処理と同一である。

第３の実施の形態における電力制御装置によれば、第１の実施の形態における電力制御装置と同様に、動作している電装部品の動作可能最低電圧のうち、最も電圧値の高い動作可能最低電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を制御する。特に、補機電池４０の温度に応じて、補機電池４０の温度が低いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を高くするので、補機電池４０の状態に応じた適切な出力電圧を設定することができる。

《第４実施形態》
図９は、第４の実施の形態における電力制御装置を搭載したハイブリッド車の電力システムの概要を示す図である。第４の実施の形態における電力制御装置は、図５に示す第２の実施の形態における電力制御装置の構成に加えて、補機電池リレー９０を備える。補機電池リレー９０は、ヒュージブルリンクボックス３０と補機電池４０の間に設けられ、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、オン／オフする。

ＥＣＵ７０は、車両の起動時に、補機電池リレー９０をオンするとともに、車両の起動後は、補機電池４０の状態、および、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態に基づいて、補機電池リレー９０のオン／オフを制御する。

図１０は、第４の実施の形態における電力制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。ＥＣＵ７０は、車両の起動後、例えば、所定時間ごとに、ステップＳ１０から始まる処理を開始する。なお、図１０に示すフローチャートの処理のうち、図６に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

ステップＳ１００に続くステップＳ３００では、補機電池リレー９０をオフするか否かを判定する。ここでは、補機電池４０の充電状態が良好であり、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電流によって、動作している電装部品の消費電流を供給可能である場合に、補機電池リレー９０をオンすると判定し、それ以外の場合には、オフすると判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電流によって、動作している電装部品の消費電流を供給可能であるか否かの判定は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力可能電圧と、動作している電装部品の動作可能最低電圧とに基づいて行う。また、補機電池４０の残存容量が所定容量以上であれば、補機電池４０の充電状態が良好であると判定する。

ステップＳ３００において、補機電池リレー９０をオフすると判定すると、ステップＳ３１０に進み、補機電池リレー９０をオンすると判定すると、ステップＳ３２０に進む。ステップＳ３１０では、補機電池リレー９０をオフする指令を出す。この指令に基づいて、補機電池リレー９０はオフする。補機電池リレー９０がオフすると、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０以降の処理は、図６に示すフローチャートのステップＳ２０以降の処理と同一である。

一方、ステップＳ３２０では、補機電池リレー９０をオンする指令を出す。この指令に基づいて、補機電池リレー９０はオンする。補機電池リレー９０がオンすると、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０以降の処理は、図６に示すフローチャートのステップＳ１２０以降の処理と同一である。

第４の実施の形態における電力制御装置によれば、補機電池４０の状態、および、複数の電装部品Ｚ０〜Ｚｎの作動状態に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と補機電池４０との間に設けられた補機電池リレー９０の接続／遮断を制御するので、補機電池リレー９０の遮断時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧をさらに低減させることができる。例えば、ヘッドライトやラジエータファンなどのように、動作可能最低電圧が高くて消費電流が大きい電装部品が作動しておらず、かつ、補機電池４０の充電状態が良好である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と補機電池４０との間を遮断することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧をさらに低減させることができる。

本発明は、上述した第１〜第４の実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した各実施の形態では、本発明による電力制御装置をハイブリッド車に適用した例を挙げて説明したが、電気自動車や燃料電池車に適用することもできるし、車両以外のシステムに適用することもできる。

上述した各実施の形態において、フローチャートにおける処理は、所定時間ごとに行うものとして説明したが、任意のタイミングで行うようにしてもよい。例えば、各電装部品Ｚ０〜Ｚｎの動作状態が変更（動作から停止、または、停止から動作）になった場合にのみ、処理を行うようにしてもよい。この場合、動作状態に変更が無ければ、フローチャートの処理が行われないので、無駄な処理が行われるのを防ぐことができる。

補機電池４０がＤＣ／ＤＣコンバータ２０と離れて設置されている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧と、補機電池４０の印加電圧とが一致しない場合がある。このような場合には、補機電池４０の印加電圧を精度良く検出するための電圧センサを別途設けるようにしてもよい。

第４の実施の形態における電力制御装置では、補機電池４０の状態、および、複数の電装部品Ｚ０〜Ｚｎの作動状態に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と補機電池４０との間に設けられた補機電池リレー９０の接続／遮断を制御した。ここで、図示しない車両のキースイッチをオフした時に、補機電池リレー９０を遮断するようにすれば、車両を長期放置した場合でも、補機電池４０の電圧低下を抑制することができる。

特許請求の範囲の構成要素と第１〜第４の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が電圧変換手段を、電力分配ユニット５０が動作状態検出手段を、ＥＣＵ７０が記憶手段、出力電圧制御手段、および、接続／遮断制御手段を、電流センサ８０およびＥＣＵ７０が状態検出手段を、温度センサ８２が温度検出手段を、補機電池リレー９０が接続／遮断手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

１０…高電圧電池
２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…ヒュージブルリンクボックス
４０…補機電池
５０…電力分配ユニット
７０…ＥＣＵ
８０…電流センサ
８２…温度センサ
９０…補機電池リレー
Ｚ０〜Ｚｎ…電装部品

Claims (4)

1. 高電圧蓄電手段の電圧を降圧して、複数の電子部品への電力供給が可能な低電圧蓄電手段に供給する電圧変換手段と、
   前記複数の電子部品の動作状態を検出する動作状態検出手段と、
   前記低電圧蓄電手段の状態を検出する状態検出手段と、
   前記動作状態に基づいて、前記電圧変換手段の出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを備え、
   前記出力電圧制御手段は、前記動作状態検出手段によって検出される動作状態、前記複数の電子部品ごとの動作可能最低電圧、及び前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の状態に基づいて、前記電圧変換手段の出力電圧を変更することを特徴とする電力制御装置。
2. 請求項１に記載の電力制御装置において、
   前記状態検出手段は、前記低電圧蓄電手段の残存容量を検出し、
   前記出力電圧制御手段は、前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の残存容量が所定容量より低い場合には、前記残存容量が前記所定容量以上である場合に比べて、前記電圧変換手段の出力電圧を高くすることを特徴とする電力制御装置。
3. 請求項１記載の電力制御装置において、
   前記出力電圧制御手段は、前記状態検出手段によって検出される前記低電圧蓄電手段の残存容量が低いほど、前記電圧変換手段の出力電圧を高くすることを特徴とする電力制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力制御装置において、
   前記低電圧蓄電手段の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記出力電圧制御手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が低いほど、前記電圧変換手段の出力電圧を高くする
   ことを特徴とする電力制御装置。

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