JP5783511B2 - ハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システム - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に使用するのに適したバッテリ充電システムに関する。
本発明は、また、前記方法を実行するためにコンピュータと共に使用されるすべてのコンピュータ・プログラム、コンピュータ・プログラム製品およびコンピュータ用記憶媒体に関する。
ハイブリッド電気自動車は、近年実用化されてきており、エンジンにより駆動されて電力を生成するジェネレータ（generator）、高電圧バッテリ（車両駆動バッテリまたは牽引用バッテリとも呼ばれる）、車両駆動モータなどを含む。ハイブリッド電気自動車は、大きくは、（１）駆動輪が、エンジンの駆動力と車両駆動モータの駆動力を組み合わせで使用することにより回転される並列タイプと、（２）駆動輪が、エンジンを駆動することによって生成される電力により駆動される車両駆動モータによって回転される直列タイプと、（３）これらを組み合わせたタイプの３つのタイプに分類される。
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、比較的高い電圧（例えば、６００Ｖ）を有する高電圧バッテリに加えて、更に、比較的低い電圧（例えば、２４Ｖ）を有する直流電力を蓄積する低電圧バッテリ（電気装置バッテリ）を備える。この低電圧バッテリは、ランプ装置（ヘッドランプ、ストップランプなど）、エアコン装置（エアコン用コンプレッサ、キャパシタなど）、オーディオ装置（ステレオなど）、制御装置（様々なコントローラ、ブレーキ真空ポンプなど）などを含む、車載電気装置の動作に使用される。
図１は、従来の直列タイプのハイブリッド電気自動車の電気装置電源ユニットの既知の電気回路の例を示す。図示されたように、車両駆動モータ１１０は、推進用の動力を伝達できるように駆動輪１１１に接続される。車両駆動モータ１１０は、更に、インバータ１０９を介して高電圧バッテリ１０３に接続される。駆動輪への電力は、モータ・コントローラ１０８によって制御される。
ジェネレータ１０２が、エンジン１０１によって駆動されることによって電力を生成できるようにエンジン１０１に接続され、その動作は、ジェネレータ・コントローラ１０７によって制御される。ジェネレータ１０２は、更に、生成された電力が高電圧バッテリ１０３に供給されるようにインバータ１０９を介して高電圧バッテリ１０３に接続される。
低電圧バッテリ１０６が、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換機）１０４を介して高電圧バッテリ１０３に接続され、また車載電気装置１０５に接続される。
したがって、高電圧バッテリ１０３の電力が、インバータ１０９を介して車両駆動モータ１１０に供給されると、車両駆動モータ１１０が回転され、車両駆動モータ１１０と接続された駆動輪１１１が回転され、それにより車両が進むことができる。高電圧バッテリ１０３に蓄積された電力が少なくなると、エンジン１０１が駆動され、ジェネレータ１０２がジェネレータ・コントローラ１０７によって操作される。ジェネレータ１０２によって生成された電力は、高電圧バッテリ１０３に収集され蓄積される。
高電圧バッテリ１０３に蓄積された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって低い電圧に変換され、低電圧バッテリ１０６に蓄積される。車載電気装置１０５は、低電圧バッテリ１０６からの電力供給によって動作する。
図１において、従来の補助電源回路は、エンジン１０１で駆動されることによって電力を生成するオルタネータ１１２を備える。オルタネータ１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と並列に低電圧バッテリ１０６と接続される。この構成によって、電力が２つの系統（オルタネータ１１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１０４からなる）から低電圧バッテリ１０６に供給される。この技術は、例えば、特許文献１と、特許文献２に開示されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とオルタネータ１１２の出力電圧は、基本的に一定であるが、それらの実際の充電回路部分の電圧は、装置の負荷の大きさまたは低電圧バッテリ１０６の状態により異なる。
電源から低電圧バッテリ１０６への充電経路として、（１）ジェネレータ１０２から電力が供給されたＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって低電圧バッテリ１０６が充電される第１の経路と、（２）エンジン１０１によって駆動されたオルタネータ１１２によって充電される第２の経路の２つの経路がある。
前記先行技術に関する問題は、ＨＥＶ内の高電圧バッテリに出入りするエネルギー（電力）が多すぎると、バッテリの耐久性が低下することである。高電圧バッテリの耐久性は、重放電によっても低下する。
米国特許出願公開第２００６／０２３２２３８号明細書 特開平１０−１７４２０１号公報
したがって、本発明の主な目的は、上記問題の影響を軽減し、またハイブリッド電気自動車向けの改善されたバッテリ充電システムを提供することである。これは、導入部で述べた装置によって達成され、その特徴は、請求項１に定義される。目的は、また、導入部で述べたような方法によって達成され、その特徴は、独立請求項６の方法によって定義される。
独立クレームは、本発明によるバッテリ充電システムの好ましい実施形態と展開について述べる。
ＨＥＶ用のバッテリ充電システムは、車両駆動モータに電力を供給するための高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリを充電するためのジェネレータと、高電圧を低電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの前記低電圧によって充電される低電圧バッテリと、エンジンによって駆動され前記電圧変換機と並列に前記低電圧バッテリと接続されたオルタネータとを含む（が必ずしもこれらに制限されない）。本発明は、制御ユニットがパラメータを記録するように構成され、前記パラメータは、
−前記高電圧バッテリの充電状態と、
−前記車両駆動モータまたは前記ジェネレータへの前記高電圧バッテリへの／からのエネルギー流入量／エネルギー流出量
との少なくとも一方であり、前記制御ユニットは、前記記録パラメータにより前記低電圧を制御するように構成される。
本発明によるシステムの利点は、車両駆動性能を低下させることなく高電圧バッテリの耐久性を延長できることである。この解決策は、コスト効果が高くかつ実施し易い。
本発明によるバッテリ充電システムの一実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記高電圧バッテリの充電状態が高レベルのときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くするように構成される。
本発明によるバッテリ充電システムの別の実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記高電圧バッテリへのエネルギーの流入が記録されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くするように構成される。
本発明によるバッテリ充電システムの一実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記高電圧バッテリの充電状態が低レベルのときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より低くするように構成される。
本発明によるバッテリ充電システムの別の実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記高電圧バッテリからのエネルギーの流出量が記録されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧制御して前記オルタネータからの電圧より低くするように構成される。
本発明の更に他の有利な実施形態は、添付の特許請求の範囲の請求項１に続く従属クレームから明らかになる。
本発明は、例示のために本発明の更に他の好ましい実施形態とまた技術背景を示す添付図面を参照して以下により詳細に説明される。
ＨＥＶの電気装置電源ユニットの既知の電気回路の例を示す図である。 本発明の一実施形態のフローチャートである。 コンピュータ構成に適用された本発明を示す図である。
本発明によれば、バッテリ充電システム（例えば、図１と関連して述べるような）内またはバッテリ充電システムと関連して制御ユニット（図示せず）を配置することができ、前記制御ユニットは、パラメータを記録するように構成され、前記パラメータは、
−前記高電圧バッテリの充電状態と、
−前記車両駆動モータまたは前記ジェネレータへの前記高電圧バッテリへの／からのエネルギー流出量／エネルギー流入量
との少なくとも一方であり、前記制御ユニットは、前記記録パラメータに従って前記低電圧を制御するように構成される。
前記パラメータは、車両の運転中に継続的に記録することができる。
本発明の更にその他の実施形態では、前記高電圧バッテリの充電状態が高レベルのときに、前記制御ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くするようにプログラムされてもよい。これと対応して、前記高電圧バッテリへのエネルギー流入が記録されたときに、前記制御ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くするようにプログラムされてもよい。また、前記高電圧バッテリの充電状態が低レベルのとき、前記制御ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より低くするようにプログラムされてもよい。また、前記高電圧バッテリからのエネルギー流出量が記録された場合、前記制御ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より低くするように構成されてもよい。
図２は、本発明の手順をフローチャートで示す。段階２１で、シーケンスを開始するように前記制御ユニットをプログラムすることができる。段階２２で、前記制御ユニットは、前記パラメータを記録するようにプログラムされる。段階２３で、前記パラメータ／−ｓの記録値（ＳＯＣおよび／またはエネルギー流入量）が、基準値（それぞれ、ＳＯＣRef1および／またはＥRef1）と比較される。段階２３で、記録値が前記基準値より大きい（すなわち、ＳＯＣが高レベルかつ／またはエネルギー流入量が基準値を超える）場合は、段階２４で、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧ＵLが、前記オルタネータからの電圧ＵAより高い値に調整される。段階２４の後、シーケンスは段階２５で終わる。段階２３の記録値／−ｓが前記基準値より大きくない場合は、シーケンスは終了し、前記低電圧ＵLの調整は行なわれない。
これに対応して、前記制御ユニットは、段階２６で、前記パラメータ／−ｓの記録値（ＳＯＣおよび／またはエネルギー流出量）を第２の基準値（それぞれＳ０ＣRef2および／またはＥRef2）と比較するようにプログラムされる。段階２６で、記録されたＳＯＣ値が、前記第２の基準値Ｓ０ＣRef2より小さい場合は、段階２７で、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧ＵLが、前記オルタネータからの電圧ＵAより低い値に調整される。前記段階２６で、記録されたエネルギー流出値が前記第２の基準値ＥRef2より大きい場合は、段階２７で、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧ＵLを前記オルタネータからの電圧ＵAより低い値に調整することができる。
段階２７の後、シーケンスは、段階２５で終わる。段階２３で記録値／−ｓが前記基準値より大きくない場合は、シーケンスは段階２５で終わり、前記低電圧の調整は行なわれない。これと対応して、段階２６で、記録値が、ＤＣ／ＤＣコンバータの前記低電圧ＵLの調整を行わない場合、シーケンスは段階２５で終わり、前記低電圧の調整は行なわれない。
図２に開示された実施形態では、基準値は異なってもよく、ＳＯＣRef1＞Ｓ０ＣRef2かつＥRef1＞または＜ＥRef2でもよく、前記基準値が同一（すなわち、ＳＯＣRef1＝ＳＯＣRef2かつＥRef1＝ＥRef2）でもよい。これらの基準値の選択は、様々なバッテリ・システム仕様により異なってもよい。
運転中に、前記シーケンスを継続的に実行して、ＤＣ／ＤＣコンバータからの低電圧ＵLのレベルを調整することができる。
前述のパラメータは両方とも高電圧バッテリの耐久性に影響を及ぼし、前記パラメータの一方または両方の現行レベルを記録することによって、低電圧を調整して、高電圧バッテリの耐久性への影響を軽減することができる。
本発明の前記バッテリ・システムの実施形態は、また、対応する高電圧バッテリ、ジェネレータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、低電圧バッテリ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの低電圧で充電される低電圧バッテリ、およびエンジンによって駆動され前記電圧コンバータと並列に前記低電圧バッテリと接続されたオルタネータとを含む並列型ハイブリッド自動車や他のタイプのＨＥＶで実施することができる。
図３は、不揮発性メモリ５２０、プロセッサ５１０および読書きメモリ５６０を含む、本発明の一実施形態による装置５００を示す。メモリ５２０は、装置５００を制御するためのコンピュータ・プログラムが記憶された第１のメモリ部分５３０を有する。装置５００を制御するためのメモリ部分５３０内のコンピュータ・プログラムは、オペレーティング・システムでもよい。
装置５００は、例えば前述の制御ユニットなどの制御ユニットに収容されてもよい。データ処理ユニット５１０は、例えば、マイクロコンピュータを含むことができる。
メモリ５２０は、また、本発明によるターゲット・ギア選択機能を制御するプログラムが記憶される第２のメモリ部分５４０を有する。代替の実施形態では、ターゲット・ギア選択機能を制御するためのプログラムは、例えばＣＤや交換式半導体メモリなどのデータ用の個別不揮発性記憶媒体５５０に記憶される。プログラムは、実行可能な形態または圧縮状態で記憶されてもよい。
以下にデータ処理ユニット５１０が特定機能を実行することを述べるとき、データ処理ユニット５１０が、メモリ５４０に記憶されたプログラムの特定部分または不揮発性記憶媒体５５０に記憶されたプログラムの特定部分を実行することは明らかであろう。
データ処理ユニット５１０は、データ・バス５１４を介してストレージ・メモリ５５０と通信するように適応される。データ処理ユニット５１０は、また、データ・バス５１２を介してメモリ５２０と通信するように適応される。更に、データ処理ユニット５１０は、データ・バス５１１を介してメモリ５６０と通信するように適応される。データ処理ユニット５１０は、また、データ・バス５１５を使用してデータ・ポート５９０と通信するように適応される。
本発明による方法は、メモリ５４０に記憶されたプログラムまたは不揮発性記憶媒体５５０に記憶されたプログラムを実行するデータ処理ユニット５１０によって実行されてもよい。
本発明は、前述の実施形態に限定されると考えられるべきでなく、以下の特許請求の範囲内でいくつか更に他の変形および修正が考えられる。
１０１ エンジン
１０２ ジェネレータ
１０３ 高電圧バッテリ
１０４ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧コンバータ）
１０５ 車載電気装置
１０６ 低電圧バッテリ
１０７ ジェネレータ・コントローラ
１０８ モータ・コントローラ
１０９ インバータ
１１０ 車両駆動モータ
１１１ 駆動輪
１１２ オルタネータ

Claims (5)

  1. ハイブリッド電気自動車用バッテリ充電システムであって、
    車両駆動モータ（１１０）に電力を供給するための高電圧バッテリ（１０３）と、
    前記高電圧バッテリを充電するためのジェネレータ（１０２）と、
    高電圧を低電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（１０４）と、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの前記低電圧によって充電される低電圧バッテリ（１０６）と、
    エンジン（１０１）によって駆動され、前記電圧コンバータと並列に前記低電圧バッテリと接続されたオルタネータ（１１２）とを有し、
    制御ユニットが、パラメータを記録するように構成され、前記パラメータが、
    −前記高電圧バッテリの充電状態と、
    −前記高電圧バッテリから前記車両駆動モータへのエネルギー流出量または前記ジェネレータから前記高電圧バッテリへのエネルギー流入量との少なくとも一方であり、
    前記制御ユニットは、前記高電圧バッテリの充電状態が高レベルのときに、または前記ジェネレータから前記高電圧バッテリへのエネルギーの流入量が記録されたときに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くするように構成されるとともに、前記高電圧バッテリの充電状態が低レベルのときに、または前記高電圧バッテリから前記車両駆動モータへのエネルギーの流出量が記録されたときに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より低くするように構成されたバッテリ充電システム。
  2. ハイブリッド電気自動車内の高電圧バッテリの耐久性を延長する方法であって、
    車両駆動モータ（１１０）に電力を供給するための高電圧バッテリ（１０３）と、
    前記高電圧バッテリを充電するためのジェネレータ（１０２）と、
    高電圧を低電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（１０４）と、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの前記低電圧によって充電される低電圧バッテリ（１０６）と、
    エンジン（１０１）によって駆動され、前記電圧コンバータと並列に前記低電圧バッテリと接続されたオルタネータ（１１２）とを有し、
    ・パラメータを記録する段階であって、前記パラメータが、
    −前記高電圧バッテリの充電状態と、
    −前記高電圧バッテリから前記車両駆動モータへのエネルギー流出量または前記ジェネレータから前記高電圧バッテリへのエネルギー流入量との少なくとも一方である段階と、
    ・前記高電圧バッテリの充電状態が高レベルのときに、または前記ジェネレータから前記高電圧バッテリへのエネルギーの流入量が記録されたときに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より高くする段階と、
    ・前記高電圧バッテリの充電状態が低レベルのときに、または前記高電圧バッテリから前記車両駆動モータへのエネルギーの流出量が記録されたときに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧を制御して前記オルタネータからの電圧より低くする段階とを含む方法。
  3. プログラムがコンピュータ上で実行されたときに請求項２に記載の段階を実行するためのプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
  4. プログラム製品がコンピュータ上で実行されたときに、請求項２に記載の全ての段階を実行するためにコンピュータ可読媒体上に記憶されたプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム製品。
  5. 計算処理環境で使用するために、請求項２に記載の段階を実行するためのコンピュータ可読プログラム・コードを含むコンピュータ・メモリ（５２０）や不揮発性データ記憶媒体（５５０）などの記憶媒体。
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