JP6079725B2 - Vehicle power supply control device - Google Patents
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Description
ここに開示された技術は、車両用電源制御装置に関するものである。 The technology disclosed herein relates to a vehicle power supply control device.
近年、車両の燃費性能を改善する観点から、車両の減速時に集中的に発電を行うことによってエンジンの負担を軽減する、いわゆる減速回生システムを採用した車両が増えつつある。 In recent years, from the viewpoint of improving the fuel efficiency of a vehicle, an increasing number of vehicles adopt a so-called deceleration regeneration system that reduces the burden on the engine by generating power intensively when the vehicle is decelerated.
減速回生システムを採用した車両では、減速時に発電される大容量の電力を短時間で充電するために、従来から広く使われてきた鉛バッテリ(第1蓄電装置)とは別に、鉛バッテリよりも急速な充放電が可能なリチウムイオンバッテリ又は電気二重層キャパシタ(第2蓄電装置)が搭載されることが多い(例えば特許文献1参照)。特性の異なる2種類の蓄電装置を搭載することにより、減速時に発生する電力を無駄なく回収しつつ、十分に大きな充電容量を確保することが可能となる。 In vehicles that employ a deceleration regeneration system, in order to charge a large amount of power generated during deceleration in a short time, apart from the lead battery (first power storage device) that has been widely used, In many cases, a lithium ion battery or an electric double layer capacitor (second power storage device) capable of rapid charge / discharge is mounted (see, for example, Patent Document 1). By mounting two types of power storage devices having different characteristics, it is possible to secure a sufficiently large charge capacity while recovering the electric power generated during deceleration without waste.
特許文献1には、第1蓄電装置に電気負荷を、第2蓄電装置に発電機をそれぞれ接続し、かつ第1蓄電装置と第2蓄電装置との間に電圧変換器とバイパスリレーとを互いに並列に設けた構成を採用し、バイパスリレーの遮断状態で電圧変換器の出力電流が所定値を上回る状態が所定時間以上継続したときには、第1蓄電装置と第2蓄電装置との電位差が所定値以下まで縮まった時点で、バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える技術が更に開示されている。 In Patent Document 1, an electrical load is connected to the first power storage device, a generator is connected to the second power storage device, and a voltage converter and a bypass relay are connected between the first power storage device and the second power storage device. When the configuration provided in parallel is adopted and the state in which the output current of the voltage converter exceeds the predetermined value continues for a predetermined time or more in the interruption state of the bypass relay, the potential difference between the first power storage device and the second power storage device is a predetermined value. There is further disclosed a technique for switching the bypass relay from the cut-off state to the connected state when it is contracted to the following.
機械式接点を持つバイパスリレーは、その耐久性を考慮すれば、オン・オフ回数を少なくすることが望まれる。バイパスリレーのオン・オフ回数を少なくするためには、電圧変換器の出力電流が閾値以上になった場合にバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える際に上記特許文献1のような遅延制御を導入することは有効である。遅延時間中に負荷が低減されて電圧変換器の出力電流が閾値未満になれば、バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える必要がなくなるからである。ただし、この遅延制御中には電圧変換器から電気負荷への要求電流の供給を行う必要があるとともに、バイパスリレーの切り替えには素早さが要求される。 A bypass relay having a mechanical contact is desired to reduce the number of on / off times in consideration of its durability. In order to reduce the number of times the bypass relay is turned on / off, the delay control as described in Patent Document 1 is performed when the bypass relay is switched from the cut-off state to the connected state when the output current of the voltage converter exceeds a threshold value. It is effective to introduce. This is because if the load is reduced during the delay time and the output current of the voltage converter becomes less than the threshold value, it is not necessary to switch the bypass relay from the disconnected state to the connected state. However, during this delay control, it is necessary to supply the required current from the voltage converter to the electric load, and quick switching is required for switching the bypass relay.
ここに開示された技術は、2種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、電圧変換器の高電流出力維持を可能にするとともに、遅延後のバイパスリレーの素早い切り替えを達成することを目的とする。 The technology disclosed herein enables a high-current output of a voltage converter to be maintained in a vehicle power supply control device equipped with two types of power storage devices, and achieves quick switching of a bypass relay after a delay. Objective.
ここに開示された技術は、遅延制御を伴う接続準備モードにて第2蓄電装置を積極的に放電させることにより第1蓄電装置と第2蓄電装置との電位差を予め縮めておき、これに続く接続実行モードではバイパスリレーを遮断状態から接続状態に素早く切り替えることとしたものである。 The technique disclosed here continues by preliminarily reducing the potential difference between the first power storage device and the second power storage device by actively discharging the second power storage device in the connection preparation mode with delay control. In the connection execution mode, the bypass relay is quickly switched from the cutoff state to the connected state.
具体的に説明すると、ここに開示された技術は、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、電気負荷に接続された第1蓄電装置と、第1蓄電装置よりも急速な充放電が可能でありかつ発電機により直接充電される第2蓄電装置と、第2蓄電装置の電圧を降圧して第1蓄電装置及び電気負荷へ供給する電圧変換器と、発電機及び第2蓄電装置と第1蓄電装置及び電気負荷との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレーと、発電機と電圧変換器とバイパスリレーとの動作を制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置の技術である。制御部は、バイパスリレーの遮断状態で電気負荷により電圧変換器の出力電流が閾値以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成される。接続準備モードでは、制御部は、第2蓄電装置を第1蓄電装置に対し設定電位差まで放電させたうえ、当該設定電位差を維持するように発電機の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行する。また、接続実行モードでは、制御部は、第1蓄電装置と第2蓄電装置との電位差を所定値以下まで縮めるように発電機の発電を調整したうえでバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する。 More specifically, the technology disclosed herein enables a generator that is driven by an engine to generate electricity, a first power storage device connected to an electrical load, and charge / discharge faster than the first power storage device. A second power storage device that is directly charged by the generator, a voltage converter that steps down the voltage of the second power storage device and supplies the second power storage device to the first power storage device and the electrical load, a generator, the second power storage device, and the first This is a technique for a vehicle power supply control device including a bypass relay that switches connection and disconnection between a power storage device and an electric load, and a control unit that controls operations of a generator, a voltage converter, and the bypass relay. The control unit executes the connection execution mode control after executing the connection preparation mode control for a certain period of time when the output current of the voltage converter becomes equal to or greater than the threshold value due to the electric load in the cutoff state of the bypass relay. Configured. In the connection preparation mode, the control unit discharges the second power storage device to the set potential difference with respect to the first power storage device, and waits for a predetermined time while adjusting the power generation of the generator so as to maintain the set potential difference. Perform delay control. Further, in the connection execution mode, the control unit adjusts the power generation of the generator so as to reduce the potential difference between the first power storage device and the second power storage device to a predetermined value or less, and then switches the bypass relay from the cutoff state to the connected state. To control.
この構成によれば、切り替え前の遅延時間を設定することによりバイパスリレーのラインへの切り替え頻度を下げることが可能になり接点式リレーの耐久性低下を抑制できるとともに、遅延制御中に発電を再開させ電圧維持することにより遅延制御中にも高電流出力を維持できる。 According to this configuration, by setting the delay time before switching, it is possible to reduce the switching frequency of the bypass relay to the line, and it is possible to suppress a decrease in durability of the contact type relay and to restart power generation during delay control By maintaining the voltage, a high current output can be maintained even during delay control.
また、制御部は、接続準備モードでは第1蓄電装置と第2蓄電装置との電位差を第1電位差で維持させ、接続実行モードでは第1蓄電装置と第2蓄電装置との電位差を第1電位差より小さい第2電位差に低減させた後にバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することとしてもよい。 The control unit maintains the potential difference between the first power storage device and the second power storage device in the connection preparation mode with the first potential difference, and controls the potential difference between the first power storage device and the second power storage device in the connection execution mode. Control may be performed so that the bypass relay is switched from the disconnected state to the connected state after being reduced to a smaller second potential difference.
この構成によれば、遅延制御中は電圧変換器からの高電流出力を維持させつつ、遅延後のバイパスリレー側のラインへの切り替えも素早くできる。 According to this configuration, it is possible to quickly switch to the bypass relay side line after the delay while maintaining a high current output from the voltage converter during the delay control.
また、制御部は、接続準備モードにおける第2蓄電装置の目標電圧を、接続実行モードにおける第2蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することとしてもよい。 Further, the control unit may set the target voltage of the second power storage device in the connection preparation mode to be higher than the target voltage of the second power storage device in the connection execution mode.
この構成によれば、遅延制御中は第2蓄電装置の目標電圧を高くすることにより電圧変換器の高電流出力の維持を容易にするとともに、バイパスリレー側への切り替え時は第2蓄電装置の目標電圧を下げることにより、切り替え時に第1蓄電装置に高電圧が作用して第1蓄電装置の電圧が上限値を超えることを防止できる。 According to this configuration, during delay control, the target voltage of the second power storage device is increased to facilitate the maintenance of the high current output of the voltage converter, and at the time of switching to the bypass relay side, the second power storage device By lowering the target voltage, it is possible to prevent the voltage of the first power storage device from exceeding the upper limit due to a high voltage acting on the first power storage device during switching.
また、制御部は、接続準備モードにおける第1蓄電装置の目標電圧を、接続実行モードにおける第1蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することとしてもよい。 Further, the control unit may set the target voltage of the first power storage device in the connection preparation mode to be higher than the target voltage of the first power storage device in the connection execution mode.
この構成によれば、遅延制御中は第1蓄電装置の目標電圧を高くすることにより第2蓄電装置の放電を迅速に行えるとともに、バイパスリレー側への切り替え時は第1蓄電装置の目標電圧を下げることにより、切り替え時の電位差により第1蓄電装置の電圧が上限値を超えることを防止できる。 According to this configuration, during delay control, the second power storage device can be discharged quickly by increasing the target voltage of the first power storage device, and the target voltage of the first power storage device can be set when switching to the bypass relay side. By lowering, it is possible to prevent the voltage of the first power storage device from exceeding the upper limit due to the potential difference at the time of switching.
また、制御部は、接続準備モードにて第1蓄電装置の電圧が所定値以下になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御することとしてもよい。 In addition, the control unit may control to end the delay control and immediately shift to the connection execution mode when the voltage of the first power storage device becomes a predetermined value or less in the connection preparation mode.
この構成によれば、無理な遅延継続による第1蓄電装置の電圧低下に伴う第1蓄電装置の劣化を防止できる。 According to this configuration, it is possible to prevent the first power storage device from deteriorating due to the voltage drop of the first power storage device due to excessive delay.
また、制御部は、接続準備モードにて電圧変換器の温度が所定値以上になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御することとしてもよい。 Further, the control unit may perform control so as to end the delay control and immediately shift to the connection execution mode when the temperature of the voltage converter becomes a predetermined value or more in the connection preparation mode.
この構成によれば、無理な遅延継続による電圧変換器の熱害を防止できる。 According to this configuration, it is possible to prevent thermal damage to the voltage converter due to excessive delay.
ここに開示された技術によれば、2種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置でのバイパスリレーの遅延制御において、電圧変換器の高電流出力維持を可能にするとともに、遅延後のバイパスリレーの素早い切り替えを達成することができる。 According to the technology disclosed herein, in the delay control of the bypass relay in the vehicle power supply control device equipped with two types of power storage devices, the voltage converter can maintain a high current output and the bypass after delay Fast switching of relays can be achieved.
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(1)車両の全体構成
図1は、車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。図1に示される車両は、エンジンルームに設けられた図外のディーゼルエンジン(以下、単にエンジンともいう)から動力を得て発電するオルタネータ1と、オルタネータ1と電気的に接続され、オルタネータ1で発電された電力を蓄えるバッテリ2及びキャパシタ3と、オルタネータ1で発電された電力を降圧するDC/DCコンバータ4と、電力を消費する各種電装品からなる電気負荷5と、エンジンの始動時に駆動されてエンジンをクランキングするスタータ6とを備えている。なお、オルタネータ1は請求項にいう「発電機」に相当し、バッテリ2は請求項にいう「第1蓄電装置」に相当し、キャパシタ3は請求項にいう「第2蓄電装置」に相当し、DC/DCコンバータ4は請求項にいう「電圧変換器」に相当する。
(1) Overall Configuration of Vehicle FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a vehicle power supply control device. The vehicle shown in FIG. 1 has an alternator 1 that generates power by generating power from a diesel engine (not shown) provided in an engine room (hereinafter also referred to simply as an engine), and is electrically connected to the alternator 1. The
オルタネータ1は、エンジンの出力軸と連動して回転するロータを磁界中で回転させることにより発電を行うもので、磁界を発生されるフィールドコイルへの印加電流の増減に応じて最大25Vまでの範囲で発電電力を調節することが可能である。また、オルタネータ1には、発電された交流電力を直流電力に変換する整流器(図示省略)が内蔵されている。つまり、オルタネータ1で発電された電力は、この整流器で直流に変換された後に各部に送電される。 The alternator 1 generates power by rotating a rotor that rotates in conjunction with the output shaft of an engine in a magnetic field. The alternator 1 has a range of up to 25 V depending on the increase or decrease of the current applied to the field coil that generates the magnetic field. It is possible to adjust the generated power. The alternator 1 also includes a rectifier (not shown) that converts the generated AC power into DC power. That is, the electric power generated by the alternator 1 is converted into direct current by this rectifier and then transmitted to each part.
バッテリ2は、車両用の蓄電装置として一般的な公称電圧12Vの鉛バッテリである。このようなバッテリ2は、化学反応によって電気エネルギを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性がある。
The
キャパシタ3は、電気二重層キャパシタ(EDLC)を複数個連結して大容量化したもので、最大25Vまで充電することが可能である。このようなキャパシタ3は、バッテリ2とは異なり、電解質イオンの物理的な吸着によって電気を蓄えるものであるため、比較的急速な充放電が可能で、内部抵抗も少ないという特性がある。
The capacitor 3 has a large capacity by connecting a plurality of electric double layer capacitors (EDLC), and can be charged up to 25V. Unlike the
DC/DCコンバータ4は、内蔵するスイッチング素子のON/OFF(スイッチング動作)によって電圧を変化させるスイッチング方式のものである。なお、本実施形態において、DC/DCコンバータ4は、オルタネータ1又はキャパシタ3の側から電気負荷5又はバッテリ2の側に(つまり図中左側から右側に)供給される電力の電圧をスイッチング動作により降圧する機能を有しているが、これ以外の機能、例えば上記とは反対方向への(つまり図中右側から左側への)電力の供給を許容したり、電圧を昇圧したりする機能は有していない。
The DC / DC converter 4 is of a switching type in which a voltage is changed by ON / OFF (switching operation) of a built-in switching element. In the present embodiment, the DC / DC converter 4 is configured to switch the voltage of power supplied from the alternator 1 or the capacitor 3 side to the
オルタネータ1とキャパシタ3とは給電用の第1ライン7を介して互いに接続されている。第1ライン7からは第2ライン8が分岐しており、この第2ライン8の途中にDC/DCコンバータ4が介設されている。第2ライン8からは第3ライン9が分岐しており、この第3ライン9を介してバッテリ2と第2ライン8とが互いに接続されている。第3ライン9からは第4ライン10が分岐しており、この第4ライン10を介してスタータ6とバッテリ2とが互いに接続されている。
The alternator 1 and the capacitor 3 are connected to each other via a first power supply line 7. A second line 8 branches from the first line 7, and a DC / DC converter 4 is interposed in the middle of the second line 8. A
第1ライン7における第2ライン8との分岐点からキャパシタ3までの間の部位には、オルタネータ1とキャパシタ3との接続を断続するためのキャパシタ遮断リレー12が設けられている。キャパシタ遮断リレー12は、オルタネータ1からキャパシタ3への給電を許可するオン状態(閉:接続状態)と、同給電を遮断するオフ状態(開:遮断状態)とに切り替え可能とされている。
A
更に、第1ライン7からは第2ライン8と並列にバイパスライン11が分岐しており、このバイパスライン11はDC/DCコンバータ4よりも出力側に位置する第2ライン8の途中部に接続されている。つまり、バイパスライン11は、オルタネータ1と電気負荷5とをDC/DCコンバータ4を介さずに接続するとともに、バッテリ2とキャパシタ3とをDC/DCコンバータ4を介さずに接続するものである。これらの接続を断続するために、バイパスライン11にはバイパスリレー13が設けられている。バイパスリレー13は、バイパスライン11を通じた(DC/DCコンバータ4をバイパスした)給電を許可するオン状態(閉:接続状態)と、同給電を遮断するオフ状態(開:遮断状態)とに切り替え可能とされている。
Further, a
電気負荷5には、ドライバによるステアリング操作を電気モータ等の駆動力を用いてアシストする電動式のパワーステアリング機構(以下、EPASと略称する)21の他、エアコン22、オーディオ23等が含まれている。これらEPAS21、エアコン22、オーディオ23等の電気負荷は、DC/DCコンバータ4が設けられた第2ライン8か、又はDC/DCコンバータ4が設けられていないバイパスライン11を介して、第1ライン7と接続されている。
The
更に、本実施形態の電気負荷5には、EPAS21等の電気負荷以外に、グロープラグ26も含まれている。グロープラグ26は、エンジン(本実施形態ではディーゼルエンジン)の冷間始動時に通電加熱によりエンジンの燃焼室を温めるためのヒータである。グロープラグ26は、スタータ6と並列にバッテリ2に接続されているが、PTCヒータ25は、通電加熱により室内を暖房するためのヒータであり、最大25Vでも安定して作動するので、DC/DCコンバータ4に対してオルタネータ1及びキャパシタ3側に配置されている。
Further, the
以上に加えて、本実施形態では、バッテリ2とキャパシタ3とを接続する充電ライン14が設けられている。充電ライン14は、第3ライン9上の点と、第1ライン7におけるキャパシタ遮断リレー12よりもキャパシタ3寄りの点との間に介設されている。そして、この充電ライン14にバッテリ2とキャパシタ3との接続を断続するための半導体スイッチである充電FET15が抵抗16と直列に設けられている。充電FET15は、充電ライン14を通じたバッテリ2からキャパシタ3への給電を許可するオン状態(閉:接続状態)と、同給電を遮断するオフ状態(開:遮断状態)とに切り替え可能とされている。更に、充電FET15と抵抗16との接続点とグラウンドとの間に、キャパシタ3の電圧を引き下げるための廃電FET17が設けられている。
In addition to the above, in the present embodiment, a charging
(2)制御系統
図2は、制御系統の接続を示すブロック図である。本図に示すように、上述したオルタネータ1、DC/DCコンバータ4、スタータ6、キャパシタ遮断リレー12、バイパスリレー13、充電FET15、廃電FET17、電気負荷5(EPAS21、エアコン22、オーディオ23、…)等の部品は、各種信号線を介してコントローラ30と接続されており、コントローラ30からの指令に基づき制御される。コントローラ30は、従来周知のCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータであり、請求項にいう「制御部」に相当するものである。
(2) Control System FIG. 2 is a block diagram showing connection of the control system. As shown in the figure, the alternator 1, the DC / DC converter 4, the starter 6, the
また、コントローラ30は、車両に設けられた各種センサ類と信号線を介して接続されている。具体的に、本実施形態の車両には、電圧センサSN1、運転状態検出手段SN2、イグニッションスイッチセンサSN3、及びその他スイッチ検出手段SN4が設けられており、これらのセンサ類により検出された情報がコントローラ30に逐次入力されるようになっている。
The
電圧センサSN1は、図1にも示すように、キャパシタ3の電圧(キャパシタ電圧)を検出するセンサである。 The voltage sensor SN1 is a sensor that detects the voltage of the capacitor 3 (capacitor voltage) as shown in FIG.
運転状態検出手段SN2は、車両もしくはエンジンの状態に関する物理量を検出するセンサ類の総称であり、例えば、車両の走行速度を検出する車速センサ、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ、アクセルペダルやブレーキペダルの操作量又は操作力を検出するアクセル/ブレーキセンサ等が含まれる。この運転状態検出手段SN2からの入力情報に基づいて、コントローラ30は、例えば、車両が減速しているか加速しているか、減速/加速の度合いはどの程度かといった情報を得ることができる。
The driving state detection means SN2 is a generic term for sensors that detect physical quantities related to the state of the vehicle or engine. For example, a vehicle speed sensor that detects the traveling speed of the vehicle, an engine rotation speed sensor that detects the rotation speed of the engine, and an accelerator pedal. And an accelerator / brake sensor for detecting an operation amount or an operation force of the brake pedal. Based on the input information from the driving state detection means SN2, the
イグニッションスイッチセンサSN3は、エンジンを始動又は停止する際にドライバにより操作される図外のイグニッションスイッチの操作状態を検出するセンサである。 The ignition switch sensor SN3 is a sensor that detects an operation state of an ignition switch (not shown) that is operated by a driver when the engine is started or stopped.
その他スイッチ検出手段SN4は、イグニッションスイッチ以外のスイッチ類の操作状態を検出するセンサの総称であり、例えばエアコンやオーディオ等の操作スイッチの操作状態を検出するセンサ等が含まれる。 The other switch detection means SN4 is a generic term for sensors that detect operation states of switches other than the ignition switch, and includes, for example, sensors that detect operation states of operation switches such as an air conditioner and an audio.
コントローラ30は、各センサ類SN1〜SN4からの入力情報に基づいて、オルタネータ1による電力発電量、DC/DCコンバータ4による降圧動作、電気負荷5及びスタータ6の駆動/停止、リレー12,13のオン/オフ操作、FET15,17のオン/オフ操作等を制御する。以下、このコントローラ30による制御動作の具体例について詳しく説明する。
Based on input information from each of the sensors SN1 to SN4, the
(3)制御動作
本実施形態の車両用電源制御装置は、車両の減速時に集中的に発電を行ういわゆる減速回生制御を実行可能である。このため、車両の走行中、電源各部はコントローラ30によって次のように制御される。
(3) Control operation The vehicle power supply control device according to the present embodiment can execute so-called deceleration regeneration control in which power generation is concentrated when the vehicle is decelerated. For this reason, each part of a power supply is controlled as follows by the
車両の減速時は、オルタネータ1による発電が積極的に行われて、最大で25Vの発電電力が生成される。このオルタネータ1での発電電力は、DC/DCコンバータ4によって12Vまで降圧された後に電気負荷5に供給される。また、電気負荷5での消費電力を超える余剰の電力は、キャパシタ3に供給されて充電される。キャパシタ3は、既に説明したように急速な充電が可能であるため、余剰電力はキャパシタ3によって効率よく回収されることになる。ただし、キャパシタ3が既に満充電状態(25V)にある場合には、キャパシタ3にそれ以上充電することができないため、余剰電力はバッテリ2の充電に回される。
At the time of deceleration of the vehicle, power generation by the alternator 1 is actively performed, and generated power of 25 V at maximum is generated. The electric power generated by the alternator 1 is stepped down to 12V by the DC / DC converter 4 and then supplied to the
一方、車両の減速時以外の走行シーンでは、オルタネータ1からエンジンに加わる抵抗を少なくするために、オルタネータ1による発電が極力抑制される。例えば、オルタネータ1による発電が行われないとき、電気負荷5での消費電力は、主にキャパシタ3の充電電力によって賄われる。つまり、キャパシタ3に充電されていた最大で25Vの電力が、DC/DCコンバータ4により12Vまで降圧された後に電気負荷5に供給される。ただし、キャパシタ電圧が十分に高くない場合、もしくは電気負荷5での消費電力が比較的多い場合には、キャパシタ3の充電電力だけでは電気負荷5での消費電力を賄うことができない。そこで、このような場合には、オルタネータ1での発電が必要最小限行われて、このオルタネータ1で発電された電力が利用されるとともに、必要に応じてバッテリ2から放電される電力も利用される。このような制御により、車両の走行中のキャパシタ3の充電電力は、常にある一定のレベル以上に保たれる。本実施形態では、キャパシタ電圧が12〜25Vの範囲に収まるように、キャパシタ3への充放電が制御される。
On the other hand, in a driving scene other than when the vehicle is decelerating, power generation by the alternator 1 is suppressed as much as possible in order to reduce the resistance applied from the alternator 1 to the engine. For example, when power generation by the alternator 1 is not performed, power consumption in the
上記のように、本実施形態では、車両の減速時には主にオルタネータ1からDC/DCコンバータ4を通じて電気負荷5に電力が供給され、車両の減速時以外はキャパシタ3からDC/DCコンバータ4を通じて電気負荷5に電力が供給される。このため、車両の走行中は、原則として、バイパスライン11を通じた給電が行われることはなく、キャパシタ3が第1ライン7から切り離されることもない。このため、バイパスリレー13は常に遮断状態に維持され、キャパシタ遮断リレー12は常に接続状態に維持される。
As described above, in this embodiment, power is supplied mainly from the alternator 1 to the
しかしながら、電気負荷5の状態変化により、DC/DCコンバータ4の出力電流が所定値を上回る時間が長くなると、DC/DCコンバータ4の加熱が問題となる。そこで、このような過負荷の場合には、バイパスリレー13を遮断状態から接続状態に切り替えることにより、電力供給ラインをDC/DCコンバータ4の第2ライン8からバイパスライン11へと切り替える必要が生じる。ただし、バッテリ2とキャパシタ3との電位差が大きい状態でバイパスライン11を接続状態に切り替えることはできない。そこで、本実施形態では、第2ライン8からバイパスライン11への切り替え時に次のような制御が行われる。
However, if the time during which the output current of the DC / DC converter 4 exceeds a predetermined value becomes longer due to a change in the state of the
図3は、バイパスリレー13の遮断状態から接続状態への切り替え時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control procedure performed when the
コントローラ30は、ステップS1で、キャパシタ3の電圧、すなわちキャパシタ電圧Vcapの読み込みと、バッテリ2の電圧、すなわちバッテリ電圧Vbatの読み込みと、車両負荷状態の読み込みと、DC/DCコンバータ4の出力電流Ioutの読み込みと、オルタネータ1の発電電流Ialtの読み込みとを実行する。
In step S1, the
ステップS2で、コントローラ30は、DC/DCコンバータ4の出力電流Ioutが閾値I0以上である過電流状態が数秒(例えば5秒)継続したかを判定する。ここに、閾値I0は例えば75Aである。NOの場合、ステップS1に戻り、YESの場合、ステップS3に進む。
In step S2, the
ステップS3で、コントローラ30は、内部のタイマをリセットしてスタートさせる。
In step S3, the
ステップS4で、コントローラ30は、キャパシタ目標電圧Vcap1をバッテリ目標電圧Vbat1よりもα1だけ高い電圧に設定する。ここに、α1は、DC/DCコンバータ4が高電流出力を維持できる最低電位差に近い値、例えば3Vである。
In step S4, the
ステップS5で、コントローラ30は、キャパシタ3の電圧がキャパシタ目標電圧Vcap1を維持するように、オルタネータ1の発電を制御する。
In step S5, the
ステップS6で、コントローラ30は、ステップS3におけるタイマのスタートから数十秒(例えば30秒)が経過したかを判定する。NOの場合、ステップS7に進み、YESの場合、ステップS9に進む。
In step S6, the
ステップS7で、コントローラ30は、DC/DCコンバータ4の出力電流Ioutが所定値I1(>I0)以上であるか、又は、バッテリ電圧Vbatが所定値Vbat3(<Vbat2:後述)以下であるかを判定し、NOの場合、ステップS8に進み、YESの場合、ステップS9に進む。なお、コントローラ30は、ステップS7でDC/DCコンバータ4の温度が所定値以上であるかを判定し、NOの場合、ステップS8に進み、YESの場合、ステップS9に進むこととしてもよい。
In step S7, the
ステップS8で、コントローラ30は、DC/DCコンバータ4の出力電流Ioutが前述の閾値I0以上である過電流状態が継続中であるかを判定する。YESの場合、ステップS5に戻り、NOの場合、バイパスリレー13を接続状態にすることなく処理を終了する。ここでバイパスリレー13を接続状態にしないということは、バイパスリレー13のオン・オフ回数を低減できることを意味する。
In step S8, the
ステップS9で、コントローラ30は、キャパシタ目標電圧Vcap2をバッテリ目標電圧Vbat2(<Vbat1)よりもα2(<α1)だけ高い電圧に設定する。ここに、α2は例えば1Vである。
In step S9, the
ステップS10で、コントローラ30は、キャパシタ3の電圧がキャパシタ目標電圧Vcap2を維持するように、オルタネータ1の発電を制御する。
In step S10, the
コントローラ30は、ステップS11でバイパスリレー13を遮断状態から接続状態に切り替えた後、処理を終了する。
The
図4は、バイパスリレー13の遮断状態から接続状態への切り替え時の各部の動作を説明するためのタイムチャートである。コントローラ30は、時刻t0から時刻t2までの30秒間は接続準備モードの制御を、時刻t2から時刻t3までは接続実行モードの制御をそれぞれ実行する。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of each part when the
DC/DCコンバータ4の出力電流が75A以上である過電流状態が5秒間継続すると、時刻t0で、バイパスリレー13の接続要求が発行される。この時刻t0からタイマによる30秒の時間計測が始まる。一方、コントローラ30は、時刻t0で、バッテリ2の目標電圧を上げ、かつキャパシタ3の目標電圧をバッテリ目標電圧よりも3Vだけ高い電圧に設定する。これに伴い、バッテリ2の電圧が上昇するとともに、キャパシタ3の電圧がDC/DCコンバータ4を通した放電により降下していく。
When the overcurrent state in which the output current of the DC / DC converter 4 is 75 A or more continues for 5 seconds, a connection request for the
時刻t1で、キャパシタ3の電圧がバッテリ目標電圧よりも3Vだけ高いキャパシタ目標電圧に達すると、コントローラ30は、バッテリ2とキャパシタ3との電位差(=3V)を維持しつつ消費電流を賄うように、オルタネータ1の発電を調整する。
When the voltage of the capacitor 3 reaches a capacitor target voltage that is 3V higher than the battery target voltage at time t1, the
時刻t0から30秒が経過して時刻t2に至ると、コントローラ30は、バッテリ2の目標電圧を下げ、かつキャパシタ3の目標電圧をバッテリ目標電圧よりも1Vだけ高い電圧に設定する。これに伴い、オルタネータ1の発電電流を大幅に下げることでDC/DCコンバータ4の出力電流も下がり、結果バッテリ2からの持ち出しが発生してバッテリ2の電圧が降下するとともに、キャパシタ3の電圧がDC/DCコンバータ4を通した放電により降下していく。
When 30 seconds elapse from time t0 and time t2 is reached, the
時刻t3では、バッテリ2とキャパシタ3との電位差が1Vになっており、バイパスリレー13が遮断状態から接続状態に切り替えられると同時に、DC/DCコンバータ4の動作が図示しない温度センサのみに電源電圧を供給する最小出力状態となり、その出力電流が微少なものになる。バイパスリレー13が接続状態になった後は、バッテリ2とキャパシタ3との電位差が0Vになるとともに、その電位はオルタネータ1の通常時の発電電圧と同電位になる。
At time t3, the potential difference between the
(4)作用
以上説明したとおり、本実施形態では、エンジンにより駆動されて発電するオルタネータ1と、電気負荷5に接続されたバッテリ2と、バッテリ2よりも急速な充放電が可能でありかつオルタネータ1により直接充電されるキャパシタ3と、キャパシタ3の電圧を降圧してバッテリ2及び電気負荷5へ供給するDC/DCコンバータ4と、オルタネータ1及びキャパシタ3とバッテリ2及び電気負荷5との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレー13と、オルタネータ1とDC/DCコンバータ4とバイパスリレー13との動作を制御するコントローラ30とを備えた車両用電源制御装置において、コントローラ30は、バイパスリレー13の遮断状態で電気負荷5によりDC/DCコンバータ4の出力電流Ioutが閾値I0以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成される。接続準備モードでは、コントローラ30は、キャパシタ3をバッテリ2に対し設定電位差α1まで放電させたうえ、当該設定電位差α1を維持するようにオルタネータ1の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行する(ステップS3〜S8)。また、接続実行モードでは、コントローラ30は、バッテリ2とキャパシタ3との電位差を所定値α2以下まで縮めるようにオルタネータ1の発電を調整したうえでバイパスリレー13を遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する(ステップS9〜S11)。
(4) Operation As described above, in this embodiment, the alternator 1 that is driven by the engine to generate electric power, the
この構成によれば、切り替え前の遅延時間を設定することによりバイパスリレー13のラインへの切り替え頻度を下げることが可能になり接点式リレーの耐久性低下を抑制できるとともに、遅延制御中にオルタネータ1に発電を再開させ電圧維持することにより遅延制御中にも高電流出力を維持できる。
According to this configuration, by setting the delay time before switching, it is possible to reduce the switching frequency of the
また、コントローラ30は、接続準備モードではバッテリ2とキャパシタ3との電位差を第1電位差α1で維持させ(ステップS5)、接続実行モードではバッテリ2とキャパシタ3との電位差を第1電位差α1より小さい第2電位差α2に低減させた後にバイパスリレー13を遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する(ステップS10,S11)。
Further, the
この構成によれば、遅延制御中はDC/DCコンバータ4からの高電流出力を維持させつつ、遅延後のバイパスリレー13側のラインへの切り替えも素早くできる。
According to this configuration, a high-current output from the DC / DC converter 4 can be maintained during the delay control, and the switching to the line on the
また、コントローラ30は、接続準備モードにおけるキャパシタ3の目標電圧Vcap1を、接続実行モードにおけるキャパシタ3の目標電圧Vcap2よりも高く設定する(ステップS4,S9)。
Further, the
この構成によれば、遅延制御中はキャパシタ3の目標電圧Vcap1を高くすることによりDC/DCコンバータ4の高電流出力の維持を容易にするとともに、バイパスリレー13側への切り替え時はキャパシタ3の目標電圧Vcap2を下げることにより、切り替え時にバッテリ2に高電圧が作用してバッテリ2の電圧が上限値を超えることを防止できる。
According to this configuration, during delay control, the target voltage Vcap1 of the capacitor 3 is increased so that the high current output of the DC / DC converter 4 can be easily maintained, and at the time of switching to the
また、コントローラ30は、接続準備モードにおけるバッテリ2の目標電圧Vbat1を、接続実行モードにおけるバッテリ2の目標電圧Vbat2よりも高く設定する(ステップS4,S9)。
Further, the
この構成によれば、遅延制御中はバッテリ2の目標電圧Vbat1を高くすることによりキャパシタ3の放電を迅速に行えるとともに、バイパスリレー13側への切り替え時はバッテリ2の目標電圧Vbat2を下げることにより、切り替え時のバッテリ2とキャパシタ3との電位差によりバッテリ2の電圧が上限値を超えることを防止できる。
According to this configuration, the capacitor 3 can be discharged quickly by increasing the target voltage Vbat1 of the
また、コントローラ30は、接続準備モードにてバッテリ2の電圧が所定値Vbat3以下になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御する(ステップS7)。
In addition, when the voltage of the
この構成によれば、無理な遅延継続によるバッテリ2の電圧低下に伴うバッテリ2の劣化を防止できる。
According to this configuration, it is possible to prevent the deterioration of the
また、コントローラ30は、接続準備モードにてDC/DCコンバータ4の温度が所定値以上になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御する。
Further, the
この構成によれば、無理な遅延継続によるDC/DCコンバータ4の熱害を防止できる。 According to this configuration, it is possible to prevent thermal damage to the DC / DC converter 4 due to excessive delay.
(5)変形例
上記実施形態では、バッテリ2よりも急速な充放電が可能な蓄電装置(請求項にいう第2蓄電装置)として、複数の電気二重層キャパシタ(EDLC)からなるキャパシタ3を用いたが、このようなキャパシタ3以外の蓄電装置を第2蓄電装置として使用することも可能である。その一例として、リチウムイオンキャパシタを挙げることができる。なお、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタとは異なり、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵可能な炭素系材料を負極として用いることによってエネルギ密度を更に向上させたものであり、正極と負極とで充放電の原理が異なる(化学反応を併用する)ことから、ハイブリッドキャパシタとも呼ばれるものである。
(5) Modified Example In the above embodiment, the capacitor 3 composed of a plurality of electric double layer capacitors (EDLC) is used as the power storage device (second power storage device referred to in the claims) that can be charged and discharged more rapidly than the
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンを搭載した車両にここに開示された技術を適用した場合を例に挙げて説明したが、ここに開示された技術は、ディーセルエンジン以外のエンジン(例えばガソリンエンジン)を搭載した車両にも当然に適用することができる。 In the above embodiment, the case where the technology disclosed herein is applied to a vehicle equipped with a diesel engine has been described as an example. However, the technology disclosed herein is an engine other than a diesel engine (for example, a gasoline engine). Naturally, it can also be applied to a vehicle equipped with a).
更に、上記実施形態では、エンジンから動力を得て発電する発電機としてオルタネータ1を用いたが、発電だけでなくエンジンのトルクアシスト(エンジンの出力軸にトルクを付加する動作)をも行うことが可能な電気モータ(モータジェネレータ)を、発電機として用いてもよい。すなわち、ここに開示された技術は、エンジンのみが動力源である従来型の車両だけでなく、エンジンと電気モータとを併用したハイブリッド車両にも適用することが可能である。 Further, in the above embodiment, the alternator 1 is used as a generator that generates power by obtaining power from the engine. However, not only power generation but also engine torque assist (operation for adding torque to the engine output shaft) can be performed. A possible electric motor (motor generator) may be used as a generator. That is, the technique disclosed here can be applied not only to a conventional vehicle in which only the engine is a power source, but also to a hybrid vehicle using both an engine and an electric motor.
以上説明したように、ここに開示された技術は、車両用電源制御装置として有用である。 As described above, the technology disclosed herein is useful as a vehicle power supply control device.
1 オルタネータ(発電機)
2 バッテリ(第1蓄電装置)
3 キャパシタ(第2蓄電装置)
4 DC/DCコンバータ(電圧変換器)
5 電気負荷
6 スタータ
7 第1ライン
8 第2ライン
9 第3ライン
10 第4ライン
11 バイパスライン
12 キャパシタ遮断リレー
13 バイパスリレー
14 充電ライン
15 充電FET
16 抵抗
17 廃電FET
30 コントローラ(制御部)
SN1 電圧センサ
SN3 イグニッションスイッチセンサ
1 Alternator (generator)
2 Battery (first power storage device)
3 Capacitor (second power storage device)
4 DC / DC converter (voltage converter)
5 Electric load 6 Starter 7 First line 8
16
30 controller (control unit)
SN1 Voltage sensor SN3 Ignition switch sensor
Claims (6)
電気負荷に接続された第1蓄電装置と、
前記第1蓄電装置よりも急速な充放電が可能であり、かつ前記発電機により直接充電される第2蓄電装置と、
前記第2蓄電装置の電圧を降圧して前記第1蓄電装置及び前記電気負荷へ供給する電圧変換器と、
前記発電機及び前記第2蓄電装置と前記第1蓄電装置及び前記電気負荷との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレーと、
前記発電機と前記電圧変換器と前記バイパスリレーとの動作を制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置であって、
前記制御部は、前記バイパスリレーの遮断状態で前記電気負荷により前記電圧変換器の出力電流が閾値以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成され、
前記接続準備モードでは、前記制御部は、前記第2蓄電装置を前記第1蓄電装置に対し設定電位差まで放電させたうえ、当該設定電位差を維持するように前記発電機の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行し、
前記接続実行モードでは、前記制御部は、前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との電位差を所定値以下まで縮めるように前記発電機の発電を調整したうえで前記バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。 A generator driven by an engine to generate electricity;
A first power storage device connected to the electrical load;
A second power storage device that can be charged and discharged more rapidly than the first power storage device and is directly charged by the generator;
A voltage converter that steps down the voltage of the second power storage device and supplies the voltage to the first power storage device and the electrical load;
A bypass relay that switches connection and disconnection between the generator, the second power storage device, the first power storage device, and the electric load;
A vehicle power supply control device comprising a controller that controls operations of the generator, the voltage converter, and the bypass relay,
When the output current of the voltage converter becomes equal to or greater than a threshold value due to the electrical load in the shut-off state of the bypass relay, the control unit performs control of the connection execution mode after executing the control of the connection preparation mode for a certain period of time. Is configured to run
In the connection preparation mode, the control unit discharges the second power storage device to the set potential difference with respect to the first power storage device, and adjusts the power generation of the generator to maintain the set potential difference. Execute delay control to wait for the passage of time,
In the connection execution mode, the control unit adjusts the power generation of the generator so as to reduce the potential difference between the first power storage device and the second power storage device to a predetermined value or less, and then switches the bypass relay from the cutoff state. A power supply control device for a vehicle, wherein control is performed so as to switch to a connected state.
前記制御部は、前記接続準備モードでは前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との電位差を第1電位差で維持させ、前記接続実行モードでは前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との電位差を前記第1電位差より小さい第2電位差に低減させた後に前記バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。 In the vehicle power supply control device according to claim 1,
The control unit maintains a potential difference between the first power storage device and the second power storage device at a first potential difference in the connection preparation mode, and between the first power storage device and the second power storage device in the connection execution mode. A power supply control device for a vehicle, wherein after the potential difference is reduced to a second potential difference smaller than the first potential difference, the bypass relay is controlled to be switched from a cutoff state to a connected state.
前記制御部は、前記接続準備モードにおける前記第2蓄電装置の目標電圧を、前記接続実行モードにおける前記第2蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することを特徴とする車両用電源制御装置。 In the vehicle power supply control device according to claim 2,
The control unit sets the target voltage of the second power storage device in the connection preparation mode to be higher than the target voltage of the second power storage device in the connection execution mode.
前記制御部は、前記接続準備モードにおける前記第1蓄電装置の目標電圧を、前記接続実行モードにおける前記第1蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することを特徴とする車両用電源制御装置。 In the vehicle power supply control device according to claim 2 or 3,
The control unit sets the target voltage of the first power storage device in the connection preparation mode to be higher than the target voltage of the first power storage device in the connection execution mode.
前記制御部は、前記接続準備モードにて前記第1蓄電装置の電圧が所定値以下になった際には前記遅延制御を終了して直ちに前記接続実行モードへ移行するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。 In the vehicle power supply control device according to claim 2,
The control unit controls to end the delay control and immediately shift to the connection execution mode when the voltage of the first power storage device becomes a predetermined value or less in the connection preparation mode. A vehicle power supply control device.
前記制御部は、前記接続準備モードにて前記電圧変換器の温度が所定値以上になった際には前記遅延制御を終了して直ちに前記接続実行モードへ移行するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。 In the vehicle power supply control device according to claim 2,
The control unit performs control so that when the temperature of the voltage converter becomes equal to or higher than a predetermined value in the connection preparation mode, the delay control is terminated and the mode is immediately shifted to the connection execution mode. A vehicle power supply control device.
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