JP6079760B2 - 車両用電源制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、車両用電源制御装置が搭載された車両の構成を概略的に示す図である。車両1は、図1に示されるように、エンジン11、ギヤ駆動式スタータ12、Integrated Starter Generator(ISG)13、正温度係数(PTC)ヒータ14、触媒ヒータ15、キャパシタ16、DC−DCコンバータ17、バイパススイッチ素子18、鉛蓄電池(以下、単に「バッテリ」と称される)19、低電圧電気負荷20を備える。
図2は、図1に示される車両1の制御系統の電気的構成を概略的に示すブロック図である。図2に示されるように、上述のISG13、DC−DCコンバータ17、ギヤ駆動式スタータ12、遮断スイッチ素子6、バイパススイッチ素子18、低電圧電気負荷20等の部品は、配線を介して制御部10と接続されており、制御部10からの指令に基づき制御される。制御部10は、例えば、従来周知のCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータで構成される。
本実施形態の制御部10は、車両1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1の走行中、制御部10は、車両1の各部を、次のように制御する。
以上説明したとおり、本実施形態では、バッテリ19の液温TPlqが温度閾値TPth1以下の低温時には、制御部10は、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを最大電圧より低い電圧値Vc1に設定している。したがって、ISG13の発電機能の停止からの経過時間Telが移行時間Ttr1(<Ttr2)に達するまでに、キャパシタ電圧Vcapがバイパス可能電圧Vlwに低下する。このため、移行時間Ttr1の経過時には、バッテリ19及び低電圧電気負荷20に支障を来すことなく、バイパススイッチ素子18をオンにすることができ、ISG13の発電機能を再開させることができる。その結果、バッテリ19の電圧Vbatが最低保障電圧Vbat_limitを下回ることにより低電圧電気負荷20が停止するような事態を避けることができる。
上記実施形態では、制御部10は、図5に示されるように、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを設定している。言い換えると、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxは、バッテリ19の液温TPlqのみで決まる固定値になっている。しかし、制御部10は、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを、キャパシタ16の静電容量Ccapを用いて、算出するようにしてもよい。
Ccap=−Td/R71×1/ln(Vcap2/Vcap1) (1)
ここで、Tdは放電時間であり、R71は抵抗素子71の抵抗値であり、Vcap1は放電開始前のキャパシタ電圧であり、Vcap2は放電終了後のキャパシタ電圧である。
J=1/2×Ccap×(Vcap_max2−Vlw2) (2)
ここで、Vlwは、上記バイパス可能電圧である。上述のように、例えばVlw=12.5Vである。Jは、キャパシタ電圧Vcapが、移行時間Ttr1で、上限電圧Vcap_maxからバイパス可能電圧Vlwに変化するときの、キャパシタ16のエネルギーである。エネルギーJは、例えば、DC−DCコンバータ17の出力電流Ioutの電流値が電流値I4のときにキャパシタ16から出力されるキャパシタ電流が、移行時間Ttr1の間、流れ続けたときのエネルギーとして、予め算出することができる。制御部10は、予め算出されたエネルギーJと、予め設定されたバイパス可能電圧Vlwとを保存する。
Vcap_max=(2×J/Ccap+Vlw2)1/2 (3)
制御部10は、図3のステップS2において、上記式(3)により、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを算出する。なお、バッテリ19の液温TPlqが温度閾値TPth1を超える場合には、制御部10は、図3のステップS2において、上記式(3)を使用せずに、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを最大電圧に設定する。
上記実施形態では、制御部10は、バッテリ19の液温TPlqが温度閾値TPth1以下の低温時には、一律に、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを最大電圧より低い電圧値Vc1に設定している。しかし、制御部10は、PTCヒータ14及び触媒ヒータ15(ここでは、両者は、合わせて「高電圧電気負荷」とも称される)が動作している場合には、キャパシタ16の上限電圧Vcap_maxを電圧値Vc1より増大させてもよい。
上記実施形態では、バッテリ19よりも急速な充放電が可能な、複数の電気二重層キャパシタ(EDLC)を含むキャパシタ16を用いたが、このようなキャパシタ16に限られない。例えば、リチウムイオンキャパシタを用いてもよい。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ー密度をさらに向上させたものである。リチウムイオンキャパシタは、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。
13 ISG
14 PTCヒータ
15 触媒ヒータ
16 キャパシタ
17 DC−DCコンバータ
18 バイパススイッチ素子
19 バッテリ
20 低電圧電気負荷
Claims (5)
- エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
予め定められた第1電圧値以下の電圧で動作する低電圧電気負荷と、
前記低電圧電気負荷に電気的に接続され、上限電圧が前記第1電圧値に設定された第1蓄電部と、
前記発電機に電気的に接続され、上限電圧が前記第1電圧値より高い第2電圧値に設定され、前記第1蓄電部より急速な充放電が可能な第2蓄電部と、
前記発電機及び前記第2蓄電部と、前記低電圧電気負荷及び前記第1蓄電部との間に設けられ、前記発電機又は前記第2蓄電部から出力される電圧を低下させて前記低電圧電気負荷又は前記第1蓄電部に出力する電圧変換器と、
前記電圧変換器に並列に接続され、オンにされると前記電圧変換器の入力端及び出力端の間を短絡し、オフにされると前記電圧変換器の入力端及び出力端の間を開放するバイパススイッチ素子と、
前記バイパススイッチ素子がオフの状態で、前記電圧変換器の出力電流が予め定められた電流閾値を超えると前記発電機の発電を停止させ、前記第2蓄電部の電圧が予め定められた前記第1電圧値に近い移行電圧値に低下すると前記バイパススイッチ素子をオンにして前記発電部の発電を再開させる制御部と、
前記第1蓄電部の温度を検出する温度検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記第1蓄電部の温度が、常温より低い値に予め定められた第1温度閾値以下の場合には、前記第2蓄電部の上限電圧を、前記第1電圧値より高く、かつ前記第2電圧値より低い第3電圧値に設定する、車両用電源制御装置。 - 前記第2蓄電部は、電気二重層キャパシタを含み、
前記制御部は、
前記電気二重層キャパシタの静電容量を算出し、
前記算出した静電容量を用いて、第1エネルギーから第2エネルギーを減算した値が第3エネルギーに等しくなるように前記第3電圧値を算出し、
前記第1エネルギーは、前記電気二重層キャパシタの電圧が前記第3電圧値のときに前記電気二重層キャパシタに貯められるエネルギーであり、
前記第2エネルギーは、前記電気二重層キャパシタの電圧が前記移行電圧値のときに前記電気二重層キャパシタに貯められるエネルギーであり、
前記第3エネルギーは、前記電流閾値より大きい値に予め定められた最大電流値の電流が前記電圧変換部から出力されたときに、予め定められた移行時間で前記電気二重層キャパシタから放出されるエネルギーである、請求項1に記載の車両用電源制御装置。 - 前記第2蓄電部に電気的に接続され、前記第1電圧値を超える電圧で動作する高電圧電気負荷をさらに備え、
前記制御部は、前記高電圧電気負荷を駆動する電流を前記電気二重層キャパシタから出力したときに、前記移行時間で前記電気二重層キャパシタから放出される第4エネルギーを予め算出し、
前記制御部は、前記高電圧電気負荷が動作しているときは、前記第1エネルギーから前記第2エネルギーを減算した値が、前記第3エネルギーと前記第4エネルギーとの和に等しくなるように、前記第3電圧値を算出する、請求項2に記載の車両用電源制御装置。 - 前記制御部は、前記電気二重層キャパシタの静電容量を繰り返し算出し、前記算出した最新の静電容量を保存し、前記保存した最新の静電容量を用いて、前記第3電圧値を算出する、請求項2又は3に記載の車両用電源制御装置。
- 前記制御部は、前記第1蓄電部の温度が前記第1温度閾値より高い値に予め定められた第2温度閾値以上では、前記第2蓄電部の上限電圧を前記第2電圧値に設定し、前記第1蓄電部の温度が前記第1温度閾値と前記第2温度閾値との間では、前記第2蓄電部の上限電圧を、前記第3電圧値と前記第2電圧値とを直線で補間した値に設定する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両用電源制御装置。
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