JP6657820B2 - Vehicle power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)などの車両に搭載される電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device mounted on a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).
電気自動車などの車両には、モータを駆動するための電源装置が搭載されている。電源装置においては、蓄電装置(例えば、電池)とモータ(別の捉え方をすれば、発電機)との間で絶えず電気エネルギーの出し入れが行われている。車両の構造上、モータは、駆動力の伝達効率を上げるべく、前後輪の近くに配置される。これに対し、電池は、サイズが大きく、温度により性能や寿命が影響を受け易いため、前後輪やエンジンルームから離れてレイアウトが容易な箇所に配置される。モータと電池が互いに離れて配置されるため、回路(電気エネルギーの伝達経路)において両者を繋ぐ接続部材(例えば、ワイヤハーネス)が長くなる。したがって、回路ではワイヤハーネスの長さの分だけ抵抗が増すため、伝達時のエネルギー損失が増大してしまう。 A vehicle such as an electric vehicle is equipped with a power supply device for driving a motor. BACKGROUND ART In a power supply device, electric energy is constantly transferred between a power storage device (for example, a battery) and a motor (in other words, a generator). Due to the structure of the vehicle, the motor is arranged near the front and rear wheels to increase the transmission efficiency of the driving force. On the other hand, the battery is large in size, and its performance and life are easily affected by the temperature. Since the motor and the battery are arranged apart from each other, a connecting member (for example, a wire harness) that connects the both in a circuit (a transmission path of electric energy) becomes long. Therefore, in the circuit, the resistance is increased by the length of the wire harness, so that the energy loss during transmission increases.
回路における伝達時のエネルギー損失は、電流の二乗に比例する(W=I2・R)。このため、同じエネルギー量を伝達する場合、電圧を高める方が電流を大きくするよりもエネルギー損失の低減になる。したがって、電圧可変装置(例えば、DC/DCコンバータ)を用いて電圧を高め、電流を小さくすることで伝達時のエネルギー損失を低減させる方法が考えられている(特許文献1参照)。 The energy loss during transmission in the circuit is proportional to the square of the current (W = I 2 · R). For this reason, when transmitting the same amount of energy, increasing the voltage reduces the energy loss compared to increasing the current. Therefore, a method has been considered in which the voltage is increased using a voltage variable device (for example, a DC / DC converter) and the current is reduced to reduce energy loss during transmission (see Patent Document 1).
一方で、電圧を高める場合、それに伴って回路全体の耐圧性も高める必要がある。例えば、回路を構成する各種機器内の素子の高耐圧化や内部の絶縁距離の延長などが必要となる。このため、機器のコストアップや大型化などを招くという問題があった。また、電圧可変装置を用いることで回路上のエネルギー損失は低減できるが、電圧変換を行うことによる電圧可変装置自体でのエネルギー損失が生じてしまう。 On the other hand, when increasing the voltage, it is necessary to increase the withstand voltage of the entire circuit accordingly. For example, it is necessary to increase the withstand voltage of elements in various devices constituting a circuit and to extend the internal insulation distance. For this reason, there has been a problem that the cost and size of the device are increased. In addition, although the energy loss on the circuit can be reduced by using the voltage variable device, the energy loss in the voltage variable device itself due to the voltage conversion occurs.
モータなどの誘導負荷が作動する際には、突入電流が発生する。これにより、回路には瞬間的に大きな電流変化が生じるので、回路上の抵抗の影響が大きくなり、エネルギー損失は増大する。特に、減速時にモータで発電させた電気エネルギーを回生する電源装置においては、電池まで繋がるワイヤハーネスの抵抗と電池内部の抵抗により、回生する電気エネルギーが熱エネルギーで損失される。このため、回生時には、エネルギー損失に対する抵抗の影響がさらに大きくなる。 When an inductive load such as a motor operates, an inrush current is generated. As a result, a large current change occurs instantaneously in the circuit, so that the influence of the resistance on the circuit increases, and the energy loss increases. Particularly, in a power supply device that regenerates electric energy generated by a motor during deceleration, the regenerated electric energy is lost as heat energy due to the resistance of a wire harness connected to the battery and the resistance inside the battery. Therefore, at the time of regeneration, the effect of the resistance on the energy loss is further increased.
電圧可変装置などのエネルギー損失を伴う機器を用いずに、回路上でのワイヤハーネスなどによるエネルギー損失を緩和する方策として、電池とモータとの間にキャパシタなどの第2の蓄電装置を設ける方法が挙げられる。例えば、キャパシタは、回路を構成する各種機器と比べて一般的にサイズが小さいので、モータの近くに配置することが可能である。このため、モータとキャパシタとの間を繋ぐワイヤハーネスが短くて済み、両者間の抵抗(R0)を小さくすることができる。また、キャパシタの内部抵抗は、電池よりも小さい。したがって、キャパシタから電気エネルギーをモータへ供給する場合、電池から電気エネルギーを供給するよりも、エネルギー損失を抑えることができる。 As a measure to mitigate energy loss due to a wire harness or the like on a circuit without using a device with energy loss such as a voltage variable device, a method of providing a second power storage device such as a capacitor between a battery and a motor is known. No. For example, a capacitor is generally smaller in size than various devices constituting a circuit, and thus can be arranged near a motor. For this reason, the wire harness connecting between the motor and the capacitor may be short, and the resistance (R 0 ) between the two can be reduced. The internal resistance of the capacitor is smaller than that of the battery. Therefore, when supplying electric energy to the motor from the capacitor, energy loss can be suppressed as compared with supplying electric energy from the battery.
このような抵抗の特性によれば、モータなどの誘導負荷により突入電流が生じた場合であっても、モータとキャパシタの間の抵抗(R0)自体が小さいため、エネルギー損失を低減することができる。 According to such a resistance characteristic, even when an inrush current is generated by an inductive load such as a motor, energy loss can be reduced because the resistance (R 0 ) between the motor and the capacitor itself is small. it can.
また、キャパシタは、電池と比べてモータに近づけて回路に配置することが可能である。このため、モータとキャパシタの間の抵抗(R0)を電池とモータの間の抵抗(R1)よりも小さくすることができる。したがって、電池よりも優先してキャパシタからモータへ電気エネルギーが供給される。その際、電池からモータへエネルギー供給するよりもエネルギー損失を抑えることができる。 Further, the capacitor can be arranged in the circuit closer to the motor than the battery. Therefore, the resistance (R 0 ) between the motor and the capacitor can be made smaller than the resistance (R 1 ) between the battery and the motor. Therefore, electric energy is supplied to the motor from the capacitor in preference to the battery. At this time, energy loss can be suppressed as compared with the case where energy is supplied from the battery to the motor.
しかしながら、電気エネルギーの供給によってキャパシタの電位が電池の電位よりも低下すると、キャパシタが電池と同電位になるまで、電池からキャパシタに電気エネルギーが移動(充電)される。この結果、電池とキャパシタの間の抵抗(R2)でエネルギー損失が生ずることとなる。 However, when the potential of the capacitor becomes lower than the potential of the battery due to the supply of the electrical energy, the electrical energy is transferred (charged) from the battery to the capacitor until the potential of the capacitor becomes the same as that of the battery. As a result, energy loss occurs in the resistance (R 2 ) between the battery and the capacitor.
また、キャパシタと電池を電気的に並列接続し、常に同電位の状態とした場合、キャパシタに電気エネルギーを充電することができない。例えば、車両の減速時などにモータで発電された電気エネルギーを回生させる場合であっても、キャパシタへは回生時の電気エネルギーを充電できないことになる。このようにキャパシタと電池が同電位の状態で回生時の電気エネルギーを電池へ充電する場合も、モータ(発電機)が作動する瞬間は回路の電流変化が大きい。このため、電池とモータ(発電機)の間の抵抗(R1)の影響が大きくなり、エネルギー損失も増大してしまう。また、電池が満充電の状態で回生時の電気エネルギーを充電すると、電池が過充電状態となり、電池の寿命に悪影響を及ぼす。したがって、電池が満充電の状態では、電気エネルギーを回生させられないことになる。すなわち、回生ブレーキの持続性が十分に得られないおそれがある。 In addition, when a capacitor and a battery are electrically connected in parallel and are always in the same potential state, the capacitor cannot be charged with electric energy. For example, even when the electric energy generated by the motor is regenerated at the time of deceleration of the vehicle, the capacitor cannot be charged with the electric energy at the time of regeneration. As described above, even when the battery is charged with electric energy at the time of regeneration in a state where the capacitor and the battery have the same potential, the current of the circuit greatly changes at the moment when the motor (generator) operates. For this reason, the effect of the resistance (R 1 ) between the battery and the motor (generator) increases, and the energy loss also increases. In addition, if the battery is fully charged and is charged with electric energy during regeneration, the battery is overcharged, which adversely affects the life of the battery. Therefore, when the battery is fully charged, electric energy cannot be regenerated. That is, there is a possibility that the regenerative braking cannot be sufficiently maintained.
なお、特許文献1に記載された電源装置ではキャパシタが用いられてはいるが、キャパシタとモータの間に昇圧用の電圧可変装置を配置し、電気エネルギーを昇圧してモータへ供給している。このため、かかる電圧可変装置自体でのエネルギー損失が生じるため、キャパシタの内部抵抗が小さいという特性を直接かつ十分に生かし切れていない。
In the power supply device described in
そこで、本発明は、モータへの電気エネルギー供給時の回路抵抗によるエネルギー損失の低減、並びに蓄電装置の負荷(例えば、電池の劣化)の軽減を図るとともに、回生ブレーキの持続性向上を図ることが可能な車両の電源装置を提供する。 Therefore, the present invention aims to reduce the energy loss due to circuit resistance when supplying electric energy to the motor, reduce the load on the power storage device (for example, deterioration of the battery), and improve the sustainability of the regenerative brake. A possible vehicle power supply is provided.
本発明の車両の電源装置は、第1の蓄電装置と、第1の蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第2の蓄電装置と、第2の蓄電装置の電圧を昇降制御する電圧可変装置と、第1の蓄電装置および第2の蓄電装置の少なくとも一方から電気エネルギーを受けて作動するモータと、車両の走行状態と第1の蓄電装置および第2の蓄電装置の充電状態とを判定する判定装置と、を備えている。第2の蓄電装置は、+側が第1の蓄電装置の+側に直接接続され、−側が第1の蓄電装置の+側に電圧可変装置を介して接続されている。電圧可変装置は、判定装置により判定された走行状態および充電状態に基づいて、第2の蓄電装置の−側の電位を上昇させて+側との電位差を縮小する第1の状態と、第2の蓄電装置の−側の電位を低下させて+側との電位差を拡大する第2の状態と、に第2の蓄電装置の電圧を遷移させる。 A power supply device for a vehicle according to the present invention includes a first power storage device, a second power storage device capable of charging and discharging more rapidly than the first power storage device, and a voltage variable for controlling a voltage of the second power storage device to rise and fall Determining a device, a motor that operates by receiving electric energy from at least one of the first power storage device and the second power storage device, and a traveling state of the vehicle and a charged state of the first power storage device and the second power storage device. And a determination device for performing the determination. The + side of the second power storage device is directly connected to the + side of the first power storage device , and the − side is connected to the + side of the first power storage device via a voltage variable device. The voltage variable device increases a potential on the negative side of the second power storage device and reduces a potential difference between the positive side and the second state based on the traveling state and the charging state determined by the determining device; The voltage of the second power storage device is shifted to a second state in which the potential on the negative side of the power storage device is reduced to increase the potential difference with the positive side.
例えば、判定装置は、車両が下り坂を走行しているか否かを判定している。車両が下り坂を走行している場合、電圧可変装置は、第1の蓄電装置の充電状態に基づいて第2の蓄電装置の−側の電位を直ちに低下させ、第2の蓄電装置を第2の状態に遷移させる。一方、車両が下り坂を走行していない場合、電圧可変装置は、第2の蓄電装置の充電状態に基づいて、第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に上昇させて第2の蓄電装置を第1の状態に遷移させるか、もしくは、第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に低下させて第2の蓄電装置を第2の状態に遷移させる。 For example, the determination device determines whether the vehicle is traveling on a downhill. When the vehicle is traveling on a downhill, the voltage variable device immediately reduces the negative potential of the second power storage device based on the state of charge of the first power storage device, and switches the second power storage device to the second power storage device. State. On the other hand, when the vehicle is not traveling on a downhill, the voltage variable device gradually increases the negative potential of the second power storage device based on the state of charge of the second power storage device, and causes the second power storage device to perform the second power storage operation. The device is caused to transition to the first state, or the potential on the minus side of the second power storage device is gradually reduced to cause the second power storage device to transition to the second state.
一例として、車両が下り坂を走行している場合、電圧可変装置は、第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの低下量を低下限界値に設定して、−側の電位を低下させる。低下限界値は、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置との間を流れる電流量に基づいて予め設定されている。一方、車両が下り坂を走行していない場合、電圧可変装置は、第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの上昇量を上昇限界値よりも小さな範囲内に設定して−側の電位を上昇させるか、もしくは、第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの低下量を低下限界値よりも小さな範囲内に設定して−側の電位を低下させている。上昇限界値は、第2の蓄電装置とモータとの間を流れる電流量に基づいて予め設定されている。 As an example, when the vehicle is traveling on a downhill, the voltage variable device sets the amount of decrease in the potential of the second power storage device per unit time per unit time to a lower limit value, and sets the potential of the negative power to the second power storage device. Lower. The lower limit value is set in advance based on the amount of current flowing between the first power storage device and the second power storage device. On the other hand, if the vehicle is not running on a downhill, the voltage varying device, the second power storage devices - than raising limit value increase amount per unit time on the side of the potential set in the small range - Instead of raising the side potential, or the second power storage devices - than the decrease threshold the amount of decrease per unit time on the side of the potential is set to the small extent - to lower the side of the potential ing. The rising limit value is set in advance based on the amount of current flowing between the second power storage device and the motor.
また例えば、判定装置は、モータの始動時、第2の蓄電装置の蓄積電気エネルギーがゼロか否かを判定している。電圧可変装置は、第2の蓄電装置の蓄積電気エネルギーがゼロの場合、第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に低下させ、前記第2の蓄電装置を前記第2の状態に遷移させる。 Further, for example, when the motor is started, the determination device determines whether or not the stored electric energy of the second power storage device is zero. When the stored electric energy of the second power storage device is zero, the voltage variable device gradually lowers the negative potential of the second power storage device to cause the second power storage device to transition to the second state. .
第2の蓄電装置が第2の状態に遷移された後、判定装置は、第2の蓄電装置の蓄積電気エネルギーが満充電か否かを判定している。電圧可変装置は、第2の蓄電装置が満充電である場合、第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に上昇させ、第2の蓄電装置を第1の状態に遷移させる。 After the second power storage device has transitioned to the second state, the determination device determines whether the stored electric energy of the second power storage device is fully charged. When the second power storage device is fully charged, the voltage variable device gradually increases the negative potential of the second power storage device and causes the second power storage device to transition to the first state.
第2の蓄電装置を第1の状態に遷移させる場合、電圧可変装置は、第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの上昇量を上昇限界値よりも小さな範囲内に設定して、−側の電位を上昇させている。上昇限界値は、第2の蓄電装置とモータとの間を流れる電流量に基づいて予め設定されている。 When transitioning the second power storage device to the first state, the voltage varying device, the second power storage device - in the range of small than raising limit value increase amount per unit time on the side of the potential Thus, the negative potential is increased. The rising limit value is set in advance based on the amount of current flowing between the second power storage device and the motor.
なお、第2の蓄電装置は、第1の蓄電装置よりもモータに近接して電源装置の回路上に配置されている。 Note that the second power storage device is provided on a circuit of the power supply device closer to the motor than the first power storage device.
本発明の車両の電源装置によれば、モータへの電気エネルギー供給時の回路抵抗によるエネルギー損失の低減、並びに蓄電装置の負荷(例えば、電池の劣化)の軽減を図ることができる。また、例えば、下り坂を走行中における回生ブレーキの持続性向上を図ることができる。 According to the power supply device for a vehicle of the present invention, it is possible to reduce the energy loss due to the circuit resistance when supplying electric energy to the motor, and to reduce the load on the power storage device (for example, deterioration of the battery). Further, for example, it is possible to improve the sustainability of the regenerative brake during traveling on a downhill.
以下、本発明の一実施形態に係る車両の電源装置(以下、単に電源装置という)について、図1から図3を参照して説明する。本実施形態の電源装置は、車両に搭載された蓄電装置を制御して車輪駆動用のモータに電気エネルギーを供給するとともに、回生時にモータで発電させた電気エネルギーを蓄電装置に移動(充電)する。車両としては、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)などのように、電池から電気エネルギーが供給されるモータで走行可能な任意の車両を適用する。 Hereinafter, a power supply device for a vehicle (hereinafter, simply referred to as a power supply device) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The power supply device of the present embodiment controls a power storage device mounted on a vehicle to supply electric energy to a motor for driving wheels, and moves (charges) electric energy generated by the motor during regeneration to the power storage device. . As the vehicle, any vehicle such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) that can run with a motor supplied with electric energy from a battery is applied.
図1は、電源装置1のブロック図である。図1に示すように、電源装置1は、2つの蓄電装置2(第1の蓄電装置21および第2の蓄電装置22)と、電圧可変装置3と、モータ4と、インバータ5とを備えて構成されている。これらの蓄電装置2、電圧可変装置3、モータ4、インバータ5は、接続部材(一例として、ワイヤハーネス)により接続され、接続部材とともに回路6を形成している。
FIG. 1 is a block diagram of the
第1の蓄電装置21は、例えば複数の扁平形状の電池(二次電池)を並べて構成されている。これら電池の集合体は、電極列に電線が取り付けられ、直列に配線されている。二次電池としては、リチウムイオン電池を適用することができるがこれに限定されない。
The first
第2の蓄電装置22は、第1の蓄電装置21よりも急速な充放電が可能に構成されている。本実施形態では、電池集合体である第1の蓄電装置21に対し、第2の蓄電装置22としてキャパシタを適用している。キャパシタは、例えば電気二重層キャパシタであり、電池に比べて内部抵抗が小さく、+側の電位(以下、V1という)と−側の電位(同、V2という)との電位差(V1−V2;以下適宜、第2の蓄電装置22の電圧という)に応じて電気エネルギーを蓄積することができる。ただし、第1の蓄電装置21よりも急速な充放電が可能であれば、他の種類のキャパシタや大容量のコンデンサなどであっても構わない。
The second
電圧可変装置3は、第2の蓄電装置22の電圧、具体的には−側の電位(V2)を昇降制御している。本実施形態では、電圧可変装置3としてDC/DCコンバータを適用している。この場合、電圧可変装置3は、第2の蓄電装置22の電圧を第1の状態と第2の状態に遷移させる。第1の状態は、第2の蓄電装置22のV2を上昇させてV1との電位差を縮小する。第1の状態では、第2の蓄電装置22の蓄積可能電気エネルギー(以下、エネルギー容量という)が小さくなる。これに対し、第2の状態は、第2の蓄電装置22のV2を低下させてV1との電位差を拡大する。第2の状態では、第2の蓄電装置22のエネルギー容量が大きくなる。
The voltage
モータ4は、第1の蓄電装置21もしくは第2の蓄電装置22から電気エネルギーを受けて作動する。ただし、モータ4は、第1の蓄電装置21および第2の蓄電装置22の少なくとも一方から電気エネルギーを受けて作動すればよい。したがって、両方の蓄電装置21,22から電気エネルギーを受けてモータ4が作動する態様も想定可能である。例えば、モータ4は、インバータ5から供給される三相交流電流により作動する三相交流誘導モータである。作動したモータ4は、車両の駆動輪を駆動させる。
The
インバータ5は、第1の蓄電装置21および第2の蓄電装置22とモータ4との間に介在し、これらの蓄電装置21,22とモータ4とを接続している。例えば、インバータ5は、第1の蓄電装置21および第2の蓄電装置22に蓄積された電気エネルギー、具体的には直流電流を三相交流電流に変換して、該三相交流電流をモータ4に供給する。
また、電源装置1は、車両の走行状態と蓄電装置2の充電状態とを判定する判定装置7を備えている。判定装置7は、各種のセンサやレーダなどを備え、車両の車速、加速度、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏込角、車体の傾斜角、モータ4の回転数などの検出値に基づいて、車両の走行状態を判定するとともに、蓄電装置2の電圧や充電量などの検出値に基づいて蓄電装置2の充電状態を判定している。例えば、加速度センサやブレーキセンサなどにより車両が坂道を走行中であるか否かの判定や、電圧計や充電計などにより蓄電装置2が満充電されているか否かの判定を行う。
In addition, the
このように、電源装置1では、判定装置7の判定結果を電圧可変装置3に与え、与えられた判定結果に基づいて電圧可変装置3が第2の蓄電装置22のV2を昇降制御している。なお、判定結果をエンジンコントロールユニット(ECU)あるいは別途設けた制御装置などに与え、これらにより電圧可変装置3を制御する態様としてもよい。
As described above, in the
回路6において、第2の蓄電装置22は、+側が第1の蓄電装置21と並列接続され、−側が電圧可変装置3に直列接続されている。したがって、第1の蓄電装置21と第2の蓄電装置22との間の電気エネルギーの移動(充放電)が直接可能となっている。例えば、第1の蓄電装置21が満充電状態である場合、第2の蓄電装置22の−側の電位(V2)を第1の蓄電装置21の電位からグランド(GND)電位に近似すると、第2の蓄電装置22のエネルギー容量が増大するので、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ電気エネルギーを直接移動(充電)させることができる。その際、第1の蓄電装置21と第2の蓄電装置22とを繋ぐワイヤハーネスの抵抗により、移動時に電気エネルギーが損失する。この結果、第2の蓄電装置22への充電量よりも大きな空き容量を、第1の蓄電装置21に確保することができる。第1の蓄電装置21と第2の蓄電装置22とを繋ぐワイヤハーネスの抵抗(両蓄電装置21,22間の回路抵抗)Rは、一定である。
In the
また、第2の蓄電装置22は、第1の蓄電装置21よりもモータ4に近接して回路6上に配置されている。このため、モータ4と第2の蓄電装置22とを繋ぐワイヤハーネスは、モータ4と第1の蓄電装置21とを繋ぐワイヤハーネスよりも短い。したがって、モータ4と第2の蓄電装置22との間の抵抗は、モータ4と第1の蓄電装置21との間の抵抗よりも小さい。このため、第1の蓄電装置21よりも優先的に、第2の蓄電装置22からモータ4へ電気エネルギーを供給することができる。
Further, second
図2および図3には、電源装置1によって行われる制御のフローを示す。以下、図2および図3に示すフローに従って電源装置1による制御とその作用について説明する。図2は、車両が走行を開始してから下り坂を走行する前までの制御フロー図であり、図3は、車両が下り坂を走行開始してから走行した後までの制御フロー図である。
FIG. 2 and FIG. 3 show a flow of control performed by the
例えば、イグニッションキーがONにされてモータ4が始動されると、図2に示すように、第2の蓄電装置22の蓄積電気(蓄電)エネルギーがゼロか否かが判定装置7により判定される(S201)。なお、第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロではなく、ゼロになる前の所定残量を閾値としてもよい。第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロである場合、電圧可変装置3により第2の蓄電装置22のV2が徐々に低下される(S202)。
For example, when the ignition key is turned on and the
第2の蓄電装置22のV2を徐々に低下させることで、それに伴ってV1との電位差が大きくなり、第2の蓄電装置22のエネルギー容量が徐々に増大する。これにより、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ電気エネルギーが移動(充電)される(S203)。その際、電圧可変装置3は、単位時間当たりの低下量を低下限界値(δV/dt)よりも十分に小さな範囲内に設定し、V2を急激に低下させることなく、徐々に低下させている。第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ流れる電流量が大きくなり過ぎると、第1の蓄電装置21の発熱が大きくなり、劣化の要因となる。このため、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ流れる電流量を抑えて、第1の蓄電装置21の発熱による劣化を生じさせない電位差の値として、低下限界値を設定している。また、低下限界値を設定することにより、第2の蓄電装置22のエネルギー容量が徐々に大きくなるので、小さな電流量で電気エネルギーが移動し、移動の際のワイヤハーネスによるエネルギー損失を抑制することができる。
By gradually lowering V2 of second
この状態で、第2の蓄電装置22が満充電されているか否かが判定装置7により判定される(S204)。満充電されていない場合には、第2の蓄電装置22の充電が継続される。なおこの場合、第2の蓄電装置22が満充電ではなく、それよりも少ない充電量を閾値としてもよい。
In this state, the determination device 7 determines whether or not the second
第2の蓄電装置22が満充電されている場合、第2の蓄電装置22から電気エネルギーがモータ4へ供給される。なお、S201で第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロではないと判定された場合も同様に、第2の蓄電装置22から電気エネルギーがモータ4へ供給される。これにより、第2の蓄電装置22のV1が低下する。
When the second
したがって、第2の蓄電装置22のV1の低下を抑止すべく、V2を電圧可変装置3により上昇させつつ(S205)、第2の蓄電装置22からモータ4へ電気エネルギーを供給する(S206)。これにより、第2の蓄電装置22のV1が第1の蓄電装置21の+側の電位と同程度に保たれる。このため、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22への電気エネルギーの移動(充電)を抑止し、第2の蓄電装置22からモータ4への電気エネルギーの継続供給(放電)が可能となる。その際、電圧可変装置3は、単位時間当たりの上昇量を上昇限界値(δV/dt)よりも十分に小さな範囲内に設定し、V2を急激に上昇させることなく、徐々に上昇させている。上昇限界値は、第2の蓄電装置22からモータ4へ流れる電流量を抑えて、第2の蓄電装置22の発熱による劣化を生じさせない電位差の値として設定されている。
Therefore, in order to suppress a decrease in V1 of the second
その間、第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロか否かが判定装置7により判定され(S207)、蓄積電気エネルギーがゼロになるまで、第2の蓄電装置22からモータ4への電気エネルギーの供給が継続される。第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロになると、第2の蓄電装置22に替わって第1の蓄電装置21から電気エネルギーがモータ4へ供給される(S208)。
Meanwhile, the determination device 7 determines whether or not the stored electric energy of the second
次いで、図3に示すように、車両が下り坂を走行しているか否かが判定装置7により判定される(S209)。車両が下り坂を走行している場合、減速時にモータ4で電気エネルギー(以下、回生エネルギーという)を発生させ、回生ブレーキとして利用する。この時点では、第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロとなっており、回生エネルギーが第2の蓄電装置22に移動(充電)される(S210)。第2の蓄電装置22は、第1の蓄電装置21よりもモータ4に近接して配置されているため、ワイヤハーネスによるエネルギー損失を抑制しつつ、回生エネルギーを効率よく第2の蓄電装置22に充電することができる。
Next, as shown in FIG. 3, the determination device 7 determines whether the vehicle is traveling on a downhill (S209). When the vehicle is traveling on a downhill, the
そして、第2の蓄電装置22へ回生エネルギーを充電するとともに、第1の蓄電装置21が満充電されているか否かが判定装置7により判定される(S211)。第1の蓄電装置21が満充電されていない場合、第1の蓄電装置21は、蓄積可能電気エネルギー残量を有するため、回生エネルギーを充電することが可能な状態となっている。したがって、回生エネルギーがゼロか否かが判定装置7により判定され(S212)、回生エネルギーがゼロでない場合、回生エネルギーが第1の蓄電装置21に移動(充電)される(S213)。これにより、回生エネルギーを無駄なく第1の蓄電装置21に充電することができる。第1の蓄電装置21への回生エネルギーの充電は、第1の蓄電装置21が満充電されるか、回生エネルギーがゼロになるまで継続される(S211,S212)。第1の蓄電装置21が満充電される前に回生エネルギーがゼロとなった場合(S212)、車両が下り坂を抜けたものとして、以降の制御(S216からS219)が行われる(詳細は後述)。
Then, the regenerative energy is charged into the second
第1の蓄電装置21が満充電されている場合、電圧可変装置3により第2の蓄電装置22のV2を直ちに低下させる(S214)。第2の蓄電装置22のV2を直ちに低下させることで、それに伴ってV1との電位差が大きくなり、第2の蓄電装置22のエネルギー容量が一気に大きくなる。これにより、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ電気エネルギーが直ちに移動(充電)される(S215)。その際、電圧可変装置3は、単位時間当たりの低下量を低下限界値(δV/dt)に設定してV2を低下させ、V1との電位差を略V1まで近付けている(V1−V2≒V1)。したがって、第1の蓄電装置21から第2の蓄電装置22へ大きな電流量で電気エネルギーが移動するため、両蓄電装置21,22間を繋ぐワイヤハーネスによるエネルギー損失を大きくすることができる。これにより、第2の蓄電装置22への移動量(充電量)よりも大きな空き容量を第1の蓄電装置21に直ちに生じさせることができる。その後再び、車両が下り坂を走行しているか否かが判定装置7により判定され(S209)、車両が下り坂を走行している場合には、S210からS215までが繰り返される。
When the first
車両が下り坂を走行中、このように第1の蓄電装置21に空き容量を生じさせることで、回生エネルギーを第1の蓄電装置21に移動(充電)させることができる。この結果、減速時の回生エネルギーを無駄に損失させずに済むとともに、回生ブレーキの持続性を高めることができる。
By causing the first
これに対し、車両が下り坂を走行していない場合(S209)、すなわち車両が平坦路や上り坂を走行している場合、第2の蓄電装置22が満充電されているか否かが判定装置7により判定される(S216)。第2の蓄電装置22が満充電されている場合(具体的には、第2の蓄電装置22が満充電されて車両が下り坂を抜けた場合に相当)、第2の蓄電装置22から電気エネルギーがモータ4へ供給される。したがって、第2の蓄電装置22のV2を電圧可変装置3により徐々に上昇させつつ(S217)、第2の蓄電装置22からモータ4へ電気エネルギーを供給する(S218)。これにより、車両をスムーズに加速させることができる。加速時の電気エネルギー供給を第2の蓄電装置22から行うことで、第1の蓄電装置21の負荷(劣化)を軽減させることができる。
On the other hand, when the vehicle is not traveling on a downhill (S209), that is, when the vehicle is traveling on a flat road or an uphill, the determination device determines whether or not the second
その間、第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロか否かが判定装置7により判定され(S219)、蓄積電気エネルギーがゼロになるまで、第2の蓄電装置22からモータ4への電気エネルギーの供給が継続される。第2の蓄電装置22の蓄積電気エネルギーがゼロになると、第2の蓄電装置22に替わって第1の蓄電装置21から電気エネルギーがモータ4へ供給される(S208と同様)。
Meanwhile, the determination device 7 determines whether or not the stored electric energy of the second
第2の蓄電装置22が満充電されていない場合(具体的には、始動時から車両が下り坂を走行していない場合、あるいは第2の蓄電装置22が満充電される前に車両が下り坂を抜けた場合に相当)(S216)、加速時に備えて、電圧可変装置3により第2の蓄電装置22のV2が徐々に低下され、エネルギー容量が徐々に増大される(S202と同様)。以降は、S203からの制御が繰り返される。
When the second
このように、本実施形態の電源装置1によれば、モータ4への電気エネルギー供給時の回路抵抗によるエネルギー損失の低減、並びに蓄電装置2の負荷(例えば、第1の蓄電装置21の劣化)の軽減を図ることができる。また、車両が下り坂を走行している際の回生ブレーキの持続性向上を図ることができる。
As described above, according to
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the above-described embodiments have been presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. Such a novel embodiment can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.
1…電源装置、2…蓄電装置、3…電圧可変装置、4…モータ、5…インバータ、6…回路、7…判定装置、21…第1の蓄電装置、22…第2の蓄電装置、R…第1の蓄電装置と第2の蓄電装置との間の抵抗、V1…第2の蓄電装置の+側の電位、V2…第2の蓄電装置の−側の電位。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第2の蓄電装置と、
前記第2の蓄電装置の電圧を昇降制御する電圧可変装置と、
前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置の少なくとも一方からの電気エネルギーを受けて作動するモータと、
車両の走行状態と、前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置の充電状態とを判定する判定装置と、を備え、
前記第2の蓄電装置は、+側が前記第1の蓄電装置の+側に直接接続され、−側が前記第1の蓄電装置の+側に前記電圧可変装置を介して接続され、
前記電圧可変装置は、前記判定装置により判定された前記走行状態および前記充電状態に基づいて、前記第2の蓄電装置の−側の電位を上昇させて+側との電位差を縮小する第1の状態と、前記第2の蓄電装置の−側の電位を低下させて+側との電位差を拡大する第2の状態と、に前記第2の蓄電装置の電圧を遷移させる
車両の電源装置。 A first power storage device;
A second power storage device capable of more rapid charging and discharging than the first power storage device,
A voltage variable device that controls the voltage of the second power storage device up and down;
A motor that operates by receiving electric energy from at least one of the first power storage device and the second power storage device;
A determination device that determines a traveling state of the vehicle and a charged state of the first power storage device and the second power storage device,
The second power storage device has a positive side directly connected to the positive side of the first power storage device, a negative side connected to the positive side of the first power storage device via the voltage variable device,
The first voltage varying device increases a potential on the negative side of the second power storage device and reduces a potential difference between the positive side and the second power storage device based on the traveling state and the charging state determined by the determination device. A power supply device for a vehicle, wherein the voltage of the second power storage device is transited to a state and a second state in which the potential on the negative side of the second power storage device is reduced to increase the potential difference between the second power storage device and the + side.
前記電圧可変装置は、
前記車両が下り坂を走行している場合、前記充電状態に基づいて、前記第2の蓄電装置の−側の電位を直ちに低下させ、前記第2の蓄電装置を前記第2の状態に遷移させ、
前記車両が下り坂を走行していない場合、前記充電状態に基づいて、前記第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に上昇させて前記第2の蓄電装置を前記第1の状態に遷移させるか、もしくは、前記第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に低下させて前記第2の蓄電装置を前記第2の状態に遷移させる
請求項1に記載の車両の電源装置。 The determination device determines whether the vehicle is traveling downhill,
The voltage variable device,
When the vehicle is traveling on a downhill, the potential on the negative side of the second power storage device is immediately reduced based on the state of charge, and the second power storage device is shifted to the second state. ,
When the vehicle is not traveling on a downhill, the potential on the negative side of the second power storage device is gradually increased based on the state of charge, and the second power storage device transitions to the first state. The power supply device for a vehicle according to claim 1, wherein the second power storage device is caused to transition to the second state by gradually lowering a negative potential of the second power storage device.
前記電圧可変装置は、前記第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの低下量を低下限界値に設定して、前記−側の電位を低下させており、
前記低下限界値は、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を流れる電流量に基づいて予め設定されている
請求項2に記載の車両の電源装置。 When the vehicle is traveling downhill,
The voltage variable device sets the amount of decrease per unit time of the negative potential of the second power storage device to a lower limit value to reduce the negative potential,
The power supply device for a vehicle according to claim 2, wherein the lower limit value is set in advance based on an amount of current flowing between the first power storage device and the second power storage device.
前記電圧可変装置は、前記第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの上昇量を上昇限界値よりも小さな範囲内に設定して前記−側の電位を上昇させるか、もしくは、前記第2の蓄電装置の−側の電位の単位時間当たりの低下量を低下限界値よりも小さな範囲内に設定して前記−側の電位を低下させており、
前記上昇限界値は、前記第2の蓄電装置と前記モータとの間を流れる電流量に基づいて予め設定され、前記低下限界値は、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を流れる電流量に基づいて予め設定されている
請求項2に記載の車両の電源装置。 If the vehicle is not traveling downhill,
The voltage variable device sets the amount of increase per unit time of the negative potential of the second power storage device within a range smaller than a rising limit value to increase the negative potential, or The amount of decrease in the potential of the second power storage device on the negative side per unit time is set within a range smaller than the lower limit value to reduce the potential on the negative side,
The rising limit value is set in advance based on the amount of current flowing between the second power storage device and the motor, and the lower limit value is set between the first power storage device and the second power storage device. The power supply device for a vehicle according to claim 2, wherein the power supply device is set in advance based on an amount of current flowing therebetween.
前記電圧可変装置は、前記第2の蓄電装置の蓄積電気エネルギーがゼロの場合、前記第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に低下させ、前記第2の蓄電装置を前記第2の状態に遷移させる
請求項1に記載の車両の電源装置。 When the motor is started, the determination device determines whether or not stored electric energy of the second power storage device is zero,
When the stored electric energy of the second power storage device is zero, the voltage variable device gradually lowers the negative potential of the second power storage device, and causes the second power storage device to be in the second state. The power supply device for a vehicle according to claim 1.
前記電圧可変装置は、前記第2の蓄電装置が満充電である場合、前記第2の蓄電装置の−側の電位を徐々に上昇させ、前記第2の蓄電装置を前記第1の状態に遷移させる
請求項4に記載の車両の電源装置。 The determination device determines whether or not the stored electric energy of the second power storage device is fully charged after the second power storage device has transitioned to the second state,
When the second power storage device is fully charged, the voltage variable device gradually increases the negative potential of the second power storage device, and transitions the second power storage device to the first state. The power supply device for a vehicle according to claim 4.
前記上昇限界値は、前記第2の蓄電装置と前記モータとの間を流れる電流量に基づいて予め設定されている
請求項6に記載の車両の電源装置。 The voltage variable device is configured such that, when the second power storage device is caused to transition to the first state, the amount of increase in the potential of the negative side of the second power storage device per unit time is within a range smaller than a rising limit value. To raise the negative potential,
The power supply device for a vehicle according to claim 6, wherein the rising limit value is set in advance based on an amount of current flowing between the second power storage device and the motor.
請求項1から7のいずれかに記載の車両の電源装置。 The power supply device for a vehicle according to any one of claims 1 to 7, wherein the second power storage device is disposed on a circuit of the power supply device closer to the motor than the first power storage device.
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