JP6671402B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、低圧系の補機の負荷(使用電力)が大きくなった場合でも、DC/DCコンバータの大型化又はコスト増加を抑制できる車両用電源装置を提供することを目的の一つとする。
(1)本発明の一態様に係る車両用電源装置は、第1の電圧で駆動される第1負荷(例えば、実施形態での走行駆動用の第1モータ12)と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧で駆動される第2負荷(例えば、実施形態での補機83)とに電力を供給する第1電池(例えば、実施形態でのバッテリ11)と、前記第2負荷に電力を供給する、前記第1電池よりも出力電圧の低い第2電池(例えば、実施形態での補機バッテリ82)と、前記第1電池の電圧値を降圧して第2負荷に電力を供給するDC/DCコンバータと、前記第1電池の充電率(例えば、実施形態でのバッテリ11のSOC)と前記第2電池の充電率(例えば、実施形態での補機バッテリ82のSOC)とに基づいて、前記DC/DCコンバータの動作を制御することで前記第1電池の電力を前記第2負荷に供給する状態を制御する制御部(例えば、実施形態での制御ECU80)と、を備え、前記制御部は、前記第1電池の充電率と前記第2電池の充電率との差が、所定の範囲内に維持されながら、車両の運転に伴って前記第1電池の充電率と前記第2電池の充電率とが減少していくように、前記DC/DCコンバータの動作を制御する。
(2)上記(1)に記載の車両用電源装置では、前記制御部は、前記第2電池の充電率が前記第1電池の充電率よりも高く、且つ、前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第1閾値以上の場合にDC/DCコンバータの動作を停止するように制御することで、前記第1電池から前記第2負荷への電力供給を停止して前記第2電池から前記第2負荷へ電力を供給し、前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第1閾値未満の第2閾値以下である場合にDC/DCコンバータの動作を開始するように制御することで前記第1電池の電力の前記第2負荷への供給を開始させる。
(3)上記(1)に記載の車両用電源装置では、前記制御部は、前記第2電池の充電率が前記第1電池の充電率よりも低く、且つ、前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第3閾値以上の場合にDC/DCコンバータの動作を開始するように制御することで、前記第1電池の電力の前記第2負荷への供給を開始させ、前記第2電池の充電率と
前記第1電池の充電率との差が第3閾値未満の第4閾値以下である場合にDC/DCコンバータの動作を停止するように制御することで、前記第1電池から前記第2負荷への電力供給を停止して前記第2電池から前記第2負荷への電力の供給を開始させる。
(4)上記(1)から(3)の何れか一項に記載の車両用電源装置では、前記第1電池と前記第2電池は、同種の電池で構成されているとともに、前記第2電池の全容量は、前記第1電池の全容量よりも小さい。
(5)上記(1)から(4)の何れか一項に記載の車両用電源装置では、前記第2電池は、前記第2電池の出力電圧が前記第2負荷の動作可能な電圧範囲内(例えば、実施形態での12V−13V以上)となるように、充電率の上限又は下限が設定される。
(6)上記(1)から(5)の何れか一項に記載の車両用電源装置では、車両が外部電源によって充電される際に、前記第1電池及び前記第2電池が充電される。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「XXに基づく」とは、「少なくともXXに基づく」ことを意味し、XXに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「XXに基づく」とは、XXを直接に用いる場合に限定されず、XXに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「XX」は、任意の要素(例えば、任意の情報)である。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用電源装置1を搭載する車両10の一部の構成を示す図である。
図1に示すように、車両10は、車両用電源装置1に加えて、電力変換装置2、走行駆動用の第1モータ12(MOT)、発電用の第2モータ13(GEN)、補機83を備えている。
<車両用電源装置1>
車両用電源装置1は、バッテリ11(BATT)と、制御ECU80と、DC/DCコンバータ81と、補機バッテリ82(補機BATT)とを備えている。
バッテリ11は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ11は、電力変換装置2の直流コネクタ1aに接続される正極端子PB及び負極端子NBを備えている。正極端子PB及び負極端子NBは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。バッテリ11は、車両10が外部電源によって充電される際に充電される。
制御ECU80は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPU等のプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、及びタイマー等の電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。なお、制御ECU80の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路であってもよい。制御ECU80は、バッテリ11の充電残量(SOC: State Of Charge)と、補機バッテリ82の充電残量とを監視する。制御ECU80は、バッテリ11の充電残量と、補機バッテリ82の充電残量とに基づいて、DC/DCコンバータ81の動作を制御する。制御ECU80は、バッテリ11の充電残量と、補機バッテリ82の充電残量との差が、所定の範囲内に維持されながら、車両10の運転に伴って、バッテリ11の充電残量と補機バッテリ82の充電残量とが減少するように、DC/DCコンバータ81を制御する。ここで、補機バッテリ82を使用できるSOCの範囲と、バッテリ11を使用できるSOCの範囲について説明する。
また、バッテリ11のSOCが、車両10の走行性能を保証できる下限のSOCから100%の間にある場合には、バッテリ11を使用できる。つまり、バッテリ11は、そのSOCが、車両10の走行性能を保証できる下限のSOCから100%の間で使用される。
制御ECU80は、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとを監視し、バッテリ11のSOCを示す情報と補機バッテリ82のSOCを示す情報とを取得する。制御ECU80は、取得したバッテリ11のSOCを示す情報と補機バッテリ82のSOCを示す情報とに基づいて、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差(補機バッテリ82のSOC−バッテリ11のSOC)を導出する。
制御ECU80は、DC/DCコンバータ81が作動している場合(A)には、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第1の閾値以上となった場合に、DC/DCコンバータ81の作動を停止させる(B)。制御ECU80は、DC/DCコンバータ81が停止している場合(C)には、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第2の閾値以下となった場合に、DC/DCコンバータ81を作動させる(D)。図1に戻り説明を続ける。
電力変換装置2は、パワーモジュール21と、リアクトル22と、コンデンサユニット23と、抵抗器24と、第1電流センサ25と、第2電流センサ26と、第3電流センサ27と、電子制御ユニット28(MOT GEN ECU)と、ゲートドライブユニット29(G/D VCU ECU)とを備えている。
パワーモジュール21は、第1電力変換回路部31と、第2電力変換回路部32と、第3電力変換回路部33と、を備えている。第1電力変換回路部31は、第1の3相コネクタ1bによって第1モータ12の3相のステータ巻線に接続されている。第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換する。第2電力変換回路部32は、第2の3相コネクタ1cによって第2モータ13の3相のステータ巻線に接続されている。第2電力変換回路部32は、第2モータ13から入力される3相交流電力を直流電力に変換する。第2電力変換回路部32によって変換された直流電力は、バッテリ11及び第1電力変換回路部31の少なくとも一方に供給することが可能である。
ローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLは、エミッタが負極端子NIに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極端子NIは負極バスバー50nに接続されている。
第1電力変換回路部31の各相において接続点TIは第1バスバー51によって第1入出力端子Q1に接続されている。第1入出力端子Q1は、第1の3相コネクタ1bに接続されている。第1電力変換回路部31の各相の接続点TIは、第1バスバー51、第1入出力端子Q1、及び第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の各相のステータ巻線に接続されている。
第3電力変換回路部33は、昇圧時において、第2トランジスタS2がオン(導通)及び第1トランジスタS1がオフ(遮断)に設定される第1状態と、第2トランジスタS2がオフ(遮断)及び第1トランジスタS1がオン(導通)に設定される第2状態とを交互に切り替える。第1状態では、順次、バッテリ11の正極端子PB、リアクトル22、第2トランジスタS2、バッテリ11の負極端子NBへと電流が流れ、リアクトル22が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第2状態では、リアクトル22に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル22の両端間に起電圧(誘導電圧)が発生する。リアクトル22に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ11の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第3電力変換回路部33の正極端子PVと負極端子NVとの間に印加される。
第1平滑コンデンサ41は、バッテリ11の正極端子PBと負極端子NBとの間に接続されている。第1平滑コンデンサ41は、第3電力変換回路部33の回生時における第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極端子PI及び負極端子NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極端子PV及び負極端子NV間に接続されている。第2平滑コンデンサ42は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、複数の正極端子PI及び負極端子NI、並びに正極端子PV及び負極端子NVに接続されている。第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。第2平滑コンデンサ42は、第3電力変換回路部33の昇圧時における第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
抵抗器24は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極端子PI及び負極端子NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極端子PV及び負極端子NV間に接続されている。
第1電流センサ25、第2電流センサ26、及び第3電流センサ27の各々は、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33の第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2の各々をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33の昇圧時における昇圧電圧指令又は第3電力変換回路部33の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2の比率である。
図4は、本発明の実施形態に係る車両用電源装置1の処理を示す図である。
図5は、本発明の実施形態に係る車両用電源装置1のバッテリ11と補機バッテリ82との充放電特性の一例を示す。図5には、車両用電源装置1のバッテリ11と補機バッテリ82の充放電特性に加えて、補機83の負荷電流特性と、DC/DCコンバータ81のオンオフ特性も示されている。図5において、横軸は時間である。補機83の負荷電流特性に示されている(A)−(D)は、負荷電流特性の変化点を示す。ここでは、車両用電源装置1の処理を、(1)で示される時間範囲−(8)で示される時間範囲に分けて説明する。(1)で示される時間範囲−(5)で示される時間範囲に含まれる変化点(C)までの時間は車両10が走行中であり、(5)で示される時間範囲に含まれる変化点(C)から−(5)で示される時間範囲に含まれる変化点(D)までの時間は車両10が停止中であり、(5)で示される時間範囲に含まれる変化点(D)−(8)で示される時間範囲までの時間は充電中である。
(1)で示される時間範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高く、且つ補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以上第1閾値以下である。この場合、DC/DCコンバータ81は、作動を停止することで、バッテリ11は、補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が、補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以上第1閾値以下に維持されながら、車両10の運転に伴って、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとが減少していく。
また、(1)で示される範囲では、変化点(A)に示される時間から、補機バッテリ82の負荷電流が増大する。したがって、変化点(A)に示される時間から、補機バッテリ82のSOCが急激に低下する。(1)に示される範囲では、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差は、第2閾値以上第1の閾値以下に維持されている。
(2)で示される範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高いが、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以下となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCは維持され、バッテリ11のSOCは減少する。補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第1閾値以上になるまで、継続される。
(3)で示される時間範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高く、且つ補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第1閾値以上となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を停止させる。DC/DCコンバータ81が作動を停止することで、バッテリ11は補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以上第1閾値以下に維持されながら、車両10の運転に伴って、補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率とが減少していく。
(4)で示される範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高いが、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以下となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCは維持され、バッテリ11のSOCは減少する。(4)で示される範囲では、変化点(B)に示される時間から、補機83の負荷電流が減少する。したがって、変化点(B)に示される時間から、バッテリ11のSOCの減少の度合いが小さくなる。補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第1閾値よりも大きくなるまで、継続される。
(5)で示される時間範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11の充電率よりも高く、且つ補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率の充電率との差が、第1閾値以上となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を停止させる。DC/DCコンバータ81が作動を停止することで、バッテリ11は、補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が、補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以上第1閾値以下に維持されながら、車両10の運転に伴って、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとが減少していく。
(5)で示される範囲では、変化点(C)に示される時間に、車両10が停止するため、バッテリ11と補機バッテリ82とからの給電が停止される。したがって、変化点(C)に示される時間から、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとが維持される。また、(5)で示される範囲では、変化点(D)に示される時間に、車両10の充電が開始されるとともに、補機バッテリ82から補機83への給電が開始される。したがって、変化点(D)に示される時間から、バッテリ11のSOCのSOCが増加し、補機バッテリ82のSOCは減少する。また、車両10の充電が開始されることによって、バッテリ11への充電も開始される。
(6)で示される範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高いが、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以下となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は、補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCの増加の度合いが大きくなり、バッテリ11のSOCの増加の度合いは小さくなる。補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率との差が、第1閾値以上となるまで、継続される。
(7)で示される時間範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高く、且つ補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第1閾値より大きくなる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を停止させる。DC/DCコンバータ81が作動を停止することで、バッテリ11は、補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が、補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCは減少し、バッテリ11のSOCの増加の度合いは大きくなる。補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以下となるまで、継続される。
(8)で示される範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高いが、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第2閾値以下となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は、補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCの増加の度合いが大きくなり、バッテリ11のSOCの増加の度合いは小さくなる。補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率との差が、第1閾値以上となるまで、継続される。
図6は、本発明の実施形態に係る車両用電源装置1の動作の一例を示すフローチャートである。図6は、主に、制御ECU80の動作を示す。
(ステップS11)
制御ECU80は、DC/DCコンバータ81が作動中であるか否かを判定する。DC/DCコンバータ81が作動中であると判定した場合にはステップS12へ移行し、DC/DCコンバータ81が停止中であると判定した場合にはステップS14へ移行する。
(ステップS12)
制御ECU80は、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとを取得し、取得したバッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとに基づいて、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差(SOCの差)を導出する。制御ECU80は、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第1閾値以上であるか否かを判定する。SOCの差が閾値以上である場合にはステップS13へ移行し、SOCの差が閾値未満である場合には終了する。
(ステップS13)
制御ECU80は、SOCの差が閾値以上である場合、DC/DCコンバータ81を停止する。DC/DCコンバータ81が作動を停止することで、バッテリ11は、補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が、補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率との差が、第2閾値以上第1閾値以下に維持されながら、車両10の運転に伴って、補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率とが減少していく。
制御ECU80は、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとを取得し、取得したバッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとに基づいて、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差(SOCの差)を導出する。制御ECU80は、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第2閾値以下であるか否かを判定する。SOCの差が第2閾値以下である場合にはステップS15へ移行し、SOCの差が第2閾値以下である場合には終了する。
(ステップS15)
制御ECU80は、SOCの差が第2閾値以下である場合、DC/DCコンバータ81を起動する。DC/DCコンバータ81が作動を開始することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は、補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCは維持され、バッテリ11のSOCは減少する。補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率との差が、第2閾値以上になるまで、継続される。
前述した実施形態では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高場合について説明したが、この限りでない。例えば、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも低い場合でも適用できる。この場合、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第3閾値以上の場合にDC/DCコンバータ81の動作を開始するように制御することで、バッテリ11の電力の補機83への供給を開始させる。また、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が第3閾値未満の第4閾値以下である場合にDC/DCコンバータ81の動作を停止するように制御することでバッテリ11から補機83への電力供給を停止して補機バッテリ82から補機83への電力の供給を開始させる。
図7は、本発明の実施形態に係る車両用電源装置1のバッテリ11と補機バッテリ82との充放電特性の一例を示す。図7には、車両用電源装置1のバッテリ11と補機バッテリ82の充放電特性に加えて、DC/DCコンバータ81のオンオフ特性も示されている。図7において、横軸は時間である。ここでは、車両用電源装置1の処理を、(1)で示される時間範囲−(4)で示される時間範囲に分けて説明する。(1)で示される時間範囲−(4)で示される時間範囲に含まれる変化点(C)までの時間は車両10が走行中である。
(1)で示される時間範囲では、補機バッテリ82のSOCが、バッテリ11のSOCよりも高い。この場合、DC/DCコンバータ81は、作動を停止することで、バッテリ11は、補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が、補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、小さくなり、時間の経過とともに、バッテリ11のSOCが、補機バッテリ82のSOCよりも高くなる。
(2)で示される範囲では、バッテリ11のSOCが、補機バッテリ82のSOCよりも高く、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとの差が、第3閾値以上となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCは維持され、バッテリ11のSOCは減少する。補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第3閾値未満の第4閾値以下になるまで、継続される。
(3)で示される時間範囲では、バッテリ11のSOCが、補機バッテリ82のSOCよりも高く、且つバッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとの差が、第4閾値以下となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を停止させる。DC/DCコンバータ81が作動を停止することで、バッテリ11は補機83への電力供給を停止し、補機バッテリ82が補機83へ電力を供給する。その結果、補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第4閾値より大きく第3閾値未満に維持されながら、車両10の運転に伴って、補機バッテリ82の充電率とバッテリ11の充電率とが減少していく。
(4)で示される範囲では、バッテリ11のSOCが、補機バッテリ82のSOCよりも高く、バッテリ11のSOCと補機バッテリ82のSOCとの差が、第3閾値以上となる。この場合、制御ECU80は、DC/DCコンバータ81を起動させる。DC/DCコンバータ81が起動することで、DC/DCコンバータ81は、バッテリ11が供給する高圧の電力を補機バッテリ82の規定の電力(12V)まで降圧し、降圧した電力を補機83へ供給する。補機バッテリ82は補機83へ電力の供給を停止する。その結果、補機バッテリ82のSOCは維持され、バッテリ11のSOCは減少する。補機バッテリ82のSOCとバッテリ11のSOCとの差が、第4閾値以下になるまで、継続される。
このように構成することによって、従来、走行用のバッテリから12V負荷へ、エネルギーが供給されていたが、実施形態に係る車両用電源装置1では、補機バッテリ82(12Vバッテリ)から補機(12V負荷)へ、エネルギーが供給される。
また、従来、DC/DCコンバータの出力容量は、低圧系の補機の負荷の連続最大電力に対応可能な容量が必要であったが、実施形態に係る車両用電源装置1は、第2電池のSOCが維持できるだけの出力容量、すなわち、低圧系の補機の負荷の平均的な電力に相当する容量に低減することができるため、DC/DCコンバータに、低圧系の補機の合計(連続最大)電力に合わせた出力容量を有する必要がない。このため、低圧系の補機の負荷(使用電力)が大きくなった場合でも、DC/DCコンバータの大型化又はコスト増加を抑制することができる。
車両用電源装置1は、第1電池の充電率と、第2電池の充電率との差が、所定の範囲内に維持されながら、車両の運転に伴って、それぞれの充電率が減少していくように制御することができる。したがって、第2電池の電力によって第2負荷を駆動することで、DC/DCコンバータの運転頻度を抑制しながら、電動車両の運転が継続されることで、走行用バッテリのSOCが減少するのにしたがって、第2電池の充電率が減少していくこととなる。このように構成することによって、第2電池の電力によって第2負荷を駆動することで、DC/DCコンバータの運転頻度を抑制しながら、第1電池の満充電状態(充電率が高い状態)から、充電が必要な状態(充電率が低い状態)に至るまでの間、第2負荷の駆動を継続することができる。
このように構成することによって、第1電池の充電率と第2電池の充電率との差が、所定の範囲内に維持されながら、車両の運転に伴って、それぞれの充電率が減少していくように制御することができる。
また、車両用電源装置1では、制御部は、第2電池の充電率が第1電池の充電率よりも低く、且つ、第2電池の充電率と第1電池の充電率との差が第3閾値以上の場合にDC/DCコンバータの動作を開始するように制御することで、第1電池の電力の前記第2負荷への供給を開始させ、第2電池の充電率と第1電池の充電率との差が第3閾値未満の第4閾値以下である場合にDC/DCコンバータの動作を停止するように制御することで、前記第1電池から前記第2負荷への電力供給を停止して前記第2電池から前記第2負荷への電力の供給を開始させる。
このように、第2電池を、第1電池(高圧バッテリ)と同等の充放電サイクル耐久性を有するものとすることによって、第2電池のみを所定の頻度で交換することを抑制することができる。
また、車両用電源装置1では、第2電池は、第2電池の出力電圧が第2負荷の動作可能な電圧範囲内(例えば、実施形態での12V−13V以上)となるように、充電率の上限又は下限が設定される。
このように構成することによって、車両の運転に伴って、第2電池の充電率が低下した場合においても、第2負荷の動作電圧以上の電圧範囲に、第2電池の充電率を維持することができる。
また、車両用電源装置1では、車両が外部電源によって充電される際に、第1電池及び第2電池が充電される。
尚、補機バッテリ82は、バッテリ11が収容されるバッテリケースに、バッテリ11とともに収容されていてもよい。また、補機バッテリ82に加えてDC/DCコンバータ81についても、バッテリ11が収容されるバッテリケースに収容されていてもよい。
Claims (6)
- 第1の電圧で駆動される第1負荷と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧で駆動される第2負荷とに電力を供給する第1電池と、
前記第2負荷に電力を供給する、前記第1電池よりも出力電圧の低い第2電池と、
前記第1電池の電圧値を降圧して第2負荷に電力を供給するDC/DCコンバータと、
前記第1電池の充電率と前記第2電池の充電率とに基づいて、前記DC/DCコンバータの動作を制御することで前記第1電池の電力を前記第2負荷に供給する状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第1電池の充電率と前記第2電池の充電率との差が、所定の範囲内に維持されながら、車両の運転に伴って前記第1電池の充電率と前記第2電池の充電率とが減少していくように、前記DC/DCコンバータの動作を制御する車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記第2電池の充電率が前記第1電池の充電率よりも高く、且つ、前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第1閾値以上の場合にDC/DCコンバータの動作を停止するように制御することで、前記第1電池から前記第2負荷への電力供給を停止して前記第2電池から前記第2負荷へ電力を供給し、
前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第1閾値未満の第2閾値以下である場合にDC/DCコンバータの動作を開始するように制御することで前記第1電池の電力の前記第2負荷への供給を開始させる、請求項1に記載の車両用電源装置。 - 前記制御部は、前記第2電池の充電率が前記第1電池の充電率よりも低く、且つ、前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第3閾値以上の場合にDC/DCコンバータの動作を開始するように制御することで、前記第1電池の電力の前記第2負荷への供給を開始させ、
前記第2電池の充電率と前記第1電池の充電率との差が第3閾値未満の第4閾値以下である場合にDC/DCコンバータの動作を停止するように制御することで、前記第1電池から前記第2負荷への電力供給を停止して前記第2電池から前記第2負荷への電力の供給を開始させる、請求項1に記載の車両用電源装置。 - 前記第1電池と前記第2電池は、同種の電池で構成されているとともに、前記第2電池の全容量は、前記第1電池の全容量よりも小さい、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
- 前記第2電池は、前記第2電池の出力電圧が前記第2負荷の動作可能な電圧範囲内となるように、充電率の上限又は下限が設定される、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
- 車両が外部電源によって充電される際に、前記第1電池及び前記第2電池が充電される、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
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