JP7334419B2 - vehicle power supply - Google Patents
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Description
本発明は、車両の電源装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power supply device.
近年、内燃機関とモータとを併用して車輪を駆動するハイブリッド自動車が広く使用されている。この種の車両は蓄電池(バッテリ)を備え、蓄電池からモータに電力を供給している。また、車両の減速時に、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収して蓄電池に充電する回生充電を行う技術が利用される。 2. Description of the Related Art In recent years, hybrid vehicles that use both an internal combustion engine and a motor to drive wheels have been widely used. This type of vehicle is equipped with a storage battery (battery), and power is supplied from the storage battery to the motor. In addition, when the vehicle decelerates, a technology is used that performs regenerative charging, in which the kinetic energy of the vehicle is converted into electrical energy, recovered, and charged to a storage battery.
特許文献1には、2種類の蓄電池に対する回生充電の制御を行う車載電源システムが記載されている。具体的には、特許文献1の車載電源システムは、内燃機関の出力軸に接続する回転機と、回転機に対して並列に接続される第1蓄電池及び第2蓄電池と、第1蓄電池及び回転機と第2蓄電池との導通及び遮断を切り替える接続スイッチと、を備え、回転機による回生発電時には、接続スイッチを導通させて、第1蓄電池と第2蓄電池に対する充電を行う。第1蓄電池として鉛蓄電池などを用い、第2蓄電池としてリチウムイオン蓄電池などを用いて、第2蓄電池の内部抵抗値を第1蓄電池の内部抵抗値よりも低く設定する。これにより、回生発電時に発電された電力のより多くを、エネルギー効率の高い第2蓄電池に充電して、電源システム全体のエネルギー効率向上を図っている。 Patent Literature 1 describes an in-vehicle power supply system that controls regenerative charging of two types of storage batteries. Specifically, the in-vehicle power supply system of Patent Document 1 includes a rotating machine connected to an output shaft of an internal combustion engine, a first storage battery and a second storage battery connected in parallel to the rotating machine, a first storage battery and a rotating machine. a connection switch for switching between electrical connection and disconnection between the machine and the second storage battery, and when regenerative power is generated by the rotating machine, the connection switch is made conductive to charge the first storage battery and the second storage battery. A lead storage battery or the like is used as the first storage battery, a lithium ion storage battery or the like is used as the second storage battery, and the internal resistance value of the second storage battery is set lower than the internal resistance value of the first storage battery. As a result, more of the electric power generated during regenerative power generation is charged to the second storage battery with high energy efficiency, thereby improving the energy efficiency of the entire power supply system.
特許文献1の技術では、回生発電による充電時に、内部抵抗が低く充電受入性の良い第2蓄電池が優先的に充電されるので、第1蓄電池に十分な電力が供給されずに第1蓄電池の放電が進行しやすい状況になる。その結果、第1蓄電池の放電深度が所定の閾値を超える(充電率が所定の閾値を下回る)と、内燃機関を駆動させて発電を行って充電する必要があるため、燃料を消費する発電による充電頻度が増えて、燃費を悪化させる原因になる。 In the technique of Patent Document 1, when charging by regenerative power generation, the second storage battery with low internal resistance and good charge acceptance is preferentially charged. Discharge becomes easy to proceed. As a result, when the depth of discharge of the first storage battery exceeds a predetermined threshold (the charging rate falls below a predetermined threshold), it is necessary to drive the internal combustion engine to generate power for charging. The frequency of recharging increases, causing deterioration in fuel consumption.
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、燃料を消費する発電による充電頻度を低減して、燃費向上が可能な車両の電源装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle power supply device capable of improving fuel efficiency by reducing the frequency of charging by power generation that consumes fuel.
本発明は、内燃機関の出力軸に接続される電動機と、電動機にそれぞれ並列に接続される、第1バッテリ及び該第1バッテリよりも内部抵抗が小さい第2バッテリと、電動機と第2バッテリの電気的な接続状態と切断状態を切り替える切り替え手段と、第1バッテリの充電状態と第2バッテリの充電状態とに基づいて、切り替え手段の接続状態と切断状態を切り替える制御部と、を有する車両の電源装置であって、第1バッテリは鉛蓄電池であり、第2バッテリはリチウムイオン蓄電池であり、制御部は、電動機が車両の運動エネルギーを電力に変換する回生発電を行うときに、第2バッテリの充電量が該第2バッテリの目標充電量よりも高く、第1バッテリの充電量が該第1バッテリの目標充電量よりも低い場合に、切り替え手段を切断状態にして、第1バッテリのみに対して回生発電による充電を行い、第2バッテリの充電量が該第2バッテリの目標充電量よりも高く、第1バッテリの充電量が該第1バッテリの目標充電量よりも高い場合に、切り替え手段を接続状態にして、第1バッテリと第2バッテリの両方を対象として、回生発電による充電を行うことを特徴とする。 The present invention provides an electric motor connected to an output shaft of an internal combustion engine, a first battery and a second battery having an internal resistance smaller than that of the first battery, which are connected in parallel to the electric motor, and the electric motor and the second battery. and a control unit for switching between the connected state and the disconnected state of the switching means based on the state of charge of the first battery and the state of charge of the second battery. wherein the first battery is a lead storage battery, the second battery is a lithium ion storage battery, and the control unit controls the second battery when the electric motor performs regenerative power generation for converting kinetic energy of the vehicle into electric power. When the amount of charge of the battery is higher than the target amount of charge of the second battery and the amount of charge of the first battery is lower than the target amount of charge of the first battery, the switching means is set to the disconnected state to switch off the first battery. is charged by regenerative power generation, and when the charge amount of the second battery is higher than the target charge amount of the second battery and the charge amount of the first battery is higher than the target charge amount of the first battery and charging by regenerative power generation to both the first battery and the second battery by setting the switching means to the connected state.
本発明の車両の電源装置によれば、回生発電によって充電を行う際に、内部抵抗が小さい第2バッテリが目標充電量に達しているときには、電動機から第2バッテリへの電気的な接続を切断するので、内部抵抗が大きい第1バッテリに確実に充電を行うことができる。これにより、燃料を消費する発電による充電頻度を減らして、燃費向上を実現できる。 According to the vehicle power supply device of the present invention, when the second battery, which has a small internal resistance, has reached the target charging amount during charging by regenerative power generation, electrical connection from the electric motor to the second battery is cut off. Therefore, the first battery having a large internal resistance can be reliably charged. As a result, the frequency of charging due to power generation that consumes fuel can be reduced, and improved fuel efficiency can be achieved.
以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。まず、図1を参照して、本実施の形態に係る車両の構成要素について説明する。図1は、説明の便宜上、本開示の技術を説明するために簡略化したものであり、車両が通常備える構成については図示されていなくても備えているものとする。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, with reference to FIG. 1, components of a vehicle according to this embodiment will be described. For convenience of explanation, FIG. 1 is simplified for explaining the technology of the present disclosure, and it is assumed that a vehicle normally has components even if they are not shown.
本実施の形態の車両10は、車輪(駆動輪)11の駆動に、内燃機関であるエンジン13と電動発電機14を併用するハイブリッド自動車である。エンジン13と電動発電機14のいずれか一方、あるいはエンジン13と電動発電機14の両方を駆動源として、変速機15を介してドライブシャフト16を駆動して、車輪11を回転させる。車両10を総合的に制御する制御部17を備えている。制御部17は、ECU(Electrical Control Unit)など、車両10の制御に関連する手段を包括的に表したものである。
A
エンジン13は、空気と燃料とからなる混合気を燃焼室(不図示)内で燃焼させて動力を得る内燃機関である。外部から取り入れた空気は、吸気管(不図示)を通してエンジン13の燃焼室へ送られる。吸気管内には、制御部17によって動作制御されるスロットルバルブ(不図示)が設けられる。スロットルバルブの開度変更により、吸気管を通じて燃焼室に供給される空気量を調整する。
The
燃焼室に流入する空気に燃料を噴射するインジェクタ20を備える。噴射された燃料を含む混合気に点火プラグ21で点火して燃焼室内で燃焼させることで、燃焼室に通じるシリンダ(不図示)内でピストン(不図示)が往復移動する。インジェクタ20での燃料の噴射量と噴射時期や、点火プラグ21の点火時期は、制御部17によって制御される。
An
シリンダ内のピストンの往復移動は、クランク軸(出力軸)22の回転運動に変換される。クランク軸22の回転状態(回転位置、回転数)をクランク角センサ(不図示)で検出し、検出信号が制御部17に送られる。変速機15は、クランク軸22で出力された回転を変速してドライブシャフト16に伝達する。ドライブシャフト16の回転速度などを検出する車速センサ(不図示)を備え、車速センサの検出信号に基づいて、車両10の車速が制御部17によって算出される。
Reciprocating movement of the piston in the cylinder is converted into rotational movement of the crankshaft (output shaft) 22 . A crank angle sensor (not shown) detects the rotational state (rotational position, rotational speed) of the
車両10は、乗員によって操作されるアクセルペダル25とブレーキペダル26を備えている。アクセル開度センサ27によって、アクセルペダル25の操作量(アクセル開度)が検出され、ブレーキストロークセンサ28によって、ブレーキペダル26の操作量(ブレーキストローク)が検出され、それぞれの検出信号が制御部17に送られる。アクセル開度に基づく出力要求に応じて、制御部17が、吸気管からの吸気量、インジェクタ20での燃料噴射、点火プラグ21の点火などを適宜制御して、エンジン13を駆動させる。
The
ブレーキ機構29は、機械的な摩擦接触によって車輪11の回転を減速させるものである。車輪11を支持する車軸に設けられたディスクロータと、油圧で動作してディスクロータを挟むブレーキパッドを内蔵したキャリパーとでブレーキ機構29が構成されている。ブレーキペダル26の踏み込み操作によって、ブレーキ機構29が油圧で駆動され車両10を減速させる。
The
電動発電機14は、後述するバッテリから供給される電力によって動力を発生してクランク軸22に伝達する電動機の機能と、クランク軸22から入力される動力によって発電する発電機の機能とを備えた、いわゆるモータジェネレータである。電動機としての電動発電機14は、エンジン13を停止状態からクランキングさせて始動させることと、エンジン13の動力を補って走行用の動力(ドライブシャフト16を回転させる力)を与える駆動アシストを行うことが可能である。発電機としての電動発電機14は、クランク軸22から回転力を受けて発電を行う。より詳しくは、エンジン13が燃料を消費してクランク軸22を駆動するときに回転力を受けて電動発電機14が発電を行う場合(以下の説明では、機関発電とする)と、車両10の減速時に、回生トルクによってドライブシャフト16からの回転エネルギーを電動発電機14で電力に変換する場合(以下の説明では、回生発電とする)とがある。
The motor-
電動発電機14は、クランク軸22と平行な回転軸30を備える。クランク軸22にプーリ31が取り付けられ、回転軸30にプーリ32が取り付けられ、プーリ31とプーリ32に伝動ベルト33が掛け渡されている。伝動ベルト33を介して、クランク軸22と回転軸30との間で動力伝達が可能になっている。なお、エンジン13側と電動発電機14側の間に設ける動力伝達機構は、伝動ベルト33を用いるタイプ以外のものでもよい。
The motor-
電動発電機14を電動機として使用する場合、電力によって回転軸30を回転駆動させる。エンジン13の停止状態で回転軸30を回転させると、クランク軸22を初期回転させてエンジン13を始動させることができる。エンジン13の駆動状態では、エンジン13がクランク軸22を回転させる動力を、電動発電機14からの動力がアシストし、エンジン13と電動発電機14の動力によってドライブシャフト16及び車輪11を回転させて車両10を走行させる。
When using the
車両10は、エンジン13を始動させる始動装置として、電動発電機14とは別にスタータ40を備えている。制御部17は、電動発電機14とスタータ40をそれぞれに適した始動条件で用いるように制御する。例えば、アイドリングストップからのエンジン13の再始動には主に電動発電機14を使用し、冷機状態からのエンジン13の始動には主にスタータ40を使用する。
The
電動発電機14を発電機として使用する場合、クランク軸22側の回転によって回転軸30を回転させる。電動発電機14は永久磁石とコイルを内蔵しており、永久磁石とコイルの一方が回転軸30に伴って回転する回転子であり、他方が固定された固定子になっている。回転軸30が回転すると、電磁誘導によりコイルに電流が発生する。これにより、燃料を消費してエンジン13を駆動させて行う機関発電と、車両10の減速時に運動エネルギーを電動発電機14で電力に変換する回生発電とを行うことができる。
When the motor-
電動発電機14で発電した交流電力は直流に変換され、後述するバッテリを含む車両10の電装系に供給される。車両10は、電動発電機14に入出力される交流電圧と、他の電装系部品に入出力される直流電圧とを相互に変換する変換部(不図示)を備えている。
The AC power generated by the motor-
車両10は、車載電源として第1バッテリ50と第2バッテリ51を備えている。第1バッテリ50と第2バッテリ51は異なる種類の蓄電池であり、本実施の形態では、第1バッテリ50に鉛蓄電池を用い、第2バッテリ51にリチウムイオン蓄電池を用いている。第2バッテリ51に用いるリチウムイオン蓄電池は、第1バッテリ50に用いる鉛蓄電池の電圧相当(例えば12V程度)のものである。
The
第1バッテリ50である鉛蓄電池は、短時間で大きな電流を放電可能な特性を有している。第2バッテリ51であるリチウムイオン蓄電池は、第1バッテリ50よりも内部抵抗が小さく充電受入性が高い、エネルギー効率に優れる、といった特性を有する。なお、本発明における2つの蓄電池の種類は、この組み合わせに限定されるものではない。例えば、リチウムイオン蓄電池に代えてニッケル水素蓄電池などを用いることも可能である。
The lead-acid battery, which is the
第1バッテリ50の充電状態を検出する充電状態検出センサ52と、第2バッテリ51の充電状態を検出する充電状態検出センサ53とを備えている。各充電状態検出センサ52、53は、各バッテリ50、51における端子間の電圧、各バッテリ50、51に対して入出力される電流、各バッテリ50、51内又は周辺の温度、などの情報を検出して、これらの検出値が制御部17に送信される。制御部17は、充電状態検出センサ52から送信された情報に基づいて第1バッテリ50の充電状態(充電量など)を検出し、充電状態検出センサ53から送信された情報に基づいて第2バッテリ51の充電状態(充電量など)を検出する。なお、本実施の形態では、第1バッテリ50と第2バッテリ51のそれぞれの充電量を、完全充電された状態から放電量を差し引いた残容量である充電率SOC(State Of Charge:SOC)として設定するが、これ以外の指標によって充電量を定めてもよい。
A charge state detection sensor 52 that detects the charge state of the
第1バッテリ50と第2バッテリ51は、電動発電機14に対して電気的に並列に接続している。第1バッテリ50と第2バッテリ51に接続する電力ラインPSを図1に示した。電力ラインPSは、電力ケーブルや、電力ケーブルを接続又は分岐させるコネクタ類によって構成されている。電力ラインPSの途中に、電動発電機14と第2バッテリ51の間の相互の電力供給を、接続状態と切断状態とに切り替えさせる切り替えスイッチ(切り替え手段)54を備えている。
The
切り替えスイッチ54の接続状態では、第2バッテリ51から電動発電機14への電力供給によって電動発電機14を電動機として動作させることと、電動発電機14を発電機として用いて第2バッテリ51に電力供給して第2バッテリ51の充電を行わせることができる。なお、切り替えスイッチ54の接続状態では、第2バッテリ51からスタータ40への電力供給も可能である。
In the connected state of the change-
本実施の形態では、第1バッテリ50は、電力ラインPSを介して常に電動発電機14及びスタータ40と電気的に接続している。スタータ40への電力供給には、短時間で大きな電流を放電可能な第1バッテリ50が適している。
In the present embodiment,
電動発電機14とスタータ40以外に、第1バッテリ50と第2バッテリ51から電力供給される電装系部品を、図1に第1電気負荷55及び第2電気負荷56として包括的に示した。第1電気負荷55に対して、主に第1バッテリ50から電力が供給され、第2電気負荷56に対して、主に第2バッテリ51から電力が供給される。第1電気負荷55は、電力消費が相対的に大きいもの、使用時間が短いもの、などが適している。第2電気負荷56は、電力消費が相対的に小さいもの、継続的に使用されるもの、などが適している。
In addition to the motor-
以上の構成を有する車両10では、乗員によるアクセルペダル25の踏み込み操作が行われると、その出力要求に応じて、制御部17はエンジン13や電動発電機14(この場合、バッテリから電力を供給して電動機として機能させる)を制御して、ドライブシャフト16を駆動させる出力を発生させる。また、制御部17は、エンジン13の駆動時に、電動発電機14を発電機として機能させて、各バッテリ50、51の充電を行わせることができる。
In the
車両10の乗員から所定の減速操作があった場合や、車両10が所定の運転条件になった場合に、回生発電が行われる。具体的には、ブレーキペダル26の踏み込み操作が行われた場合や、ブレーキペダル26は踏み込まれていないがアクセルペダル25の踏み込みが解除されて減速しながらの惰性走行が要求されていると判断される場合等が該当する。この場合、制御部17は、電動発電機14を発電機として機能させて、回生エネルギーを回収して各バッテリ50、51の充電(回生発電による充電)を行わせることができる。どのような条件で回生充電制御に入るかは、予め制御部17のメモリ等に記憶され、車両10が備える各種センサ等からの入力に応じて条件に合致するか否かを判定する。
Regenerative power generation is performed when an occupant of the
図2を参照して、車両10における電源装置の充電制御について説明する。図2は、各バッテリ50、51の充電状態(充電量)と選択される充電方式との関係を示したテーブルである。図2における縦軸は、第1バッテリ50の充電量(充電率)を示しており、図2中の上方に進むほど第1バッテリ50の充電量が多くなる(充電率が高くなる)。図2における横軸は、第2バッテリ51の充電量(充電率)を示しており、図2中の右方に進むほど第2バッテリ51の充電量が多くなる(充電率が高くなる)。
Referring to FIG. 2, charging control of the power supply device in
図2に示すように、第2バッテリ51の充電量(横軸方向)に関して3つの閾値TH1、TH2、TH3を設定し、第1バッテリ50の充電量(縦軸方向)に関して2つの閾値TH4、TH5を設定している。そして、制御部17は、各閾値で区切られる複数の領域ごとに、所定の充電方式を選択して充電を行わせる。
As shown in FIG. 2, three thresholds TH1, TH2, and TH3 are set for the amount of charge of the second battery 51 (horizontal axis direction), and two thresholds TH4, TH4, and TH4 are set for the amount of charge of the first battery 50 (vertical axis direction). TH5 is set. Then, the
閾値TH1は、第2バッテリ51の充電量低下を判定する境界値である。閾値TH1を下回ると、第2バッテリ51の充電量が不足していると判定され、過放電による第2バッテリ51の劣化を防ぐために、第2バッテリ51の放電を抑制する。具体的には、閾値TH1を下回る状態では、エンジン13を駆動して機関発電による第2バッテリ51の積極的な充電を行うと共に、第2バッテリ51から電動発電機14への駆動アシスト用の電力供給が禁止される。
The threshold TH1 is a boundary value for determining whether the
閾値TH2は、第2バッテリ51において、電動発電機14への駆動アシスト用の所定の充電量を閾値TH1から確保した値である。所定の充電量とは、複数回の車両加速時の駆動アシストを実行するために必要な充電量である。通常の車両走行では、加速と減速を繰り返すので、加速時に第2バッテリ51から電動発電機14に電力供給して駆動アシストを行った後、減速時の回生発電による第2バッテリ51の充電を見込むことができる。そのため、数回分の加速をアシストできる充電量が確保されていれば、通常の車両走行においては、電動発電機14への駆動アシスト用の充電量が不足する状態にはなりにくく、回生による充電と駆動アシストのための放電のサイクルを実現できる。従って、閾値TH1から数回分の駆動アシストを実行できる閾値TH2が、第2バッテリ51の目標充電量として設定される。
The threshold TH2 is a value obtained by securing a predetermined amount of charge for assisting the driving of the motor-
閾値TH3は、第2バッテリ51の実用上の満充電と判定される値である。閾値TH3を超えて充電を行うと第2バッテリ51の劣化が進みやすくなるので、第2バッテリ51の過充電を抑制するための目安として閾値TH3が設定される。なお、閾値TH3で対象とする実用上の満充電は、第2バッテリ51における仕様上の満充電(例えば、新品状態における充電率100パーセント)よりも低い所定の値であり、第2バッテリ51の特性に応じて適宜設定される。
The threshold TH3 is a value for determining that the
閾値TH4は、第1バッテリ50の目標充電量である。第1バッテリ50として適用する鉛蓄電池は、劣化を抑えるために、仕様上の満充電(例えば、新品状態における充電率100パーセント)に近い充電量で使用することが好ましく、充電量が低いほど劣化が進行しやすくなる。これに応じて、仕様上の満充電に対してあまり低くない所定の下限値までが、第1バッテリ50の劣化防止のために推奨される使用範囲となる。一方、鉛蓄電池の充電効率は、満充電に近いほど低くなり、満充電付近での充放電は損失エネルギーが増加しやすい。これらの条件を加味して、第1バッテリ50における上記使用範囲の下限から、劣化防止のための数パーセントのマージン(充電量)を上積みした値として、閾値TH4が設定される。
The threshold TH4 is the target charge amount of the
閾値TH5は、第1バッテリ50の過放電状態を判定する境界値である。閾値TH5を下回ると、第1バッテリ50が過放電状態にあって充電量が不足していると判定され、エンジン13を駆動して機関発電による第1バッテリ50の積極的な充電を行う。
The threshold TH5 is a boundary value for determining whether the
充電方式は以下のように分けられる。まず、切り替えスイッチ54を用いた充電先の選択がある。切り替えスイッチ54が接続状態のときには、電動発電機14からの充電用の電力ラインPSが、第1バッテリ50と第2バッテリ51の両方に接続する。切り替えスイッチ54が切断状態のときには、電動発電機14からの充電用の電力ラインPSが、第1バッテリ50のみに接続して、第2バッテリ51には接続しない。また、発電の方式として、燃料の燃焼によるエンジン13の動力で電動発電機14を駆動させて電力を得る機関発電と、減速時の回生エネルギーで電動発電機14を駆動させて電力を得る回生発電とがある。つまり、充電先と発電方式の組み合わせにより、4つの充電方式を選択可能である。
Charging methods are divided as follows. First, there is the selection of the charging destination using the
第1の充電方式は、第1バッテリ50及び第2バッテリ51の両方を電動発電機14と電気的に接続し(切り替えスイッチ54を接続状態にし)、機関発電によって第1バッテリ50と第2バッテリ51の両方を充電対象とするものである。
In the first charging method, both the
第2の充電方式は、第1バッテリ50のみを電動発電機14と電気的に接続し(切り替えスイッチ54を切断状態にし)、機関発電によって第1バッテリ50のみに対して充電を行うものである。
In the second charging method, only the
第3の充電方式は、第1バッテリ50及び第2バッテリ51の両方を電動発電機14と電気的に接続し(切り替えスイッチ54を接続状態にし)、回生発電によって第2バッテリ51と第1バッテリ50の両方を充電対象とするものである。
In the third charging method, both the
第4の充電方式は、第1バッテリ50のみを電動発電機14と電気的に接続し(切り替えスイッチ54を切断状態にし)、回生発電によって第1バッテリ50のみに対して充電を行うものである。
In the fourth charging method, only the
制御部17は、充電状態検出センサ52と充電状態検出センサ53により検出される充電状態に基づいて、現在の各バッテリ50、51の状態が、図2に示すテーブルの複数領域のいずれに該当するかを判定して、充電方式を適宜選択する。
Based on the state of charge detected by the state of charge detection sensor 52 and the state of
領域Aは、第2バッテリ51の充電量が閾値TH3よりも大きく、且つ第1バッテリ50の充電量が閾値TH5よりも大きいという状態である。領域Aでは、制御部17は、第4の充電方式での充電を行わせる。つまり、第1バッテリ50のみに対して回生発電による充電を行うように制御する。
Region A is a state in which the amount of charge of the
領域Aで実施される第4の充電方式では、切り替えスイッチ54が切断状態で第2バッテリ51への充電を行わないので、実用上の満充電である閾値TH3を超えている第2バッテリ51への過剰充電による劣化を防ぎつつ、車両10の運動エネルギーを効率的に第1バッテリ50に回収できる。その結果、エンジン13による発電用の燃料消費を防いで燃費を向上させることができる。
In the fourth charging method implemented in region A, the
領域Bは、第1バッテリ50の充電量が閾値TH5を下回った状態である。領域Bでは、制御部17は、第2の充電方式での充電を行わせる。つまり、第1バッテリ50のみに対して機関発電による充電を行うように制御する。
Region B is a state in which the amount of charge of
領域Bで実施される第2の充電方式は、車両10の減速による回生を待たずに直ちに第1バッテリ50の充電フェーズに入ることが可能である。また、充電受入性が高い第2バッテリ51への電動発電機14の接続を解除しているので、第2バッテリ51に充電流を流すことなく、第1バッテリ50に充電を集中させることができる。従って、第1バッテリ50の過放電状態を確実且つ迅速に解消させることができる。なお、領域Bにおいて、回生発電を実施できるような減速走行時には、制御部17は、第4の充電方式での充電(回生発電による第1バッテリ50への充電)も行わせる。これによって、発電用の燃料消費を抑制できる。
The second charging method implemented in area B can immediately enter the charging phase of
領域Cは、第2バッテリ51の充電量が閾値TH2と閾値TH3の間であり、且つ第1バッテリ50の充電量が閾値TH4と閾値TH5の間であるという状態である。この領域Cでは、制御部17は、第4の充電方式での充電を行わせる。つまり、第1バッテリ50のみに対して回生発電による充電を行うように制御する。
Region C is a state in which the charge amount of the
領域Cでは、第4の充電方式を選択することで、第1バッテリ50の放電が進んで機関発電を行う領域Bになる(閾値TH5を下回る)ことを抑制して、発電のための燃料の消費を防ぐことができる。また、第1バッテリ50の充電量が満充電に近づくと充電効率が低下するので、閾値TH4を下回ることを条件として減速(回生)時の第1バッテリ50の単独充電を行わせることで、充電効率の低下を抑制することができる。
By selecting the fourth charging method in the region C, the discharge of the
一方、第2バッテリ51については、閾値TH2以上であれば、電動発電機14への駆動アシスト用の充電量を十分に確保できており、回生時に電動発電機14から第2バッテリ51を切り離しても、充電量の不足による駆動アシスト禁止状態にはなりにくい。言い換えれば、アシスト禁止によるエンジン13での燃費低下を回避できる。また、充電量が十分確保されている第2バッテリ51に対してさらなる充電を行わないことによって、発電のための燃料消費を防ぐことができると共に、第2バッテリ51の劣化を抑制できる。
On the other hand, if the
領域Dは、第2バッテリ51の充電量が閾値TH1と閾値TH3の間であり、且つ第1バッテリ50の充電量が閾値TH5よりも大きいという状態のうち、上記の領域Cに該当する範囲を除いた領域である。具体的には、第2バッテリ51の充電量が閾値TH1と閾値TH2の間であり、且つ第1バッテリ50の充電量が閾値TH5と閾値TH4の間である状態と、第2バッテリ51の充電量が閾値TH1と閾値TH3の間であり、且つ第1バッテリ50の充電量が閾値TH4よりも大きい状態とが、領域Dである。
Region D is a range corresponding to region C in the state where the charge amount of the
領域Dでは、制御部17は、第3の充電方式での充電を行わせる。つまり、第1バッテリ50と第2バッテリ51の両方を対象として、回生発電による充電を行うように制御する。
In the area D, the
第2バッテリ51の方が第1バッテリ50よりも内部抵抗が小さく充電受入性が高い。従って、領域Dで実施される第3の充電方式では、電動発電機14に対して電気的に並列に接続される2つのバッテリ50、51のうち、第2バッテリ51への充電流の割合が大きくなる。その結果、回生による充電と駆動アシストのための放電という電力供給のサイクルを、エネルギー損失の少ない第2バッテリ51を主として行うことができ、燃費向上の効果を得られる。
The
また、領域Dで実施される第3の充電方式では、第1バッテリ50も回生発電による充電の対象である。そのため、第1バッテリ50の充電量が閾値TH5を下回って(領域Bに入って)、機関発電による充電を要する状態になりにくく、燃料消費を抑制できる。
In addition, in the third charging method implemented in region D, the
領域Eは、第2バッテリ51の充電量が閾値TH1を下回る状態である。領域Eでは、制御部17は、第1の充電方式での充電を行わせる。つまり、第1バッテリ50と第2バッテリ51の両方を対象として、機関発電による充電を行うように制御する。
Region E is a state in which the amount of charge of the
充電量が閾値TH1を下回る状態で第2バッテリ51を使用(放電)させると、第2バッテリ51の劣化が進行しやすくなるので、車両10の減速による回生を待たずに直ちに第2バッテリ51の充電フェーズに入ることが可能な第1の充電方式によって、第2バッテリ51の過放電を確実且つ迅速に解消させる。第2バッテリ51の方が第1バッテリ50よりも充電受入性が高いため、切り替えスイッチ54を接続状態にして第1バッテリ50と第2バッテリ51を電動発電機14に対して電気的に並列に接続させた状態で発電を行うことで、充電量が不足している第2バッテリ51を効率的に充電させることができる。
If the
なお、領域Eにおいて、回生発電を実施できるような減速走行時には、制御部17は第3の充電方式での充電(回生発電による第1バッテリ50及び第2バッテリ51への充電)も行わせる。
In region E, when the vehicle is decelerating so that regenerative power generation can be performed, the
以上のように、各バッテリ50、51の充電状態に基づいて、発電形態と充電対象の組み合わせを異ならせた複数の充電方式を用いることにより、発電用の燃料消費を抑制して燃費向上を実現できる。また、各バッテリ50、51が過放電に陥りやすい状況では迅速に充電を行い、且つ各バッテリ50、51への過充電を抑制できるので、バッテリライフの向上にも寄与する。本実施の形態の充電制御は、車速などの条件によらず、各バッテリ50、51の充電状態のみに基づいて設定されるので、制御が複雑化せず、容易に高精度な充電管理を行うことができる。また、電力ラインPS上に切り替えスイッチ54を設けるという簡単な構成で実現できるため、コスト的にも有利である。
As described above, by using a plurality of charging methods with different combinations of power generation modes and charging targets based on the state of charge of each of the
続いて、図3を参照して、本実施の形態の制御の流れについて説明する。車両10における電装系の電源がオンになっている間は、以下の制御フローの処理が、所定のタイミングで継続的に実行される。
Next, with reference to FIG. 3, the control flow of this embodiment will be described. While the electrical system of the
ステップS1において、充電状態検出センサ52が、第1バッテリ50の端子間電圧、周辺温度、入出力電流などを検出して、検出した信号を制御部17に送信する。制御部17は、充電状態検出センサ52から受信した信号を基にして、第1バッテリ50の充電量を算出する。
In step S<b>1 , the state-of-charge detection sensor 52 detects the voltage across the terminals of the
ステップS2において、充電状態検出センサ53が、第2バッテリ51の端子間電圧、周辺温度、入出力電流などを検出して、検出した信号を制御部17に送信する。制御部17は、充電状態検出センサ53から受信した信号を基にして、第2バッテリ51の充電量を算出する。
In step S<b>2 , the state-of-
続くステップS3で、制御部17が充電要求の有無を判定する。具体的には、ステップS1及びステップS2で算出した第1バッテリ50と第2バッテリ51の充電量低下による発電要求や、車両10の減速走行時の回生要求などが発生すると、充電要求有りと判定されて(ステップS3のYES)、ステップS4に進む。充電要求が無い場合(ステップS3のNO)、ステップS4以降の処理は行わずにフローから抜ける。
In subsequent step S3, the
ステップS4では、先に説明した図2のテーブルに基づいて、制御部17が充電方式を決定する。具体的には、ステップS1、S2で取得した第1バッテリ50の充電量と第2バッテリ51の充電量から、所定のパラメータを用いて充電方式を算出する。あるいは、各バッテリ50、51の充電量と各充電方式との関係を示すテーブルデータを制御部17のメモリなどに記憶させておき、テーブルデータから読み出して充電方式を決定してもよい。
In step S4, the
ステップS4で決定した充電方式に従って、ステップS5で、制御部17が切り替えスイッチ54の設定(切り替え制御)を行う。決定した充電方式が上記の第1の充電方式又は第3の充電方式である場合は、充電対象に第2バッテリ51を含むので、切り替えスイッチ54を接続状態にして、第1バッテリ50及び第2バッテリ51への充電経路を形成させる。決定した充電方式が上記の第2の充電方式又は第4の充電方式である場合は、充電対象が第1バッテリ50のみであるので、切り替えスイッチ54を切断状態にして第2バッテリ51への充電経路を遮断させる。
In step S5, the
ステップS5での切り替えスイッチ54の設定が完了したらステップS6に進み、制御部17が電動発電機14を制御して、ステップS4で設定された充電方式での充電を実施する。
When the setting of the
以上に説明したように、本実施形態の車両の電源装置では、第1バッテリ50と第2バッテリ51のそれぞれに関する充電量の閾値で区分けされる複数の充電状態(図2の領域A~E)を設定し、各充電状態に適した充電方式を選択することで、燃料消費を抑えながら、特性の異なる第1バッテリ50と第2バッテリ51に対して過放電や過充電の状態になりにくい運用を実現できる。
As described above, in the vehicle power supply device of the present embodiment, there are a plurality of charge states (regions A to E in FIG. 2) classified by thresholds of charge amounts for the
特に、第2バッテリ51に関して、充電量低下を示す閾値TH1と実用上の満充電を示す閾値TH3との間に、目標充電量(電動発電機14が行う駆動アシスト用の所定充電量を満たす)である閾値TH2を設定し、第1バッテリ50に関して、目標充電量である閾値TH4を設定している。その上で、閾値TH2と閾値TH3の間、且つ閾値TH4未満である領域Cで、回生発電による充電の対象を第1バッテリ50のみとする制御をおこなっている(第4の充電方式を選択している)。第1バッテリ50と第2バッテリ51を電動発電機14に並列に接続すると、充電受入性の高い第2バッテリ51が優先的に充電される。これに対し、領域Cでの充電制御は、駆動アシスト用の十分な充電量が確保されている第2バッテリ51には充電を行わずに、回生発電により得られた電力で第1バッテリ50を効率的に目標充電量(閾値TH4)まで充電するものである。故に、第1バッテリ50が充電量不足に陥って機関発電を要する状態(図2の領域B)にはなりにくく、発電用の燃料消費を抑制できる。
In particular, regarding the
第1バッテリ50と第2バッテリ51を電動発電機14に対して並列に接続した上で、第2バッテリ51への電力の入出力部分に切り替えスイッチ54を設けるという簡単な構成と配線で、上記の制御及び効果を実現できる。そのため、本発明を適用した電源装置は、部品や製造にかかるコストが低くて済み、多くの車両に適用しやすいという利点もある。
With a simple configuration and wiring in which the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成や制御等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications. In the above embodiment, the configuration, control, and the like shown in the accompanying drawings are not limited to this, and can be changed as appropriate within the scope of exhibiting the effects of the present invention. In addition, it is possible to carry out by appropriately modifying the present invention as long as it does not deviate from the scope of the purpose of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、電力ラインPS上で、電動発電機14から第2バッテリ51への接続状態と切断状態に切り替わる切り替えスイッチ54のみを備えているが、電動発電機14から第1バッテリ50への接続状態と切断状態に切り替わる切り替えスイッチを別途設けてもよい。
For example, in the above-described embodiment, only the
第1バッテリ50側に切り替えスイッチを設けた場合、一例として次のような運用が可能である。図2のテーブルにおいて、閾値TH4を境界にして、領域D又は領域Eを2つに分ける。領域D又は領域E内で、第1バッテリ50が閾値TH4よりも低い充電量の場合、第1バッテリ50側の切り替えスイッチを接続状態にしておく。つまり、2つのバッテリ50、51が共に電動発電機14に対して電気的に接続して、上述した領域D又は領域Eの説明と同じ状態(第3の充電方式又は第1の充電方式)になる。領域D又は領域E内で、第1バッテリ50が閾値TH4よりも高い充電量の場合、第1バッテリ50側の切り替えスイッチを切断状態にする。第1バッテリ50と第2バッテリ51の両方を電動発電機14に接続した状態でも、充電受入性の高い第2バッテリ51への充電流の割合が大きくなるが、第1バッテリ50側の切り替えスイッチの切断を行うことで、既に十分な充電量に達している第1バッテリ50側への充電を完全に遮断して、より確実且つ効率的に第2バッテリ51の充電を行わせることができる。
When a changeover switch is provided on the
以上説明したように、本発明の車両の電源装置によれば、燃料を消費して行う発電による充電頻度を減らして、燃費向上を実現できるという効果を有し、特に、バッテリ性能の維持と高い駆動効率の両立が求められる車両に有用である。 As described above, according to the vehicle power supply device of the present invention, there is an effect that the frequency of charging by power generation that consumes fuel can be reduced, and fuel efficiency can be improved. It is useful for vehicles that require both driving efficiency.
10 :車両
13 :エンジン
14 :電動発電機(電動機)
15 :変速機
16 :ドライブシャフト
17 :制御部
22 :クランク軸(出力軸)
29 :ブレーキ機構
40 :スタータ
50 :第1バッテリ
51 :第2バッテリ
52 :充電状態検出センサ
53 :充電状態検出センサ
54 :切り替えスイッチ(切り替え手段)
55 :第1電気負荷
56 :第2電気負荷
PS :電力ライン
TH1 :閾値(第2バッテリの過放電と判定される境界値)
TH2 :閾値(第2バッテリの目標充電量)
TH3 :閾値(第2バッテリの過充電と判定される境界値)
TH4 :閾値(第1バッテリの目標充電量)
TH5 :閾値(第1バッテリの過放電と判定される境界値)
10: Vehicle 13: Engine 14: Motor Generator (Electric Motor)
15: Transmission 16: Drive shaft 17: Control section 22: Crankshaft (output shaft)
29: brake mechanism 40: starter 50: first battery 51: second battery 52: charge state detection sensor 53: charge state detection sensor 54: changeover switch (switching means)
55 : First electric load 56 : Second electric load PS : Power line TH1 : Threshold value (boundary value for overdischarge of the second battery)
TH2: threshold (target charge amount of the second battery)
TH3: Threshold (boundary value for overcharging of the second battery)
TH4: threshold (target charge amount of the first battery)
TH5: Threshold (boundary value determined as overdischarge of the first battery)
Claims (3)
前記電動機にそれぞれ並列に接続される、第1バッテリ及び該第1バッテリよりも内部抵抗が小さい第2バッテリと、
前記電動機と前記第2バッテリの電気的な接続状態と切断状態を切り替える切り替え手段と、
前記第1バッテリの充電状態と前記第2バッテリの充電状態とに基づいて、前記切り替え手段の接続状態と切断状態を切り替える制御部と、を有する車両の電源装置であって、
前記第1バッテリは鉛蓄電池であり、前記第2バッテリはリチウムイオン蓄電池であり、
前記制御部は、前記電動機が車両の運動エネルギーを電力に変換する回生発電を行うときに、前記第2バッテリの充電量が該第2バッテリの目標充電量よりも高く、前記第1バッテリの充電量が該第1バッテリの目標充電量よりも低い場合に、前記切り替え手段を切断状態にして、前記第1バッテリのみに対して前記回生発電による充電を行い、前記第2バッテリの充電量が該第2バッテリの目標充電量よりも高く、前記第1バッテリの充電量が該第1バッテリの目標充電量よりも高い場合に、前記切り替え手段を接続状態にして、前記第1バッテリと前記第2バッテリの両方を対象として、前記回生発電による充電を行うことを特徴とする車両の電源装置。 an electric motor connected to an output shaft of an internal combustion engine;
a first battery and a second battery having a lower internal resistance than the first battery, each connected in parallel to the electric motor;
a switching means for switching between an electrical connection state and a disconnection state between the electric motor and the second battery;
A power supply device for a vehicle, comprising: a control unit that switches between a connected state and a disconnected state of the switching means based on the state of charge of the first battery and the state of charge of the second battery,
The first battery is a lead-acid battery, the second battery is a lithium-ion battery,
When the electric motor performs regenerative power generation in which the kinetic energy of the vehicle is converted into electric power, the control unit controls the charge amount of the second battery to be higher than the target charge amount of the second battery, and the charge amount of the first battery to be charged. When the amount of charge is lower than the target charge amount of the first battery, the switching means is disconnected, and only the first battery is charged by the regenerative power generation, and the charge amount of the second battery is reduced. When the charging amount of the first battery is higher than the target charging amount of the second battery and the charging amount of the first battery is higher than the target charging amount of the first battery, the switching means is brought into a connected state, and the first battery and the first battery are connected. 1. A power supply device for a vehicle, wherein both of the two batteries are charged by the regenerative power generation .
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