JPWO2014208028A1 - Power storage system - Google Patents

Power storage system

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敏宏 坂谷
裕政 杉井
裕政 杉井
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誠 越智
龍二 川瀬
龍二 川瀬
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Abstract

ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池と鉛電池を併用した蓄電システムにおいて、鉛電池を小さくする。蓄電システム(100)は、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータ(200)と、エンジンを始動するためのスタータ(300)を含む車両に搭載される。メインバッテリ(10)には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる。第1の二次電池と並列接続可能なサブバッテリ(20)には鉛電池が用いられる。管理部(30、40)は、イグニッションオンされると、メインバッテリ(10)の温度が設定温度より高いとき、メインバッテリ(10)からモータジェネレータ(200)に給電してエンジンを始動させ、メインバッテリ(10)の温度が設定温度以下のとき、サブバッテリ(20)からスタータ(300)に給電してエンジンを始動させる。In an electricity storage system using a nickel hydride battery or a lithium ion battery and a lead battery together, the lead battery is made smaller. The power storage system (100) is mounted on a vehicle including a motor generator (200) capable of switching between a power running mode functioning as a motor and a regeneration mode functioning as a generator, and a starter (300) for starting the engine. . A nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used for the main battery (10). A lead battery is used for the sub-battery (20) that can be connected in parallel with the first secondary battery. When the ignition is turned on, the management unit (30, 40) supplies power from the main battery (10) to the motor generator (200) to start the engine when the temperature of the main battery (10) is higher than the set temperature. When the temperature of the battery (10) is equal to or lower than the set temperature, power is supplied from the sub battery (20) to the starter (300) to start the engine.

Description

本発明は、アイドリングストップ、エネルギー回生システムに適した蓄電システムに関する。   The present invention relates to an electricity storage system suitable for an idling stop and energy regeneration system.

現在、アイドリングストップシステムやエネルギー回生システムに使用される蓄電池には通常、鉛電池が用いられる。鉛電池では、性能劣化を抑えるために満充電維持が望まれる。上述の用途では鉛電池が頻繁に充放電されるため、鉛電池の性能劣化が加速し、電池寿命が短くなってしまう。特にアイドリングストップシステムでは、アイドリングストップの状態からエンジンを再始動させる際に、相当量の放電が必要となる。鉛電池は放電深度(DOD:Depth of Discharge)が深いほど劣化が加速する。一般的に鉛電池の推奨DOD範囲は0〜10%である。   Currently, lead batteries are usually used for storage batteries used in idling stop systems and energy regeneration systems. In a lead battery, full charge maintenance is desired in order to suppress performance degradation. Since the lead battery is frequently charged and discharged in the above-described application, the performance deterioration of the lead battery is accelerated, and the battery life is shortened. Particularly in the idling stop system, a considerable amount of discharge is required when the engine is restarted from the idling stop state. Deterioration of a lead battery accelerates as the depth of discharge (DOD) increases. In general, the recommended DOD range for lead batteries is 0-10%.

これに対して、電力供給に必要な放電容量に対して、鉛電池の容量を大きくすることで、放電深度が深くなることを抑制することが考えられる。ただし鉛電池の容量を大きくすると、サイズ、質量が大きくなり、コストも増大する。   On the other hand, it is conceivable to suppress the depth of discharge from increasing by increasing the capacity of the lead battery relative to the discharge capacity necessary for power supply. However, when the capacity of the lead battery is increased, the size and mass increase, and the cost also increases.

ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、電池劣化に対する放電深度の影響が相対的に小さく、広いDOD範囲で使用することが可能である。一般的にニッケル水素電池、リチウムイオン電池の推奨DOD範囲は20〜80%である。従って鉛電池の代わりに、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を使用する場合、蓄電システムの小型化、軽量化が可能である。   Nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries have a relatively small influence of discharge depth on battery deterioration, and can be used in a wide DOD range. Generally, the recommended DOD range for nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries is 20 to 80%. Therefore, when a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used instead of the lead battery, the power storage system can be reduced in size and weight.

特開2011−162112号公報JP 2011-162112 A

近年、アイドリングストップやエネルギー回生システムに使用される蓄電池を使って、動力用のモータを駆動し、エンジンによる走行をアシストするモータアシスト機能を有する蓄電システムが望まれている。しかしながら、このような用途を考えた場合、電力供給に必要な放電容量が格段に増加することが分かっており、鉛電池では、サイズ、質量及びコストの面から限界がある。   In recent years, there has been a demand for a power storage system having a motor assist function for assisting travel by an engine by driving a motor for power using a storage battery used in an idling stop or an energy regeneration system. However, when considering such an application, it has been found that the discharge capacity required for power supply increases remarkably, and lead batteries have limitations in terms of size, mass, and cost.

一方で、車両のエンジン始動やモータ駆動を行う場合、瞬間的な大電流放電が必要となる。ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、一般的に低温で反応抵抗が増大する。従ってニッケル水素電池、リチウムイオン電池では放電電圧が低下すると、十分な始動性能を得られない場合がある。そのため、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を上記用途の蓄電システムで使用する場合、低温時の始動性能の確保が求められる。   On the other hand, when starting a vehicle engine or driving a motor, instantaneous large current discharge is required. Nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries generally increase reaction resistance at low temperatures. Therefore, in a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery, if the discharge voltage is lowered, sufficient starting performance may not be obtained. Therefore, when a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used in the above-described power storage system, it is required to ensure starting performance at a low temperature.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、環境負荷の大きい鉛電池をできるだけ小さく設計しながら、低温時の始動性能が良好な蓄電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power storage system having a good starting performance at a low temperature while designing a lead battery having a large environmental load as small as possible.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータと、エンジンを始動するためのスタータを含む車両に搭載される蓄電システムであって、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる第1の二次電池と、第1の二次電池と並列接続可能な、鉛電池が用いられる第2の二次電池と、イグニッションオンされると、第1の二次電池の温度が設定温度より高いとき、第1の二次電池からモータジェネレータに給電してエンジンを始動させ、第1の二次電池の温度が設定温度以下のとき、第2の二次電池からスタータに給電してエンジンを始動させる管理部と、を備える。   In order to solve the above-described problem, a power storage system according to an aspect of the present invention includes a motor generator capable of switching between a power running mode functioning as a motor and a regeneration mode functioning as a generator, and a starter for starting the engine. A power storage system mounted on a vehicle, the first secondary battery using a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery, and the second secondary battery using a lead battery that can be connected in parallel with the first secondary battery. When the secondary battery and the ignition are turned on, when the temperature of the first secondary battery is higher than the set temperature, the motor is supplied from the first secondary battery to the motor generator to start the engine. And a management unit that starts the engine by supplying power from the second secondary battery to the starter when the temperature is equal to or lower than the set temperature.

本発明によれば、環境負荷の大きい鉛電池をできるだけ小さく設計しながら、低温時の始動性能を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the starting performance at the time of low temperature can be improved, designing a lead battery with a large environmental load as small as possible.

本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vehicle-mounted electrical storage system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムの車両始動時の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation | movement at the time of vehicle starting of the vehicle-mounted electrical storage system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムのサブバッテリの充電制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating charge control of the sub battery of the vehicle-mounted electrical storage system which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムについて説明する。以下の説明では当該車載用蓄電システムが、アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能を有する車両に搭載されることを想定する。   Hereinafter, an in-vehicle power storage system according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description, it is assumed that the in-vehicle power storage system is mounted on a vehicle having an idling stop function, an energy regeneration function, and a motor assist function.

アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。エネルギー回生機能は、主に減速する際の車両の運動エネルギーにより燃料を使用せずにオルタネータ又はモータジェネレータを作動させ、オルタネータ又はモータジェネレータが発電したエネルギーにより車載用蓄電システム等に電力を供給する機能である。モータアシスト機能は、パラレル方式のマイルドハイブリッドシステムであり、モータがVベルトを介してエンジンのクランクシャフトに接続し、モータの回転力によりエンジントルクを増大させる機能である。なおモータとエンジンの連結形態は一例であり、エンジントルクを増大させることが可能な連結形態であればどのような連結形態でもよい。アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能のいずれの機能も燃費を向上させる効果がある。   The idling stop function is a function that automatically stops the engine when the vehicle stops and restarts the engine automatically when the vehicle starts. The energy regeneration function is a function that operates the alternator or motor generator without using fuel by the kinetic energy of the vehicle when decelerating, and supplies power to the in-vehicle power storage system etc. using the energy generated by the alternator or motor generator. It is. The motor assist function is a parallel-type mild hybrid system, in which the motor is connected to the crankshaft of the engine via a V-belt, and the engine torque is increased by the rotational force of the motor. The connection form of the motor and the engine is an example, and any connection form may be used as long as the connection form can increase the engine torque. Any of the idling stop function, the energy regeneration function, and the motor assist function has an effect of improving fuel consumption.

アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、車載用蓄電システムにより駆動されるスタータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。またエネルギー回生機能が搭載された車両では、車両の減速時に集中的にオルタネータ又はモータジェネレータにより発電されるため、大容量で効率的な充電が可能な車載用蓄電システムが求められる。またモータアシスト機能が搭載された車両でも、大容量の車載用蓄電システムが求められる。   In vehicles equipped with an idling stop function, the number of engine starts increases. The engine is usually started by a starter driven by an in-vehicle power storage system. Therefore, as the number of engine starts increases, the power consumption of the battery increases and the number of discharges increases. In addition, since a vehicle equipped with an energy regeneration function generates power intensively by an alternator or a motor generator when the vehicle is decelerated, there is a need for an in-vehicle power storage system that can efficiently charge with a large capacity. Further, even a vehicle equipped with a motor assist function requires a large-capacity on-vehicle power storage system.

従来、車載用蓄電システムには鉛電池が多く使用されている。放電により鉛電池が放電下限電圧に到達した場合、オルタネータ又はモータジェネレータを稼動させ、鉛電池を充電する。これにより鉛電池の放電深度が深くなることを抑制し、鉛電池の劣化を抑制している。しかしながら、このような制御によりアイドリングストップ時間が短くなり、燃費改善効果が小さくなっている。   Conventionally, lead batteries are often used in in-vehicle power storage systems. When the lead battery reaches the discharge lower limit voltage due to discharge, the alternator or the motor generator is operated to charge the lead battery. Thereby, it is suppressed that the discharge depth of a lead battery becomes deep, and the deterioration of a lead battery is suppressed. However, such control shortens the idling stop time and reduces the fuel efficiency improvement effect.

また地球環境保護の観点から、鉛フリーの蓄電システムが検討されており、車両用途の蓄電システムにおいても鉛電池の代替としてニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが検討されている。上述のようにニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、鉛電池と比較し、深い放電深度まで利用することができるが、0℃以下の低温になると放電特性が急激に低下するという問題がある。車載用途では、低温時のエンジン始動性能を十分に確保できなくなる。そこでメインバッテリとしてニッケル水素電池またはリチウムイオン電池を採用しつつ、サブバッテリとして容量の小さな鉛電池を残すシステム構成が考えられる   From the viewpoint of protecting the global environment, lead-free power storage systems are being studied, and nickel-metal hydride batteries, lithium ion batteries, and the like are also being considered as alternatives to lead batteries in power storage systems for vehicles. As described above, nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries can be used up to a deeper discharge depth than lead batteries, but there is a problem in that the discharge characteristics are drastically lowered at a low temperature of 0 ° C. or lower. In in-vehicle applications, sufficient engine starting performance at low temperatures cannot be secured. Therefore, a system configuration in which a nickel-metal hydride battery or a lithium ion battery is adopted as the main battery while a lead battery having a small capacity is left as the sub battery is conceivable.

図1は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム(車載用電源装置)100を説明するための図である。当該車載用蓄電システム100が搭載される車両には、車載用蓄電システム100に関連する部材として、モータジェネレータ200、インバータ250スタータ300、電装品400、ECU(Electronic Control Unit)500が搭載される。   FIG. 1 is a diagram for explaining an in-vehicle power storage system (in-vehicle power supply device) 100 according to an embodiment of the present invention. In a vehicle on which the in-vehicle power storage system 100 is mounted, a motor generator 200, an inverter 250 starter 300, an electrical component 400, and an ECU (Electronic Control Unit) 500 are mounted as members related to the in-vehicle power storage system 100.

モータジェネレータ200は、モータとオルタネータを統合したものであり、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードを切替可能な構成である。モータジェネレータ200は例えば、三相交流同期モータで構成される。   The motor generator 200 integrates a motor and an alternator, and is configured to be able to switch between a power running mode that functions as a motor and a regeneration mode that functions as a generator. The motor generator 200 is composed of, for example, a three-phase AC synchronous motor.

インバータ250は、ECU500から力行モードが指定されたとき、車載用蓄電システム100から供給される直流電力を交流電力に変換しモータジェネレータ200に供給する。ECU500から回生モードが指定されたとき、モータジェネレータ200により発電される交流電力を直流電力に変換し、車載用蓄電システム100及び電装品400に供給する。モータジェネレータ200が三相交流同期モータで構成される場合、インバータ250は三相ブリッジ回路で構成される。   Inverter 250 converts the DC power supplied from in-vehicle power storage system 100 to AC power and supplies it to motor generator 200 when the power running mode is designated by ECU 500. When the regeneration mode is designated by the ECU 500, the AC power generated by the motor generator 200 is converted into DC power and supplied to the in-vehicle power storage system 100 and the electrical component 400. When motor generator 200 is configured with a three-phase AC synchronous motor, inverter 250 is configured with a three-phase bridge circuit.

本実施の形態では車載用蓄電システム100を12Vシステムで構成し、モータジェネレータ200の動作電圧も12Vに設定する。モータジェネレータ200の動作電圧を24V、36V、48Vなど高電圧に昇圧する構成も考えられるが、インバータ250と車載用蓄電システム100との間にDC−DCコンバータ、昇圧コンバータを設ける必要がある。モータジェネレータの動作電圧が低い場合、電流を大きくするかパワーを下げる必要がある。本実施の形態ではモータジェネレータ200のパワーを下げることにより、モータジェネレータ200の大型化を抑制しつつDC−DCコンバータ、昇圧コンバータを省略する構成を採用する。   In the present embodiment, in-vehicle power storage system 100 is configured with a 12V system, and the operating voltage of motor generator 200 is also set to 12V. Although a configuration in which the operating voltage of the motor generator 200 is boosted to a high voltage such as 24 V, 36 V, or 48 V is conceivable, a DC-DC converter and a boost converter must be provided between the inverter 250 and the in-vehicle power storage system 100. When the operating voltage of the motor generator is low, it is necessary to increase the current or reduce the power. In the present embodiment, by reducing the power of motor generator 200, a configuration in which the DC-DC converter and the boost converter are omitted while the enlargement of motor generator 200 is suppressed is employed.

スタータ300はエンジン始動専用のモータである。モータジェネレータ200によりエンジンを始動させることが可能であり、スタータ300を設けない構成も原理的には可能である。しかしながら寒冷地仕様の車両では、容量が増強されたスタータが用いられる。低温状態ではエンジンオイルの粘度が高く、エンジン内部の抵抗が大きくなるため、通常仕様のスタータやモータジェネレータではエンジンがかかりにくくなる場合がある。   The starter 300 is a motor dedicated to starting the engine. The engine can be started by the motor generator 200, and a configuration without the starter 300 is also possible in principle. However, a starter with an increased capacity is used in a cold region specification vehicle. In a low temperature state, the viscosity of the engine oil is high and the internal resistance of the engine increases, so that it may be difficult to start the engine with a normal starter or motor generator.

またリモートエンジンスタータを使用する場合にも、モータジェネレータ200と別にスタータ300が設けられる。リモートエンジンスタータは、車両外から遠隔操作によりエンジンを始動、停止させる機能を有するスタータである。車両外からエンジンを始動させることにより、車両に乗り込む前にエアコンを稼働させて車内温度を調整できる。   Also when using a remote engine starter, a starter 300 is provided separately from the motor generator 200. The remote engine starter is a starter having a function of starting and stopping the engine by remote operation from outside the vehicle. By starting the engine from outside the vehicle, it is possible to adjust the temperature inside the vehicle by operating the air conditioner before getting into the vehicle.

電装品400は、ヘッドライト、エアコン、デフォッガ、オーディオ、メータ、ストップランプ、フォグランプ、ウィンカ、パワーステアリング、パワーウインドウ、エンジン電装品などの車両内に搭載される各種電気負荷を示す総称である。なお本実施の形態では説明の便宜上、モータジェネレータ200、インバータ250、スタータ300、ECU500は電装品400とは別に扱っている。電装品400は、モータジェネレータ200または車載用蓄電システム100から供給される電力により駆動される。   The electrical component 400 is a generic name indicating various electric loads mounted in a vehicle such as a headlight, an air conditioner, a defogger, an audio, a meter, a stop lamp, a fog lamp, a winker, a power steering, a power window, and an engine electrical component. In this embodiment, for convenience of explanation, motor generator 200, inverter 250, starter 300, and ECU 500 are handled separately from electrical component 400. Electrical component 400 is driven by electric power supplied from motor generator 200 or in-vehicle power storage system 100.

ECU500は車両内に搭載される各種の補機、センサ、スイッチに接続され、エンジン及び各種補機を電子制御する。アイドリングストップ機能を実行する場合、ECU500はブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の停止または設定速度以下への減速を検出する。ECU500は、それらを検出するとエンジンを停止させる。またECU500はブレーキ解除を検出すると車両走行開始と判定する。アイドリングストップ機能を実行してエンジンが停止した後に車両走行開始を検出すると、ECU500はエンジンを再始動させる。その際、モータジェネレータ200を力行モードに制御して、車載用蓄電システム100からモータジェネレータ200に電力が供給されるよう制御し、モータジェネレータ200を作動させる。以上の説明では、ブレーキ解除の検出をもって車両走行開始と判定したが、その判定方法は一例である。例えば、車速センサやアクセルの状態をもとに車両走行開始を判定してもよい。   ECU 500 is connected to various auxiliary devices, sensors, and switches mounted in the vehicle, and electronically controls the engine and various auxiliary devices. When executing the idling stop function, the ECU 500 detects stop of the vehicle or deceleration to a set speed or less based on signals input from a brake, a vehicle speed sensor, and the like. When ECU 500 detects them, it stops the engine. When ECU 500 detects the release of the brake, ECU 500 determines that the vehicle has started to travel. When the start of vehicle travel is detected after the idling stop function is executed and the engine is stopped, ECU 500 restarts the engine. At that time, the motor generator 200 is controlled to the power running mode so that electric power is supplied from the in-vehicle power storage system 100 to the motor generator 200, and the motor generator 200 is operated. In the above description, it is determined that the vehicle starts to travel when the brake is released, but the determination method is an example. For example, the vehicle travel start may be determined based on the state of the vehicle speed sensor or the accelerator.

ECU500は、アクセル、車速センサ等から入力される信号をもとに発進および加速を検出するとモータジェネレータ200を力行モードに制御し、モータジェネレータ200にエンジンアシストさせる。ブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の減速を検出するとモータジェネレータ200を回生モードに制御し、モータジェネレータ200に発電させる。それ以外の通常走行時は、原則的にモータジェネレータ200を停止させる。なお車載用蓄電システム100の蓄電エネルギーが設定下限値より低くなった場合、通常走行時でもモータジェネレータ200を回生モードに制御し、発電させる。エンジン走行中のモータジェネレータ200の発電時間を少なくするほど燃費が向上する。   When ECU 500 detects start and acceleration based on signals input from an accelerator, a vehicle speed sensor, etc., ECU 500 controls motor generator 200 to a power running mode and causes motor generator 200 to perform engine assist. When deceleration of the vehicle is detected based on signals input from a brake, a vehicle speed sensor, etc., the motor generator 200 is controlled to a regeneration mode, and the motor generator 200 is caused to generate power. During other normal driving, the motor generator 200 is stopped in principle. When the stored energy of the in-vehicle power storage system 100 is lower than the set lower limit value, the motor generator 200 is controlled in the regeneration mode to generate power even during normal travel. The fuel consumption improves as the power generation time of the motor generator 200 during engine running is reduced.

車載用蓄電システム100は、メインバッテリ10、サブバッテリ20、第1温度センサ15、第2温度センサ25、第1スイッチS1、第1管理部30、第2管理部40を含む。メインバッテリ10には、低劣化で放電深度の深い領域まで利用できる電池を用いる。このような、鉛電池より推奨DODが広い電池として例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル・カドミウム電池が挙げられる。本実施の形態では、リチウムイオン電池より電圧・温度管理が簡単なニッケル水素電池を用いる例を考える。ニッケル水素電池は充放電上限温度が比較的高いため、エンジンルームへの設置も可能である。   The in-vehicle power storage system 100 includes a main battery 10, a sub battery 20, a first temperature sensor 15, a second temperature sensor 25, a first switch S1, a first management unit 30, and a second management unit 40. As the main battery 10, a battery that can be used up to a region with low degradation and a deep discharge depth is used. Examples of such batteries having a wider recommended DOD than lead batteries include nickel-metal hydride batteries, lithium ion batteries, and nickel-cadmium batteries. In this embodiment, an example in which a nickel metal hydride battery whose voltage / temperature management is easier than that of a lithium ion battery is considered. Since the nickel hydride battery has a relatively high charge / discharge upper limit temperature, it can be installed in an engine room.

車載用電源として一般的な12V系のシステムを構築する場合、例えば公称電圧1.2Vのニッケル水素電池を10個直列に接続し、その直列回路を複数並列に接続することによりメインバッテリ10を構成する。一つの直列回路の容量が6Ahとすると、8並列接続することにより48Ahのメインバッテリ10を構成できる。なお、さらに並列数を増やして容量を増強してもよい。メインバッテリ10の容量により車両放置時における車両補機への暗電流を確保できる。また、上述の説明では、直列接続するニッケル水素電池を並列接続する構成を例示したが、1個あたりの蓄電容量を向上させることでメインバッテリ10の蓄電容量を増やすこともできる。例えば電極に塗布される活物質量を増加させることで、1個あたりの蓄電容量を増やすことができる。   When constructing a general 12V system as an in-vehicle power source, for example, 10 nickel metal hydride batteries with a nominal voltage of 1.2V are connected in series, and a plurality of series circuits are connected in parallel to form the main battery 10. To do. Assuming that the capacity of one series circuit is 6 Ah, a 48 Ah main battery 10 can be configured by connecting 8 in parallel. Note that the capacity may be increased by further increasing the parallel number. The capacity of the main battery 10 can secure a dark current to the vehicle auxiliary machine when the vehicle is left. In the above description, the configuration in which the nickel-metal hydride batteries connected in series are connected in parallel is exemplified, but the storage capacity of the main battery 10 can be increased by improving the storage capacity per unit. For example, the storage capacity per piece can be increased by increasing the amount of the active material applied to the electrode.

サブバッテリ20には鉛電池を用いる。後述するようにサブバッテリ20は基本的に、低温時のスタータ300を用いたエンジン始動にしか使用しない。従って当該鉛電池は、低温時のスタータ300に流れる電流に対応する容量を備えていれば足りる。即ち、スタータ300と電装品400に同時に電流を供給する使用形態を想定しないため、従来のメインバッテリとしての鉛電池より小型・軽量化できる。   A lead battery is used for the sub-battery 20. As will be described later, the sub-battery 20 is basically used only for starting the engine using the starter 300 at a low temperature. Therefore, it is sufficient for the lead battery to have a capacity corresponding to the current flowing through the starter 300 at a low temperature. That is, since a usage pattern in which current is simultaneously supplied to the starter 300 and the electrical component 400 is not assumed, it can be made smaller and lighter than a conventional lead battery as a main battery.

サブバッテリ20と電源ラインL1の間に第1スイッチS1が設けられる。第1スイッチS1がオンの状態では、メインバッテリ10とサブバッテリ20は並列接続される。第1スイッチS1がオフの状態では、サブバッテリ20は電源ラインL1から電気的に切り離される。その状態ではサブバッテリ20は、メインバッテリ10及び電装品400とも電気的に切り離される。   A first switch S1 is provided between the sub battery 20 and the power line L1. When the first switch S1 is on, the main battery 10 and the sub battery 20 are connected in parallel. In the state where the first switch S1 is OFF, the sub battery 20 is electrically disconnected from the power supply line L1. In this state, the sub battery 20 is also electrically disconnected from the main battery 10 and the electrical component 400.

サブバッテリ20は第2スイッチS2を介してスタータ300に接続される。第2スイッチS2は、サブバッテリ20と第1スイッチS1の接続点と、スタータ300の電流端子の間に挿入される。第1スイッチS1、第2スイッチS2にはリレー又は半導体スイッチを用いることができる。   The sub battery 20 is connected to the starter 300 via the second switch S2. The second switch S <b> 2 is inserted between the connection point of the sub battery 20 and the first switch S <b> 1 and the current terminal of the starter 300. A relay or a semiconductor switch can be used for the first switch S1 and the second switch S2.

第1温度センサ15はメインバッテリ10の近傍に配置され、メインバッテリ10の環境温度を検出して第1管理部30に出力する。第2温度センサ25はサブバッテリ20の近傍に配置され、サブバッテリ20の環境温度を検出して第2管理部40に出力する。なおメインバッテリ10とサブバッテリ20が近接した位置に配置される場合は、温度センサを共通にできる。   The first temperature sensor 15 is disposed in the vicinity of the main battery 10, detects the environmental temperature of the main battery 10, and outputs it to the first management unit 30. The second temperature sensor 25 is disposed in the vicinity of the sub battery 20, detects the environmental temperature of the sub battery 20, and outputs it to the second management unit 40. In addition, when the main battery 10 and the sub battery 20 are arrange | positioned in the position which adjoined, a temperature sensor can be made common.

第1管理部30はメインバッテリ10を管理制御する。具体的にはメインバッテリ10から電圧値、電流値を取得し、第1温度センサ15から温度値を取得して、メインバッテリ10の残容量(SOC:State of Charge)および異常発生の有無を監視する。第2管理部40はサブバッテリ20を管理制御する。具体的にはサブバッテリ20から電圧値、電流値を取得し、第2温度センサ25から温度値を取得して、サブバッテリ20の残容量および異常発生の有無を監視する。   The first management unit 30 manages and controls the main battery 10. Specifically, the voltage value and the current value are acquired from the main battery 10, the temperature value is acquired from the first temperature sensor 15, and the remaining capacity (SOC: State of Charge) of the main battery 10 and the presence or absence of abnormality are monitored. To do. The second manager 40 manages and controls the sub battery 20. Specifically, the voltage value and the current value are acquired from the sub battery 20, the temperature value is acquired from the second temperature sensor 25, and the remaining capacity of the sub battery 20 and the presence or absence of abnormality are monitored.

メインバッテリ10とサブバッテリ20が近接した位置に設置される場合、第1管理部30と第2管理部40は同一基板上に形成されてもよい。メインバッテリ10とサブバッテリ20の設置位置が離れている場合、図1に示すように第1管理部30と第2管理部40は別々の基板上に形成される。両者はCAN(Controller Area Network)により接続され、連携して動作する。以下、説明を簡略化するため第1管理部30と第2管理部40を一つの制御主体とみなし、両者を総称して管理部30、40と表記する。   When the main battery 10 and the sub-battery 20 are installed at positions close to each other, the first management unit 30 and the second management unit 40 may be formed on the same substrate. When the installation positions of the main battery 10 and the sub battery 20 are separated from each other, the first management unit 30 and the second management unit 40 are formed on different substrates as shown in FIG. Both are connected by CAN (Controller Area Network) and operate in cooperation. Hereinafter, in order to simplify the description, the first management unit 30 and the second management unit 40 are regarded as one control entity, and both are collectively referred to as management units 30 and 40.

管理部30、40及びECU500間はCANにより接続され、両者の間で通信される。管理部30、40は、メインバッテリ10及びサブバッテリ20の状態をECU500に通知する。例えば、正常/異常、残容量を通知する。また管理部30、40は、メインバッテリ10の残容量またはサブバッテリ20の残容量が設定下限値を下回ると、メインバッテリ10またはサブバッテリ20を充電するためにモータジェネレータ200の稼働指示をECU500に通知する。管理部30、400はECU500から車両情報を受領する。例えば、モータジェネレータ200の稼働状況を受領する。   The management units 30 and 40 and the ECU 500 are connected by CAN and communicate with each other. The management units 30 and 40 notify the ECU 500 of the states of the main battery 10 and the sub battery 20. For example, normal / abnormal and remaining capacity are notified. In addition, when the remaining capacity of main battery 10 or the remaining capacity of sub battery 20 falls below the set lower limit value, management units 30 and 40 send an operation instruction of motor generator 200 to ECU 500 to charge main battery 10 or sub battery 20. Notice. Management units 30 and 400 receive vehicle information from ECU 500. For example, the operating status of the motor generator 200 is received.

運転者によりイグニッションスイッチがオンされると、その信号がECU500に通知され、ECU500はイグニッションオンを管理部30、40に指示する。管理部30、40は第1温度センサ15から温度値を取得する。メインバッテリ10の温度が設定温度より高いとき、管理部30、40はメインバッテリ10からモータジェネレータ200に給電してエンジンを始動させる。管理部30、40はECU500を介して、モータジェネレータ200を力行モードに制御する。この際、管理部30、40は第1スイッチS1及び第2スイッチS2をオフに制御する。即ち、メインバッテリ10のみでモータジェネレータ200及び電装品400を駆動する。上述の設定温度には常温より低い温度が設定される。例えば、10℃が設定される。   When the driver turns on the ignition switch, the ECU 500 is notified of the signal, and the ECU 500 instructs the management units 30 and 40 to turn on the ignition. The management units 30 and 40 obtain temperature values from the first temperature sensor 15. When the temperature of main battery 10 is higher than the set temperature, management units 30 and 40 supply power from main battery 10 to motor generator 200 to start the engine. Management units 30 and 40 control motor generator 200 to the power running mode via ECU 500. At this time, the management units 30 and 40 turn off the first switch S1 and the second switch S2. That is, the motor generator 200 and the electrical component 400 are driven only by the main battery 10. A temperature lower than the normal temperature is set as the set temperature. For example, 10 ° C. is set.

メインバッテリ10の温度が上記の設定温度以下のとき、管理部30、40はサブバッテリ20からスタータ300に給電してエンジンを始動させる。この際、管理部30、40は第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する。即ち、メインバッテリ10で電装品400を駆動し、サブバッテリ20でスタータ300を駆動する。   When the temperature of the main battery 10 is equal to or lower than the set temperature, the management units 30 and 40 supply power from the sub battery 20 to the starter 300 to start the engine. At this time, the management units 30 and 40 control the first switch S1 to be off and the second switch S2 to be on. That is, the main battery 10 drives the electrical component 400, and the sub battery 20 drives the starter 300.

なお以上のエンジン始動の制御は初回始動時の制御である。アイドリングストップ状態からの復帰時にはスタータ300は使用されず、管理部30、40は専ら、メインバッテリ10からモータジェネレータ200に給電してエンジンを再始動させる。車両の走行後はエンジンルームの温度が上昇するため、メインバッテリ10の温度も通常、上述の設定温度より高くなっている。またアイドリングストップ状態からのエンジン再始動は回数が多いため、鉛電池を保護する趣旨からサブバッテリ20を使用しないように設計している。なお、寒冷地仕様の車両の場合、スタータ300を通常仕様より容量が増強された寒冷地仕様のスタータとし、モータジェネレータ200を通常仕様のモータジェネレータとすることができる。この構成では、エンジンの温度が低い状態では寒冷地仕様のスタータ300が使用され、アイドリングストップ状態からの復帰時には通常仕様のモータジェネレータ200が使用される。スタータ300が寒冷地仕様である場合、エンジン始動に必要な電流が大きくなるため、モータジェネレータ200を使用したほうが電流を節約できる。   The above engine start control is the control at the time of the first start. When returning from the idling stop state, starter 300 is not used, and management units 30 and 40 exclusively supply power from main battery 10 to motor generator 200 to restart the engine. Since the temperature of the engine room rises after the vehicle travels, the temperature of the main battery 10 is usually higher than the set temperature. Further, since the engine restart from the idling stop state is frequent, the sub battery 20 is designed not to be used for the purpose of protecting the lead battery. In the case of a vehicle with a cold district specification, the starter 300 can be a cold district starter having a capacity increased from the normal specification, and the motor generator 200 can be a normal specification motor generator. In this configuration, the cold starter 300 is used when the engine temperature is low, and the normal motor generator 200 is used when returning from the idling stop state. When the starter 300 has a cold district specification, the current required for starting the engine becomes large, so that the current can be saved by using the motor generator 200.

管理部30、40は基本的に、サブバッテリ20からはスタータ300以外の負荷に給電しないよう制御する。例外としてメインバッテリ10が不具合などにより使用不可の状態では、電装品400及びモータジェネレータ200にも給電する。以下より具体的に説明する。管理部30、40は、サブバッテリ20からスタータ300に給電してエンジンを始動させるとき第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する。サブバッテリ20を充電するとき第1スイッチS1をオン、第2スイッチS2をオフに制御する。それ以外のとき第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオフに制御する。例外的にメインバッテリ10が使用不可の状態では、第1スイッチS1をオン、第2スイッチS2をオフ(初回エンジン始動時を除く)に制御する。   The management units 30 and 40 basically control the sub battery 20 not to supply power to loads other than the starter 300. As an exception, when the main battery 10 is unusable due to a malfunction or the like, the electric component 400 and the motor generator 200 are also powered. More specific description will be given below. When power is supplied from the sub battery 20 to the starter 300 to start the engine, the management units 30 and 40 control the first switch S1 to be off and the second switch S2 to be on. When charging the sub-battery 20, the first switch S1 is turned on and the second switch S2 is turned off. In other cases, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned off. When the main battery 10 is exceptionally unavailable, the first switch S1 is turned on and the second switch S2 is turned off (except at the time of initial engine start).

図2は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100の車両始動時の動作を説明するためのフローチャートである。運転者によりイグニッションスイッチがオンされると(S10のY)、管理部30、40は第1温度センサ15から温度値を取得し、その温度と設定温度を比較する(S11)。取得した温度が設定温度を超える場合(S11のN)、管理部30、40は第1スイッチS1及び第2スイッチS2をオフに制御し(S12)、モータジェネレータ200を力行モードに制御する(S13)。エンジンが始動し、加速期間が終了すると管理部30、40は、モータジェネレータ200を停止させるか、回生モードに遷移させて発電させる。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of vehicle-mounted power storage system 100 according to the embodiment of the present invention when the vehicle is started. When the ignition switch is turned on by the driver (Y in S10), the management units 30 and 40 obtain the temperature value from the first temperature sensor 15, and compare the temperature with the set temperature (S11). When the acquired temperature exceeds the set temperature (N in S11), the management units 30 and 40 control the first switch S1 and the second switch S2 to be off (S12), and control the motor generator 200 to the power running mode (S13). ). When the engine starts and the acceleration period ends, the management units 30 and 40 stop the motor generator 200 or shift to the regeneration mode to generate power.

ステップS11に戻り、取得した温度が設定温度以下の場合(S11のY)、管理部30、40は第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する(S14)。エンジン始動が確認されると(S15のY)、第2スイッチS2をオフに制御する(S16)。   Returning to step S11, when the acquired temperature is equal to or lower than the set temperature (Y in S11), the management units 30 and 40 control the first switch S1 to be off and the second switch S2 to be on (S14). When engine start is confirmed (Y in S15), the second switch S2 is controlled to be turned off (S16).

図3は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100のサブバッテリ20の充電制御を説明するためのフローチャートである。前提として通常時、第1スイッチS1はオフであるとする。管理部30、40はサブバッテリ20の電圧が下限電圧以下になると(S20のY)、第1スイッチS1をオンに制御して(S21)、モータジェネレータ200からサブバッテリ20を充電する。なおモータジェネレータ200が停止している場合はモータジェネレータ200を回生モードに制御する。サブバッテリ20の電圧が上限電圧に到達すると(S22のY)、第1スイッチS1をオフに制御する(S23)。   FIG. 3 is a flowchart for illustrating charging control of sub battery 20 of in-vehicle power storage system 100 according to the embodiment of the present invention. It is assumed that the first switch S1 is off during normal operation. When the voltage of the sub-battery 20 becomes equal to or lower than the lower limit voltage (Y in S20), the management units 30 and 40 control the first switch S1 to be on (S21) and charge the sub-battery 20 from the motor generator 200. When motor generator 200 is stopped, motor generator 200 is controlled in the regeneration mode. When the voltage of the sub-battery 20 reaches the upper limit voltage (Y in S22), the first switch S1 is controlled to be turned off (S23).

以上説明したように本実施の形態によれば、ニッケル水素電池と鉛電池を並列接続し、鉛電池を基本的に、低温時のスタータ300を用いたエンジン始動にのみ使用することにより、鉛電池の負担を軽減でき、鉛電池を小型・軽量化できる。鉛電池の交換頻度も削減できる。アイドリングストップ状態からの復帰時には常にモータジェネレータ200を使用するため、鉛電池の使用頻度は少なく抑えることができる。このように鉛電池を小型化できれば、環境負荷の大きい鉛の使用量を減らすことができる。   As described above, according to the present embodiment, a nickel metal hydride battery and a lead battery are connected in parallel, and the lead battery is basically used only for engine start using the starter 300 at a low temperature. The lead battery can be reduced in size and weight. The frequency of lead battery replacement can also be reduced. Since the motor generator 200 is always used when returning from the idling stop state, the use frequency of the lead battery can be reduced. If the lead battery can be miniaturized in this way, the amount of lead used with a large environmental load can be reduced.

またニッケル水素電池が不具合などにより使用できない場合は、鉛電池を電源ラインL1に接続して電装品400及びモータジェネレータ200に給電できる。このように鉛電池は、低温下でのエンジン始動時にスタータ300に給電する機能と、バックアップ電源としての機能を担う。   When the nickel metal hydride battery cannot be used due to a problem or the like, the lead battery can be connected to the power supply line L1 to supply power to the electrical component 400 and the motor generator 200. Thus, the lead battery has a function of supplying power to the starter 300 when the engine is started at a low temperature and a function as a backup power source.

このように鉛電池を極力使用しない構成の蓄電システムは、鉛電池が過放電状態となるおそれが従来の構成と比べて、格段に少ない。仮にニッケル水素電池の電圧が低下していても、スタータ300を介してエンジン始動できれば、オルタネータが可動するため、ニッケル水素電池を充電することができる。   As described above, the power storage system having the configuration using the lead battery as much as possible is much less likely to cause the lead battery to be in an overdischarged state as compared with the conventional configuration. Even if the voltage of the nickel metal hydride battery is lowered, if the engine can be started via the starter 300, the alternator can be moved, so that the nickel metal hydride battery can be charged.

なお、以上の説明では、鉛電池をスタータ300の始動にのみ用いる構成に基づいて説明したが、鉛電池を車両停車中の車両補機へ電力供給させる構成とすることもできる。車両停車中の車両補機への電力供給(暗電流)は、車両の使用条件に左右されるため、消費電力が予測しにくい問題がある。この問題を解決するために、車両停車中は、第1スイッチS1をオンに制御し、鉛電池とニッケル水素電池の両方で車両補機へ電力供給するように構成することもできる。この時、イグニッションオフ時には、極力電力供給を停止することが望ましいため、第1スイッチS1は、ラッチ式のスイッチを用いることが好ましい。ラッチ式のスイッチは、電源供給が停止されても、オン状態を維持することができる。   In the above description, the lead battery has been described based on the configuration that is used only for starting the starter 300. However, the lead battery may be configured to supply power to a vehicle auxiliary machine that is stopped. Since the power supply (dark current) to the vehicle auxiliary machine while the vehicle is stopped depends on the use conditions of the vehicle, there is a problem that power consumption is difficult to predict. In order to solve this problem, the first switch S1 can be controlled to be turned on while the vehicle is stopped, and power can be supplied to the vehicle auxiliary machine using both a lead battery and a nickel metal hydride battery. At this time, since it is desirable to stop power supply as much as possible when the ignition is off, it is preferable to use a latch-type switch as the first switch S1. The latch switch can be kept on even when power supply is stopped.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.

また上述の実施の形態では蓄電システムを、アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能を有する車両に搭載する例を説明したが、これらの機能を有する車両への搭載に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, an example in which the power storage system is mounted on a vehicle having an idling stop function, an energy regeneration function, and a motor assist function has been described. However, the present invention is not limited to mounting on a vehicle having these functions. .

100 車載用蓄電システム、 200 モータジェネレータ、 250 インバータ、 300 スタータ、 400 電装品、 500 ECU、 10 メインバッテリ、 15 第1温度センサ、 20 サブバッテリ、 25 第2温度センサ、 30 第1管理部、 40 第2管理部、 S1 第1スイッチ、 S2 第2スイッチ、 L1 電源ライン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Vehicle-mounted electrical storage system, 200 Motor generator, 250 Inverter, 300 Starter, 400 Electric component, 500 ECU, 10 Main battery, 15 1st temperature sensor, 20 Sub battery, 25 2nd temperature sensor, 30 1st management part, 40 2nd management part, S1 1st switch, S2 2nd switch, L1 power supply line.

Claims (6)

モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータと、エンジンを始動するためのスタータを含む車両に搭載される蓄電システムであって、
ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる第1の二次電池と、
前記第1の二次電池と並列接続可能な、鉛電池が用いられる第2の二次電池と、
イグニッションオンされると、前記第1の二次電池の温度が設定温度より高いとき、前記第1の二次電池から前記モータジェネレータに給電してエンジンを始動させ、前記第1の二次電池の温度が前記設定温度以下のとき、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させる管理部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
A power storage system mounted on a vehicle including a motor generator capable of switching between a power running mode functioning as a motor and a regeneration mode functioning as a generator, and a starter for starting an engine,
A first secondary battery in which a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used;
A second secondary battery using a lead battery, which can be connected in parallel with the first secondary battery;
When the ignition is turned on, when the temperature of the first secondary battery is higher than a preset temperature, the motor generator is powered from the first secondary battery to start the engine, and the first secondary battery When the temperature is equal to or lower than the set temperature, a management unit for starting the engine by supplying power from the second secondary battery to the starter;
A power storage system comprising:
前記第2の二次電池は、前記スタータに給電する専用の二次電池であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。   The power storage system according to claim 1, wherein the second secondary battery is a dedicated secondary battery that supplies power to the starter. 前記第2の二次電池と電源ラインとの間に設けられる第1スイッチと、
前記第2の二次電池と前記第1スイッチの間の接続点と、前記スタータの電流端子との間に設けられる第2スイッチと、をさらに備え、
前記管理部は、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させるとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオンに、前記第2の二次電池を充電するとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、それ以外のとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオフに制御することを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電システム。
A first switch provided between the second secondary battery and a power line;
A second switch provided between a connection point between the second secondary battery and the first switch and a current terminal of the starter;
When the management unit charges the second secondary battery by turning off the first switch and turning on the second switch when starting the engine by supplying power from the second secondary battery to the starter The power storage system according to claim 1 or 2, wherein the first switch is turned on and the second switch is turned off, and the first switch is turned off and the second switch is turned off at other times. .
前記第2の二次電池と電源ラインとの間に設けられる第1スイッチと、
前記第2の二次電池と前記第1スイッチの間の接続点と、前記スタータの電流端子との間に設けられる第2スイッチと、をさらに備え、
前記管理部は、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させるとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオンに、前記第2の二次電池を充電するとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、イグニッションオフされるとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、それ以外のとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオフに制御することを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
A first switch provided between the second secondary battery and a power line;
A second switch provided between a connection point between the second secondary battery and the first switch and a current terminal of the starter;
When the management unit charges the second secondary battery by turning off the first switch and turning on the second switch when starting the engine by supplying power from the second secondary battery to the starter The first switch is turned on and the second switch is turned off. When the ignition is turned off, the first switch is turned on and the second switch is turned off. In other cases, the first switch is turned off and the second switch is turned off. The power storage system according to claim 1, wherein the power is controlled to be turned off.
前記第1スイッチは、ラッチ式のスイッチであることを特徴とする請求項4に記載の蓄電システム。   The power storage system according to claim 4, wherein the first switch is a latch-type switch. 前記車両はアイドリングストップ機能を搭載しており、
前記管理部は、アイドリングストップ状態から復帰するとき、前記第1の二次電池から前記モータジェネレータに給電してエンジンを再始動させることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の蓄電システム。
The vehicle has an idling stop function,
6. The power storage according to claim 1, wherein when the management unit returns from an idling stop state, the power is supplied from the first secondary battery to the motor generator to restart the engine. 6. system.
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