KR101864564B1 - 전원 시스템 제어 장치 및 전원 시스템 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

전원 시스템 제어 장치는, 발전기와, 발전기의 발전 전력을 충방전 가능한 제1 축전 수단과, 발전 전력을 충방전 가능한 제2 축전 수단과, 제1 축전 수단과 상기 제2 축전 수단을 연결하는 2개의 경로와, 하나의 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제1 스위치, 및 다른 쪽 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제2 스위치를 갖는 전환 수단과, 전환 수단에 대하여 제1 축전 수단측에 접속된 차량의 전장 부하를 구비하는 전원 시스템을 제어한다. 그리고, 전원 시스템 제어 장치는 전장 부하의 작동에 통상보다도 고전압이 필요하게 될 가능성이 있다고 판단한 경우에, 미리 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시킨다.

Description

전원 시스템 제어 장치 및 전원 시스템 제어 방법
본 발명은 두 개의 이차 전지를 구비하는 차량의 전원 시스템의 제어에 관한 것이다.
두 개의 이차 전지로서 리튬 이온 전지와 납 전지를 구비하는 차량용 전원 시스템이 알려져 있다. JP5494498B에는, 당해 전원 시스템의 제어로서, 발전기로부터 출력되는 전력의 전압(설정 전압)을 가변하게 제어하는 전압 가변 제어가 기재되어 있다. 또한 당해 문헌에는, 헤드라이트나 와이퍼 등과 같이 요구 전압이 큰 전장 부하가 작동했을 경우에는, 설정 전압을 전압 가변 제어에 있어서의 전압의 상한과 하한의 사이에 고정하여 전압 가변 제어를 금지하는 것이나, 전압 가변 제어에 있어서의 설정 전압의 상한을 저하시키고, 하한을 상승시키는 제어가 기재되어 있다.
그러나, 상기 문헌에 기재된 제어는, 와이퍼 등이 작동하면 개시된다. 따라서, 예를 들어 요구 전압이 상승했을 때 발전기와 리튬 이온 전지가 도통하고 있으면, 요구 전압의 상승에 따라서 발전기의 발전 전압을 상승시켜도, 발전된 전력이 리튬 이온 전지에 흡수됨으로써, 전장 부하에 공급되는 전압이 상승할 때까지 지연이 발생되어 버린다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 전장 부하의 요구 전압이 상승한 경우에, 요구 전압의 상승에 대하여 지연되는 일 없이 전력을 공급할 수 있는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 어느 형태에 의하면, 발전기와, 발전기의 발전 전력을 충방전 가능한 제1 축전 수단과, 발전 전력을 충방전 가능한 제2 축전 수단과, 제1 축전 수단과 제2 축전 수단을 연결하는 2개의 경로와, 하나의 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제1 스위치, 및 다른 쪽 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제2 스위치를 갖는 전환 수단과, 전환 수단에 대하여 제1 축전 수단측에 접속된 차량의 전장 부하를 구비하는 전원 시스템을 제어하는 전원 시스템 제어 장치가 제공된다. 전원 시스템 제어 장치는, 전장 부하의 작동에 통상보다도 고전압이 필요하게 될 가능성이 있다고 판단한 경우에, 미리 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시킨다.
도 1은 본 발명에 관한 실시 형태의 전제가 되는 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 전원 시스템을 도시하는 구성도이다.
도 3은 리튬 이온 전지의 SOC 하한값의 설정에 사용하는 테이블의 일례이다.
도 4는 발전기의 발전 전압 하한값의 설정에 사용하는 테이블의 일례이다.
도 5는 리튬 이온 전지의 SOC 하한값의 설정에 사용하는 테이블의 다른 예이다.
도 6은 발전기의 발전 전압 하한값의 설정에 사용하는 테이블의 다른 예이다.
도 7은 제1 실시 형태의 제어를 실행한 경우의 타임차트이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 제어의 작용 효과를 설명하기 위한 타임차트이다.
도 9는 제1 실시 형태의 다른 예에 관한 전원 시스템의 구성도이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 전원 시스템의 구성도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 제어를 실행한 경우의 타임차트이다.
도 12는 제2 실시 형태의 다른 예에 관한 전원 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 전제가 되는 아이들링 스톱 기능을 구비한 엔진의 시스템 개략도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)은 한쪽 측면에 발전기(2)를, 다른 쪽 측면에 에어컨 컴프레서(4)를, 각각 도시하지 않은 브래킷 등을 개재하여 구비하고 있다. 엔진(1)의 크랭크 샤프트 선단에 장착한 크랭크 풀리(5)와, 발전기(2)의 회전축 선단에 장착한 발전기 풀리(6)와, 에어컨 컴프레서(4)의 회전축 선단에 장착한 컴프레서 풀리(7)가, 벨트(8)에 감아 걸리고, 이것들이 기계적으로 연결되어 있다.
또한, 도 1에서는 크랭크 풀리(5), 발전기 풀리(6), 및 컴프레서 풀리(7)의 3개의 풀리가 1개의 벨트(8)로 기계적으로 연결되어 있지만, 발전기 풀리(6)와 컴프레서 풀리(7)를 각각 별도의 벨트(8)로 크랭크 풀리(5)와 기계적으로 연결해도 된다. 또한, 벨트 대신에 체인을 사용해도 된다.
엔진(1)은 자동 변속기(11)와의 연결부 부근에 스타터(9)를 구비한다. 스타터(9)는, 일반적인 시동용 스타터와 마찬가지로 진퇴 이동하는 피니언 기어를 구비한다. 그리고, 스타터(9)의 작동 시에는, 피니언 기어가 크랭크 샤프트 기단부에 장착된 드라이브 플레이트의 외주에 설치한 기어에 걸림 결합함으로써, 크래킹이 행해진다. 스타터(9)로의 전력 공급에 대해서는 후술한다.
자동 변속기(11)는 아이들링 스톱 중의 제어 유압을 확보하기 위한 전동 오일 펌프(10)를 구비한다. 전동 오일 펌프(10)는 자동 변속기 컨트롤러(20)의 지령에 따라서 작동하고, 아이들링 스톱으로부터의 발진 시의 응답성을 향상시키고 있다.
발전기(2)는 엔진(1)의 구동력에 의해 구동하여 발전하고, 발전할 때, 발전 전압을 LIN(Local Interconnect Network) 통신 또는 하드와이어에 의해 가변 제어하는 것이 가능하다. 또한, 발전기(2)는, 차량의 감속 시에 차량의 운동 에너지를 전력으로서 회생할 수도 있다. 이들 발전이나 회생의 제어는 엔진 컨트롤 모듈(이하, ECM이라고 칭함)(19)이 행한다.
ECM(19)은, 크랭크각 센서(12), 배터리 센서, 대기압 센서 등의 각종 센서의 검출 신호나, 브레이크 스위치 등의 각종 스위치류의 신호를 읽어들이고, 연료 분사량이나 점화 시기 등의 제어 외에, 아이들링 스톱 제어를 실행한다. 또한, ECM(19)은, ABS·VDC 유닛(21), 에어컨 증폭기(22), 전동 파워 스티어링 유닛(25), 차량 제어 컨트롤러(26), 전원 분배 컨트롤러(23), 메타 유닛(24), 및 운전 지원 시스템(ADAS) 유닛(27)과, CAN(Controller Area Network)을 통해 상호 통신을 행하여, 차량에 최적인 제어를 행하고 있다.
또한, ECM(19)은 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비한 마이크로 컴퓨터로 구성된다. ECM(19)을 복수의 마이크로 컴퓨터로 구성하는 것도 가능하다.
도 1에 도시하는 시스템은, 제1 축전 수단으로서의 납 축전지 및 제2 축전 수단으로서의 비수전해질 이차 전지의 2개의 이차 전지를 구비한다. 이하, 납 축전지는 연산 전지(15), 비수전해질 이차 전지는 리튬 이온 이차 전지(16)로 한다. 또한, 연산 전지(15)의 만충전 상태에서의 개방 전압은 12.7V, 리튬 이온 이차 전지(16)의 만충전 상태에서의 개방 전압은 13.1V로 한다.
후술하겠지만, 연산 전지(15)와 리튬 이온 이차 전지(16)는 2개의 경로 C1, C2를 통해 서로 병렬 접속되어 있고, 이들 2개의 경로에는 각각, 전환 수단으로서 기능하는 MOSFET(50)과 연산 전지 경로 릴레이(51)가 접속되어 있다.
연산 전지(15)는 전체 전장 부하(30)에 전력을 공급한다. 특히, 본 시스템에서는, 아이들링 스톱으로부터의 엔진 자동 재시동의 개시 단계에 있어서, 스타터(9)를 구동하는 것에 의한 순간적인 전압 강하(이하, 순저(瞬低)라고도 함)의 영향을 방지하기 위해, 연산 전지 경로 릴레이(51)가 오프 상태(비도통 상태)가 된다. 이에 의해, 전체 전장 부하(30)의 작동 전압이 보증된다.
발전기(2)의 발전 전력(회생에 의한 전력도 포함. 이하 마찬가지)은 연산 전지(15) 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 어느 쪽으로도 충전된다.
또한, 연산 전지(15) 및 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 전체 전장 부하(30)에 전력을 공급할 때나, 발전기(2)의 발전 전력을 연산 전지(15) 또는 리튬 이온 이차 전지(16)에 충전하는 때에는, 발전기(2)의 계자 전류 제어에 의해 전압의 조정이 행해진다.
또한, 상기 시스템에 있어서는 일반적인 아이들링 스톱 제어가 실행된다. 구체적으로는, 예를 들어 액셀러레이터 페달이 완전 폐쇄, 브레이크 페달이 답입된 상태, 및 차속이 소정 차속 이하 등의 여러 조건을 충족시키는 경우에는 엔진(1)을 자동 정지하고, 브레이크 페달의 답입량이 소정량 이하로 된 경우 등에 엔진(1)을 자동 재시동한다.
도 2는 스타터(9)나 전장 부하(30)로의 전력 공급을 행하는 전원 시스템의 제1 구성(이하, 타입 1의 전원 시스템이라고도 칭함)을 설명하는 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전원 시스템(100)에는, 연산 전지(15)와 리튬 이온 이차 전지(16)는 2개의 경로 C1 및 경로 C2에 의해, 서로 병렬로 연결되어 있다. 그리고, 하나의 경로인 경로 C2에는 당해 경로 C2의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제1 스위치로서의 연산 전지 경로 릴레이(51)가 접속되어 있다. 또한, 다른 경로인 경로 C1에는 당해 경로 C1의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제2 스위치로서의 MOSFET(50)이 접속되어 있다. 이들 연산 전지 경로 릴레이(51) 및 MOSFET(50)에 의해 전환 수단이 구성된다.
즉, 연산 전지 경로 릴레이(51)는 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 연산 전지(15)에 이르는 경로 C2에 배치되어 있다. 그리고, MOSFET(50)은, 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 연산 전지(15)에 이르는 경로 C1에 배치되어 있다.
MOSFET(50)은, 그 기생 다이오드의 순방향과 리튬 이온 이차 전지(16)측으로부터 연산 전지(15)측으로 향하는 방향이 일치하도록 접속되어 있다. 이에 의해, MOSFET(50)의 온·오프 상태에 관계 없이, 경로 C1에 있어서 연산 전지(15)로부터 리튬 이온 이차 전지(16)로의 통전이 방지된다. 또한, 연산 전지 경로 릴레이(51)로서는, 코일에 통전되어 있지 않은 상태에서 온 상태(도통 상태)가 되는, 소위 노멀 클로즈 타입의 릴레이가 사용된다. 또한, MOSFET(50)의 순시 최대 전류 용량은, 예를 들어 180A이며, 연산 전지 경로 릴레이(51)의 순시 최대 전류 용량은, 예를 들어 1200A이다.
또한, 리튬 이온 이차 전지(16)에는, 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)가 직렬로 접속되어 있다. 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)는, 코일에 통전 되어 있지 않은 상태에서 오프 상태(비도통 상태)가 되는, 소위 노멀 오픈 타입의 릴레이에 의해 구성된다. 여기서, 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)의 순시 최대 전류 용량은 예를 들어 800A이다.
또한, 본 실시 형태에서는 리튬 이온 이차 전지(16), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), MOSFET(50) 및 배터리 컨트롤러(60)가 하나로 통합되어, 리튬 전지팩 P로서 구성되어 있다. 여기서 배터리 컨트롤러(60)는 ECM(19)으로부터, 엔진(1)의 운전 상태에 따른 스타터(9)나 전체 전장 부하(30)에의 방전 지령 또는 충전 지령에 관한 신호를 수신하고, 이 신호에 기초하여 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)와 MOSFET(50)의 온·오프 제어를 행한다.
그리고, 타입 1의 전원 시스템(100)에서는, 전체 전장 부하(30)는 연산 전지 경로 릴레이(51)에 대하여 연산 전지(15)측에 접속되어 있다. 스타터(9) 및 발전기(2)는 연산 전지 경로 릴레이(51)에 대하여 리튬 이온 이차 전지(16)측에 접속되어 있다.
이하에서는, 상기 전원 시스템에 있어서, 엔진의 시동 상황에 따른 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)의 온·오프 제어와, 발전기(2)의 발전 시에 있어서의 하한 전압 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 충전 잔량(SOC)의 제어에 대하여 설명한다.
도 7은 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), MOSFET(50)의 온·오프 제어, 발전기(2)의 발전 전압, 와이퍼의 작동 빈도, 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 나타낸 타임차트이다. 해당 도면에는, 각각, 이그니션 키(도시하지 않음)의 온·오프 상태 및 엔진 속도의 크기와 대비하여, 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)의 온·오프 상태, 발전기(2)의 발전 시에 있어서의 하한 전압, 와이퍼의 작동 빈도, 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC가 경시적으로 나타나 있다. 여기에서는, 와이퍼의 작동 빈도를, 와이퍼가 작동하는 주기 Ts에 기초하여 산출한 주파수(1/Ts)로 나타낸다.
또한, 이하에서는, 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)이 온되어 있는 상태란 이것들이 도통 상태인 것을 의미하고, 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)이 오프되어 있는 상태란 이것들이 비도통 상태인 것을 의미한다.
먼저, 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)의 온·오프 제어에 대하여 설명한다.
도시와 같이, 예를 들어 이그니션 키 조작이나 스타트 버튼 조작과 같은 운전자의 시동 조작에 따라서 엔진(1)을 초회 시동하는 시각 t0 내지 시각 t1의 사이에 있어서는, 노멀 클로즈 타입인 연산 전지 경로 릴레이(51)는 온 상태이고, MOSFET(50)은 오프 상태이며, 노멀 오픈 타입의 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)는 오프 상태이다.
이에 의해, 경로 C2를 개재하여 연산 전지(15)만으로부터 스타터(9)에의 전력 공급이 행해진다. 또한, 초회 시동 시에, 배터리 컨트롤러(60)가 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)를 온 상태로 함으로써, 연산 전지(15) 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 2개의 전지로부터 스타터(9)에 전력 공급하도록 해도 된다.
그리고, 엔진 초회 시동이 종료된 후의 운전중인 시각 t1 내지 시각 t2의 사이에 있어서는, 배터리 컨트롤러(60)가 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)를 온 상태로 전환한다.
이에 의해, 발전기(2)의 발전 전력이 연산 전지(15)뿐만 아니라, 경로 C2를 통해 리튬 이온 이차 전지(16)에도 충전될 수 있는 상태가 된다.
여기서, 리튬 이온 이차 전지(16)는 연산 전지(15)에 비하여 발전기(2)의 발전 전력이 충전되기 쉬운 데다가 연산 전지(15)는 만충전 시에서는 충전 전압이 13V를 초과하면 거의 충전되지 않게 된다는 특성이 있다. 따라서, 발전기(2)의 발전 전력은 주로 리튬 이온 이차 전지(16)에 충전되게 된다.
그리고, 아이들 스톱으로 이행하기 전의 감속 회생 단계가 개시되는 시각 t2에서는, 배터리 컨트롤러(60)가 MOSFET(50)을 온 상태로 전환한다. 그리고, ECM(19)은, 시각 t2로부터 소정 시간 Δt 경과한 후에 연산 전지 경로 릴레이(51)를 오프 상태로 전환한다.
이렇게 MOSFET(50)이 온 상태로 전환되고 나서 소정 시간 경과 후에 연산 전지 경로 릴레이(51)가 오프 상태로 전환됨으로써, 연산 전지 경로 릴레이(51)를 그 양단 전위차를 감소한 상태에서 오프로 할 수 있으므로, 차단 시 아크의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 소정 시간 Δt는, 연산 전지 경로 릴레이(51)의 양단 전위차를 어느 정도 해소할 수 있을 정도의 시간으로서 적절히 설정할 수 있다.
또한, 감속 회생 단계가 종료된 후의 시각 t3으로부터 시각 t4의 아이들 스톱 중에 있어서도, 연산 전지 경로 릴레이(51)는 오프 상태로 유지되고, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50) 및 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)도 온 상태로 유지된 상태 그대로이다.
따라서, 시각 t3부터 시각 t4의 아이들 스톱 중에 있어서는, 연산 전지 경로 릴레이(51)가 오프 상태이더라도, 리튬 이온 이차 전지(16)와 전체 전장 부하(30)의 통전이 경로 C1에 의해 확보되어 있다. 따라서, 연산 전지(15) 및 리튬 이온 이차 전지(16) 중 어느 것으로부터도 전체 전장 부하(30)에 전력 공급이 가능하다.
또한, 예를 들어 발전기(2)의 제어가 불가능하게 되어 발전 전압이 과잉으로 높아진 경우에는, 배터리 컨트롤러(60)에 의해 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)를 오프 상태로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 리튬 이온 이차 전지(16)에 과전압이 걸리는 것이 방지된다.
또한, 리튬 이온 이차 전지(16) 및 연산 전지(15)의 특성상, 전체 전장 부하(30)로의 전력 공급은 주로 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 행해진다. 또한, 상술한 바와 같이 발전 전력은 리튬 이온 이차 전지(16)에 충전되기 쉽다는 특성을 가지므로, 후술하는 리튬 이온 이차 전지(16)의 전력으로 스타터(9)를 구동하는 자동 재시동의 개시 단계를 제외하고, 리튬 이온 이차 전지(16)의 전압은 연산 전지(15)의 전압 이상으로 유지된다.
그런데, 리튬 이온 이차 전지(16)는 연산 전지(15)에 비하여 에너지 밀도 및 충방전 에너지 효율이 높다는 특성을 갖는다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(16)는 충방전 시에 전극 재료의 용해 석출 반응을 수반하지 않으므로, 장수명을 기대할 수 있다는 특징도 갖는다. 이에 비해 연산 전지(15)는, 동일한 용량이라면 리튬 이온 이차 전지(16)에 비하여 저비용이지만, 방전됨으로써 전극이 열화되기 때문에, 반복되는 충방전에 대한 내구성에서는 리튬 이온 이차 전지(16)보다 못하다.
그래서 본 실시 형태에서는, 아이들링 스톱이 종료되기 직전인 재시동 개시 단계(시각 t4 내지 t5)에 있어서, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50)을 오프 상태로 전환한다.
이에 의해, 연산 전지 경로 릴레이(51) 및 MOSFET(50)이 모두 오프 상태이므로, 스타터(9)측(리튬 이온 이차 전지(16))과 전체 전장 부하(30)측(연산 전지(15)) 사이의 통전이 완전히 차단된다. 따라서, 스타터(9)의 모터에 흐르는 대전류에 의해 전체 전장 부하(30)의 전압이 순시 저하되는 것이 방지된다. 한편, 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)는 온 상태로 유지되고 있으므로, 리튬 이온 이차 전지(16)와 스타터(9) 사이의 통전은 확보되고 있으며, 리튬 이온 이차 전지(16)의 방전에 의한 스타터(9)의 시동을 행하는 것은 가능하다.
또한, 리튬 이온 이차 전지(16)와 스타터(9)의 사이에, 소정의 저항과 이것에 병렬 접속된 바이패스 릴레이를 개재시켜도 된다. 이러한 구성 하에, 리튬 이온 이차 전지(16)로부터의 전력 공급에 의해 스타터(9)를 구동해서 100 내지 150ms 정도 경과한 후에, 바이패스 릴레이를 비도통 상태로부터 도통 상태로 함으로써, 스타터(9)의 시동 시의 스파이크 전류를 대폭으로 저감시킬 수 있어, 시동 성능이 확보된다. 이 경우, 엔진 완폭 후에 소정 시간이 경과하면, 통상의 주행 시의 상태로 복귀시키는 제어를 행한다.
이어서, 재시동 개시 단계가 종료된 후에는, 재시동 초기 단계(시각 t5 내지 시각 t6)에 돌입한다. 여기서, 재시동 초기 단계의 돌입 시인 시각 t5에 있어서, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50)을 온 상태로 전환한다. 한편, ECM(19)은, MOSFET(50)이 온 상태로 전환된 소정 시간(도면의 Δt') 후에, 연산 전지 경로 릴레이(51)를 온 상태로 전환한다.
이와 같이, 우선, MOSFET(50)이 온 상태로 전환된 후에, 소정 시간(딜레이) Δt에 연산 전지 경로 릴레이(51)가 온 상태로 전환된다. 이에 의해, 재시동 초기 단계의 개시 시(시각 t5)에 있어서, 연산 전지 경로 릴레이(51)보다도 응답 속도가 빠른 MOSFET(50)에 의해 지연 없이 경로 C1을 도통시켜서 연산 전지(15) 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 양쪽에 의한 전체 전장 부하(30)에 대한 방전을 가능하게 할 수 있다. 또한, MOSFET(50)을 온 상태로 하고 있음으로써 연산 전지 경로 릴레이(51)의 양단 간의 전위차가 감소한다. 따라서, 이 상태에서 연산 전지 경로 릴레이(51)가 온 상태로 전환됨으로써, 돌입 전류의 발생이 방지된다.
그리고, 재시동 초기 단계가 종료된 후에 있어서의 엔진 운전중의 상태(시각 t6 내지 시각 t7)에서는, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50)을 오프 상태로 전환한다.
그 후, 시각 t7에 있어서 이그니션 키를 오프 상태로 하는 엔진의 정지 단계가 개시된다. 시각 t7 내지 시각 t8은 엔진이 정지에 이르기까지의 정지 개시 단계이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 엔진의 회전수가 제로가 되는 시각 t8에 있어서, 노멀 오픈 타입의 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)가 오프 상태로 전환된다. 한편, 노멀 클로즈 타입의 연산 전지 경로 릴레이(51)는 온 상태 그대로이다. 따라서, 다음번의 엔진 초기 시동 시(시각 t0)에 있어서는, 연산 전지(15)와 스타터(9)가 도통한 상태에서 초기 시동을 행할 수 있다.
이어서, 상술한 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 MOSFET(50)의 온·오프 제어에 의한 작용 효과를 설명한다.
전원 시스템(100)에 있어서, 가령 엔진(1)의 자동 재시동 개시 시(시각 t4)에 연산 전지(15)의 전력을 사용하는 것으로 하면, 상술한 바와 같이 리튬 이온 이차 전지(16)에 비하여 반복되는 충방전에 대한 내구성이 낮은 연산 전지(15)는, 아이들링 스톱을 실행할 때마다 열화가 촉진되므로, 교환 사이클이 짧아진다.
이에 반해 본 실시 형태에서는, 엔진(1)의 자동 재시동의 개시 단계에 연산 전지 경로 릴레이(51) 및 MOSFET(50)이 오프 상태이며, 연산 전지(15)로부터 스타터(9)로의 전력 공급 통로가 차단되어 있다. 따라서, 자동 재시동에 리튬 이온 이차 전지(16)의 전력만이 사용되므로, 연산 전지(15)의 교환 사이클을 장기화할 수 있다.
또한, 도 2에서는 MOSFET(50) 및 연산 전지 경로 릴레이(51)의 양쪽에 의해, 연산 전지(15)와 스타터(9)의 통전과 차단을 전환하고 있다. 그러나, 이 통전과 차단을, MOSFET(50) 또는 연산 전지 경로 릴레이(51) 중 어느 한쪽만 또는 다른 스위치를 사용하여 행하도록 해도 된다.
그러나, 연산 전지(15)와 스타터(9)의 통전과 차단을 MOSFET(50)만으로 행하면, MOSFET(50)이 빈번히 온·오프되게 되어 열 발생에 의한 폐해가 발생한다. 또한, 연산 전지(15)와 스타터(9)의 통전과 차단을 연산 전지 경로 릴레이(51)만으로 행하면, 릴레이 스위치의 응답성이 낮기 때문에, 자동 재시동 조건이 성립되고 나서 오프 상태로 제어해서는 자동 재시동까지 시간을 요하게 된다. 한편, 아이들링 스톱 중에 연산 전지 경로 릴레이(51)를 오프 상태로 하면, MOSFET(50)도 오프 상태인 점에서, 아이들링 스톱 중에 리튬 이온 이차 전지(16)로부터의 전력 공급을 할 수 없게 된다.
또한, 제품으로서의 안전성이나 내구성을 보다 높인다는 관점에서도, 연산 전지(15)와 스타터(9)의 통전과 차단을 MOSFET(50) 또는 연산 전지 경로 릴레이(51) 중 어느 한쪽만으로 구성하는 것이 아니라, 이들 양쪽을 포함하는 용장 회로로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 아이들링 스톱 중(시각 t3 내지 시각 t4)에, 연산 전지 경로 릴레이(51)가 오프 상태, 및 MOSFET(50)이 온 상태가 되어, 자동 재시동의 개시 시(시각 t4)에는 응답성이 우수한 MOSFET(50)을 온 상태로부터 오프 상태로 전환함으로써, 연산 전지(15)로부터 스타터(9)로의 전력 공급 통로를 확실하게 차단하고, 전체 전장 부하(30)의 전압 저하를 야기하는 일 없이 신속한 자동 재시동이 가능하게 된다.
특히, 본 실시 형태에서는, 재시동 개시 단계(시각 t4 내지 시각 t5)를 제외하고, 리튬 이온 이차 전지(16)의 전압은 연산 전지(15)의 전압 이상의 값을 취한다. 반대로 말하면, 재시동 개시 단계(시각 t4 내지 시각 t5)에만 연산 전지(15)의 전압이 리튬 이온 이차 전지(16)의 전압을 초과하여 연산 전지(15)측으로부터 리튬 이온 이차 전지(16)측으로 전류가 흐를 가능성이 있다. 따라서, 재시동 개시 단계(시각 t4 내지 시각 t5)에 연산 전지 경로 릴레이(51) 및 MOSFET(50)을 오프 상태로 하면, 연산 전지(15)측으로부터 리튬 이온 이차 전지(16)측으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
이에 의해, MOSFET(50)의 기생 다이오드의 순 방향과 반대 방향을 순방향으로 하는 기생 다이오드를 구비한 MOSFET를 배치하는 일 없이, 연산 전지(15)측으로부터 리튬 이온 이차 전지(16)측으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 사용하는 MOSFET의 수를 삭감하여 비용을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서의 전원 시스템(100)은 연산 전지(15)와 전체 전장 부하(30)를 접속한 부분에 대해서는, 배터리를 1개만 구비하는 일반적인 차량의 전장 회로와 마찬가지의 구성이 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 자동 재시동에 리튬 이온 이차 전지(16)만을 사용하고 있으며, 연산 전지(15)를 사용하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 전원 시스템(100)을 아이들링 스톱 기능을 갖는 차량에 실장하는 경우에 있어서도, 연산 전지(15)의 용량을, 아이들링 스톱 기능을 갖지 않는 차량에 비하여 크게 할 필요가 없고, 동일한 사양으로 할 수 있다. 따라서, 아이들링 스톱 시스템을 차량에 도입하는 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지(16)의 마이너스 단자가 틀어지는 등의 원인에 의해 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 스타터(9)에의 전력 공급이 불가능한 상태가 되어도, 연산 전지 경로 릴레이(51)를 닫음으로써 연산 전지(15)로부터 스타터(9)에 전력을 공급할 수 있으므로, 자동 재시동이 가능하다. 즉, 자동 재시동에 관한 시스템에 대한 용장화가 실현된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 리튬 이온 이차 전지팩 P가, 리튬 이온 이차 전지(16), MOSFET(50), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), 및 배터리 컨트롤러(60)를 갖고, 연산 전지 경로 릴레이(51)가 리튬 이온 이차 전지팩 P 외에 배치되는 구성을 취하고 있다.
그러나, 이 구성은 전원 시스템(100)의 회로에 의한 작용을 바꾸지 않는 범위에서 임의로 변경이 가능하다. 예를 들어, 연산 전지 경로 릴레이(51)를, MOSFET(50)에 대하여 병렬인 상태 그대로 리튬 전지팩 P 내에 배치하도록 해도 된다. 또한, 배터리 컨트롤러(60)는 리튬 이온 이차 전지팩 P 외에 설치해도 된다.
이어서, 발전기(2)의 발전 시에 있어서의 하한 전압 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC의 제어에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 전체 전장 부하(30)에의 전력 공급은, 리튬 이온 이차 전지(16) 및 연산 전지(15)로부터 행해진다. 그리고, 리튬 이온 이차 전지(16) 및 연산 전지(15)를, 전체 전장 부하(30)의 요구 전압을 조달할 수 있는 상태로 유지하기 위해, 발전기(2)의 발전 시에 있어서의 전압에는 하한값(이하, 하한 전압이라고도 함)이 설정되어 있다. 하한 전압은, 통상의 상태에 있어서는 예를 들어 12V로 설정되어 있다. 여기에서 말하는 「통상」이란, 와이퍼, 연료 펌프 또는 라디에이터 팬 등과 같이 작동을 보증하기 위해 필요한 전압이 다른 전장품에 비하여 높은 전장품이 작동하고 있지 않거나, 또는 작동하고 있더라도 전체 전장 부하(30)의 요구 전압이 상대적으로 낮은 상태를 말한다. 예를 들어, 비가 내리기 시작하거나 가랑비 속을 저중속 주행하는 경우에는 통상의 상태에 포함된다. 이에 반해, 예를 들어 큰비의 경우, 와이퍼를 고속 작동시킬 필요가 있는 상태나, 고속 주행 중과 같이 와이퍼를 풍압에 저항하여 고속 작동시킬 필요가 있는 상태는, 통상보다도 요구 전압이 높아진다. 즉, 통상보다도 고전압이 필요해지는 상태가 된다.
또한, 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC는 하한 SOC를 하회하지 않도록 제어된다. 하한 SOC는, 전체 전장 부하(30)로의 전력 공급과, 차량 감속 시에 있어서의 회생 전력의 회수 효율을 고려하여 설정된 것이며, 통상의 상태에 있어서는, 예를 들어 60% 정도로 설정한다.
통상보다도 고전압이 필요해지는 상태에 있어서, 발전기(2)의 발전에 있어서의 하한 전압을 통상의 상태와 동일하게 해 두면, 전체 전장 부하(30)로의 안정된 전력 공급이 어려워진다. 그래서, 하한 전압을 상승시킬 필요가 있다. 그러나, 통상보다도 고전압이 필요하게 되고 나서 하한 전압을 상승시켜도, 발전 전력이 이차 전지, 특히 리튬 이온 이차 전지(16)에 흡수되어 버리기 때문에, 전체 전장 부하(30)로의 공급 전압은 즉시 상승하지는 않는다.
그래서 본 실시 형태에서는, 배터리 컨트롤러(60)가, 통상보다도 고전압이 필요해지는 것이 예측되는 경우에는 미리 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시켜 둔다. 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시켜 두면, 발전기(2)의 발전 전압을 상승시켰을 경우에 리튬 이온 이차 전지(16)에 흡수되는 전력이 감소한다. 이에 의해, 전체 전장 부하(30)의 요구 전압의 상승에 신속하게 대응하는 것이 가능하게 된다.
통상보다도 고전압이 필요해지는 것의 예측은, 와이퍼의 구동 빈도 등에 기초하여 행한다. 와이퍼의 구동 빈도가 높아질수록, 통상보다도 고전압이 필요해지는 상태에 가까워졌다고 판단할 수 있기 때문이다.
이하, 이 제어에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 와이퍼의 구동 빈도 f와 하한 SOC의 관계를 나타내는 테이블이다. 또한, 구동 빈도 f는, 와이퍼의 작동 주기를 Ts(초)로 했을 경우에 f=1/Ts로 표현된다.
도 3의 테이블에서는, 통상의 상태(f<f1)에 있어서, 와이퍼의 구동 빈도가 높아짐에 따라서 하한 SOC가 상승하고 있다. 하한 SOC를 상승시키는 것은, 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시키기 위함이다.
하한 SOC를 도 3의 테이블에 따라서 제어한 경우에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다. 시각 t1 내지 t2의 사이에, 와이퍼의 구동 빈도가 서서히 상승해서, 통상의 상태로부터 통상보다 고전압이 필요한 상태로 이행하고 있다. 와이퍼의 구동 빈도가 상승하면 상기와 같이 리튬 이온 이차 전지(16)의 하한 SOC가 상승하므로, 발전기(2)의 하한 전압이 상승하여 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC가 상승하고 있다.
이와 같이, 와이퍼가 작동하면, 배터리 컨트롤러(60)는 통상의 상태 중으로부터 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시켜 둔다. 이에 의해, 통상보다도 고전압이 필요해지는 상태가 된 경우에, 발전기(2)의 발전 전압을 상승시키면 빠르게 대응할 수 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 70％ 정도로 유지해 두면, 갑작스런 스콜 등에 의해 통상보다도 고전압이 필요한 상태가 된 경우에도, 발전기(2)의 발전 전압 지시값을 상승시키고 나서 수초 이내에 와이퍼의 요구 전압(예를 들어 약 14V)으로 할 수 있다는 실험 데이터가 얻어지고 있다.
또한, 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC는 서서히 상승하므로, 비가 내리기 시작한다는 등의 경우에는, 감속 시에 있어서의 회생 전력의 흡수량을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 발전기(2)의 발전 전압의 상한은 통상의 상태 그대로이므로, 본 실시 형태의 제어를 실행함으로써 감속 시에 회생하는 전력량이 감소되는 일도 없다. 도 8은 본 실시 형태의 제어를 실행한 경우(도면 중의 실선)와, 상술한 JP5494498B에 기재된 제어를 실행한 경우(도면 중의 파선)를 비교한 타이밍 차트이다. 본 도면에 도시하는 바와 같이, JP5494498B의 제어에서는 와이퍼의 구동 빈도가 상승하면 발전기(2)의 설정 전압의 하한을 상승시켜서 Va2로 하고, 상한을 저하시켜서 Vb2로 하고 있다. 이에 비해 본 실시 형태에서는 설정 전압의 상한은 Vb 상태 그대로이다. 따라서 본 실시 형태 쪽이, 보다 많은 전력을 회생할 수 있다.
또한, JP5494498B의 제어에서는, 감속 개시 시에 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)를 온으로 하여 전력 회생을 개시하고, 회생을 종료하면 동 릴레이(52)를 오프로 하고 있다. 이에 반해 본 실시 형태에서는, 동 릴레이(52)는 상술한 바와 같이 이그니션 OFF가 될 때까지 온 상태 그대로이다. 즉, 본 실시 형태에서는 리튬 이온 이차 전지(16)를 발전기(2) 및 전체 전장 부하(30)와 상시 접속한 상태 그대로 충방전을 행할 수 있으므로, 리튬 이온 이차 전지(16)의 용량을 유효하게 활용할 수 있다.
도 4는 와이퍼의 구동 빈도 f와 발전기(2)의 발전 시에 있어서의 하한 전압 사이의 관계를 나타내는 테이블이다. 도 4에서는, 와이퍼의 구동 빈도가 높아질수록 하한 전압이 상승하고 있다. 하한 전압을 상승시키면, 결과적으로 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC가 상승하고, 상기와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다. 따라서, 도 3의 테이블 대신에 도 4의 테이블을 사용해도 된다.
그런데, 라디에이터 팬도 작동을 보증하기 위해 필요한 전압이 다른 전장 부하에 비하여 높은 전장 부하이다. 라디에이터 팬은 냉각 수온이 높아질수록 고속 회전이 요구되므로, 배터리 컨트롤러(60)는, 통상보다도 고전압이 필요하게 되는지 여부를, 냉각 수온에 기초하여 예측해도 된다.
도 5는 냉각 수온과 리튬 이온 이차 전지(16)의 하한 SOC 사이의 관계를 나타내는 테이블이다. 도 5에서는, 냉각 수온이 높아질수록 하한 SOC가 상승하고 있다. 이 테이블을 사용하여 제어한 경우에도, 도 3이나 도 4의 테이블을 사용하여 제어하는 경우와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
또한, 냉각 수온 대신에, 공조 시스템의 Pd압(고압측 냉매 압력)이나 증발기의 온도를 사용해도 된다. 라디에이터 팬은 공조 시스템의 냉각 요구가 엄격해졌을 경우에도 고속 회전이 요구되어, 공조 시스템의 냉각 요구의 정도는 Pd압이나 증발기 온도에 기초하여 판단할 수 있기 때문이다. 또한, 도 5의 종축을 발전기(2)의 하한 전압으로 대신해도 된다.
와이퍼나 라디에이터 팬의 구동 상태 대신에, 연료 펌프의 구동 상태를 사용할 수도 있다. 연료 펌프는 연료 분사량이 많은 경우일수록 요구 전압이 높아지므로, 액셀러레이터 개방도가 대 개방도(예를 들어 완전 개방의 70% 정도의 개방도)가 되는 빈도를 검지하고, 이 빈도가 높아질수록 하한 SOC를 상승시킴으로써, 상기와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
도 6은 고속 주행 시에 있어서의 와이퍼의 닦아내기 성능을 담보하기 위한 제어에 사용하는 테이블이다. 도 6에 있어서는 차속 V1 이상을 고속이라 한다.
차속이 높아질수록 풍압이 높아지므로, 와이퍼의 요구 전압도 높아진다. 그러나, 고속 주행 중에 갑자기 심한 강우를 만난 경우에도, 와이퍼는 빠르게 고속 작동을 개시할 수 있음이 안전상 바람직하다. 그래서, 고속 주행 중의 갑작스런 강우에 대비하기 위해, 배터리 컨트롤러(60)는 도 6의 테이블에 기초하여 차속이 높아질수록 발전기(2)의 하한 전압을 높이도록 제어한다. 도 3 내지 도 5의 경우와 마찬가지로, 하한 전압을 서서히 상승시키므로, 감속 시의 전력 회생량을 확보하면서, 와이퍼의 닦아내기 성능을 담보할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 6에서는, 하한 SOC나 하한 전압을 스텝적으로 상승시키고 있지만, 연속적으로 상승시켜도 된다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 제어에 의한 작용 효과에 대하여 정리한다.
본 실시 형태의 배터리 컨트롤러(전원 시스템 제어 장치)(60)는, 발전기(2)와, 발전기(2)의 발전 전력을 충방전 가능한 연산 전지(제1 축전 수단)(15)와, 발전 전력을 충방전 가능한 리튬 이온 이차 전지(제2 축전 수단)(16)와, 연산 전지(15)와 리튬 이온 이차 전지(16)를 연결하는 2개의 경로 C1, C2와, 하나의 경로 C2의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 연산 전지 경로 릴레이(제1 스위치)(51) 및 다른 쪽 경로 C1의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 MOSFET(제2 스위치)(50)을 갖는 전환 수단(도 1의 BAT 간 RLY)(17)과, 전환 수단(17)에 대하여 연산 전지(15)측에 접속된 전체 전장 부하(차량의 전장 부하)(30)를 구비하는 전원 시스템을 제어한다. 그리고, 전장 부하(30)의 작동에 통상보다도 고전압이 필요하게 될 가능성이 있다고 판단한 경우에, 미리 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC(충전 잔량)를 상승시킨다.
이에 의해, 작동에 높은 전압을 요구하는 차량 전장품의 작동 빈도가 갑자기 높아진 경우, 즉 갑자기 요구 전압이 상승하는 경우에도, 이것에 대응하여 빠르게 공급 전압을 상승시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 배터리 컨트롤러(60)는 작동에 높은 전압을 요구하는 차량 전장품의 작동 빈도가 높을수록 통상보다도 고전압이 필요하게 될 가능성이 높다고 판단한다. 이에 의해, 요구 전압의 상승을 고정밀도로 예측할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 배터리 컨트롤러(60)는 작동에 높은 전압을 요구하는 차량 전장품의 작동 빈도의 증가에 따라서 리튬 이온 이차 전지(16)의 충전 잔량을 서서히 상승시킨다. 이에 의해, 예를 들어 고속 주행 중에 갑자기 비가 내리는 경우이더라도 전압을 안정되게 공급하면서, 감속 시의 전력 회생도 확보하여 실용 연비의 향상을 도모할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 배터리 컨트롤러(60)가 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시키기 위해 리튬 이온 이차 전지(16)의 충전 잔량 하한값을 상승시키거나, 또는 발전기(2)의 최저 발전 전압을 상승시킨다. 어느 방법이더라도 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 제어는, 도 2에 도시한 타입 1의 전원 시스템(100)에 한정되지 않고, 도 9에 도시한 전원 시스템의 제2 구성(이하, 타입 2의 전원 시스템이라고도 칭함)(100')에 적용하는 것이 가능하다.
도 9는 타입 2의 전원 시스템(100')을 설명하는 도면이다. 또한, 도 2에서 도시한 각 요소와 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
타입 2의 전원 시스템(100')은, 도 2에 도시한 타입 1의 전원 시스템(100)에 비하여, 발전기(2) 대신 전동기(70)가 사용되고 있는 점, 및 스타터(9)가 연산 전지 경로 릴레이(51)에 대하여 연산 전지(15)측에 접속되어 있는 점에서 상이하다. 또한, 전동기(70)는 발전기 풀리(6)에 상당하는 풀리를 구비하고, 당해 풀리와 크랭크 풀리(5)가 벨트 등에 의해 기계적으로 연결되어 있다.
전동기(70)는 인버터를 구비하고, 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 공급되는 전력에 의해 구동하는 모터 기능과, 엔진(1)의 구동력에 의해 구동하여 발전하는 발전 기능을 갖는다. 또한, 전동기(70)의 발전 기능을 사용할 때, 발전 전압을 가변하여 제어하는 것이 가능하다.
모터 기능과 발전 기능의 전환은 ECM(19)이 행한다. 모터 기능을 사용하는 것은, 주로 아이들링 스톱으로부터의 자동 재시동의 개시 단계이다. 즉, 본 타입 2의 전원 시스템(100')에서는, 전동기(70)가 엔진 재시동 수단이 된다. 또한, 스타터(9)는 첫회 시동 시(자동 재시동이 아닌 시동 시)에만 사용된다. 이 스타터(9)는 아이들링 스톱 기능을 갖지 않는 차량과 같은 사양을 사용할 수 있다.
또한, 본 타입 2의 전원 시스템(100')에 의하면, 연산 전지(15) 및 스타터(9)가 연산 전지 경로 릴레이(51)에 대하여 동일한 측에 있으므로, 엔진(1)의 초회 시동 시에 연산 전지(15)로부터 스타터(9)에 전력 공급할 때, 연산 전지 경로 릴레이(51)에 전류는 흐르지 않는다.
즉, 연산 전지 경로 릴레이(51)의 순시 최대 전류 용량을 설정하는 데 있어서, 엔진(1)의 초회 시동 시에 스타터(9)를 구동하기 위한 대전류가 흐르는 것을 고려할 필요가 없다. 이로 인해, 연산 전지 경로 릴레이(51)의 전류 용량을, 타입 1의 전원 시스템(100)에 있어서 사용한 연산 전지 경로 릴레이(51)와 비교하여 보다 작게 할 수 있어, 연산 전지 경로 릴레이(51)를 구성하는 비용을 저감할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 10은, 전원 시스템의 제3 구성(이하, 타입 3의 전원 시스템이라고도 칭함)(100'')을 설명하는 도면이다. 또한, 도 2에서 도시한 각 요소와 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 10과 도 2의 상위점은, MOSFET(50)과는 기생 다이오드의 순방향이 반대인 MOSFET(71)이, MOSFET(50)과 직렬로 접속되어 있는 점이다. 또한, 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)가 MOSFET(71)과 리튬 이온 이차 전지(16)의 사이가 아닌, 리튬 이온 이차 전지(16)와 스타터(9)의 사이에 개재 장착되어 있는 점도 상이하다.
상기의 구성에 의하면, 가령 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52)가 개방 상태인 그대로 작동하지 않게 되었다고 하더라도, MOSFET(50) 및 MOSFET(71)을 제어함으로써, 리튬 이온 이차 전지(16)로부터 전체 전장 부하(30)에 전력 공급할 수 있다.
도 11은, 타입 3의 전원 시스템(100'')에 있어서의, 연산 전지 경로 릴레이(51), 리튬 이온 이차 전지 부속 릴레이(52), MOSFET(50), MOSFET(71)의 온·오프 제어, 발전기(2)의 발전 전압, 와이퍼의 작동 빈도 및 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 나타낸 타임차트이다. MOSFET(71)의 온·오프 제어가 추가된 것 이외에는 도 7과 마찬가지이다.
MOSFET(71)은, 시각 t0 내지 시각 t1의 사이에 있어서는 MOSFET(50)과 마찬가지로 오프 상태이다.
감속 회생 단계가 개시되는 시각 t2에 있어서, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50)과 MOSFET(71)을 온 상태로 전환한다. 이에 의해, 리튬 이온 이차 전지(16)와 전체 전장 부하(30)가 도통 상태가 된다.
아이들링 스톱이 종료되기 직전인 재시동 개시 단계(시각 t4 내지 t5)에 있어서, 배터리 컨트롤러(60)는 MOSFET(50)을 오프 상태로 전환하고, MOSFET(71)은 온 상태 그대로로 한다. 이것은, 리튬 이온 이차 전지(16)와 전체 전장 부하가 전기적으로 차단되기 위해서는 MOSFET(50)을 오프 상태로 하면 충분하기 때문이다.
즉, MOSFET(71)은, 감속이 개시되는 시각 t2로부터 재시동 초기 단계가 종료되는 시각 t6까지 온 상태로 유지된다.
상기와 같은 타입 3의 전원 시스템(100'')에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 와이퍼의 구동 빈도에 기초하여 고전압이 필요해지는 것을 예측하고, 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 서서히 상승시킨다.
이에 의해, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다. 리튬 이온 이차 전지(16)의 SOC를 상승시키는 방법에 대해서도 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 리튬 이온 이차 전지(16)의 하한 SOC를 상승시켜도 되고, 발전기(2)의 하한 전압을 상승시켜도 된다. 물론, 제1 실시 형태와 마찬가지로 와이퍼의 구동 빈도 대신에 라디에이터 팬이나 연료 펌프의 작동 상태를 사용해도 되고, 차속에 따른 제어를 실행해도 된다.
또한, 본 실시 형태는 도 12에 도시하는 전원 시스템의 제4 구성(이하, 타입 4의 전원 시스템이라고도 칭함)(100''')에도 적용 가능하다. 타입 3의 전원 시스템(100'')과 타입 4의 전원 시스템(100''')의 관계는, 타입 1의 전원 시스템(100)과 타입 2의 전원 시스템(100')의 관계와 마찬가지이다. 즉, 발전기(2) 대신 전동기(70)가 사용되고 있는 점, 및 스타터(9)가 연산 전지 경로 릴레이(51)에 대하여 연산 전지(15)측에 접속되어 있는 점에서 상이하다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적인 구성에 한정하는 취지가 아니다. 예를 들어, 제1 축전 수단은 연산 전지(15)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 니켈 수소 전지 등의 납 프리 이차 전지여도 된다. 또한, 각 실시 형태에서 사용한 기계식 릴레이 대신에, 반도체를 사용한 스위칭 소자를 사용해도 된다.

Claims (6)

  1. 발전기와,
    상기 발전기의 발전 전력을 충방전 가능한 제1 축전 수단과,
    상기 발전 전력을 충방전 가능한 제2 축전 수단과,
    상기 제1 축전 수단과 상기 제2 축전 수단을 연결하는 2개의 경로와,
    하나의 상기 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제1 스위치, 및 다른 쪽의 상기 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제2 스위치를 갖는 전환 수단과,
    상기 전환 수단에 대하여 상기 제1 축전 수단측에 접속된 차량의 전장 부하
    를 구비하는 전원 시스템을 제어하는 전원 시스템 제어 장치에 있어서,
    상기 전장 부하의 작동에 미리 정한 전압보다도 높은 전압이 필요해지는 상태로 될 것으로 판단한 경우에, 미리 상기 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시키는, 전원 시스템 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전장 부하의 작동 빈도가 높을수록 상기 전장 부하의 작동에 미리 정한 전압보다 높은 전압이 필요해지는 상태에 더욱 가까워졌다고 판단하는, 전원 시스템 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전장 부하의 작동 빈도의 증가에 따라서 상기 제2 축전 수단의 충전 잔량을 서서히 상승시키는, 전원 시스템 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시키기 위해 상기 제2 축전 수단의 충전 잔량 하한값을 상승시키는, 전원 시스템 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시키기 위해 상기 발전기의 최저 발전 전압을 상승시키는, 전원 시스템 제어 장치.
  6. 발전기와,
    상기 발전기의 발전 전력을 충방전 가능한 제1 축전 수단과,
    상기 발전 전력을 충방전 가능한 제2 축전 수단과,
    상기 제1 축전 수단과 상기 제2 축전 수단을 연결하는 2개의 경로와,
    하나의 상기 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제1 스위치, 및 다른 쪽의 상기 경로의 도통 상태와 비도통 상태를 전환하는 제2 스위치를 갖는 전환 수단과,
    상기 전환 수단에 대하여 상기 제1 축전 수단측에 접속된 차량의 전장 부하
    를 구비하는 전원 시스템을 제어하는 전원 시스템 제어 방법에 있어서,
    상기 전장 부하의 작동에 미리 정한 전압보다 높은 전압이 필요해지는 상태로 될 것인지 유무를 판단하여,
    상기 전장 부하의 작동에 미리 정한 전압보다 높은 전압이 필요해지는 상태로 될 것으로 판단한 경우에, 미리 상기 제2 축전 수단의 충전 잔량을 상승시키는, 전원 시스템 제어 방법.
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