KR20160078872A - 전원 장치 - Google Patents

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KR20160078872A
KR20160078872A KR1020150170393A KR20150170393A KR20160078872A KR 20160078872 A KR20160078872 A KR 20160078872A KR 1020150170393 A KR1020150170393 A KR 1020150170393A KR 20150170393 A KR20150170393 A KR 20150170393A KR 20160078872 A KR20160078872 A KR 20160078872A
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스나오 호리타케
야스하루 데라다
히로시 나테
다케아키 스즈키
미치히로 미야시타
가즈히토 에시마
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

전원 장치(10)는, 제1 배터리(310) 및 제2 배터리(320)와, 조건 ⅰ), ⅱ), ⅲ)을 충족시키는지 여부를 판정하는 ECU(100)를 포함한다. 조건 ⅰ)은 제2 배터리(320)의 열화도가 제1 역치 미만이다. 조건 ⅱ)는 제2 배터리(320)의 충전량이 제2 역치 미만이다. 조건 ⅲ)은 상기 충전량이 제3 역치 이상이다. 상기 제2 역치는, 상기 제2 배터리(320)가 백업용 전원으로서 기능하기 위해 요구되는 충전량의 최저값보다도 소정값 큰 값이며, 상기 제3 역치는, 상기 최저값이다. 상기 조건 i), ii), iii)이 모두 충족되어 있을 때, ECU(100)는, 단 배터리 제어를 실행한다. 단 배터리 제어를 행한다. 단 배터리 제어에 있어서는, 제1 배터리(310)에서 회생 전력을 이용하여 회생 제어를 행하고, 제2 배터리(320)를 회생 제어에 사용하지 않는다.

Description

전원 장치{POWER SUPPLY APPARATUS}
본 발명은 차량에 탑재된 백업 대상 보조 기계에 전력을 공급 가능한 복수의 배터리를 구비하는 전원 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 장치로서, 예를 들어 시프트 바이 와이어와 같은 백업 대상 보조 기계에 대해, 전원 이상 시 등에 백업 전류를 공급 가능한 백업용의 배터리를 갖는 것이 알려져 있다. 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2005-145097호에서는, 차량에 탑재된 부하 장치에 접속되는 제1 배터리와, 백업 전원으로서의 제2 배터리를 구비하는 전원 장치에 있어서, 제1 배터리의 잔존 용량보다도 제2 배터리의 잔존 용량이 적다고 판단한 경우에, 상기 부하 장치에 접속되는 배터리를 제1 배터리로부터 제2 배터리로 전환하고, 백업 전원으로서의 배터리를 제2 배터리로부터 제1 배터리로 전환한다고 하는 기술이 제안되어 있다.
상술한 일본 특허 출원 공개 제2005-145097호에 기재되어 있는 기술에서는, 백업 전원인 제2 배터리를 회생용 전원으로서도 사용하는 것이 가능해지므로, 회생에 의한 연비 향상 효과가 커진다고 생각된다. 그러나, 제2 배터리를 회생에 이용하면, 제2 배터리의 열화가 촉진됨으로써, 조기에 백업 전원으로서의 출력 요건을 충족시키지 않게 되어 버릴 우려가 있다.
이에 반해, 예를 들어 제2 배터리의 수명이 가까워진 경우에는, 회생 제어를 금지한다고 하는 제어를 실행하는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우에는 회생에 의한 연비 향상 효과가 전혀 얻어지지 않게 되므로, 연비는 현저하게 저하되어 버린다고 하는 기술적 문제점이 발생한다.
본 발명은 백업 전원으로서의 기능을 성립시키면서, 효과적으로 연비를 향상시키는 것이 가능한 전원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 형태에 있어서, 전원 장치는, 차량에 탑재되는 백업 대상 보조 기계, 제1 배터리, 제2 배터리, 회생기, ECU를 포함한다. 제1 배터리 및 제2 배터리는, 상기 백업 대상 보조 기계에 전력을 공급하도록 구성된다. 회생기는, 회생 전력을 발생시켜 제1 배터리 및 제2 배터리를 충전하도록 구성된다. ECU는, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만인지 여부를 판정하도록 구성된다. ECU는, 제2 배터리의 충전량이, 제2 역치 미만이며, 또한 제3 역치 이상인지 여부를 판정하도록 구성된다. 제2 역치는, 제2 배터리가 백업용 전원으로서 기능하기 위해 요구되는 최저값보다도 소정값 큰 값이다. 제3 역치는, 백업용 전원에 요구되는 최저값에 대응하는 값이다. ECU는, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만이고, 제2 배터리의 충전량이 제2 역치 미만 또한 제3 역치 이상일 때, 제1 배터리에서 회생 전력을 이용한 회생 제어를 실행하도록 구성된다. ECU는, 제2 배터리에서는 단 배터리 제어를 행하도록 구성된다. 상기 단 배터리 제어에 있어서는, 상기 회생 제어는 실행되지 않는다.
본 발명의 형태에 있어서의 전원 장치에 따르면, 제1 배터리 및 제2 배터리는, 예를 들어 시프트 바이 와이어, 브레이크 바이 와이어 및 스티어 바이 와이어 등의 백업 대상 보조 기계에 대해 전력을 공급 가능하게 구성되어 있다. 또한, 여기에서의 「백업 대상 보조 기계」라 함은, 전원 이상 시 등에 있어서도 전력 공급을 받을 수 있는 것이 요구되는 기기이며, 전원으로부터 높은 신뢰성으로 전력이 공급되는 것이 요구되는 기기(바꿔 말하면, 백업용 전원을 갖는 것이 바람직한 기기)를 말한다.
제1 배터리는, 예를 들어 차량에 탑재되는 백업 대상 보조 기계 이외의 부하 기기[예를 들어 라이트, 파워 스티어링 장치, 전동 스태빌라이저, ECU(Electronic Control Unit:전자 제어 유닛) 등]에 전력을 공급하는 것을 주된 기능으로 하는 메인 배터리이다. 한편, 제2 배터리는, 예를 들어 백업 대상 보조 기계에 전력을 공급하는 것을 주된 기능으로 하는 서브 배터리이다. 제1 배터리 및 제2 배터리에는, 예를 들어 납 배터리, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등의 공지의 각종 배터리를 적용 가능하다.
제1 배터리 및 제2 배터리는, 회생기에 의해 발생되는 회생 전력에 의해 충전 가능하게 되어 있다. 여기서 「회생 전력」은, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 발전에 의해 발생하는 전력이며, 이 회생 발전에는, 타이어의 회전을 이용하여 발전기를 돌려 발전하는 기술이나, 엔진의 회전 동력을 전기 에너지로서 회수하는 기술 등이 포함된다. 회생기는, 예를 들어 얼터네이터나 모터 제너레이터로서 구성된다.
본 발명의 형태에 있어서의 전원 장치의 동작 시에는, ECU에 의해, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만인지 여부가 판정된다. 여기서 「열화도」라 함은, 배터리의 사용이나 경년 열화 등에 의해 발생하는 충전 용량의 감소 정도를 나타내는 파라미터를 말하며, 「제1 역치」라 함은, 제2 배터리가 백업용 전원으로서의 출력 요건을 충분히 만족시킬수록 제2 배터리의 열화도가 낮은지 여부를 판정하기 위한 역치를 말한다. 따라서, 예를 들어 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만이면, 제2 배터리는 백업용 전원으로서의 출력 요건을 충분히 만족시키고 있다고 판단할 수 있고, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 이상이면, 제2 배터리는 백업용 전원으로서의 출력 요건을 충족시키고 있지 않거나, 혹은 가까운 장래에 충족시키지 않게 될 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
본 발명의 형태에서는 또한, 상술한 열화도 판정과 병행하여 혹은 잇따라, ECU에 의해, 제2 배터리의 충전량(즉, SOC:State Of Charge)이 제2 역치 미만인지 여부가 판정된다. 여기서 「제2 역치」라 함은, 제2 배터리의 판정 시점에서의 충전량이 백업 전원으로서의 조건을 충분히 만족시키고 있는지 여부를 판정하기 위한 역치를 말한다. 「제2 역치」는, 백업용 전원으로서 기능하기 위한 최저값보다도 소정값 높은 값(즉, 다소의 마진을 갖게 한 값)으로서 설정된다. 또한, 여기에서의 「백업용 전원으로서 기능하기 위한 최저값」이라 함은, 백업 대상 보조 기계를 정상적으로 동작시키기 위해, 제2 배터리에 대해 요구되는 충전량의 최저값을 말한다. 예를 들어 백업 대상 보조 기계의 구동 전력 등에 따라 설정된다. 단, 여기에서의 「최저값」은, 반드시 백업 대상 보조 기계를 100％ 동작시키는 것을 보증하는 값이 아니여도 된다. 어디까지나 백업용 전원에 요구되는 편의상의 최저값이면 된다. 판정의 결과, 예를 들어 제2 배터리의 충전량이 제2 역치 미만이면, 제2 배터리를 백업용 전원으로서 이용할 수는 없거나, 또는 바람직하지 않다고(구체적으로는, 백업으로서 이용할 수 있는 상태이기는 하지만, 후술하는 회생 제어에 의해, 백업용 전원으로서 이용할 수 없는 상태로 될 가능성이 높다고) 판단할 수 있다. 한편, 제2 배터리의 충전량이 제2 역치 이상이면, 제2 배터리를 백업용 전원으로서 이용해도 문제 없다고 판단할 수 있다.
ECU에서는 또한, 배터리의 충전량이 제3 역치 이상인지 여부가 판정된다. 여기서 「제3 역치」라 함은, 제2 배터리의 판정 시점에서의 충전량이 백업 전원으로서의 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판정하기 위한 역치를 말하며, 백업용 전원으로서 기능하기 위한 최저값에 대응하는 값으로서 설정된다. 즉, 제3 역치는 제2 역치보다 작은 값으로서 설정되어 있다. 판정의 결과, 예를 들어 제2 배터리의 충전량이 제3 역치 이상이면, 제2 배터리를 백업용 전원으로서 이용할 수 있다고 판단할 수 있다. 제2 배터리의 충전량이 제3 역치 미만이면, 이 상태에서는 제2 배터리를 백업용 전원으로서 이용할 수는 없다고 판단할 수 있다.
상술한 열화도 판정 및 충전량 판정의 결과, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만이고, 제2 배터리의 충전량이 제2 역치 미만 또한 제3 역치 이상일 때에는, ECU에 의해 단 배터리 제어가 행해진다. 구체적으로는, 제1 배터리에서는 회생 전력을 이용한 회생 제어를 실행하고, 제2 배터리에서는 회생 제어를 실행하지 않도록 제어가 행해진다. 또한, 여기에서의 「회생 제어」라 함은, 제1 배터리 및 제2 배터리 중 적어도 한쪽에 있어서 회생 전력을 적절히 충전 또는 방전함으로써, 차량의 연비를 향상시키는 제어를 말한다.
여기서 본 발명에서는, 제1 배터리 및 제2 배터리의 양쪽이 회생 전력을 충전 가능하므로, 통상의 동작 시에 있어서는, 제1 배터리 및 제2 배터리의 양쪽에서 회생 제어를 실행함으로써, 연비 향상 효과를 크게 향상시킬 수 있다. 그러나, 제2 배터리는, 백업 대상 보조 기계에 백업 전력을 공급하는 기능을 확보하고 있는 것이 요구되므로, 백업용의 전원으로서 충분한 기능을 발휘할 수 없는 상황에 있어서도 회생 제어에 이용하는 것은 바람직하지 않다. 이로 인해, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 미만이라도, 제2 배터리의 충전량이 제2 역치 미만 또한 제3 역치 이상인 경우에는, 제1 배터리만으로 회생 제어가 실행되고, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능 확보가 우선된다. 따라서, 회생 제어를 실행해 버렸기 때문에, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능이 상실되어 버린다고 하는 문제를 피할 수 있다.
또한, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능을 확보하기 위해, 모든 회생 제어를 금지해 버리면(즉, 제1 배터리에 의한 회생 제어도 금지해 버리면), 회생 제어에 의해 얻어지는 연비 향상 효과는 없어져 버리게 된다. 그런데 본 발명에서는, 제2 배터리에 의한 회생 제어를 행하지 않는 경우라도, 제1 배터리에 의한 회생 제어(즉, 단 배터리 제어)가 행해진다. 이로 인해, 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 상응하게 얻을 수 있다. 따라서, 회생 제어의 연비 향상 효과가 현저하게 저하되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 본 실시 형태의 효과는, 제2 역치를 설정할 때의 소정값의 크기에 의해 적절히 조정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 소정값을 크게 하면, 백업용 전원으로서의 충전량의 최저값에 대한 마진이 커지므로, 백업용 전원으로서의 기능을 유지시키는 효과를 높일 수 있다. 한편, 소정값을 작게 하면, 단 배터리 제어를 행하는 범위가 좁아지므로(바꿔 말하면, 제2 배터리의 충전량이 낮은 경우라도, 가능한 한 단 배터리 제어를 행하지 않아도 되므로), 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전원 장치에 따르면, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능을 성립시키면서, 효과적으로 연비를 향상시키는 것이 가능하다.
상기한 형태에 있어서, ECU는, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 이상이라고 판정될 때, 상기 단 배터리 제어를 행하도록 구성될 수 있다.
상기한 형태에 따르면, 제2 배터리의 열화도가 제1 역치 이상이라고 판정되면, 제2 배터리의 충전량에 상관없이 단 배터리 제어가 행해진다. 이와 같이 제어하면, 제2 배터리가 열화되어 있다고 판단할 수 있을 때에는, 제2 배터리에 의한 회생 제어가 행해지지 않는다. 따라서, 제2 배터리의 가일층의 열화를 억제하고, 백업용 전원으로서의 기능 확보를 우선시킬 수 있다. 또한, 제2 배터리에 의한 회생 제어를 행하지 않을 때라도, 제1 배터리에 의한 회생 제어가 행해진다. 그로 인해, 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 상응하게 얻을 수 있다.
상기한 형태에 있어서, ECU는, 제2 배터리의 열화도가 상기 제1 역치 미만이고, 또한 상기 제2 배터리의 충전량이 상기 제2 역치 이상일 때, 양 배터리 제어를 행하도록 구성될 수 있다. 양 배터리 제어에 있어서는, 제1 배터리 및 제2 배터리에서 상기 회생 제어가 실행된다.
상기한 형태에 따르면, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능에 전혀 문제가 없는 경우에는, 양 배터리 제어(즉, 제1 배터리 및 제2 배터리의 양쪽을 이용한 회생 제어)가 행해진다. 이에 의해, 예를 들어 어느 한쪽의 배터리만을 이용하여 회생 제어를 행하는 경우와 비교하면, 연비 향상 효과를 높일 수 있다.
상기한 형태에 있어서, ECU는, 제2 배터리의 충전량이 제3 역치 미만일 때에는, 제2 배터리에의 회생 제어에 의한 충전을 허가하도록 구성될 수 있다.
제2 배터리의 충전량이 제3 역치 미만일 때에는, 제2 배터리는 백업용 전원으로서 기능할 수 없다. 이로 인해, 제2 배터리의 충전량이 제3 역치 미만일 때에는, 제2 배터리의 충전량을 빠르게 제3 역치 이상으로 회복시키는 것이 바람직하다.
그런데 상기한 형태에서는, 제2 배터리의 충전량이 제3 역치 미만일 때에는, 제2 배터리에의 회생 제어에 의한 충전이 허가된다. 보다 구체적으로는, 회생 제어에 의한 방전은 허가되지 않고, 충전만이 허가된다. 이로 인해, 제2 배터리의 충전량을 적절하게 회복하는 것이 가능해지고, 제2 배터리의 백업용 전원으로서의 기능을 보다 적합하게 확보할 수 있다.
상기한 형태에 있어서, 제1 배터리 및 제2 배터리는, 서로 전기적으로 병렬로 접속되어도 된다. ECU는, 제1 배터리 및 상기 회생기로부터 제2 배터리를 전기적으로 절단함으로써, 단 배터리 제어를 행하도록 구성될 수 있다.
이 형태에 따르면, 제1 배터리 및 제2 배터리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 그로 인해, 백업 대상 보조 기계나 그 밖의 부하 기기에 대해 안정적으로 전력을 공급할 수 있고, 안정된 동작을 확보할 수 있다.
또한 본 형태에서는, 단 배터리 제어를 행할 때에, 제2 배터리가 제1 배터리 및 회생기로부터 전기적으로 절단된다. 따라서, 제2 배터리의 충방전에 의해 제2 배터리에 가해지는 부담을 확실하게 작게 할 수 있고, 제2 배터리의 가일층의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제2 배터리의 전기적 절단은, 스위치 등을 이용하여 실현하면 된다.
상기한 형태에 있어서, 제1 배터리 및 제2 배터리의 한쪽은, 리튬 이온 전지 또는 니켈 수소 전지이다.
이 형태에 따르면, 예를 들어 제1 배터리 및 제2 배터리의 한쪽의 체적 및 질량을 억제할 수 있다. 예를 들어 당해 전원 장치의 소형화 등을 도모할 수 있다. 또한, 제1 배터리 및 제2 배터리의 다른 쪽을, 예를 들어 납 배터리로 하면, 서로 OCV(Open Circuit Voltage:개로 전압) 특성이 닮아 있으므로, 당해 전원 장치의 제어가 비교적 용이해짐과 함께, 비교적 저렴하게 당해 전원 장치를 구성할 수 있어, 실용상 매우 유리하다.
본 발명의 작용 및 다른 이득은 다음에 설명하는 실시하기 위한 형태로부터 명확하게 된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 동등한 요소들을 동등한 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 이하에 설명된다.
도 1은 실시 형태에 관한 전원 장치의 개요를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 실시 형태에 관한 전원 장치의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 3은 실시 형태에 관한 전원 장치의 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 나타내는 그래프.
도 4는 단 배터리 제어 중에 있어서의 NiMH 배터리의 충전량 회복 방법을 나타내는 흐름도.
도 5는 NiMH 배터리의 충전량에 대응하여 실행되는 각종 제어를 나타내는 개념도.
이하에서는, 본 발명의 전원 장치에 관한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 관한 전원 장치의 구성에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 여기에 도 1은 실시 형태에 관한 전원 장치의 개요를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 당해 전원 장치는, 자동차 등의 차량에 탑재되어 있다.
도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 전원 장치(10)는, ECU(100)와, 얼터네이터(210)와, 스타터(220)와, 보조 기계(230)와, 백업 대상 보조 기계(240)와, 납 배터리(310)와, NiMH 배터리(320)와, 스위치(SW1 및 SW2)를 구비하여 구성되어 있다.
ECU(100)는, 본 실시 형태에 관한 전원 장치(10)가 탑재되는 차량의 각 부를 제어하는 컨트롤러이다. 본 실시 형태에 관한 ECU(100)는 특히, 납 배터리 판정부(110), NiMH 배터리 열화도 판정부(120), NiMH 배터리 충전량 판정부(130) 및 회생 제어부(140)를 구비하여 구성되어 있다.
납 배터리 판정부(110)는, 납 배터리(310)가 정상적으로 기능하고 있는지 여부를 판정한다. NiMH 배터리 열화도 판정부는, NiMH 배터리(320)의 열화도가 소정의 역치 A 미만인지 여부를 판정한다. NiMH 배터리 충전량 판정부(130)는, NiMH 배터리(320)의 충전량이 소정의 역치 B 이상인지 여부를 판정한다. 회생 제어부(140)는, 얼터네이터(210), 스위치(SW1 및 SW2)를 각각 제어함으로써, 전원 장치(10)에서 행해지는 회생 제어에 관한 제어를 행한다.
얼터네이터(210)는, 「회생기」의 일 구체예이며, 차량에 탑재되는 엔진(도시하지 않음)의 동력을 이용하여 회생 전력을 발생시킨다. 또한, 얼터네이터(210)는, 모터 제너레이터로서 구성되어도 된다.
스타터(220)는, 납 배터리(310) 또는 NiMH 배터리(320)로부터 공급되는 전력에 의해 동작하는 모터이며, 차량에 탑재되는 엔진을 시동시킨다. 보조 기계(230)는, 납 배터리(310) 또는 NiMH 배터리(320)로부터 공급되는 전력에 의해 동작하는 부하 기기이며, 예를 들어 라이트, 파워 스티어링 장치, 전동 스태빌라이저 등으로서 구성된다. 백업 대상 보조 기계(240)는, 전원 이상 시 등에 있어서 백업 전력이 공급되는 것을 필요로 하는 보조 기계이며, 예를 들어 시프트 바이 와이어, 브레이크 바이 와이어 및 스티어 바이 와이어 등으로서 구성된다.
납 배터리(310)는, 「제1 배터리」의 일 구체예이며, 주로 상술한 ECU(100), 스타터(220), 보조 기계(230) 등에 전력을 공급하는 메인 배터리이다. NiMH 배터리(320)는, 「제2 배터리」의 일 구체예이며, 주로 백업 대상 보조 기계(240)에 전력을 공급하는 서브 배터리(백업용 배터리)이다. 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)의 각각은, 얼터네이터(210)의 회생 전력에 의해 충전 가능하게 구성되어 있다. 또한, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)는, 서로 OCV 특성이 닮아 있으므로, 전원 장치(10)의 제어가 비교적 용이해짐과 함께, 비교적 저렴하게 전원 장치(10)를 구성할 수 있다.
스위치(SW1)는, 백업 대상 보조 기계(240) 및 NiMH 배터리(320)와 다른 기기 사이에 설치되어 있다. 스위치(SW1)를 폐쇄함으로써 백업 대상 보조 기계(240) 및 NiMH 배터리(320)와 다른 기기의 전기적 접속이 실현되고, 스위치(SW1)를 개방함으로써 백업 대상 보조 기계(240) 및 NiMH 배터리(320)와 다른 기기의 전기적 접속이 절단된다. 한편, 스위치(SW2)는, NiMH 배터리(320)와 다른 기기 사이에 설치되어 있다. 스위치(SW2)를 폐쇄함으로써 NiMH 배터리(320)와 다른 기기의 전기적 접속이 실현되고, 스위치(SW2)를 개방함으로써 NiMH 배터리(320)와 다른 기기의 전기적 접속이 절단된다.
또한, 본 실시 형태에서는, NiMH 배터리(320) 등의 전기적 절단을 상술한 바와 같이 스위치(SW1 및 SW2)에 있어서 실현하고 있지만, 스위치(SW1 및 SW2)를 DCDC 컨버터로 치환하는 것도 가능하고, 이하에 있어서 설명하는 제어와 마찬가지의 제어를 실행하는 것이 가능하다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 전원 장치(10)에 있어서 실시되는 회생 제어에 대해, 도 2를 참조하여 설명한다. 여기에 도 2는 실시 형태에 관한 전원 장치의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 설명의 편의상, 전원 장치(10)에 있어서 실행되는 각종 처리 중, 회생 제어에 관한 처리에 대해 상세하게 설명하고, 그 밖의 일반적인 처리에 대해서는 적절히 설명을 생략하는 것으로 한다.
도 2에 있어서, 본 실시 형태에 관한 전원 장치(10)의 동작 시에는, 우선 납 배터리 판정부(110)에 있어서, 납 배터리(310)가 정상인지 여부가 판정된다(스텝 S101). 즉, 납 배터리(310)가 요구되는 동작을 정상적으로 실행 가능한지 여부가 판정된다. 납 배터리 판정부(110)는, 예를 들어 납 배터리(110)에 고장이 발생하고 있지 않은지, 혹은 납 배터리의 최대 충전 용량 및 현재의 충전량이 충분한지 여부 등을 고려하여 판정을 행한다.
여기서, 납 배터리(310)가 정상이 아니라고 판정되었을 때에는(스텝 S101:"아니오"), 회생 제어부(140)에 의해 회생 제어가 금지된다(스텝 S106). 즉, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320) 모두에 있어서 회생 제어가 실행되지 않는 상태로 된다. 이와 같이 하면, 납 배터리(310)가 정상이 아닌 상태에서, 부적절한 회생 제어가 실행되어 버리는 것을 방지하는 것이 가능하다.
한편, 납 배터리(210)가 정상이라고 판정되었을 때에는(스텝 S101:"예"), NiMH 배터리 열화도 판정부(120)에 있어서, NiMH 배터리(320)의 열화도가 역치 A 미만인지 여부가 판정된다(스텝 S102). 역치 A는, 「제1 역치」의 일 구체예이며, NiMH 배터리의 열화도가, 백업용 전원으로서 기능하지 않거나, 혹은 가까운 장래에 기능하지 않게 될 우려가 있는 정도로 크게 되어 있는지 여부를 판정하기 위한 역치로서 미리 설정된다. 역치 A는, 예를 들어 사전의 시뮬레이션 등에 의해, 회생 제어에 의한 가일층의 배터리 열화를 억제해야 할 열화도에 대응하는 값으로서 적절히 설정하면 된다.
NiMH 배터리의 열화도가 역치 A 미만이라고 판정되었을 때(스텝 S102:"예"), NiMH 배터리 충전량 판정부(130)에 있어서, NiMH 배터리(320)의 충전량(즉, SOC)이 역치 B 이상인지 여부가 판정된다(스텝 S103). 역치 B는, 「제2 역치」의 일 구체예이며, NiMH 배터리의 충전량이, 백업용 전원으로서 충분한지 여부를 판정하기 위한 역치로서 미리 설정된다. 역치 B는, 예를 들어 사전의 시뮬레이션 등에 의해, 백업용 전원으로서의 기능을 발휘할 수 있는 충전량에 다소의 마진을 가지게 한 값으로서 적절히 설정하면 된다.
NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 B 이상이라고 판정되었을 때(스텝 S103:"예"), 회생 제어부(140)에 의해, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)의 양쪽을 이용한 회생 제어가 실시되도록 제어가 행해진다(스텝 S104). 구체적으로는, 스위치(SW1 및 SW2)가 모두 폐쇄된 상태로 되도록 제어되고, 얼터네이터(210)나 납 배터리(310) 등과, 백업 대상 보조 기계(240) 및 NiMH 배터리(320)가 전기적으로 접속된다. 이 경우, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)의 양쪽의 충전 용량을 이용한 회생 제어가 실시 가능해진다. 그로 인해, 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 여기에서의 제어는, 「양 배터리 제어」의 일 구체예이다.
한편, NiMH 배터리의 열화도가 역치 A 이상이라고 판정되었을 때(스텝 S103:"아니오"), 또는 NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 B 미만이라고 판정되었을 때(스텝 S104:"아니오"), 회생 제어부(140)에 의해, 납 배터리(310)만을 이용한 회생 제어가 실시되도록 제어가 행해진다(스텝 S105). 즉, NiMH 배터리(320)에 의한 회생 제어는 금지된다. 구체적으로는, 스위치(SW1)가 개방된 상태로 되도록 제어되고, 얼터네이터(210)나 납 배터리(310) 등과, 백업 대상 보조 기계(240) 및 NiMH 배터리(320)가 전기적으로 절단된다. 이 경우, 회생 제어에 의한 NiMH 배터리(320)의 충방전을 없앨 수 있다. 그로 인해, NiMH 배터리(320)의 가일층의 열화 및 NiMH 배터리(320)의 충전량의 감소를 억제할 수 있다. 따라서, NiMH 배터리(320)의 백업용 전원으로서의 기능을 우선적으로 확보하는 것이 가능해진다. 바꿔 말하면, NiMH 배터리(320)를 회생 제어에 이용해 버렸기 때문에, 백업용 전원으로서의 기능이 상실되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 여기에서의 제어는, 「단 배터리 제어」의 일 구체예이다.
상술한 바와 같이, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)의 양쪽을 이용한 회생 제어, 및 납 배터리(310)만을 이용한 회생 제어를 적절하게 전환함으로써, 적절하게 연비 향상 효과를 높일 수 있다. 이하에서는, 이러한 회생 제어에 의한 연비 향상 효과에 대해, 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다. 여기에 도 3은 실시 형태에 관한 전원 장치의 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 3에서는, 설명의 편의상, NiMH 배터리(320)의 충전량이 일시적으로 부족한 경우의 납 배터리(310)만으로의 회생 제어(즉, 도 2에 있어서의 스텝 103이 "아니오"인 경우의 제어)는 고려하고 있지 않다.
도 3에 있어서, NiMH 배터리(320)의 사용 연수가 비교적 짧은 경우에는, 열화도도 크게 되어 있지 않으므로, 납 배터리(310) 및 NiMH 배터리(320)의 양쪽의 충전 용량을 이용한 회생 제어가 실시 가능하다. 이로 인해, 사용 연수가 짧은 기간에 있어서는, 회생 제어에 의한 연비 향상 효과는 극히 높은 것으로 된다.
그러나, NiMH 배터리(320)의 사용 연수가 비교적 길어지면, 열화도가 상승하여 역치 A 이상으로 되고, 백업용 전원으로서의 기능 확보를 우선할 수 밖에 없게 된다. 이로 인해, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후(즉, 열화도가 역치 A에 도달한 후)에는, NiMH 배터리(320)에 의한 회생 제어가 금지된다.
여기서, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후에 모든 회생 제어를 금지하는[즉, 납 배터리(310)에 의한 회생 제어 및 NiMH 배터리(320)에 의한 회생 제어의 양쪽을 금지하는] 비교예를 생각한다. 이러한 비교예에서는, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 전에 있어서는 본 실시 형태와 마찬가지의 연비 향상 효과를 발휘할 수 있다고 생각된다. 한편, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후에 있어서는, 회생 제어에 의한 연비 향상 효과를 전혀 얻을 수 없게 되어 버린다(도면 중의 파선 참조). 이로 인해, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후에는, 연비 향상 효과가 현저하게 저하되어 버리게 된다.
이에 반해 본 실시 형태에서는, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후에 있어서도 납 배터리(310)에 의한 회생 제어가 실시 가능하게 된다. 이로 인해, NiMH 배터리(320)의 열화 판정 후에 있어서도 연비 향상 효과가 상응하게 얻어지고, 급격한 연비 악화를 방지할 수 있다(도면 중의 실선 참조).
다음으로, 단 배터리 제어 중에 있어서의 NiMH 배터리의 충전량 회복 방법에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 여기에 도 4는 단 배터리 제어 중에 있어서의 NiMH 배터리의 충전량 회복 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한 도 5는 NiMH 배터리의 충전량에 대응하여 실행되는 각종 제어를 나타내는 개념도이다.
도 4에 있어서, 본 실시 형태에 관한 전원 장치에서는, 단 배터리 제어 중[즉, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 B 미만일 때]에(스텝 S201:"예"), NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만인지 여부가 판정된다(스텝 S202). 역치 C는, 「제3 역치」의 일례이며, 백업용 전원에 요구되는 최저값(즉, 역치 C를 하회하면 백업용 전원으로서 기능할 수 없는 값)으로서 설정되는 역치이다. 이로 인해, 역치 C는 역치 B보다도 작다.
그리고, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만이라고 판정되면(스텝 S202:"예"), 단 배터리 제어 중이라도, NiMH 배터리(320)에 대해 회생 제어에 의한 충전이 허가된다(스텝 S203). 즉, 회생 제어에 의한 방전은 허가되지 않지만, 충전에 관해서는 허가된다.
도 5에 있어서, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만일 때에는, NiMH 배터리(320)는 백업용 전원으로서 기능할 수 없다. 이로 인해, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만일 때에는, NiMH 배터리(320)의 충전량을 빠르게 역치 C 이상으로 회복시키는 것이 바람직하다. 그러나, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만일 때에는, 동시에 NiMH 배터리(320)의 충전량은 역치 B 미만이므로, 단 배터리 제어가 선택된다. 이 경우, 단 배터리 제어를 충실하게 실행해 버리면[즉, NiMH 배터리(320)에 의한 회생 제어를 완전히 금지해 버리면], NiMH 배터리(320)의 충전량을 회복시키기 위한 방법으로서, 회생 제어 이외에서의 충전이 요구되어 버린다.
이에 반해 본 실시 형태에서는, NiMH 배터리(320)의 충전량이 역치 C 미만일 때에는, 단 배터리 제어 중이라도 NiMH 배터리(320)에의 회생 제어에 의한 충전이 허가된다. 이로 인해, NiMH 배터리(320)의 충전량을 적절하게 회복하는 것이 가능해지고, NiMH 배터리(320)의 백업용 전원으로서의 기능을 보다 적합하게 확보할 수 있다. 또한, 회생 제어에 의한 충전 이외의 방법으로 NiMH 배터리(320)의 충전량을 회복할 수 있을 때에는, 반드시 상술한 회생 제어에 의한 충전이 요구되는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전원 장치(10)에 따르면, NiMH 배터리(320)의 백업용 전원으로서의 기능을 확보하면서, 효과적으로 연비를 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구 범위 및 명세서 전체로부터 읽어낼 수 있는 발명의 요지 혹은 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하고, 그러한 변경을 수반하는 전원 장치도 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

Claims (6)

  1. 전원 장치이며,
    차량에 탑재되는 백업 대상 보조 기계(240)와,
    제1 배터리(310)와,
    제2 배터리(320)와,
    상기 제1 배터리(310) 및 상기 제2 배터리(320)는, 상기 백업 대상 보조 기계(240)에 전력을 공급하도록 구성되고,
    회생 전력을 발생시켜 상기 제1 배터리(310) 및 상기 제2 배터리(320)를 충전하도록 구성되는 회생기(210)와,
    ECU(100)를 포함하고,
    ECU(100)는,
    a) 조건 i)이 충족되어 있는지 여부를 판정하고,
    조건 i) 상기 제2 배터리(320)의 열화도가 제1 역치 미만이다
    b) 조건 ii) 및 조건 iii)이 충족되어 있는지 여부를 판정하고,
    조건 ii) 상기 제2 배터리(320)의 충전량이, 제2 역치 미만이다
    조건 iii) 상기 제2 배터리(320)의 충전량이, 제3 역치 이상이다
    상기 제2 역치는, 상기 제2 배터리(320)가 백업용 전원으로서 기능하기 위해 요구되는 충전량의 최저값보다도 소정값 큰 값이며, 상기 제3 역치는, 상기 최저값이고,
    c) 상기 조건 i), ii), iii)이 모두 충족되어 있다고 상기 ECU가 판단하였을 때, 단 배터리 제어를 행하도록 구성되고,
    단 배터리 제어라 함은, 상기 제1 배터리(310)에서 상기 회생 전력을 이용한 회생 제어를 실행하고, 상기 제2 배터리(320)에서는 상기 회생 제어는 실행하지 않는 제어를 말하는 것인 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 ECU(100)는, 상기 조건 ⅰ)이 충족되지 않을 때, 상기 단 배터리 제어를 행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 ECU(100)는, 상기 조건 ⅰ)이 충족되고, 또한 상기 조건 ⅱ)가 충족되지 않을 때, 양 배터리 제어를 행하도록 구성되고, 상기 양 배터리 제어에 있어서는, 상기 제1 배터리(310) 및 상기 제2 배터리(320)에서 상기 회생 제어가 실행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ECU(100)는, 상기 조건 ⅲ)이 충족되지 않을 때에는, 상기 제2 배터리(320)에의 상기 회생 제어에 의한 충전을 허가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배터리(310) 및 상기 제2 배터리(320)는, 서로 전기적으로 병렬로 접속되어 있고,
    상기 ECU(100)는, 상기 제1 배터리(310) 및 상기 회생기(10)로부터 상기 제2 배터리(320)를 전기적으로 절단함으로써, 상기 단 배터리 제어를 행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배터리(310) 및 상기 제2 배터리(320)의 한쪽은, 리튬 이온 전지 또는 니켈 수소 전지인 것을 특징으로 하는, 전원 장치.
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