WO2011121975A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

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WO2011121975A1
WO2011121975A1 PCT/JP2011/001819 JP2011001819W WO2011121975A1 WO 2011121975 A1 WO2011121975 A1 WO 2011121975A1 JP 2011001819 W JP2011001819 W JP 2011001819W WO 2011121975 A1 WO2011121975 A1 WO 2011121975A1
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power supply
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generator
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岩見良太郎
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パナソニック株式会社
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    • H02J7/1423Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle power supply device used for a vehicle such as an automobile.
  • hybrid cars and electric cars have been attracting attention from the viewpoint of environmental protection, and their development is rapidly progressing.
  • These automobiles have a configuration in which driving power of driving wheels is obtained by converting DC power from a power source having a secondary battery into AC power and driving the motor with AC power.
  • a hybrid car is an electric vehicle that shares an engine and an electric motor, and is a kind of electric vehicle in a broad sense. Therefore, in this specification, for the sake of convenience, unless otherwise specified, the term “electric vehicle” is used in a broad sense including a hybrid car.
  • Patent Document 1 Conventionally, for example, a device described in Patent Document 1 is known as a vehicle battery deterioration determination device.
  • a voltage change of a battery voltage detected after that is calculated, and the calculated voltage change is compared with a predetermined determination value to determine the battery voltage.
  • a technique for performing deterioration determination is disclosed.
  • the electrical load is, for example, an air conditioner, a power steering, a headlight, a brake lamp, a radiator fan, or the like.
  • the voltage change is calculated as a voltage change for a predetermined time (that is, a slope of the voltage change) or a battery voltage drop with respect to the electric load.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 can accurately detect changes in the battery over time as battery deterioration, and can promptly warn the driver of a start failure or engine stall due to battery exhaustion. .
  • An object of the present invention is to provide a vehicle power supply device that can further improve the accuracy of battery deterioration detection.
  • a power supply device for a vehicle includes a generator mounted on a vehicle, a high-voltage first battery connected to the generator and storing electric power generated by the generator, the generator, and the generator A DC / DC converter provided between the first battery and the electrical component; the first battery; a second battery having a lower voltage than the first battery connected via the DC / DC converter; Control means for controlling the operation of the DC / DC converter so that power is supplied from the first battery to the second battery when the first battery is expected to be taken out; In synchronization with the control operation to the DC / DC converter by the means, the measuring means for measuring the parameter necessary for detecting the deterioration of the first battery, and using the measurement result of the measuring means Having a determination means for determining deterioration of the first battery.
  • the accuracy of battery deterioration detection can be further improved.
  • the block diagram which shows the structure of the power supply system containing the vehicle power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • Main flowchart showing the overall operation of the power supply system of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the battery state detection process of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the battery state control process of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the 1st battery SOC control process of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the 2nd battery SOC control process of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the DC / DC converter output control processing of FIG. The flowchart which shows the content of the deterioration detection process at the time of FIG. Schematic for demonstrating the content of the deterioration detection process at the time of discharge of FIG. Main flowchart showing the overall operation of the power supply system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the flowchart which shows the content of the battery state control process of FIG. The flowchart which shows the content of the 1st battery SOC control process of FIG.
  • the flowchart which shows the content of the 2nd battery SOC control process of FIG. The flowchart which shows the content of the regenerative power generation control of FIG. 12, and the deterioration detection process at the time of charge Schematic for demonstrating the content of the deterioration detection process at the time of charge shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply system including a vehicle power supply device according to the present embodiment.
  • a power supply system 100 shown in FIG. 1 includes a generator 110, two batteries (a first battery 120 and a second battery 130), two current sensors 122 and 132, two DC / DC converters 140 and 172, and a power supply ECU (Electronic).
  • Control Unit electronic control unit 150, starter 160, starter relay 162, electric compressor 170, and other general load (electrical component) 180 mounted on the vehicle.
  • the two batteries 120 and 130, the two current sensors 122 and 132, the two DC / DC converters 140 and 172, and the power supply ECU 150 constitute a power supply device.
  • the starter 160, the electric compressor 170, and other general loads (electrical components) 180 are collectively referred to as “electric loads”.
  • the generator 110 generates power by transmitting the rotation of an engine (not shown) when the vehicle decelerates, and outputs regenerative energy power.
  • the generator 110 is a large-capacity alternator (for example, 150 A class) with an IC regulator, and is belt-driven by the engine to generate a voltage (for example, a voltage of 42 V) instructed from the power supply ECU 150.
  • the generator 110 can be forcibly driven (power generation) as required by the control of the power supply ECU 150 (forced power generation).
  • the generator 110 is connected to the first battery 120 and the two DC / DC converters 140 and 172, respectively.
  • an alternator is used as the generator 110, but the present invention is not limited to this.
  • a motor generator may be employed as the generator 110 instead of the alternator.
  • One motor generator has both the function of an electric motor (motor) and the function of a generator (generator).
  • the generator 110 may be connected to, for example, a transmission shaft such as a gear or a belt, or directly connected to an axle or a crankshaft instead of the belt drive by the engine.
  • the first battery 120 is connected to the generator 110 and the two DC / DC converters 140 and 172, respectively.
  • the first battery 120 collects and stores regenerative energy generated in the generator 110 when the vehicle decelerates, and an electric load (mainly electric Electric power is supplied to the compressor 170, the general load 180) and the second battery 130.
  • the first battery 120 is preferably a high-voltage, high-performance battery excellent in charge acceptance that increases the charging current in order to efficiently recover regenerative energy.
  • the 1st battery 120 is a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, etc., and generates a high voltage (for example, 36V) so that regenerative energy can be charged efficiently.
  • the first battery 120 functions as a main battery in the present system. As will be described later, the present embodiment aims to detect the deterioration of the main battery (first battery 120). .
  • the second battery 130 is, for example, a general lead battery having a nominal voltage of 12 V, generates a voltage of 12 to 13 V, and supplies power to an electric load (mainly the starter 160 and the general load 180).
  • the second battery 130 is charged by receiving power from the generator 110 or the first battery 120.
  • Second battery 130 is connected to DC / DC converter 140, general load 180, and starter relay 162.
  • the 2nd battery 130 is not necessarily limited to a lead battery, For example, it can replace with a lead battery and a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, etc. can be used.
  • the current sensor 122 is a current sensor for measuring the charge / discharge current of the first battery 120 in order to detect the state of the first battery 120.
  • the current sensor 132 is a current sensor for measuring the charge / discharge current of the second battery 130 in order to detect the state of the second battery 130.
  • the DC / DC converter 140 for example, steps down or boosts the voltage on the input side and supplies it to the output side according to the switching operation of the built-in power transistor.
  • DC / DC converter 140 mainly converts the input DC voltage (the output voltage of generator 110 or the output voltage of first battery 120) into another DC voltage lower than this, and outputs the converted DC voltage. It functions as a step-down DC / DC converter.
  • the DC / DC converter 140 steps down the voltage of 36 V (input side, that is, the first battery 120 side) to a voltage of about 12 V (output side, that is, the second battery 130 side).
  • the DC / DC converter 140 receives a voltage of 36V as an input voltage and outputs a voltage of 12.5 to 14.5V as an output voltage.
  • the output voltage of DC / DC converter 140 is controlled by power supply ECU 150.
  • the output voltage of the DC / DC converter 140 is controlled to 12.5 V to supply power to the general load 180.
  • the output of the DC / DC converter 140 is output.
  • the voltage is controlled to 14.5V.
  • the output voltage of the DC / DC converter 140 can be controlled in the range of 12.5 to 14.5 V in order to control the charging of the second battery 130.
  • the DC / DC converter 172 mainly converts the input DC voltage (the output voltage of the generator 110 or the output voltage of the first battery 120) into another DC voltage higher than this and outputs it. It functions as a DC / DC converter.
  • the DC / DC converter 172 sets the voltage of 36 V (input side, that is, the first battery 120 side) to 200 to 300 V (output side, that is, the electric compressor 170 side).
  • Boost to voltage. Note that when a higher voltage (for example, 200 to 300 V) battery is used as the first battery 120, the DC / DC converter 172 can be omitted.
  • the power supply ECU 150 comprehensively controls the power supply system 100. Specifically, for example, the power supply ECU 150 controls ON (start) / OFF (stop) and output voltage of each of the DC / DC converters 140 and 172. The power supply ECU 150 performs ON (start) / OFF (stop) and output control of the electric compressor 170. Further, power supply ECU 150 measures the voltage and charging / discharging current of each battery 120, 130, and calculates the state of charge (SOC: State Of Charge) of each battery 120, 130 by current integration. Further, the power supply ECU 150 controls the generator 110.
  • SOC State Of Charge
  • power supply ECU 150 detects the deterioration of first battery 120 by simultaneously measuring (sampling) the current and voltage of first battery 120 during discharge at a predetermined timing and calculating the internal resistance. Further, the power supply ECU 150 performs other control described later. Details of the control of the power supply ECU 150 will be described later in detail with reference to the flowcharts of FIG.
  • the power supply ECU 150 is constituted by a microcomputer, specifically, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) in which a program is recorded, and a RAM (Random Access Memory) for program execution. Has been.
  • the starter 160 is a motor used when starting (cranking) the engine.
  • the starter 160 is also used for restarting the engine after stopping in the middle of running and stopping idling.
  • Energization of the starter 160 is performed by turning on the starter relay 162 by turning on an ignition (IG) switch (not shown), which is an engine start switch, at an engine start position (ST position).
  • IG ignition
  • ST position engine start position
  • the electric compressor 170 is a compressor driven by a built-in motor, and constitutes a part of an air conditioner (air conditioner).
  • the rated voltage of the electric compressor 170 is, for example, 200 to 300 V, and has the highest load among on-vehicle electric loads. In the present embodiment, as will be described later, the electric compressor 170 having the highest load is used in order to create a situation in which deterioration of the battery can be detected with high accuracy. Since electric compressor 170 is driven by electricity, in many cases, electric compressor 170 is used in combination with a regenerative system having a battery that stores regenerative energy. In a system that does not use an electric compressor, other high-load electrical components can be used instead of the electric compressor. Of course, even in a system using an electric compressor, other high-load electric components can be used together with the electric compressor.
  • General load 180 is, for example, various lamps mounted on the vehicle, wipers, audio equipment, navigation devices, air conditioners (excluding electric compressor 170), and the like.
  • a plurality of devices for example, a generator 110, a first battery 120 (nickel metal hydride battery or lithium ion battery) that is a high-voltage main battery, a step-down DC / DC converter 140, a nominal voltage of 12V
  • a regenerative system is composed of a second battery 130, which is a general lead battery, and an electric compressor 170.
  • the electric load is controlled at the same time by controlling a plurality of devices (for example, the electric compressor 170 / the electrical component 180 and the DC / DC converter 140).
  • a plurality of devices for example, the electric compressor 170 / the electrical component 180 and the DC / DC converter 140.
  • the electric compressor 170 when the electric compressor 170 is turned on or when its power consumption increases, or when an electric component (general load) 180 such as a headlight is turned on, the electric power consumption of the electric compressor 170 or the electric component 180 is The output voltage of the first battery 120 is increased by increasing the output voltage of the DC / DC converter 140 at the same timing and supplying power to the second battery 130 as well. Then, at the moment when the output power from the first battery 120 becomes larger, the current and voltage of the first battery 120 are measured at the same time, the internal resistance of the first battery 120 is calculated from the measurement result, and the first battery 120 is deteriorated. Is detected.
  • the timing of increasing the output voltage of the DC / DC converter 140 when the condition for taking out from the first battery 120 is satisfied in order to match the power consumption and timing of the electric compressor 170 or the electrical component 180, In synchronism with this, the output voltage of the DC / DC converter 140 is increased.
  • the conditions for taking out the first battery 120 are set in advance by, for example, experiments. An example of such conditions is as shown in FIG.
  • FIGS. 3 is a main flowchart showing the entire operation of the power supply system of FIG. 1, FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the battery state detection process of FIG. 3, and FIG. 5 is the contents of the battery state control process of FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the first battery SOC control process of FIG. 5, FIG. 7 is a flowchart showing the contents of the second battery SOC control process of FIG. 5, and FIG. 8 is the regeneration of FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the contents of the DC / DC converter output control process of FIG. 8, FIG. 10 is a flowchart showing the contents of the discharge deterioration detection process of FIG. 3, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the content of a deterioration detection process during discharge in FIG. 3 to 10 are stored as a control program in a storage device such as a ROM and executed by the CPU.
  • step S1000 the power supply ECU 150 determines whether or not an ignition (IG) switch (not shown) is turned on. Specifically, power supply ECU 150 determines that the ignition switch has been turned ON when the ignition switch is turned on at the engine start position (ST position). As a result of this determination, if the ignition switch is turned on (S1000: YES), the process proceeds to step S2000. If the ignition switch is not turned on (S1000: NO), the process waits.
  • IG ignition
  • step S2000 power supply ECU 150 starts the engine. Specifically, power supply ECU 150 turns on starter relay 162 to energize starter 160 from second battery 130. This starts the engine.
  • step S3000 the power supply ECU 150 performs a battery state detection process.
  • the contents of this battery state detection process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S3100 power supply ECU 150 performs battery measurement. Specifically, power supply ECU 150 measures current (I 1 ) and voltage (V 1 ) of first battery 120, and measures current (I 2 ) and voltage (V 2 ) of second battery 130. The current (I 1 ) of the first battery 120 is detected by the current sensor 122, and the current (I 2 ) of the second battery 130 is detected by the current sensor 132.
  • step S3200 power supply ECU 150 calculates the battery state. Specifically, the power supply ECU 150 calculates, for example, the SOC of the first battery 120 (hereinafter referred to as “SOC1”) by integrating the detection results (charge / discharge current values) of the current sensor 122, The detection results (charge / discharge current values) of the sensor 132 are integrated to calculate the SOC of the second battery 130 (hereinafter referred to as “SOC2”).
  • SOC1 the SOC of the first battery 120
  • SOC2 The detection results (charge / discharge current values) of the sensor 132 are integrated to calculate the SOC of the second battery 130 (hereinafter referred to as “SOC2”).
  • SOC1 the SOC of the first battery 120
  • SOC2 the SOC of the second battery 130
  • the SOC of the battery can be calculated by integrating the current flowing into the battery and the current flowing out of the battery (so-called coulomb counting process).
  • the calculation method of SOC of the batteries 120 and 130 is not limited
  • step S4000 the power supply ECU 150 performs a battery state control process.
  • this battery state control process if the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 decrease too much, the batteries 120 and 130 deteriorate, so that the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 do not fall below a predetermined value.
  • the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 are controlled.
  • the contents of this battery state control process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S4100 power supply ECU 150 performs a first battery SOC control process.
  • the state of charge SOC1 of the first battery 120 is controlled within a certain range.
  • the “certain range” is determined in consideration of the characteristics of the first battery 120. For example, in the case of a lithium ion battery, the deterioration proceeds even if the SOC is too high or too low. Therefore, the lithium ion battery is usually used in a state where the SOC is within an appropriate range (for example, 40 to 60%).
  • the power generator SOC1 of the first battery 120 is in a range of 45% or more and less than 50%.
  • the forced power generation 110 is switched ON (start) / OFF (stop).
  • the contents of the first battery SOC control process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S4110 power supply ECU 150 determines whether or not generator 110 is performing forced power generation. As a result of this determination, if the generator 110 is in forced power generation (S4110: YES), the process proceeds to step S4120. If the generator 110 is not in forced power generation (S4110: NO), the process proceeds to step S4150.
  • step S4120 power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC1 of first battery 120 is 50% or more. As a result of this determination, if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is less than 50% (S4120: NO), the process proceeds to step S4130, and if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is 50% or more ( (S4120: YES), the process proceeds to step S4140.
  • step S4130 power supply ECU 150 continues the forced power generation of generator 110 because charge state SOC1 of first battery 120 is less than 50%. As a result, the electric power forcibly generated by the generator 110 is charged in the first battery 120. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150.
  • step S4140 power supply ECU 150 stops the forced power generation of generator 110 in order to leave room for charging by regenerative power generation because charge state SOC1 of first battery 120 is 50% or more. As a result, the charging of the first battery 120 forcibly generated by the generator 110 is stopped. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150.
  • step S4150 power supply ECU 150 determines whether or not state of charge SOC1 of first battery 120 is less than 45%. As a result of this determination, if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is less than 45% (S4150: YES), the process proceeds to step S4160, and if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is 45% or more ( S4150: NO), the process immediately returns to the flowchart of FIG.
  • step S4160 power supply ECU 150 starts forced power generation of generator 110 because charge state SOC1 of first battery 120 has decreased to less than 45%. As a result, the electric power forcibly generated by the generator 110 is charged in the first battery 120. Thereafter, the control procedure returns to the flowchart of FIG.
  • step S4200 power supply ECU 150 performs a second battery SOC control process.
  • the state of charge SOC2 of the second battery 130 is controlled within a certain range.
  • the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 90% or more A% (usually, in order to leave room for charging by regenerative power generation.
  • step S4210 power supply ECU 150 determines whether second battery 130 is being forcibly charged or not. As a result of this determination, if the second battery 130 is being forcibly charged (S4210: YES), the process proceeds to step S4220. If the second battery 130 is not being forcibly charged (S4210: NO), the process proceeds to step S4250. .
  • step S4220 power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is equal to or greater than a predetermined value A%.
  • predetermined value A is normally set to 95 (%), for example.
  • the predetermined value A is set to 92 (%), and the state of charge SOC2 of the second battery 130 is always set. Keep it down.
  • the second battery 130 is set to a state where it is easy to charge at any time (that is, the charging current increases), and the discharge current from the first battery 120 is reduced when the deterioration of the first battery 120 is detected. Can be bigger.
  • step S4220: NO if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than A% (S4220: NO), the process proceeds to step S4230, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is A% or more ( (S4220: YES), the process proceeds to step S4240.
  • step S4230 power supply ECU 150 continues to forcibly charge first battery 120 to second battery 130 because charge state SOC2 of second battery 130 is less than A%. That is, power supply ECU 150 maintains the output voltage of DC / DC converter 140 at 14.5V. Thereby, the charging from the first battery 120 to the second battery 130 is forcibly performed. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4250.
  • step S4240 power supply ECU 150 performs forced charging from first battery 120 to second battery 130 in order to leave room for charging by regenerative power generation because charge state SOC2 of second battery 130 is greater than or equal to A%. Stop. That is, power supply ECU 150 returns the output voltage of DC / DC converter 140 to 12.5V. Thereby, charging from the first battery 120 to the second battery 130 is stopped. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150.
  • step S4250 power supply ECU 150 determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is less than 90%. As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than 90% (S4250: YES), the process proceeds to step S4260, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 90% or more ( S4250: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S4260 power supply ECU 150 starts forced charging from first battery 120 to second battery 130 because charge state SOC3 of second battery 130 has decreased to less than 90%. That is, power supply ECU 150 increases the output voltage of DC / DC converter 140 to 14.5V. Thereby, electric power is supplied from the first battery 120 to the second battery 130, and the second battery 130 is forcibly charged. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5000 the power supply ECU 150 performs regenerative power generation control.
  • the contents of this regenerative power generation control are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S5100 power supply ECU 150 determines whether the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value (for example, 10 km / h) and the vehicle is decelerating.
  • a predetermined value for example, 10 km / h
  • the vehicle speed is determined whether or not the current vehicle speed is suitable for regenerative power generation, that is, whether or not the vehicle has kinetic energy necessary for regenerative power generation. It is to do.
  • the regenerative energy is obtained by converting the kinetic energy of the vehicle into electric energy. Since the kinetic energy is small when the vehicle speed is low, the amount of regenerative energy cannot be expected.
  • Whether or not the vehicle is decelerating is determined based on, for example, vehicle speed information of the vehicle or based on the degree of depression of the brake (whether or not the brake is depressed). As a result of this determination, if the vehicle speed is equal to or higher than the predetermined value (10 km / h) and the vehicle is decelerating (S5100: YES), the process proceeds to step S5200, otherwise, the vehicle speed is the predetermined value. If it is less than (10 km / h) or the vehicle is not decelerating (that is, during acceleration, steady running, idling, etc.) (S5100: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5200 power supply ECU 150 determines whether or not the state of charge (SOC1) of first battery 120 is a predetermined value (eg, 55%) or less. This predetermined value (55%) is the above upper limit value. As a result of this determination, if the state of charge (SOC1) of the first battery 120 exceeds a predetermined value (55%) (S5200: NO), the process proceeds to step S5300, and the state of charge of the first battery 120 (SOC1) Is equal to or less than the predetermined value (55%) (S5200: YES), the process proceeds to step S5400.
  • SOC1 state of charge
  • SOC1 state of charge of the first battery 120
  • step S5300 power supply ECU 150 stops power generation of generator 110. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5400 power supply ECU 150 performs power generation control on generator 110. Specifically, power supply ECU 150 sets an output command value to generator 110 as a target value and outputs the target value.
  • the “target value” is a voltage necessary for charging the first battery 120, and is, for example, 42 V in the case of a 36 V lithium ion battery.
  • step S5500 power supply ECU 150 performs output control on DC / DC converter 140.
  • the contents of this output control are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S5510 power supply ECU 150 determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is less than 100%. As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than 100% (S5510: YES), the process proceeds to step S5520, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 100% or more ( (S5510: NO), the process proceeds to step S5530.
  • step S6000 power supply ECU 150 performs a deterioration detection process during discharge.
  • the contents of the discharge deterioration detection process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S6100 power supply ECU 150 determines whether or not take-out from first battery 120 is predicted. This determination is made, for example, by determining whether or not the predetermined condition shown in FIG. 2 is satisfied. For example, in the example shown in FIG. 2, when the temperature in the passenger compartment of the electric compressor 170 rises by a certain temperature (for example, 5 ° C.) or more in a certain time (for example, 1 minute), the user turns on the air conditioner. (When the air conditioner is OFF) or the output of the air conditioner is expected to be increased (when the air conditioner is ON). After that, the air conditioner is actually turned on or the output of the air conditioner is actually increased. Bring out from.
  • a certain temperature for example, 5 ° C.
  • a certain time for example, 1 minute
  • electrical components 180 eg, headlights, power steering, brake lamps, wipers, etc.
  • electrical components 180 with relatively large power consumption also satisfy the conditions shown in FIG. Carrying out is expected.
  • the process proceeds to step S6200.
  • S6100: NO When taking out from the first battery 120 is not predicted (S6100: NO), 2 is returned to the main flowchart.
  • step S6200 power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is 95% or less. This is to determine whether or not the second battery 130 (lead battery) is in a state where it is easy to absorb power (that is, easy to receive power supply). As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 95% or less (S6200: YES), the process proceeds to step S6300, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 exceeds 95%. (S6200: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S6300 power supply ECU 150 performs output increase control of DC / DC converter 140. Specifically, power supply ECU 150 increases (increases) the output voltage of DC / DC converter 140 from an initial value (12.5 V) to 14.5 V. As a result, power is supplied from the first battery 120 not only to the electric compressor 170 or the electrical component 180 but also to the second battery 130, and at the timing of the start of power consumption in the electric compressor 170 or the electrical component 180. Since the power supply to the second battery 130 is started together (that is, synchronously), a situation in which a larger amount of power is output (discharged) from the first battery 120 is forcibly (actively) created. It will be. For example, as schematically shown in FIG. 11A, when the output voltage of the DC / DC converter 140 is increased in addition to driving the electric compressor 170, compared to the case where only the electric compressor 170 is driven. More power (current) is output.
  • step S6400 power supply ECU 150 performs simultaneous measurement of current and voltage on first battery 120.
  • the power supply ECU 150 can simultaneously measure the current and voltage of the first battery 120 at the moment when the output power from the first battery 120 increases. .
  • the current and voltage are measured at least at two points.
  • step S6500 power supply ECU 150 performs deterioration determination.
  • power supply ECU 150 calculates internal resistance r by the following equation (1) using the currents and voltages at a plurality of points measured in step S6400.
  • the internal resistance r is one of battery deterioration indicators. For example, as schematically shown in FIG. 11B, when current and voltage measured on a coordinate plane with current and voltage as coordinate axes are plotted on the coordinate plane, the slope of the approximate line becomes the internal resistance r.
  • the power supply ECU 150 compares the calculated internal resistance r with a predetermined determination value to determine whether or not the first battery 120 has deteriorated. The result of the determination is stored in a storage device such as a RAM, and the user is warned. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • step S7000 power supply ECU 150 determines whether or not the ignition (IG) switch is turned off. As a result of this determination, if the ignition switch is turned off (S7000: YES), the process proceeds to step S8000. If the ignition switch is not turned off (S7000: NO), the process returns to step S3000.
  • IG ignition
  • step S7000 power supply ECU 150 stops the engine. Specifically, power supply ECU 150 outputs a control signal for stopping the engine to an engine ECU (not shown) that controls the operation of the engine. As a result, the engine stops.
  • a plurality of devices for example, the electric compressor 170 / the electrical component 180 and the DC / DC converter 140
  • the situation where a power load is applied at the same time is actively (forced).
  • a larger amount of electric power can be output (discharged) from the first battery 120. Therefore, it is possible to detect deterioration of the first battery 120 with high accuracy.
  • Embodiment 2 In the second embodiment of the present invention, battery deterioration detection during charging will be described.
  • the configuration of the power supply system of the present embodiment is the same as the configuration of the power supply system including the vehicle power supply device according to Embodiment 1 shown in FIG.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in battery state control, regenerative power generation control, and battery deterioration detection in power supply ECU 150.
  • FIGS. 12 is a main flowchart showing the overall operation of the power supply system of FIG. 1
  • FIG. 13 is a flowchart showing the contents of the battery state control process of FIG. 12
  • FIG. 14 is the first battery SOC control process of FIG. 15 is a flowchart showing the contents of the second battery SOC control process of FIG. 13
  • FIG. 16 is a flowchart showing the contents of the regenerative power generation control and charging deterioration detection process of FIG. 12, and
  • FIG. FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the contents of the deterioration detection process during charging shown in FIG. 16.
  • FIG. 12 the steps common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Compared with FIG. 2, FIG. 12 has the same operations in S1000, S2000, S3000, S6000 and S7000.
  • step S4000A the power supply ECU 150 performs a battery state control process.
  • this battery state control process if the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 decrease too much, the batteries 120 and 130 deteriorate, so that the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 do not fall below a predetermined value.
  • the charging states SOC1 and SOC2 of the batteries 120 and 130 are controlled.
  • the contents of the battery state control process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S4100A power supply ECU 150 performs a first battery SOC control process.
  • the state of charge SOC1 of the first battery 120 is controlled within a certain range.
  • the “certain range” is determined in consideration of the characteristics of the first battery 120. For example, in the case of a lithium ion battery, the deterioration proceeds even if the SOC is too high or too low. Therefore, the lithium ion battery is usually used in a state where the SOC is within an appropriate range (for example, 40 to 60%).
  • step S4110A power supply ECU 150 determines whether or not generator 110 is performing forced power generation. As a result of this determination, if the generator 110 is performing forced power generation (S4110A: YES), the process proceeds to step S4120A. If the generator 110 is not performing forced power generation (S4110A: NO), the process proceeds to step S4150A.
  • step S4120A power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC1 of first battery 120 is equal to or greater than a predetermined value A%.
  • predetermined value A is normally set to 50 (%), for example.
  • the value of the predetermined value A is decreased in preparation for the regenerative energy at the next deceleration. For example, 50% when the vehicle speed is 60 km / h or less, 49% when the vehicle speed is 80 km / h or less, 48% when the vehicle speed is 100 km / h or less, and the like.
  • step S4130A if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is less than A% (S4120A: NO), the process proceeds to step S4130A, and if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is greater than or equal to A% ( (S4120A: YES), the process proceeds to step S4140A.
  • step S4130A power supply ECU 150 continues the forced power generation of generator 110 because charge state SOC1 of first battery 120 is less than A%. As a result, the electric power forcibly generated by the generator 110 is charged in the first battery 120. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150A.
  • step S4140A power supply ECU 150 stops forced power generation of generator 110 in order to leave room for charging by regenerative power generation because charge state SOC1 of first battery 120 is A% or more. As a result, the charging of the first battery 120 forcibly generated by the generator 110 is stopped. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150A.
  • step S4150A power supply ECU 150 determines whether or not state of charge SOC1 of first battery 120 is less than 45%. As a result of this determination, if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is less than 45% (S4150A: YES), the process proceeds to step S4160A, and if the state of charge SOC1 of the first battery 120 is 45% or more ( S4150A: NO), the process immediately returns to the flowchart of FIG.
  • step S4160A power supply ECU 150 starts forced power generation of generator 110 because charge state SOC1 of first battery 120 has decreased to less than 45%. As a result, the electric power forcibly generated by the generator 110 is charged in the first battery 120. Thereafter, the control procedure returns to the flowchart of FIG.
  • step S4200A power supply ECU 150 performs a second battery SOC control process.
  • the state of charge SOC2 of the second battery 130 is controlled within a certain range.
  • the state of charge SOC2 of the second battery 130 is in the range of 90% or more and less than 95% in order to leave room for charging by regenerative power generation.
  • ON (start) / OFF (stop) of forced charging from the first battery 120 to the second battery 130 is switched.
  • This forced charging ON (start) / OFF (stop) is switched by controlling the output voltage of the DC / DC converter 140.
  • the contents of the second battery SOC control process are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S4210A power supply ECU 150 determines whether second battery 130 is being forcibly charged or not. As a result of this determination, if the second battery 130 is being forcibly charged (S4210A: YES), the process proceeds to step S4220, and if the second battery 130 is not being forcibly charged (S4210A: NO), the process proceeds to step S4250. .
  • step S4220A power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is 95% or more. As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than 95% (S4220A: NO), the process proceeds to step S4230A, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 95% or more ( (S4220A: YES), the process proceeds to step S4240A.
  • step S4230A power supply ECU 150 continues to forcibly charge first battery 120 to second battery 130 because charge state SOC2 of second battery 130 is less than 95%. That is, power supply ECU 150 maintains the output voltage of DC / DC converter 140 at 14.5V. Thereby, the charging from the first battery 120 to the second battery 130 is forcibly performed. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4250A.
  • step S4240A power supply ECU 150 performs forced charging from first battery 120 to second battery 130 in order to leave room for charging by regenerative power generation because charge state SOC2 of second battery 130 is 95% or more. Stop. That is, power supply ECU 150 returns the output voltage of DC / DC converter 140 to 12.5V. Thereby, charging from the first battery 120 to the second battery 130 is stopped. Thereafter, the control procedure proceeds to step S4150A.
  • step S4250A power supply ECU 150 determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is less than 90%. As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than 90% (S4250A: YES), the process proceeds to step S4260A, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 90% or more ( S4250A: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S4260A power supply ECU 150 starts forced charging from first battery 120 to second battery 130 because charge state SOC3 of second battery 130 has decreased to less than 90%. That is, power supply ECU 150 increases the output voltage of DC / DC converter 140 to 14.5V. Thereby, electric power is supplied from the first battery 120 to the second battery 130, and the second battery 130 is forcibly charged. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5000A power supply ECU 150 performs regenerative power generation control and detection of deterioration during charging.
  • the contents of the regenerative power generation control and the deterioration detection during charging are as shown in the flowchart of FIG.
  • step S5050A power supply ECU 150 determines whether the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value (for example, 10 km / h) and the vehicle is decelerating.
  • a predetermined value for example, 10 km / h
  • the vehicle speed is determined whether or not the current vehicle speed is suitable for regenerative power generation, that is, whether or not the vehicle has kinetic energy necessary for regenerative power generation. It is to do.
  • the regenerative energy is obtained by converting the kinetic energy of the vehicle into electric energy. Since the kinetic energy is small when the vehicle speed is low, the amount of regenerative energy cannot be expected.
  • Whether or not the vehicle is decelerating is determined based on, for example, vehicle speed information of the vehicle or based on the degree of depression of the brake (whether or not the brake is depressed). As a result of this determination, if the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value (10 km / h) and the vehicle is decelerating (S5050A: YES), the process proceeds to step S5100A, otherwise, the vehicle speed is a predetermined value. If it is less than (10 km / h) or the vehicle is not decelerating (that is, during acceleration, steady running, idling, etc.) (S5050A: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5100A power supply ECU 150 determines whether or not the state of charge (SOC1) of first battery 120 is a predetermined value (eg, 55%) or less. This predetermined value (55%) is the above upper limit value. As a result of this determination, if the state of charge (SOC1) of the first battery 120 exceeds the predetermined value (55%) (S5100A: NO), the process proceeds to step S5150A, and the state of charge of the first battery 120 (SOC1) Is equal to or less than the predetermined value (55%) (S5100A: YES), the process proceeds to step S5200A.
  • SOC1 state of charge
  • SOC1 state of charge of the first battery 120
  • step S5150A power supply ECU 150 stops power generation of generator 110. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5200A power supply ECU 150 performs power generation control on generator 110. Specifically, power supply ECU 150 sets an output command value to generator 110 as a target value and outputs the target value.
  • the “target value” is a voltage necessary for charging the first battery 120, and is, for example, 42 V in the case of a 36 V lithium ion battery.
  • step S5250A power supply ECU 150 determines whether or not the regenerative power generated by generator 110 is a predetermined value (for example, the generated current is 100 A) or more. If the regenerative power generated is low, the charging power to the first battery 120 is also low, and accurate deterioration detection cannot be expected. The regenerative power generated by the generator 110 depends on the vehicle speed. As a result of this determination, if the generated regenerative power is greater than or equal to a predetermined value (S5250A: YES), the process proceeds to step S5300A. If the generated regenerative power is less than the predetermined value (S5250A: NO), immediately.
  • a predetermined value for example, the generated current is 100 A
  • step S5300A power supply ECU 150 further determines whether or not state of charge SOC2 of second battery 130 is 95% or more. This is to determine whether or not power supply from the second battery 130 to the electrical component 180 is possible when the DC / DC converter 140 is temporarily stopped. As a result of this determination, if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is 95% or more (S5300A: YES), the process proceeds to step S5350A, and if the state of charge SOC2 of the second battery 130 is less than 95% ( S5300A: NO), the process immediately returns to the main flowchart of FIG.
  • step S5350A power supply ECU 150 stops electric compressor 170. Thereby, the supply of the regenerative energy generated by the generator 110 to the electric compressor 170 is stopped.
  • step S5400A power supply ECU 150 stops DC / DC converter 140. Thereby, the supply of the regenerative energy generated by the generator 110 to the electrical component 180 and the second battery 130 is stopped. In this state, all the regenerative energy generated by the generator 110 is supplied to the first battery 120.
  • step S5450A power supply ECU 150 performs simultaneous measurement of current and voltage on first battery 120.
  • the power supply ECU 150 can simultaneously measure the current and voltage of the first battery 120 at the moment when the charging power to the first battery 120 increases. .
  • the current and voltage are measured at least at two points.
  • step S5500A power supply ECU 150 starts electric compressor 170.
  • step S5550A power supply ECU 150 starts DC / DC converter 140.
  • step S5600A power supply ECU 150 performs deterioration determination.
  • power supply ECU 150 calculates internal resistance r by the following equation (1) using the currents and voltages at a plurality of points measured in step S5450.
  • the internal resistance r is one of battery deterioration indicators. For example, as schematically shown in FIG. 17B, when current and voltage measured on a coordinate plane with current and voltage as coordinate axes are plotted on the coordinate plane, the slope of the approximate line becomes the internal resistance r.
  • the power supply ECU 150 compares the calculated internal resistance r with a predetermined determination value to determine whether or not the first battery 120 has deteriorated. The result of the determination is stored in a storage device such as a RAM, and the user is warned. Thereafter, the control procedure returns to the main flowchart of FIG.
  • the operation of other devices for example, the electric compressor 170 and the DC / DC converter 140
  • the generator 110 generates power.
  • the regenerative energy can be concentrated and charged in the first battery 120. Therefore, it is possible to detect deterioration of the first battery 120 with high accuracy.
  • the internal resistance is calculated by simultaneously measuring the current and voltage as parameters for detecting the deterioration of the battery, but the present invention is not limited to this.
  • the method described in Patent Document 1 may be used to calculate the slope of voltage change or the drop in battery voltage at the moment when the output of the main battery increases.
  • the vehicle power supply device according to the present invention is useful as a vehicle power supply device that can further improve the accuracy of battery deterioration detection.

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Abstract

 バッテリの劣化検出の精度をより向上することができる車両用電源装置。この車両用電源装置(100)は、車両に搭載される発電機(110)と、発電機(110)にて発電される電力を蓄える高電圧の第1バッテリ(120)と、発電機(110)および第1バッテリ(120)と電装品(180)との間に設けられるDC/DCコンバータ(140)と、第1バッテリ(120)と、DC/DCコンバータ(140)を介して接続される、第1バッテリ(120)よりも低電圧の第2バッテリ(130)と、DC/DCコンバータ(140)を制御する電源ECU(150)と、を備える。電源ECU(150)は、第1バッテリ(120)の持ち出しが予測される条件を満たす場合に、DC/DCコンバータの出力電圧を増加させ、第1バッテリ(120)の劣化検出に必要なパラメータを測定し、第1バッテリ(120)の劣化を判定する。

Description

車両用電源装置
 本発明は、自動車などの車両に用いられる車両用電源装置に関する。
 近年、環境保護の観点からハイブリッドカーおよび電気自動車が注目されており、その開発が急速に進められている。これらの自動車は、二次電池を有する電源からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力によりモータを駆動することによって、駆動輪の駆動力を得る構成を有する。なお、通常、ハイブリッドカーは、エンジンと電動機とを共用する電気自動車であり、広義では電気自動車の一種である。したがって、本明細書では、便宜上、特に断らない限り、「電気自動車」という用語を、ハイブリッドカーを含む広義の意味で使用する。
 このような電気自動車においては、特に、走行距離やバッテリ寿命などをより正確に把握するために、バッテリの劣化検出の精度を高めることが求められている。
 従来、車両のバッテリ劣化判定装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1には、バッテリに接続された電気負荷が使用されたときに、その後に検出されるバッテリ電圧の電圧変化を算出し、算出した電圧変化と所定の判定値とを比較してバッテリの劣化判定を行う技術が開示されている。電気負荷は、例えば、エアコンやパワステ、ヘッドライト、ブレーキランプ、ラジエータファンなどである。電圧変化は、所定時間の電圧の変化(つまり、電圧変化の傾き)、または、電気負荷に対するバッテリ電圧の落ち込みとして算出される。この構成により、特許文献1の技術では、バッテリの劣化としてバッテリの経時変化を精度良く検出して、バッテリ上がりによる始動不良やエンジンストールなどが発生する事態を速やかにドライバに警告できるようにしている。
特開2003-214248号公報
 しかしながら、上記した従来のバッテリ劣化判定装置においては、バッテリの劣化検出が、より良い条件で精度良く実施されているとはいえない。なぜなら、電気負荷としてのエアコンやパワステ、ヘッドライトなどでは、そもそも、負荷の大きさが限られている。そのため、ただ単に、このような電気負荷が使用されたときに、その後のバッテリ電圧の電圧変化を算出するだけでは、必ずしも、バッテリの劣化を高精度に検出できる状況が創出されているとは限らないからである。したがって、バッテリの劣化検出の精度向上には一定の限界がある。
 本発明の目的は、バッテリの劣化検出の精度をより向上することができる車両用電源装置を提供することである。
 本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される発電機と、前記発電機に接続され、前記発電機にて発電される電力を蓄える、高電圧の第1バッテリと、前記発電機および前記第1バッテリと電装品との間に設けられるDC/DCコンバータと、前記第1バッテリと、前記DC/DCコンバータを介して接続される、前記第1バッテリよりも低電圧の第2バッテリと、前記第1バッテリの持ち出しが予測される条件を満たす場合に、前記第1バッテリから前記第2バッテリへの電力供給が行われるよう、前記DC/DCコンバータの動作を制御する制御手段と、前記制御手段による前記DC/DCコンバータへの制御動作に同期して、前記第1バッテリの劣化検出に必要なパラメータを測定する測定手段と、前記測定手段の測定結果を用いて、前記第1バッテリの劣化を判定する判定手段と、を有する。
 本発明によれば、バッテリの劣化検出の精度をより向上することができる。
本発明の実施の形態1に係る車両用電源装置を含む電源システムの構成を示すブロック図 図1の電源システムにおいて第1バッテリからの持ち出しが予測される条件の一例を示す図 図1の電源システムの全体動作を示すメインフローチャート 図3のバッテリ状態検出処理の内容を示すフローチャート 図3のバッテリ状態制御処理の内容を示すフローチャート 図5の第1バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート 図5の第2バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート 図3の回生発電制御処理の内容を示すフローチャート 図8のDC/DCコンバータ出力制御処理の内容を示すフローチャート 図3の放電時劣化検出処理の内容を示すフローチャート 図3の放電時劣化検出処理の内容を説明するための概略図 本発明の実施の形態2に係る電源システムの全体動作を示すメインフローチャート 図12のバッテリ状態制御処理の内容を示すフローチャート 図13の第1バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート 図13の第2バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート 図12の回生発電制御および充電時劣化検出処理の内容を示すフローチャート 図16に示す充電時劣化検出処理の内容を説明するための概略図
 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
 (実施の形態1)
 本発明の実施の形態1では、放電時のバッテリの劣化検出について説明する。図1は、本実施の形態に係る車両用電源装置を含む電源システムの構成を示すブロック図である。
 図1に示す電源システム100は、発電機110、2つのバッテリ(第1バッテリ120と第2バッテリ130)、2つの電流センサ122、132、2つのDC/DCコンバータ140、172、電源ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)150、スタータ160、スタータリレー162、電動コンプレッサ170、および車載の他の一般負荷(電装品)180を有する。上記構成要素のうち、2つのバッテリ120、130、2つの電流センサ122、132、2つのDC/DCコンバータ140、172、および電源ECU150は、電源装置を構成する。なお、以下では、スタータ160および電動コンプレッサ170ならびに他の一般負荷(電装品)180を総称して「電気負荷」と呼ぶことにする。
 発電機110は、車両の減速時に、図示しないエンジンの回転が伝達されて発電し、回生エネルギの電力を出力する。例えば、発電機110は、ICレギュレータ付きの大容量オルタネータ(例えば、150Aクラス)であり、エンジンによってベルト駆動されて、電源ECU150から指示された電圧(例えば、42Vの電圧)を発生する。また、電源ECU150の制御により、車両の減速時以外にも、必要に応じて、発電機110を強制的に駆動(発電)させることも可能である(強制発電)。発電機110は、第1バッテリ120および2つのDC/DCコンバータ140、172にそれぞれ接続されている。
 なお、本実施の形態では、発電機110としてオルタネータを用いているが、これに限定されない。例えば、発電機110として、オルタネータに代えて、モータジェネレータを採用することも可能である。モータジェネレータは、1台で電動機(モータ)の機能と発電機(ジェネレータ)の機能とを兼ね備えたものである。また、発電機110は、エンジンによるベルト駆動に代えて、例えば、車軸やクランク軸などに、ギヤやベルトなどの伝達手段によって接続したり、あるいは、直接連結したりしてもよい。
 第1バッテリ120は、発電機110および2つのDC/DCコンバータ140、172にそれぞれ接続されており、車両減速時に発電機110にて発生した回生エネルギを回収・蓄電し、電気負荷(主に電動コンプレッサ170と一般負荷180)および第2バッテリ130への電力供給を行う。第1バッテリ120は、回生エネルギの回収を効率的に行うために、充電電流が大きくなる充電受入性に優れた、高電圧の高性能バッテリであることが好ましい。例えば、第1バッテリ120は、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどであり、回生エネルギを効率良く充電できるように高電圧(例えば、36V)を発生する。高電圧のバッテリを使用することにより、高い電圧での充電が可能となり、回生エネルギの回収を効率的に行うことができる。なお、第1バッテリ120は、本システムにおいてメインバッテリとして機能するものであり、後述するように、本実施の形態では、このメインバッテリ(第1バッテリ120)の劣化を検出することを目的としている。
 第2バッテリ130は、例えば、公称電圧12Vの一般的な鉛バッテリであり、12~13Vの電圧を発生し、電気負荷(主にスタータ160と一般負荷180)への電力供給を行う。第2バッテリ130は、発電機110または第1バッテリ120からの電力供給を受けて充電される。第2バッテリ130は、DC/DCコンバータ140、一般負荷180、およびスタータリレー162にそれぞれ接続されている。なお、第2バッテリ130は、鉛バッテリに限定されるわけではなく、例えば、鉛バッテリに代えて、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどを用いることも可能である。
 電流センサ122は、第1バッテリ120の状態を検出するために第1バッテリ120の充放電電流を測定するための電流センサである。また、電流センサ132は、第2バッテリ130の状態を検出するために第2バッテリ130の充放電電流を測定するための電流センサである。
 DC/DCコンバータ140は、例えば、内蔵するパワートランジスタのスイッチング動作に従って、入力側の電圧を降圧または昇圧して出力側に供給する。本実施の形態では、DC/DCコンバータ140は、主に、入力した直流電圧(発電機110の出力電圧または第1バッテリ120の出力電圧)をこれよりも低い別の直流電圧に変換して出力する降圧方向タイプのDC/DCコンバータとして機能する。例えば、DC/DCコンバータ140は、36V(入力側つまり第1バッテリ120側)の電圧を12V程度(出力側つまり第2バッテリ130側)の電圧に降圧する。より具体的には、例えば、DC/DCコンバータ140は、入力電圧として、36Vの電圧を入力し、出力電圧として、12.5~14.5Vの電圧を出力する。DC/DCコンバータ140の出力電圧は、電源ECU150によって制御される。例えば、通常は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を12.5Vに制御して一般負荷180への電力供給を行うが、第2バッテリ130を充電する場合には、DC/DCコンバータ140の出力電圧を14.5Vに制御する。すなわち、DC/DCコンバータ140の出力電圧は、第2バッテリ130への充電制御を行うために、12.5~14.5Vの範囲で制御可能である。
 一方、DC/DCコンバータ172は、主に、入力した直流電圧(発電機110の出力電圧または第1バッテリ120の出力電圧)をこれよりも高い別の直流電圧に変換して出力する昇圧方向タイプのDC/DCコンバータとして機能する。例えば、電動コンプレッサ170の定格電圧を200~300Vとした場合、DC/DCコンバータ172は、36V(入力側つまり第1バッテリ120側)の電圧を200~300V(出力側つまり電動コンプレッサ170側)の電圧に昇圧する。なお、第1バッテリ120として、さらに高電圧(例えば、200~300V)のバッテリを用いる場合には、DC/DCコンバータ172を省略することができる。
 電源ECU150は、当該電源システム100を総合的に制御する。具体的には、例えば、電源ECU150は、各DC/DCコンバータ140、172のON(始動)/OFF(停止)および出力電圧の制御を行う。また、電源ECU150は、電動コンプレッサ170のON(始動)/OFF(停止)および出力制御を行う。また、電源ECU150は、各バッテリ120、130の電圧および充放電電流を測定し、電流積算によって各バッテリ120、130の充電状態(SOC:State Of Charge)を算出する。また、電源ECU150は、発電機110を制御する。また、電源ECU150は、所定のタイミングで放電時における第1バッテリ120の電流と電圧を同時に測定(サンプリング)し、内部抵抗を算出することによって、第1バッテリ120の劣化を検出する。また、電源ECU150は、後述する他の制御を行う。電源ECU150の制御内容については、図3以降のフローチャートを用いて、後で詳述する。なお、電源ECU150は、マイクロコンピュータにより構成され、具体的には、例えば、CPU(Central Processing Unit)、プログラムを記録したROM(Read Only Memory)、およびプログラム実行用のRAM(Random Access Memory)から構成されている。
 スタータ160は、エンジンを始動(クランキング)する際に使用されるモータである。スタータ160は、走行途中に停車してアイドリングストップした後のエンジン再始動にも使用される。スタータ160への通電は、エンジンの始動スイッチである図示しないイグニッション(IG)スイッチをエンジンスタート位置(ST位置)に投入してスタータリレー162をONすることによって行われる。
 電動コンプレッサ170は、内蔵したモータによって駆動されるコンプレッサであり、空調装置(エアコン)の一部を構成する。電動コンプレッサ170の定格電圧は、例えば、200~300Vであり、車載の電気負荷の中で最も高い負荷を有する。本実施の形態では、後述するように、バッテリの劣化を高精度に検出できる状況を創出するために、最も負荷が高い電動コンプレッサ170を利用する。なお、電動コンプレッサ170は、電気で駆動されるため、多くの場合、回生エネルギを蓄電するバッテリを有する回生システムとセットで用いられる。電動コンプレッサを使用しないシステムでは、電動コンプレッサに代えて、他の高負荷の電装品を利用することができる。もちろん、電動コンプレッサを使用するシステムであっても、電動コンプレッサと共に、他の高負荷の電装品を利用することができる。
 一般負荷180は、例えば、車両に搭載される各種ランプ類やワイパ、オーディオ機器、ナビゲーション装置、空調装置(電動コンプレッサ170を除く)などである。
 本実施の形態では、複数のデバイス、例えば、発電機110、高電圧のメインバッテリである第1バッテリ120(ニッケル水素バッテリまたはリチウムイオンバッテリ)、降圧タイプのDC/DCコンバータ140、公称電圧12Vの一般的な鉛バッテリである第2バッテリ130、および電動コンプレッサ170から回生システムを構成する。
 また、電気負荷は負荷がより大きいほうがより正確にバッテリの劣化を検出できることに鑑み、複数のデバイス(例えば、電動コンプレッサ170/電装品180とDC/DCコンバータ140)を制御して、同時に電力負荷がかかる状況を積極的(強制的)に創出することによって、第1バッテリ120からより大きい電力を出力(放電)させて、第1バッテリ120の劣化を高精度に検出する。具体的には、まず、第1バッテリ120の劣化を高精度に検出できるための状況を積極的に創出する。例えば、電動コンプレッサ170がONされた時もしくはその電力消費量が上昇した時、または、ヘッドライトなどの電装品(一般負荷)180がONされた時に、電動コンプレッサ170または電装品180の電力消費とタイミングを合わせて、DC/DCコンバータ140の出力電圧を増加させて、第2バッテリ130にも電力を供給するようにして、第1バッテリ120からの出力電力をより大きくする。そして、第1バッテリ120からの出力電力がより大きくなる瞬間に第1バッテリ120の電流と電圧を同時に測定し、測定結果から第1バッテリ120の内部抵抗を算出して、第1バッテリ120の劣化を検出する。
 ここで、DC/DCコンバータ140の出力電圧を増加させるタイミングとしては、電動コンプレッサ170または電装品180の電力消費とタイミングと合わせるべく、第1バッテリ120からの持ち出しが予測される条件を満たしたときに、これと同期してDC/DCコンバータ140の出力電圧を増加させる。第1バッテリ120からの持ち出しが予測される条件は、例えば、実験などにより、あらかじめ設定されている。かかる条件の一例は、例えば、図2に示す通りである。
 次いで、上記構成を有する電源システム100の動作について、図3~図11を用いて説明する。ここで、図3は、図1の電源システムの全体動作を示すメインフローチャート、図4は、図3のバッテリ状態検出処理の内容を示すフローチャート、図5は、図3のバッテリ状態制御処理の内容を示すフローチャート、図6は、図5の第1バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート、図7は、図5の第2バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート、図8は、図3の回生発電制御処理の内容を示すフローチャート、図9は、図8のDC/DCコンバータ出力制御処理の内容を示すフローチャート、図10は、図3の放電時劣化検出処理の内容を示すフローチャート、図11は、図3の放電時劣化検出処理の内容を説明するための図である。なお、図3~図10のフローチャートは、ROMなどの記憶装置に制御プログラムとして記憶されており、CPUによって実行される。
 まず、ステップS1000で、電源ECU150は、図示しないイグニッション(IG)スイッチがONされたか否かを判断する。具体的には、電源ECU150は、イグニッションスイッチがエンジンスタート位置(ST位置)に投入された場合に、イグニッションスイッチがONされたと判断する。この判断の結果として、イグニッションスイッチがONされた場合は(S1000:YES)、ステップS2000に進み、イグニッションスイッチがONされていない場合は(S1000:NO)、待機する。
 ステップS2000では、電源ECU150は、エンジンを始動させる。具体的には、電源ECU150は、スタータリレー162をONして、第2バッテリ130からスタータ160を通電させる。これにより、エンジンが始動する。
 次に、ステップS3000で、電源ECU150は、バッテリ状態検出処理を行う。このバッテリ状態検出処理の内容は、図4のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS3100で、電源ECU150は、バッテリの測定を行う。具体的には、電源ECU150は、第1バッテリ120の電流(I)と電圧(V)を測定するとともに、第2バッテリ130の電流(I)と電圧(V)を測定する。第1バッテリ120の電流(I)は、電流センサ122によって検出され、第2バッテリ130の電流(I)は、電流センサ132によって検出される。
 そして、ステップS3200で、電源ECU150は、バッテリ状態の算出を行う。具体的には、電源ECU150は、例えば、電流センサ122の検出結果(充放電の電流値)を積算して第1バッテリ120のSOC(以下「SOC1」と表記する)を算出し、また、電流センサ132の検出結果(充放電の電流値)を積算して第2バッテリ130のSOC(以下「SOC2」と表記する)を算出する。このように、バッテリに流れ込む電流とバッテリから流れ出す電流を積算することによって(いわゆるクーロンカウント処理)、バッテリのSOCを算出することができる。なお、バッテリ120、130のSOCの算出方法は、クーロンカウント処理に限定されず、他の周知の任意の方法を採用することができる。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS4000で、電源ECU150は、バッテリ状態制御処理を行う。このバッテリ状態制御処理では、バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2が低下し過ぎるとバッテリ120、130の劣化が進むため、各バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2が所定値以下にならないように各バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2を制御する。このバッテリ状態制御処理の内容は、図5のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4100で、電源ECU150は、第1バッテリSOC制御処理を行う。この第1バッテリSOC制御処理では、第1バッテリ120の充電状態SOC1を一定の範囲内に制御する。ここで、「一定の範囲」は、第1バッテリ120の特性を考慮して、決定される。例えば、リチウムイオンバッテリの場合、SOCは高すぎても低すぎても劣化が進むため、通常、リチウムイオンバッテリは、SOCが適当な範囲(例えば、40~60%)内にある状態で使用される。本実施の形態では、この範囲の上限と下限をそれぞれ5%狭めて、第1バッテリ120の充電状態SOC1を45~55%の範囲内に制御する(下限値=45%、上限値=55%)。また、例えば、第1バッテリ120がリチウムイオンバッテリの場合を想定して、回生発電による充電の余地を残すために、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%以上50%未満の範囲で発電機110の強制発電のON(開始)/OFF(停止)を切り替える。この第1バッテリSOC制御処理の内容は、図6のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4110で、電源ECU150は、発電機110が強制発電中であるか否かを判断する。この判断の結果として、発電機110が強制発電中である場合は(S4110:YES)、ステップS4120に進み、発電機110が強制発電中でない場合は(S4110:NO)、ステップS4150に進む。
 ステップS4120では、電源ECU150は、さらに、第1バッテリ120の充電状態SOC1が50%以上であるか否かを判断する。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態SOC1が50%未満である場合は(S4120:NO)、ステップS4130に進み、第1バッテリ120の充電状態SOC1が50%以上である場合は(S4120:YES)、ステップS4140に進む。
 ステップS4130では、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が50%未満であるため、発電機110の強制発電を継続する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力が、第1バッテリ120に充電される。その後、制御手順は、ステップS4150に進む。
 一方、ステップS4140では、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が50%以上であるため、回生発電による充電の余地を残すべく、発電機110の強制発電を停止する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力の第1バッテリ120への充電が、停止される。その後、制御手順は、ステップS4150に進む。
 ステップS4150では、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満であるか否かを判断する。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満である場合は(S4150:YES)、ステップS4160に進み、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%以上である場合は(S4150:NO)、直ちに図5のフローチャートにリターンする。
 ステップS4160では、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満に低下したため、発電機110の強制発電を開始する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力が、第1バッテリ120に充電される。その後、制御手順は、図5のフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS4200で、電源ECU150は、第2バッテリSOC制御処理を行う。この第2バッテリSOC制御処理では、第2バッテリ130の充電状態SOC2を一定の範囲内に制御する。ここで、「一定の範囲」は、第2バッテリ130の特性を考慮して、決定される。例えば、鉛バッテリの場合、SOCが満充電(100%)の状態から低下するほどバッテリの劣化が進むため、通常、鉛バッテリは、満充電(SOC=100%)に近い状態で使用される。本実施の形態では、例えば、第2バッテリ130が鉛バッテリの場合を想定して、回生発電による充電の余地を残すために、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%以上A%(通常は95%)未満の範囲で第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電のON(開始)/OFF(停止)を切り替える。この強制充電のON(開始)/OFF(停止)は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を制御することによって切り替えられる。この第2バッテリSOC制御処理の内容は、図7のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4210で、電源ECU150は、第2バッテリ130が強制充電中であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130が強制充電中である場合は(S4210:YES)、ステップS4220に進み、第2バッテリ130が強制充電中でない場合は(S4210:NO)、ステップS4250に進む。
 ステップS4220では、電源ECU150は、さらに、第2バッテリ130の充電状態SOC2が所定値A%以上であるか否かを判断する。ここで、「所定値A」は、通常は、例えば、95(%)に設定される。ただし、第1バッテリ120からの持ち出しが起こることが予測される場合には(図2参照)、例えば、所定値Aを92(%)に設定して、常に第2バッテリ130の充電状態SOC2を下げ気味にしておく。これにより、第2バッテリ130は、いつでも充電しやすい(つまり、充電電流が大きくなる)状態に設定されることになり、第1バッテリ120の劣化検出の際に第1バッテリ120からの放電電流を大きくすることができる。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2がA%未満である場合は(S4220:NO)、ステップS4230に進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2がA%以上である場合は(S4220:YES)、ステップS4240に進む。
 ステップS4230では、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2がA%未満であるため、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を継続する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を14.5Vに維持する。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130への充電が、強制的に行われる。その後、制御手順は、ステップS4250に進む。
 一方、ステップS4240では、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2がA%以上であるため、回生発電による充電の余地を残すべく、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を停止する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を12.5Vに戻す。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130への充電が、停止される。その後、制御手順は、ステップS4150に進む。
 ステップS4250では、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%未満であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%未満である場合は(S4250:YES)、ステップS4260に進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%以上である場合は(S4250:NO)、直ちに図3のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS4260では、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC3が90%未満に低下したため、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を開始する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を14.5Vに上げる。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130に電力が供給され、第2バッテリ130が強制的に充電される。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS5000で、電源ECU150は、回生発電制御を行う。この回生発電制御の内容は、図8のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS5100で、電源ECU150は、車速が所定値(例えば、10km/h)以上であり、かつ、車両が減速中である、か否かを判断する。ここで、車速が所定値以上であるか否かを判断するのは、現在の車速が回生発電に適しているか否か、つまり、回生発電に必要な運動エネルギが車両にあるか否かを判断するためである。回生エネルギは車両の運動エネルギを電気エネルギに変換したものあり、車速が低いと運動エネルギも小さいため、回生エネルギ量は期待できない。また、車両が減速中であるか否かは、例えば、車両の車速情報に基づいて、または、ブレーキの踏み込み度(ブレーキが踏まれているか否か)に基づいて判断される。この判断の結果として、車速が所定値(10km/h)以上であり、かつ、車両が減速中である場合は(S5100:YES)、ステップS5200に進み、そうでない場合、つまり、車速が所定値(10km/h)未満であり、または、車両が減速中でない(つまり、加速時や定常走行時、アイドリング時など)場合は(S5100:NO)、直ちに図3のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS5200では、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(例えば、55%)以下であるか否かを判断する。この所定値(55%)は、上記の上限値である。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(55%)を超えている場合は(S5200:NO)、ステップS5300に進み、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(55%)以下である場合は(S5200:YES)、ステップS5400に進む。
 ステップS5300では、電源ECU150は、発電機110の発電を停止させる。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 一方、ステップS5400では、電源ECU150は、発電機110に対して発電制御を行う。具体的には、電源ECU150は、発電機110への出力指令値を目標値に設定して出力する。ここで、「目標値」は、第1バッテリ120を充電するのに必要な電圧であり、例えば、36Vのリチウムイオンバッテリの場合、42Vである。
 そして、ステップS5500で、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140に対して出力制御を行う。この出力制御の内容は、図9のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS5510で、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2が100%未満であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が100%未満である場合は(S5510:YES)、ステップS5520に進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が100%以上である場合は(S5510:NO)、ステップS5530に進む。
 ステップS5520では、電源ECU150は、第2バッテリ130が満充電(SC2=100%)でないため、DC/DCコンバータ140の出力電圧を初期値(12.5V)よりも高い14.5Vに上げる。これにより、発電機110にて発電された回生電力が、第1バッテリ120のみならず、第2バッテリ130にも充電される。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 一方、ステップS5530では、電源ECU150は、第2バッテリ130が満充電(SC2=100%)であるため、DC/DCコンバータ140の出力電圧を初期値(12.5V)に戻す。鉛バッテリは、過充電によっても劣化が進むためである。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS6000で、電源ECU150は、放電時劣化検出処理を行う。この放電時劣化検出処理の内容は、図10のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS6100で、電源ECU150は、第1バッテリ120からの持ち出しが予測されるか否かを判断する。この判断は、例えば、図2に示す所定の条件を満たすか否かを判定することによって行われる。例えば、図2に示す例において、電動コンプレッサ170に関して、車室内の温度が一定時間(例えば、1分間)に一定温度(例えば、5℃)以上上昇した場合には、ユーザがエアコンをONしたり(エアコンOFFの場合)またはエアコンの出力をアップしたり(エアコンONの場合)することが予想され、その後、実際に、エアコンがONされまたはエアコンの出力がアップされることによって、第1バッテリ120からの持ち出しが発生する。電動コンプレッサ170以外に、比較的消費電力が大きい電装品180(例えば、ヘッドライトやパワステ、ブレーキランプ、ワイパーなど)に関しても、図2に示すような条件を満たす場合に、第1バッテリ120からの持ち出しが予測される。この判断の結果として、第1バッテリ120からの持ち出しが予測される場合は(S6100:YES)、ステップS6200に進み、第1バッテリ120からの持ち出しが予測されない場合は(S6100:NO)、直ちに図2のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS6200では、電源ECU150は、さらに、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以下であるか否かを判断する。これは、第2バッテリ130(鉛バッテリ)が電力を吸い易い(つまり、電力供給を受け易い)状態にあるか否かを判定するためである。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以下である場合は(S6200:YES)、ステップS6300に進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%を超えている場合は(S6200:NO)、直ちに図2のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS6300では、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力増加制御を行う。具体的には、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を初期値(12.5V)から14.5Vに上昇(増加)させる。これにより、第1バッテリ120から、電動コンプレッサ170または電装品180のみならず、第2バッテリ130にも電力が供給されるようになり、電動コンプレッサ170または電装品180での電力消費開始のタイミングに合わせて(つまり同期して)第2バッテリ130にも電力供給が開始されるため、第1バッテリ120からより大きい電力が出力(放電)される状況が、強制的(積極的)に創出されることになる。例えば、図11(A)に概略的に示すように、電動コンプレッサ170のみを駆動した場合に比べて、電動コンプレッサ170の駆動に加えてDC/DCコンバータ140の出力電圧を増加させた場合には、より大きな電力(電流)が出力されている。
 そして、ステップS6400で、電源ECU150は、第1バッテリ120に対して電流と電圧の同時測定を行う。このとき、電源ECU150は、例えば、図11(A)に概略的に示すように、第1バッテリ120からの出力電力が大きくなる瞬間に、第1バッテリ120の電流と電圧を同時に測定できることになる。電流と電圧の測定は、少なくとも2点について行う。
 そして、ステップS6500で、電源ECU150は、劣化判定を行う。具体的には、電源ECU150は、ステップS6400で測定した複数点の電流と電圧を用いて、次の式(1)により、内部抵抗rを算出する。内部抵抗rは、バッテリ劣化の指標の1つである。例えば、図11(B)に概略的に示すように、電流と電圧を座標軸として、測定した複数点の電流と電圧をその座標平面上にプロットすると、近似直線の傾きが内部抵抗rとなる。図11に示す2点の測定値(-100A,30V)、(-300A,28V)を用いて、式(1)を解くと、内部抵抗rは、r=0.01Ωとなる。式(1)を内部抵抗rについて解くためには、最低2点の測定が必要であるが、劣化判定の精度を上げるためには3点以上の測定を行うようにしてもよい。
 E+rI=V     …(1)
 ここで、E:起電力
     r:内部抵抗
     I:電流
     V:電圧
 また、電源ECU150は、算出した内部抵抗rを所定の判定値と比較して、第1バッテリ120の劣化の有無を判定する。判定の結果は、RAMなどの記憶装置に格納されるとともに、ユーザに警告される。その後、制御手順は、図3のメインフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS7000で、電源ECU150は、イグニッション(IG)スイッチがOFFされたか否かを判断する。この判断の結果として、イグニッションスイッチがOFFされた場合は(S7000:YES)、ステップS8000に進み、イグニッションスイッチがOFFされていない場合は(S7000:NO)、ステップS3000に戻る。
 ステップS7000では、電源ECU150は、エンジンを停止させる。具体的には、電源ECU150は、エンジンを停止させる制御信号を、エンジンの動作を制御する図示しないエンジンECUに出力する。これにより、エンジンが停止する。
 このように、本実施の形態によれば、複数のデバイス(例えば、電動コンプレッサ170/電装品180とDC/DCコンバータ140)を制御して、同時に電力負荷がかかる状況を積極的(強制的)に創出することによって、第1バッテリ120からより大きい電力を出力(放電)させることができる。そのため、第1バッテリ120の劣化を高精度に検出することができる。
 (実施の形態2)
 本発明の実施の形態2では、充電時のバッテリの劣化検出について説明する。なお、本実施の形態の電源システムの構成は、図1に示した実施の形態1に係る車両用電源装置を含む電源システムの構成と同一である。本実施の形態は、実施の形態1と比較して、電源ECU150におけるバッテリ状態制御、回生発電制御及びバッテリの劣化検出が異なる。
 次に、本実施の形態に係る電源システム100の動作について、図12~図17を用いて説明する。ここで、図12は、図1の電源システムの全体動作を示すメインフローチャート、図13は、図12のバッテリ状態制御処理の内容を示すフローチャート、図14は、図13の第1バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート、図15は、図13の第2バッテリSOC制御処理の内容を示すフローチャート、図16は、図12の回生発電制御および充電時劣化検出処理の内容を示すフローチャート、図17は、図16に示す充電時劣化検出処理の内容を説明するための概略図である。
 図12において、図2と共通するステップには、図2と同一の符号を付して詳しい説明を省略する。図12は、図2と比較して、S1000、S2000、S3000、S6000及ぶS7000の各動作が共通する。
 ステップS4000Aで、電源ECU150は、バッテリ状態制御処理を行う。このバッテリ状態制御処理では、バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2が低下し過ぎるとバッテリ120、130の劣化が進むため、各バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2が所定値以下にならないように各バッテリ120、130の充電状態SOC1、SOC2を制御する。このバッテリ状態制御処理の内容は、図13のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4100Aで、電源ECU150は、第1バッテリSOC制御処理を行う。この第1バッテリSOC制御処理では、第1バッテリ120の充電状態SOC1を一定の範囲内に制御する。ここで、「一定の範囲」は、第1バッテリ120の特性を考慮して、決定される。例えば、リチウムイオンバッテリの場合、SOCは高すぎても低すぎても劣化が進むため、通常、リチウムイオンバッテリは、SOCが適当な範囲(例えば、40~60%)内にある状態で使用される。本実施の形態では、この範囲の上限と下限をそれぞれ5%狭めて、第1バッテリ120の充電状態SOC1を45~55%の範囲内に制御する(下限値=45%、上限値=55%)。また、例えば、第1バッテリ120がリチウムイオンバッテリの場合を想定して、回生発電による充電の余地を残すために、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%以上A%(通常は、例えば、50%)未満の範囲で発電機110の強制発電のON(開始)/OFF(停止)を切り替える。この第1バッテリSOC制御処理の内容は、図14のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4110Aで、電源ECU150は、発電機110が強制発電中であるか否かを判断する。この判断の結果として、発電機110が強制発電中である場合は(S4110A:YES)、ステップS4120Aに進み、発電機110が強制発電中でない場合は(S4110A:NO)、ステップS4150Aに進む。
 ステップS4120Aでは、電源ECU150は、さらに、第1バッテリ120の充電状態SOC1が所定値A%以上であるか否かを判断する。ここで、「所定値A」は、通常は、例えば、50(%)に設定される。ただし、車速が上がれば上がるほど、回生エネルギは大きくなるため、次の減速時の回生エネルギに備えて、所定値Aの値を下げるようにする。例えば、車速が60km/h以下では50%、80km/h以下では49%、100km/h以下では48%、などのように設定する。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態SOC1がA%未満である場合は(S4120A:NO)、ステップS4130Aに進み、第1バッテリ120の充電状態SOC1がA%以上である場合は(S4120A:YES)、ステップS4140Aに進む。
 ステップS4130Aでは、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1がA%未満であるため、発電機110の強制発電を継続する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力が、第1バッテリ120に充電される。その後、制御手順は、ステップS4150Aに進む。
 一方、ステップS4140Aでは、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1がA%以上であるため、回生発電による充電の余地を残すべく、発電機110の強制発電を停止する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力の第1バッテリ120への充電が、停止される。その後、制御手順は、ステップS4150Aに進む。
 ステップS4150Aでは、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満であるか否かを判断する。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満である場合は(S4150A:YES)、ステップS4160Aに進み、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%以上である場合は(S4150A:NO)、直ちに図13のフローチャートにリターンする。
 ステップS4160Aでは、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態SOC1が45%未満に低下したため、発電機110の強制発電を開始する。これにより、発電機110にて強制的に発電された電力が、第1バッテリ120に充電される。その後、制御手順は、図13のフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS4200Aで、電源ECU150は、第2バッテリSOC制御処理を行う。この第2バッテリSOC制御処理では、第2バッテリ130の充電状態SOC2を一定の範囲内に制御する。ここで、「一定の範囲」は、第2バッテリ130の特性を考慮して、決定される。例えば、鉛バッテリの場合、SOCが満充電(100%)の状態から低下するほどバッテリの劣化が進むため、通常、鉛バッテリは、満充電(SOC=100%)に近い状態で使用される。本実施の形態では、例えば、第2バッテリ130が鉛バッテリの場合を想定して、回生発電による充電の余地を残すために、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%以上95%未満の範囲で第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電のON(開始)/OFF(停止)を切り替える。この強制充電のON(開始)/OFF(停止)は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を制御することによって切り替えられる。この第2バッテリSOC制御処理の内容は、図15のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS4210Aで、電源ECU150は、第2バッテリ130が強制充電中であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130が強制充電中である場合は(S4210A:YES)、ステップS4220に進み、第2バッテリ130が強制充電中でない場合は(S4210A:NO)、ステップS4250に進む。
 ステップS4220Aでは、電源ECU150は、さらに、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以上であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%未満である場合は(S4220A:NO)、ステップS4230Aに進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以上である場合は(S4220A:YES)、ステップS4240Aに進む。
 ステップS4230Aでは、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%未満であるため、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を継続する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を14.5Vに維持する。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130への充電が、強制的に行われる。その後、制御手順は、ステップS4250Aに進む。
 一方、ステップS4240Aでは、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以上であるため、回生発電による充電の余地を残すべく、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を停止する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を12.5Vに戻す。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130への充電が、停止される。その後、制御手順は、ステップS4150Aに進む。
 ステップS4250Aでは、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%未満であるか否かを判断する。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%未満である場合は(S4250A:YES)、ステップS4260Aに進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が90%以上である場合は(S4250A:NO)、直ちに図12のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS4260Aでは、電源ECU150は、第2バッテリ130の充電状態SOC3が90%未満に低下したため、第1バッテリ120から第2バッテリ130への強制充電を開始する。すなわち、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140の出力電圧を14.5Vに上げる。これにより、第1バッテリ120から第2バッテリ130に電力が供給され、第2バッテリ130が強制的に充電される。その後、制御手順は、図12のメインフローチャートにリターンする。
 次に、ステップS5000Aで、電源ECU150は、回生発電制御および充電時劣化検出を行う。この回生発電制御および充電時劣化検出の内容は、図16のフローチャートに示す通りである。
 まず、ステップS5050Aで、電源ECU150は、車速が所定値(例えば、10km/h)以上であり、かつ、車両が減速中である、か否かを判断する。ここで、車速が所定値以上であるか否かを判断するのは、現在の車速が回生発電に適しているか否か、つまり、回生発電に必要な運動エネルギが車両にあるか否かを判断するためである。回生エネルギは車両の運動エネルギを電気エネルギに変換したものあり、車速が低いと運動エネルギも小さいため、回生エネルギ量は期待できない。また、車両が減速中であるか否かは、例えば、車両の車速情報に基づいて、または、ブレーキの踏み込み度(ブレーキが踏まれているか否か)に基づいて判断される。この判断の結果として、車速が所定値(10km/h)以上であり、かつ、車両が減速中である場合は(S5050A:YES)、ステップS5100Aに進み、そうでない場合、つまり、車速が所定値(10km/h)未満であり、または、車両が減速中でない(つまり、加速時や定常走行時、アイドリング時など)場合は(S5050A:NO)、直ちに図12のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS5100Aでは、電源ECU150は、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(例えば、55%)以下であるか否かを判断する。この所定値(55%)は、上記の上限値である。この判断の結果として、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(55%)を超えている場合は(S5100A:NO)、ステップS5150Aに進み、第1バッテリ120の充電状態(SOC1)が所定値(55%)以下である場合は(S5100A:YES)、ステップS5200Aに進む。
 ステップS5150Aでは、電源ECU150は、発電機110の発電を停止させる。その後、制御手順は、図12のメインフローチャートにリターンする。
 一方、ステップS5200Aでは、電源ECU150は、発電機110に対して発電制御を行う。具体的には、電源ECU150は、発電機110への出力指令値を目標値に設定して出力する。ここで、「目標値」は、第1バッテリ120を充電するのに必要な電圧であり、例えば、36Vのリチウムイオンバッテリの場合、42Vである。
 そして、ステップS5250Aで、電源ECU150は、発電機110にて発電される回生電力が所定値(例えば、発電電流が100A)以上であるか否かを判断する。発電される回生電力が低いと、第1バッテリ120への充電電力も低く、正確な劣化検出は期待できない。発電機110にて発電される回生電力は、車速に依存する。この判断の結果として、発電される回生電力が所定値以上である場合は(S5250A:YES)、ステップS5300Aに進み、発電される回生電力が所定値未満である場合は(S5250A:NO)、直ちに図12のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS5300Aでは、電源ECU150は、さらに、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以上であるか否かを判断する。これは、DC/DCコンバータ140を一時的に停止させた場合に、第2バッテリ130から電装品180への電力供給が可能であるか否かを判定するためである。この判断の結果として、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%以上である場合は(S5300A:YES)、ステップS5350Aに進み、第2バッテリ130の充電状態SOC2が95%未満である場合は(S5300A:NO)、直ちに図12のメインフローチャートにリターンする。
 ステップS5350Aでは、電源ECU150は、電動コンプレッサ170を停止させる。これにより、発電機110にて発電される回生エネルギの電動コンプレッサ170への供給が中止される。
 そして、ステップS5400Aで、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140を停止させる。これにより、発電機110にて発電される回生エネルギの電装品180および第2バッテリ130への供給が中止される。この状態において、発電機110にて発電される回生エネルギはすべて、第1バッテリ120に供給されることになる。
 そして、ステップS5450Aで、電源ECU150は、第1バッテリ120に対して電流と電圧の同時測定を行う。このとき、電源ECU150は、例えば、図17(A)に概略的に示すように、第1バッテリ120への充電電力が大きくなる瞬間に、第1バッテリ120の電流と電圧を同時に測定できることになる。電流と電圧の測定は、少なくとも2点について行う。
 そして、ステップS5500Aで、電源ECU150は、電動コンプレッサ170を始動させる。
 そして、ステップS5550Aで、電源ECU150は、DC/DCコンバータ140を始動させる。
 そして、ステップS5600Aで、電源ECU150は、劣化判定を行う。具体的には、電源ECU150は、ステップS5450で測定した複数点の電流と電圧を用いて、次の式(1)により、内部抵抗rを算出する。内部抵抗rは、バッテリ劣化の指標の1つである。例えば、図17(B)に概略的に示すように、電流と電圧を座標軸として、測定した複数点の電流と電圧をその座標平面上にプロットすると、近似直線の傾きが内部抵抗rとなる。図17に示す2点の測定値(50A,39V)、(150A,40V)を用いて、式(1)を解くと、内部抵抗rは、r=0.01Ωとなる。式(1)を内部抵抗rについて解くためには、最低2点の測定が必要であるが、劣化判定の精度を上げるためには3点以上の測定を行うようにしてもよい。
 E+rI=V     …(1)
 ここで、E:起電力
     r:内部抵抗
     I:電流
     V:電圧
 また、電源ECU150は、算出した内部抵抗rを所定の判定値と比較して、第1バッテリ120の劣化の有無を判定する。判定の結果は、RAMなどの記憶装置に格納されるとともに、ユーザに警告される。その後、制御手順は、図12のメインフローチャートにリターンする。
 このように、本実施の形態によれば、車両減速時に、他のデバイス(例えば、電動コンプレッサ170やDC/DCコンバータ140など)の動作を一時的に停止して、発電機110にて発電される回生エネルギを第1バッテリ120に集中して充電させることができる。そのため、第1バッテリ120の劣化を高精度に検出することができる。
 なお、本実施の形態では、バッテリの劣化を検出するためのパラメータとして、電流と電圧を同時に測定して、内部抵抗を算出するようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、特許文献1に記載された方法を用いて、メインバッテリの出力が大きくなる瞬間における、電圧変化の傾き、または、バッテリ電圧の落ち込みを算出するようにしてもよい。
 2010年3月31日出願の特願2010-081978および2010年3月31日出願の特願2010-081979の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
 本発明に係る車両用電源装置は、バッテリの劣化検出の精度をより向上することができる車両用電源装置として有用である。
 100 電源システム
 110 発電機
 120、130 バッテリ
 122、132 電流センサ
 140、172 DC/DCコンバータ
 150 電源ECU
 160 スタータ
 162 スタータリレー
 170 電動コンプレッサ
 180 一般負荷(電装品)

Claims (6)

  1.  車両に搭載される発電機と、
     前記発電機に接続され、前記発電機にて発電される電力を蓄える、高電圧の第1バッテリと、
     前記発電機および前記第1バッテリと電装品との間に設けられるDC/DCコンバータと、
     前記第1バッテリと、前記DC/DCコンバータを介して接続される、前記第1バッテリよりも低電圧の第2バッテリと、
     前記DC/DCコンバータの動作を制御する制御手段と、
     前記制御手段による前記DC/DCコンバータへの制御に同期し、前記第1バッテリの劣化検出に必要なパラメータを測定する測定手段と、
     前記測定手段の測定結果を用いて、前記第1バッテリの劣化を判定する判定手段と、
     を有し、
     前記制御手段は、
     前記第1バッテリの持ち出しが予測される条件を満たす場合に、前記DC/DCコンバータの出力電圧を増加させる、あるいは、
     車両減速時に、前記DC/DCコンバータを一時的に停止させる、
     車両用電源装置。
  2.  前記第1バッテリは、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリまたは鉛バッテリであり、前記第2バッテリは、鉛バッテリである、請求項1記載の車両用電源装置。
  3.  前記第1バッテリには、電動コンプレッサが接続され、
     前記第1バッテリの持ち出しが予測される条件は、前記電動コンプレッサもしくは前記電装品がONされること、または、前記電動コンプレッサの消費電力が増加することである、
     請求項1記載の車両用電源装置。
  4.  前記第1バッテリには、電動コンプレッサが接続され、
     前記制御手段は、車両減速時に、前記電動コンプレッサおよび前記DC/DCコンバータの動作を一時的に停止させる、
     請求項1記載の車両用電源装置。
  5.  前記測定手段は、前記制御手段による前記DC/DCコンバータへの制御に同期して、前記第1バッテリの複数点の電流と電圧を測定する、
     請求項1記載の車両用電源装置。
  6.  前記判定手段は、前記測定手段の測定結果を用いて、前記第1バッテリの内部抵抗を算出し、所定の判定値と比較して、前記第1バッテリの劣化を判定する、
     請求項5記載の車両用電源装置。
     
     
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