WO2013115034A1 - 車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vehicle power supply device that supplies power to electrical equipment mounted on a vehicle and a vehicle including the power supply device, and in particular, a plurality of electric characteristics such as a lead battery and a lithium ion battery that are different from each other.
- the present invention relates to a power supply device for a vehicle in which batteries are connected in parallel and a vehicle including the power supply device.
- a power supply device for a vehicle has been developed in which a plurality of batteries having different electrical characteristics, for example, a lead battery having a higher energy density than a lead battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery is connected in parallel.
- a lead battery having a higher energy density than a lead battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery is connected in parallel.
- a high energy density battery 92 such as a lithium ion battery is connected to a lead battery 91 via a switching element 94.
- a high-energy density battery 92 is connected to a voltage stabilization load 96, for example, a navigation system or a car audio, which needs to stabilize the voltage at a constant level.
- the lead battery 91 is connected to a general load 97 such as a light, a wiper, and a fan, and a starter 98.
- the high energy density battery 92 is connected to the generator 95 via a switching element 94 such as a MOSFET.
- the lead battery 91 is always connected to the generator 95, and the starter 98 and the general load 97 are always connected to the lead battery 91.
- the power supply device for a vehicle shown in FIG. 1 reduces the output voltage of the generator 95 when accelerating the vehicle and in a constant speed running state where the vehicle runs at a constant speed, and the rotational torque of the generator 95 is reduced.
- the output voltage of the generator 95 is increased in a reduced state where the vehicle is decelerated and the vehicle is decelerated, and both the lead battery 91 and the high energy density battery 92 are charged.
- the generator 95 mounted on the vehicle includes a voltage adjustment circuit 99 that controls the output voltage within a certain range in order to maintain the lead battery 91 at a certain voltage.
- the voltage adjustment circuit 99 controls the AC voltage induced in the stator coil by adjusting the excitation current that flows through the rotor coil 95a of the generator 95.
- the above power supply device efficiently runs with the engine by lowering the output voltage of the generator and reducing the rotational torque in the acceleration state and the constant speed running state of the vehicle so that the generator output is not consumed by the generator. .
- the rotational torque of the generator is increased to brake the vehicle, and regenerative braking is performed by rotating the generator with the kinetic energy of the vehicle to generate power.
- the energy density battery 92 is charged.
- the above power supply devices recharge both the lead battery and the lithium ion battery by regenerative braking, but cannot supply power to the load equally from both the lead battery and the battery having a high energy density with respect to the lead battery.
- a high energy density battery supplies power only to loads that stabilize voltage such as navigation and car audio, and is used for starters with high current loads and general loads that do not need to stabilize voltages such as lights and wipers. Power is supplied from a lead battery only. When starting the engine with a switching element so that the high energy density battery does not supply power to the high-power starter, switch off the switching element and supply power to the starter from the lead battery alone. ing.
- the generator charges both a lead battery and a high energy density battery such as a lithium ion battery, but each of the lead battery and the high energy density battery supplies power to a specific load.
- high energy density batteries are difficult to discharge in a balanced manner. This is because the lead battery load and the high energy density battery separately and independently supply power to each load.
- the lead battery and the high energy density battery supply power to a plurality of loads, but the power consumption of each load varies greatly and does not become constant, but varies depending on the running state and use state of the vehicle. Therefore, the remaining capacities of the lead battery and the high energy density battery always fluctuate and are not uniformed.
- a method of charging a battery with regenerative energy is adopted for the purpose of improving fuel consumption. Since this vehicle charges the battery by driving the generator with the energy of the moving vehicle, the battery can be charged without driving the generator by the engine, that is, without consuming fuel. The energy charged in the battery is supplied to the electrical load of the vehicle, and the fuel consumption can be further improved by driving a motor that accelerates the vehicle with the battery.
- a vehicle that improves fuel efficiency by the above-described method can store regenerative energy in the battery efficiently by increasing the capacity of the battery, thereby further improving fuel efficiency.
- the total capacity that can be substantially used is specified depending on how efficiently two sets of batteries can be charged and discharged. For this reason, it is extremely important for the power supply device that connects two sets of batteries in parallel to increase the total capacity that can be practically used.
- the power supply apparatus of the above-mentioned patent documents connects and charges a lead battery and a high energy density battery in parallel, but the lead battery and the high energy density battery have different electrical characteristics, and both in various usage environments. This battery cannot be charged / discharged efficiently, and the deterioration characteristics are different, so that there is a drawback that the deterioration of one battery becomes serious.
- An object of the present invention is to increase the substantial total capacity by connecting a plurality of batteries in parallel and efficiently charging and discharging both batteries, and in a vehicle that charges a battery with regenerative braking energy.
- An object of the present invention is to provide a power supply device for a vehicle that can increase the regenerative energy to improve fuel efficiency, and can prolong the life of both batteries by preventing deterioration of each battery, and a vehicle equipped with this power supply device.
- a power supply device for a vehicle includes a first battery connected to a vehicle charging mechanism and a vehicle load, a second battery having different electrical characteristics from the first battery, a first battery, and a second battery. And a connection switch that connects the second battery in parallel with the first battery, and a control circuit that switches the connection switch on and off.
- the control circuit is configured to turn on the connection switch in the storage unit for storing the connection range for connecting the second battery to the first battery in the second battery and the connection range of the second battery stored in the storage unit. And a switching circuit that switches the connection switch to an off state in a non-connection range that is not a connection range.
- the control circuit switches on the connection switch, connects the second battery and the first battery in parallel, and charges and discharges both the first battery and the second battery.
- the control circuit switches the connection switch to OFF, disconnects the second battery from the first battery, and charges / discharges only the first battery.
- the above-described power supply device for a vehicle can increase a substantial total capacity by connecting a plurality of batteries in parallel and efficiently charging and discharging both batteries, and is suitable for a vehicle that charges a battery with regenerative braking energy.
- the substantial total capacity of the battery can be increased by turning on the connection switch in the connection range, charging both the first battery and the second battery, and supplying power from both batteries to the vehicle load. Because it does. Supplying electric power to the vehicle load from both the first battery and the second battery can discharge without preventing unbalance of both batteries, and can prevent a substantial decrease in total capacity due to unbalance.
- the ability to increase the total capacity of the first battery and the second battery can increase the amount of stored regenerative braking energy, efficiently store the regenerative braking energy, and improve the vehicle fuel efficiency.
- the power supply device for a vehicle described above connects the second battery to the first battery only in a connection range that satisfies a specific condition, the electrical characteristics of the second battery are deteriorated, or a state in which deterioration is severe is caused.
- the second battery By disconnecting the second battery from the first battery as the non-connection range, only the first battery can be charged / discharged while protecting the second battery. For this reason, the characteristic which can prevent deterioration of a 2nd battery and extend a lifetime, maintaining the function as a battery is implement
- the power supply device for a vehicle may specify a connection range in which the second battery is connected in parallel to the first battery by the temperature of the battery, with a specific temperature range as the connection range. Since the vehicle power supply apparatus for a vehicle described above specifies the connection range for connecting the second battery to the first battery by the battery temperature, a battery having a narrower operating temperature range than the first battery is used for the second battery. However, deterioration can be effectively prevented while maintaining the function as a battery.
- the power supply device for vehicles may specify the connection range which connects a 2nd battery in parallel with a 1st battery by the voltage of a 2nd battery by making a specific voltage range into a connection range.
- the connection range for connecting the second battery to the first battery is specified by the voltage of the second battery, a battery having a narrower operating voltage range than the first battery is used for the second battery.
- deterioration can be effectively prevented while maintaining the function as a battery.
- the first battery may be a lead battery
- the second battery may be a battery having a higher energy density than the lead battery.
- the above vehicle power supply apparatus uses a battery having a higher energy density than the lead battery in parallel as the second battery, so that the total capacity of the battery in the normal use range can be obtained while making the whole battery compact. Can be big.
- the power supply device for a vehicle described above does not use a high energy density battery such as a lithium ion battery as the second battery, it also has a feature that can reliably prevent deterioration due to the usage environment of the second battery and extend its life. To do. This is because, in an environment where the electrical characteristics are lower than that of the lead battery, power is supplied to the electrical load only from the lead battery by being separated from the lead battery of the first battery.
- the lead battery of the first battery has heavy and large defects compared to batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries, but there is little deterioration in electrical characteristics at low and high temperatures, and even in severe usage environments Excellent characteristics that can be charged and discharged.
- the above power supply device uses this excellent characteristic of the lead battery to supply power to the vehicle load only from the lead battery in an extremely low temperature or extremely high temperature environment, or in an extremely high or low voltage region. , Prevents deterioration of high energy density batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries, and in the connection range both the lead battery and the high energy density battery supply power to the vehicle load and the charging mechanism both By charging the battery, the use capacity can be expanded.
- high energy density batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries
- the high energy density battery of the second battery can be a lithium ion secondary battery, a lithium polymer battery, or a nickel metal hydride battery.
- a power supply device using a high energy density battery as a lithium ion battery or a lithium polymer battery has a high energy density, so that the charge / discharge capacity can be increased while reducing the size and weight. For this reason, there exists the characteristic which can reduce the total weight of the whole battery.
- the rated voltage of a nickel metal hydride battery is 1.2V, it has the characteristics which can equalize the voltage of a 1st battery and can charge and discharge both batteries equally by connecting 10 sets in series.
- the power supply device for vehicles can connect the coil which prevents an inrush current in series with a connection switch.
- the inductance of the coil prevents a rapid increase in the charging current of the high energy density battery. For this reason, there exists the characteristic which can prevent that a large current flows instantaneously and a high energy density battery is overcharged for a short time.
- the coil inductance has a greater effect of relaxing the current as the current rises more rapidly, and the high energy density battery can be protected from a sudden increase in current, and deterioration in this state can be effectively prevented.
- the inductance of the coil has extremely low impedance to slow current changes, and in normal conditions, the high-power density battery can be charged efficiently with the output of the generator, and power can also be efficiently transferred from the high-energy density battery to the load.
- the feature that can supply is also realized.
- the above power supply device has a coil connected in series with the connection switch, when the excessive current of the high energy density battery is cut off by the connection switch, the high energy density is delayed by the time when the connection switch is switched off. It also realizes a feature that can reduce the large current flowing through the battery by the inductance of the coil. This is because as the current increases rapidly, the impedance due to the inductance of the coil increases and the effect of limiting the current increases. By reducing the excessive current of the high energy density battery with the connection switch while alleviating the sudden increase in current with the coil, it is possible to effectively prevent the deterioration due to the rapid excessive current of the high energy density battery.
- the interrupted current flows to the first battery.
- the power supply device for the vehicle is connected to a voltage equalization circuit including a series circuit of an equalization switch for preventing an inrush current and a current limiting resistor in parallel with the connection switch, and the equalization switch is turned on / off by the control circuit. Can be switched to.
- the above power supply device can equalize the voltages of the first battery and the second battery with the voltage equalization circuit and turn on the connection switch, the first battery and the second battery can be turned on when the connection switch is turned on. A large inrush current due to a voltage difference from the battery can be prevented.
- the power supply device for a vehicle is mounted on a vehicle equipped with a generator as a charging mechanism, and regenerative braking can be performed in a state where the vehicle is braked by this generator.
- the control circuit includes a voltage control circuit that limits the output voltage of the charging mechanism to a set voltage, and the voltage control circuit of the control circuit controls the output voltage of the charging mechanism to the set voltage.
- the battery can be charged.
- the above power supply device limits the output of the charging mechanism, there is a feature that the fuel consumption of the vehicle can be improved while preventing the first battery and the second battery from being overcharged.
- the power supply device for a vehicle includes a driving state detection circuit that detects a vehicle acceleration state, a constant speed traveling state that travels at a constant speed, and a deceleration state. In a state where the constant speed traveling state is detected, the output of the charging mechanism can be limited or reduced, and regenerative braking can be performed in the decelerated state.
- the above power supply device regeneratively brakes in the deceleration state to charge both the first battery and the second battery, and limits or lowers the output of the charging mechanism in the acceleration state and the constant speed running state.
- the first battery and the second battery can be efficiently charged while improving.
- the vehicle of the present invention uses any one of the above power supply devices as a power source for electrical equipment.
- the second battery 1B is a battery having different electrical characteristics from the first battery 1A.
- the connection switch 4 is connected between the first battery 1A and the second battery 1B.
- the control circuit 5 controls the connection switch 4 to turn it on / off. In the ON state of the connection switch 4, the first battery 1 ⁇ / b> A and the second battery 1 ⁇ / b> B are connected in parallel, and both the batteries 1 are charged by the charging mechanism 25 and connected to the vehicle load 20 to be discharged.
- connection switch 4 In the off state of the connection switch 4, the second battery 1B is not connected to the first battery 1A, and the charging mechanism 25 charges only the first battery 1A, and is discharged from only the first battery 1A to the vehicle load 20. .
- the connection switch 4 When the connection switch 4 is in the OFF state, the second battery 1B is not charged / discharged.
- the control circuit 5 stores a connection range in which the connection switch 4 is turned on. In the connection range of the second battery 1B, the control circuit 5 switches the connection switch 4 on and off in the non-connection range.
- the first battery 1A is a lead battery.
- the first battery may be any battery that has superior temperature characteristics than the second battery or can be used in a wide voltage range, such as a nickel metal hydride battery.
- the first battery 1A has a rated voltage of 12V.
- the lead battery can have a rated voltage of 24V to 48V.
- the first battery 1A can increase the rated voltage and reduce the charging current for regenerative braking.
- the first battery 1 ⁇ / b> A is always connected to the vehicle load 20 including the charging mechanism 25 and the starter 22, is charged by the charging mechanism 25, and supplies power to the vehicle load 20.
- the vehicle load 20 includes a starter 22 for starting a vehicle engine 31 and an electrical load 21.
- the electrical load 21 is a light, a wiper, an air conditioner, a car audio, a car navigation, or the like.
- the first battery 1A is always connected to both the starter 22 and the electrical load 21 to supply power.
- the starter 22 is connected to the first battery 1A via the starter relay 23, and when the ignition switch 32, which is the main switch of the vehicle, is turned on, the starter relay 23 is turned on to start the engine 31.
- the vehicle load does not always include a starter. This is because the hybrid car is a battery that supplies electric power to the vehicle load, does not drive the starter motor that starts the engine, and starts the engine with a running battery (not shown) that runs the vehicle.
- the first battery 1A is charged by the charging mechanism 25 controlled by the control circuit 5, and is preferably charged with a voltage limit of 13.5V to 14.5V so that the maximum voltage does not exceed 16V.
- the first battery 1A can be increased in charge capacity by increasing the charge voltage. However, if the charge voltage is too high, it is overcharged and its life is shortened. Conversely, if the charge voltage is decreased, the charge capacity is decreased and the battery is overdischarged. It becomes easy and the life is shortened.
- the charging voltage of the first battery 1 ⁇ / b> A is controlled by the output voltage of the charging mechanism 25.
- the output voltage of the charging mechanism 25 is controlled by the control circuit 5.
- the generator 25A used in the charging mechanism 25 controls the output voltage by controlling the excitation current of the rotor coil 37 of the generator 25A by the control circuit 5.
- the control circuit 5 increases the excitation current of the rotor coil 37 to increase the output voltage of the generator 25A, and decreases the excitation current to decrease the output voltage of the generator 25A.
- the second battery 1B is a battery having electrical characteristics different from those of the first battery 1A, and has a higher energy density than the first battery 1A, that is, a high energy density battery.
- the high energy density battery is a lithium ion battery 10.
- the high energy density battery may be any battery having an energy density higher than that of the first battery 1A, such as a lithium polymer battery or a nickel metal hydride battery. Lithium ion batteries and lithium polymer batteries are fully charged by charging from 4.1 V / cell to 4.2 V / cell. Therefore, three or four lithium ion batteries or lithium polymer batteries are connected in series and connected in parallel to the first battery 1A. Since the rated voltage of the nickel metal hydride battery is 1.2 V, 10 batteries are connected in series and connected in parallel with the first battery 1A.
- the lithium ion battery 10 is charged with a charging voltage limited to 4.1 V / cell to 4.2 V / cell. Therefore, the second battery 1B in which three lithium ion batteries 10 are connected in series has a maximum voltage of 12.3V, and the second battery 1B in which four lithium ion batteries 10 are connected in series is the highest.
- the battery is charged with the voltage limited to 16.8V. Since the second battery 1B is connected and charged in parallel with the first battery 1A, the voltage of the second battery 1B is equal to the voltage of the first battery 1A. Accordingly, the second battery 1B in which the three lithium ion batteries 10 are connected in series restricts the output voltage of the charging mechanism 25 to 12.3 V, and the four lithium ion batteries 10 are connected in series.
- the second battery 1B is charged by limiting the output voltage of the charging mechanism 25 to 16.8V or less.
- the vehicle includes a charging mechanism 25 that charges the battery 1 including the first battery 1A and the second battery 1B.
- the vehicle load 20 in FIG. 2 is connected to the battery 1 with the charging mechanism 25 as a generator 25A.
- the generator 25A is driven by the engine 31 to charge the battery 1 or charges the battery 1 by regenerative braking of the vehicle. In regenerative braking, the generator 25A is driven when the vehicle is decelerated, and the generator 25A is driven by the kinetic energy of the vehicle to generate electricity.
- the charging mechanism 25 is the generator 25A, but the charging mechanism is not necessarily a generator.
- the voltage of the battery for running that drives the vehicle is stepped down. Can be a DC / DC converter.
- the charging mechanism 25 charges the battery so as not to overcharge the battery by controlling the output voltage.
- the generator 25A mounted on the vehicle charges both the first battery 1A and the second battery 1B when the connection switch 4 is on.
- the generator 25A connects the first battery 1A and the second battery 1B in parallel and charges both, the first battery 1A and the second battery 1B are charged with the same voltage.
- the second battery 1B in which the four sets of lithium ion batteries 10 are connected in series, is connected in parallel with the first battery 1A and the generator 25A is charged, the output voltage of the generator 25A is 13.5V-14.
- Each lithium ion battery 10 is charged at 3.4V / cell to 3.6V / cell at 5V.
- the voltage of the lithium ion battery 10 is 4V / cell.
- the generator 25A charges the second battery 1B composed of the first battery 1A and the lithium ion battery 10 at this voltage, the lithium ion battery 10 is charged without being overcharged.
- the connection switch 4 connects the second battery 1B in parallel with the first battery 1A in the on state, and does not connect the second battery 1B to the first battery 1A in the off state. In a state where the second battery 1B is connected to the first battery 1A in parallel, the second battery 1B is charged and discharged together with the first battery 1A. When the connection switch 4 is turned off and the second battery 1B is not connected to the first battery 1A, charging / discharging of the second battery 1B is stopped.
- the connection switch 4 is a relay.
- a semiconductor switching element can be used for the connection switch 4 instead of the relay.
- As the semiconductor switching element a semiconductor switching element that can withstand a large current such as a MOSFET or an IGBT can be used.
- the control circuit 5 controls the connection switch 4 to be turned on / off to connect the second battery 1B to the first battery 1A, and to switch the connection battery 4B to a state where it is not connected to the first battery 1A.
- the control circuit 5 includes a storage unit 17 that stores a connection range of the second battery 1B that connects the second battery 1B in parallel with the first battery 1A, and a connection range of the second battery 1B that is stored in the storage unit 17. And a switching circuit 18 for switching the connection switch 4 to the OFF state in the non-connection range that is not the connection range. In the connection range of the second battery 1B, the control circuit 5 switches on the connection switch 4 with the switching circuit 18 to connect the second battery 1B in parallel with the first battery 1A.
- the control circuit 5 switches the connection switch 4 off by the switching circuit 18, and the second battery 1B is switched to the first battery 1A. Disconnect from.
- the connection range of the second battery 1B where the connection switch 4 is turned on is specified by the temperature of the battery 1.
- the control circuit 5 includes a temperature sensor 6 that detects the temperature of the second battery 1B.
- the control circuit 5 detects the temperature of the second battery 1B with the temperature sensor 6, and turns on the connection switch 4 when the detected temperature of the second battery 1B is in the connection range, and turns off when it is in the non-connection range other than the connection range. Switch.
- the control circuit 5 can detect the temperature of the first battery 1 ⁇ / b> A with the temperature sensor 6, or can detect the ambient temperature, and can turn on the connection switch 4 when the detected temperature is within the connection range.
- the control circuit 5 detects the temperature of the second battery 1B via the first battery 1A and the ambient temperature, and switches the connection switch 4 on and off.
- the control circuit 5 stores the minimum temperature and the maximum temperature of the connection range in the storage unit 17, and sets the connection range between the minimum temperature and the maximum temperature.
- the control circuit 5 of the power supply apparatus using the second battery 1B as the lithium ion battery 10 or the lithium polymer battery stores in the storage unit 17 with the minimum temperature specifying the connection range preferably set to ⁇ 30 ° C. and the maximum temperature set to preferably 80 ° C. is doing.
- the control circuit 5 can set the minimum temperature stored in the storage unit 17 to ⁇ 40 ° C. to ⁇ 20 ° C., for example, and can set the maximum temperature to 70 ° C. to 90 ° C., for example.
- the connection range stored in the control circuit 5 is the above-described range, but the connection range is set to the optimum temperature by the temperature characteristics of the second battery 1B. For batteries that can be used up to low temperatures, the minimum temperature is set low, and for batteries that can be used up to high temperatures, the maximum temperature is set high.
- the control circuit 5 that sets the connection range stored in the storage unit 17 to ⁇ 30 ° C. to 80 ° C. is the switching circuit 18 and turns on the connection switch 4 while the detected temperature is in this temperature range.
- the connection switch 4 is turned off in the outside non-connection range, that is, lower than ⁇ 30 ° C. or higher than 80 ° C.
- the connection switch 4 is switched on by the switching circuit 18 so that the second battery 1B is parallel to the first battery 1A. Connecting. In this state, power can be supplied from both the first battery 1A and the second battery 1B to the vehicle load 20 of both the starter 22 and the electrical load 21, and the first battery 1A and the second battery 1A are output from the generator 25A. 2 Both batteries 1B are charged.
- the control circuit 5 switches off the connection switch 4 and does not connect the second battery 1B to the first battery 1A. In this state, the second battery 1B is not charged / discharged, and power is supplied from only the first battery 1A to the vehicle load 20 including the starter 22 and the electrical load 21, and the first battery 1A is output from the generator 25A. Only charge the battery.
- the above control circuit 5 specifies the connection range by the battery temperature, but can also specify the connection range by the voltage of the second battery 1B.
- the control circuit 5 stores a specific voltage range as a connection range in the storage unit 17.
- the control circuit 5 detects the voltage of the second battery 1B, and turns on the connection switch 4 when the detected voltage is in the set range, and turns off the connection switch 4 when it is in the non-connection range other than the connection range.
- the control circuit 5 stores the lowest voltage and the highest voltage for specifying the connection range in the storage unit 17 and sets the connection range between the lowest voltage and the highest voltage.
- the control circuit 5 of the power supply device in which the second battery 1B is a lithium ion battery or a lithium ion battery preferably has a minimum voltage for specifying a connection range of preferably 2.5 V / cell and a maximum voltage of preferably 4.1 V / cell to 4 .2 V / cell is stored in the storage unit 17.
- the control circuit 5 can set the minimum voltage stored in the storage unit 17 to 2 V / cell to 3 V / cell, for example, and set the maximum voltage to 4.0 V / cell to 4.3 V / cell, for example.
- the connection range of the voltage stored in the control circuit 5 is the above-mentioned range, but the connection range is set to the optimum voltage by the voltage characteristic of the second battery 1B.
- a battery that is set and can be used up to a low voltage sets the minimum voltage low
- a battery that can be used up to a high voltage sets the maximum voltage high.
- the control circuit 5 that uses the connection range as the voltage of the second battery 1B includes a voltage detection circuit 15.
- the voltage detection circuit 15 detects the voltage of each battery constituting the second battery 1B.
- the control circuit 5 switches the connection switch 4 on and off by comparing the voltage of each battery detected by the voltage detection circuit 15 with the connection range stored in the storage unit 17.
- the control circuit 5 that sets the connection range stored in the storage unit 17 to 2.5 V / cell to 4.1 V / cell is connected to the switching circuit 18 in a state where the voltage of the second battery 1B is in this voltage range. 4 is turned on, and the connection switch 4 is turned off in a non-connection range outside the range of the connection range, that is, lower than 2.5 V / cell or higher than 4.1 V / cell.
- the control circuit 5 can specify the connection range based on the temperature of the battery 1, can also specify the connection range based on the voltage of the second battery 1B, and further specify the connection range based on both the temperature and voltage of the battery 1. be able to.
- the control circuit 5 turns on the connection switch 4 in a state where both the temperature and the voltage of the battery 1 are in the connection range, and the connection switch 4 in a state where both the temperature and the voltage are in the non-connection range. Switch off.
- the control circuit 5 stores a current threshold value for comparing the detected current of the current flowing through the second battery 1B in the storage unit 17 in order to control the connection switch 4 to be turned on / off by the detected current.
- the current threshold is determined in consideration of the capacity of the second battery 1B, and is set to 200A to 500A, for example.
- the control circuit 5 compares the charging current of the second battery 1B detected by the current detection circuit 8 with the current threshold value stored in the storage unit 17, and in a state where the charging current of the second battery 1B exceeds the current threshold value, The connection switch 4 is switched off.
- the power supply device charges only the first battery 1A and does not charge the second battery 1B.
- the first battery 1A has a property of less deterioration in electrical characteristics even when charged with an excessive current as compared with the second battery 1B. For this reason, when the generator 25A charges the battery 1 with an extremely large current during regenerative power generation, the second battery 1B is disconnected and only the first battery 1A is charged, thereby preventing the second battery 1B from being deteriorated due to an excessive current. it can.
- the generator 25A may generate regenerative power to generate 20 Wh to 50 Wh. Since regenerative braking converts the kinetic energy of the vehicle into electric energy, it increases in proportion to the kinetic energy of the vehicle. Since the kinetic energy of the vehicle increases in proportion to the square of the speed, the power generated by regenerative braking increases as the speed of the stopped vehicle increases. If it is assumed that the vehicle is a red signal, stops in 10 seconds while decelerating with regenerative power generation, generates 20 Wh of power before stopping, and charges the battery 1 of 15 V with this power at a constant current. The charging current of the battery 1 is about 500A.
- the generator 25A charges the battery 1 with a charging current of 500A for 10 seconds during regenerative power generation.
- a part of the charging current flows to the first battery 1A and the remaining charging current flows to the second battery 1B, so that both the batteries 1 are charged.
- the ratio of the current flowing through the first battery 1A and the second battery 1B is specified by the voltage and the internal resistance of the first battery 1A and the second battery 1B. Since the first battery 1A and the second battery 1B are connected in parallel and have substantially the same voltage, they are charged with a current that is inversely proportional to the internal resistance.
- the control circuit 5 that stores 200 A as the current threshold switches the connection switch 4 to OFF and charges only the first battery 1 A with a charging current of 500 A.
- the control circuit 5 keeps the connection switch 4 in the ON state when the vehicle speed is low or the deceleration is slowed down and the charging current by the regenerative power generation becomes small and the charging current of the second battery 1B is smaller than 200A. Then, both the first battery 1A and the second battery 1B are charged.
- the 3 further has a coil 9 connected in series with the connection switch 4 for preventing an inrush current.
- the coil 9 reduces the rising of the charging current of the second battery 1B, that is, the rate at which the charging current increases per unit time.
- the rise of the charging current is specified by the inductance of the coil 9.
- the coil 9 having a large inductance can reduce the rise of current.
- the coil 9 has an inductance of 10 ⁇ H to 100 ⁇ H to reduce the rising of the charging current of the second battery 1B.
- the power supply device that connects the coil 9 in series with the connection switch 4 can increase the current threshold for blocking the current of the second battery 1B. This is because, by limiting the peak current, the second battery 1B can increase the average charging current and reduce deterioration. Therefore, in the power supply device in which the coils 9 are connected in series, the current threshold value for blocking the charging current of the second battery 1B can be set to 250A to 1000A.
- the power supply device in which the coils 9 are connected in series also has an effect of limiting the rise of the inrush current.
- the 2 further has a voltage equalizing circuit 11 connected in parallel with the connection switch 4.
- the voltage equalization circuit 11 prevents the inrush current when the connection switch 4 is switched on to connect the second battery 1B to the first battery 1A in parallel.
- the voltage equalization circuit 11 includes a series circuit of an equalization switch 12 and a current limiting resistor 13, and the equalization switch 12 is controlled to be turned on / off by the control circuit 5.
- the control circuit 5 switches on the equalization switch 12 before switching on the connection switch 4 to eliminate the voltage difference between the second battery 1B and the first battery 1A, and then switches on the connection switch 4.
- control circuit 5 of FIG. 2 includes a voltage control circuit 14 that limits the output voltage of the generator 25A to a threshold voltage or less.
- the voltage control circuit 14 controls the excitation current of the rotor coil 37 of the generator 25A to limit the output voltage of the generator 25A to a threshold voltage or less.
- a generator 25 ⁇ / b> A shown in FIG. 4 includes a rotor coil 37 on a rotor 36 fixed to a rotating shaft 35 rotated by an engine 31, and the rotor coil 37 is excited via a slip ring 38 and a brush 39. Supplying current.
- the control circuit 5 controls the current supply circuit 26 that supplies current to the rotor coil 37 to control the excitation current supplied to the rotor coil 37.
- the control circuit 5 monitors the state of the battery 1 and controls the output of the generator 25A in accordance with the necessity of charging, such as when the charging rate is reduced.
- a power supply device mounted on a vehicle for regenerative power generation includes a running state detection circuit 16 that detects a vehicle acceleration state, a constant speed running state that travels at a constant speed, and a deceleration state in the control circuit 5 to detect a running state.
- the output of the generator 25A is limited or lowered, and in the deceleration state, regenerative power generation is performed to charge the battery. Since the above power supply device limits or reduces the output of the generator 25A in the acceleration state and the constant speed running state, the rotational torque of the generator 25A in this state is reduced, and the output of the engine 31 is made to travel by the vehicle. Use effectively. For this reason, fuel consumption can be improved.
- the generator 25A can be driven to charge the first battery 1A and the second battery 1B.
- the above power supply device is generally used as a power source for electrical equipment that supplies power to the electrical load 21 having a rated voltage of 12 V, a vehicle that runs only by an engine, a hybrid that runs by both an engine and a motor. It is mounted as a power source for electrical equipment in electric cars that run only on cars and motors. As shown in FIGS. 2 and 4, a vehicle that runs only by the engine 31 charges the battery 1 using the charging mechanism 25 as a generator 25 ⁇ / b> A.
- a power supply device mounted on a hybrid car or an electric vehicle can be configured such that the charging mechanism 25 is a generator or a DC / DC converter 25B used in place of the generator as shown in FIG.
- the DC / DC converter 25 ⁇ / b> B charges the battery 1 by reducing the voltage of the high-voltage traveling battery 40 that causes the vehicle to travel to a voltage that charges the battery 1.
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Abstract
【課題】複数のバッテリを並列に接続して効率よく充放電することで実質的なトータル容量を大きくしながら、回生エネルギーを大きくして燃費を向上する。 【解決手段】車両用の電源装置は、第1バッテリ1Aと、第1バッテリ1Aと電気特性が異なる第2バッテリ1Bと、これらを並列に接続する接続スイッチ4と、接続スイッチ4をオンオフに切り換える制御回路5とを備える。制御回路5は、第2バッテリ1Bの接続範囲を記憶する記憶部17と、接続範囲において接続スイッチ4をオン状態に、非接続範囲において接続スイッチ4をオフ状態に切り換える切換回路18とを備える。電源装置は、接続範囲において接続スイッチ4をオンに切り換えて、第2バッテリ1Bと第1バッテリ1Aとを並列に接続して両方を充放電し、非接続範囲において接続スイッチ4をオフに切り換えて、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aから切り離して第1バッテリ1Aのみを充放電する。
Description
本発明は、車両に搭載している電装機器に電力を供給する車両用の電源装置とこの電源装置を備える車両に関し、とくに、鉛バッテリとリチウムイオン電池等のように、電気特性が異なる複数のバッテリを並列に接続している車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両に関する。
電気特性が異なる複数のバッテリ、たとえば、鉛バッテリと並列にリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの鉛バッテリよりも高エネルギー密度のバッテリを並列に接続する車両用の電源装置が開発されてきている。(特許文献1参照)
この電源装置の回路図を図1に示している。この電源装置は、図に示すように、鉛バッテリ91にスイッチング素子94を介してリチウムイオン電池などの高エネルギー密度バッテリ92を接続している。この電源装置は、高エネルギー密度バッテリ92に、電圧を一定に安定化させる必要がある電圧安定化負荷96、たとえばナビゲーションシステムやカーオーディオを接続している。鉛バッテリ91には、ライト、ワイパー、ファンなどの一般負荷97と、スタータ98を接続している。発電機95で高エネルギー密度バッテリ92を充電するために、MOSFETなどのスイッチング素子94を介して高エネルギー密度バッテリ92を発電機95に接続している。鉛バッテリ91は常に発電機95に接続され、またスタータ98と一般負荷97も常に鉛バッテリ91に接続している。
図1に示す車両用の電源装置は、車両を加速するときと、車両が一定の速度で走行する定速走行状態とで発電機95の出力電圧を低くして、発電機95の回転トルクを小さくし、車両を減速する減速状態で発電機95の出力電圧を高くして、鉛バッテリ91と高エネルギー密度バッテリ92の両方を充電する。車両に搭載している発電機95は、鉛バッテリ91を一定の電圧に保持するために、出力電圧を一定の範囲にコントロールする電圧調整回路99を備えている。電圧調整回路99は、発電機95のロータコイル95aに流す励磁電流を調整して、ステータコイルに誘導される交流電圧をコントロールしている。発電機95は、ロータコイル95aの電流を大きくして、ステータコイルの出力電圧を高くすると、ロータを回転するのに必要な回転トルクは大きくなる。反対に、ロータコイル95aの電流を小さくして、ステータコイルの出力電圧を低くすると、ロータを回転するのに必要な回転トルクは小さくなる。
以上の電源装置は、車両の加速状態と定速走行状態とで発電機の出力電圧を低くして回転トルクを小さくし、エンジンの出力を発電機が消費しないようにしてエンジンで効率よく走行する。車両を減速する減速状態においては、発電機の回転トルクを大きくして車両を制動し、車両の運動エネルギーで発電機を回転させて発電する回生制動で、出力電圧を高くして鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリ92とを充電する。
以上の電源装置は、回生制動で鉛バッテリとリチウムイオン電池の両方を充電するが、鉛バッテリと、鉛バッテリに対して高エネルギー密度であるバッテリの両方から均等に負荷に電力を供給できない。高エネルギー密度バッテリは、ナビゲーションやカーオーディオなどの電圧を安定化する負荷にのみ電力を供給して、大電流負荷のスタータや、ライトやワイパーなどの電圧を安定化する必要のない一般負荷には、鉛バッテリのみから電力を供給する。高エネルギー密度バッテリが大電力のスタータに電力を供給しないように、スイッチング素子を設けて、スタータでエンジンを始動するときは、スイッチング素子をオフに切り換えて、鉛バッテリのみからスタータに電力を供給している。
以上の電源装置は、発電機が鉛バッテリとリチウムイオン電池などの高エネルギー密度バッテリの両方を充電するが、鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリの各々が特定の負荷に電力を供給するので、鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリの両方をバランスよく放電するのが難しい。鉛バッテリの負荷と高エネルギー密度バッテリが別々に独立して各々の負荷に電力を供給するからである。鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリは、複数の負荷に電力を供給するが、各々の負荷の消費電力は大幅に変動して一定とはならず、車両の走行状態や使用状態によって変動する。したがって、鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリの残容量は常に変動して均一化されない。残容量が異なる鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリとを並列に接続して発電機で充電し、また負荷に電力を供給するとき、両方のバッテリを効率よく充放電することが難しく、実質的に充放電できる両方のバッテリの容量の加算値となるトータル容量が減少する。残容量の大きいバッテリの過充電を防止し、残容量の小さいバッテリの過放電を防止するように充放電させるからである。
とくに、近年の車両は、燃費を改善することを目的として、回生エネルギーでバッテリを充電する方式が採用される。この車両は、減速する車両の運動のエネルギーで発電機を駆動してバッテリを充電するので、エンジンで発電機を駆動することなく、すなわち燃料を消費することなくバッテリを充電できる。バッテリに充電されたエネルギーは、車両の電装負荷に供給されるが、さらにバッテリで車両を加速するモータを駆動して、より燃費を改善することができる。以上の方式で燃費を改善する車両は、バッテリの容量を大きくすることで、回生エネルギーを効率よくバッテリに蓄えて、より燃費を改善できる。鉛バッテリに高エネルギー密度バッテリを並列に接続する電源装置は、2組のバッテリをいかに効率よく充放電できるかで、実質的に使用できるトータル容量が特定される。このことから、2組のバッテリを並列に接続する電源装置は、実質的に使用できるトータル容量を大きくすることが極めて大切である。
さらに、以上の特許文献の電源装置は、鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリとを並列に接続して充放電するが、鉛バッテリと高エネルギー密度バッテリとは電気特性が異なり、種々の使用環境において両方のバッテリを効率よく充放電できず、また劣化特性も異なることから一方のバッテリの劣化が甚だしくなる等の欠点もある。
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の目的は、複数のバッテリを並列に接続して両方のバッテリを効率よく充放電することで実質的なトータル容量を大きくでき、回生制動のエネルギーでバッテリを充電する車両にあっては、回生エネルギーを大きくして燃費を向上でき、また、各々のバッテリの劣化を防止することで両方のバッテリの寿命を長くできる車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両を提供することにある。
本発明の車両用の電源装置は、車両の充電機構と車両負荷とに接続してなる第1バッテリと、この第1バッテリと電気特性が異なる第2バッテリと、第1バッテリと第2バッテリとの間に接続されて、第2バッテリを第1バッテリと並列に接続する接続スイッチと、この接続スイッチをオンオフに切り換える制御回路とを備えている。制御回路は、第2バッテリにおける、第2バッテリを第1バッテリに接続するための接続範囲を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶される第2バッテリの接続範囲において接続スイッチをオン状態に切り換えて、接続範囲でない非接続範囲において接続スイッチをオフ状態に切り換える切換回路とを備えている。電源装置は、第2バッテリの接続範囲において、制御回路が接続スイッチをオンに切り換えて、第2バッテリと第1バッテリとを並列に接続して、第1バッテリと第2バッテリの両方を充放電し、第2バッテリの非接続範囲において、制御回路が接続スイッチをオフに切り換えて、第2バッテリを第1バッテリから切り離して第1バッテリのみを充放電している。
以上の車両用の電源装置は、複数のバッテリを並列に接続して両方のバッテリを効率よく充放電することで実質的なトータル容量を大きくでき、回生制動のエネルギーでバッテリを充電する車両にあっては、回生エネルギーを大きくして燃費を向上できる。バッテリのトータル容量の実質的なトータル容量を大きくできるのは、接続範囲において接続スイッチをオン状態として、第1バッテリと第2バッテリの両方を充電すると共に、両方のバッテリから車両負荷に電力を供給するからである。第1バッテリと第2バッテリの両方から車両負荷に電力を供給することは、両方のバッテリのアンバランスを防止しなから放電でき、アンバランスによる実質的なトータル容量の減少を防止できる。第1バッテリと第2バッテリのトータル容量を大きくできることは、回生制動のエネルギーの蓄電量を大きくし、回生制動のエネルギーを効率よく蓄えて車両の燃費を改善できる。
さらに、以上の車両用の電源装置は、第2バッテリを特定の条件を満足する接続範囲においてのみ第1バッテリに接続するので、第2バッテリの電気特性が低下したり、あるいは劣化の甚だしい状態を非接続範囲として第2バッテリを第1バッテリから切り離すことで、第2バッテリを保護しながら第1バッテリのみを充放電できる。このため、バッテリとしての機能を維持しつつ第2バッテリの劣化を防止して寿命を長くできる特徴を実現する。
さらに、車両用の電源装置は、特定の温度範囲を接続範囲として、第2バッテリを第1バッテリと並列に接続する接続範囲をバッテリの温度で特定してもよい。
以上の車両用の車両用の電源装置は、第2バッテリを第1バッテリに接続する接続範囲をバッテリ温度で特定するので、第2バッテリに第1バッテリよりも使用温度範囲の狭いバッテリを使用しても、バッテリとしての機能を維持しつつ劣化を有効に防止できる。
以上の車両用の車両用の電源装置は、第2バッテリを第1バッテリに接続する接続範囲をバッテリ温度で特定するので、第2バッテリに第1バッテリよりも使用温度範囲の狭いバッテリを使用しても、バッテリとしての機能を維持しつつ劣化を有効に防止できる。
また、車両用の電源装置は、特定の電圧範囲を接続範囲として、第2バッテリを第1バッテリと並列に接続する接続範囲を第2バッテリの電圧で特定してもよい。
以上の車両用の電源装置は、第2バッテリを第1バッテリに接続する接続範囲を第2バッテリの電圧で特定するので、第2バッテリに第1バッテリよりも使用電圧範囲の狭いバッテリを使用しても、バッテリとしての機能を維持しつつ劣化を有効に防止できる。
以上の車両用の電源装置は、第2バッテリを第1バッテリに接続する接続範囲を第2バッテリの電圧で特定するので、第2バッテリに第1バッテリよりも使用電圧範囲の狭いバッテリを使用しても、バッテリとしての機能を維持しつつ劣化を有効に防止できる。
さらに、車両用の電源装置は、第1バッテリを鉛バッテリとして、第2バッテリを鉛バッテリよりも高エネルギー密度のバッテリとしてもよい。
以上の車両用の電源装置は、第2バッテリとして、こうした鉛バッテリよりも高エネルギー密度のバッテリを並列接続して使用するので、バッテリ全体をコンパクトにしながら、通常使用範囲においてバッテリとしてのトータル容量を大きくできる。
以上の車両用の電源装置は、第2バッテリとして、こうした鉛バッテリよりも高エネルギー密度のバッテリを並列接続して使用するので、バッテリ全体をコンパクトにしながら、通常使用範囲においてバッテリとしてのトータル容量を大きくできる。
さらに、以上の車両用の電源装置は、第2バッテリをリチウムイオン電池などの高エネルギー密度のバッテリとしなから、第2バッテリの使用環境による劣化を確実に防止して寿命を長くできる特徴も実現する。それは、電気特性が鉛バッテリに比較して低下する使用環境においては、第1バッテリの鉛バッテリから切り離して鉛バッテリからのみ電装負荷に電力を供給するからである。第1バッテリの鉛バッテリは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのバッテリに比較して、重くて大きい欠点はあるが、低温状態や高温状態においては電気特性の低下が少なく、厳しい使用環境においても充放電できる優れた特性がある。以上の電源装置は、鉛バッテリのこの優れた特性を利用して、極低温や著しい高温環境、もしくは電圧の極端に高い領域もしくは低い領域においては、鉛バッテリのみから車両負荷に電力を供給して、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの高エネルギー密度のバッテリの劣化を防止し、接続範囲においては、鉛バッテリと高エネルギー密度のバッテリの両方から車両負荷に電力を供給し、また充電機構で両方を充電することで、使用容量の拡大を図ることができる。
さらに、車両用の電源装置は、第2バッテリの高エネルギー密度バッテリを、リチウムイオン二次電池もしくはリチウムポリマー電池もしくはニッケル水素電池とすることができる。
高エネルギー密度バッテリを、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池とする電源装置は、エネルギー密度が高いため小型軽量化しながら充放電容量を大きくできる。このため、バッテリ全体のトータル重量を軽くできる特徴がある。また、ニッケル水素電池は定格電圧が1.2Vであるから、これを10組直列に接続することで、第1バッテリの電圧と均一化して、両方のバッテリを均等に充放電できる特徴がある。
高エネルギー密度バッテリを、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池とする電源装置は、エネルギー密度が高いため小型軽量化しながら充放電容量を大きくできる。このため、バッテリ全体のトータル重量を軽くできる特徴がある。また、ニッケル水素電池は定格電圧が1.2Vであるから、これを10組直列に接続することで、第1バッテリの電圧と均一化して、両方のバッテリを均等に充放電できる特徴がある。
さらに、車両用の電源装置は、接続スイッチと直列に突入電流を防止するコイルを接続することができる。
以上の電源装置は、たとえば、車両を急ブレーキで減速して回生発電するとき、コイルのインダクタンスが高エネルギー密度バッテリの充電電流の急激な増加を防止する。このため、瞬時に大電流が流れて高エネルギー密度バッテリが短時間に過充電になることを防止できる特徴がある。とくに、コイルのインダクタンスは、電流が増加する立ち上がりが急激なほど、電流を緩和する作用が大きく、高エネルギー密度バッテリを急峻な電流増加から保護して、この状態における劣化を有効に防止できる。さらに、コイルのインダクタンスは緩慢な電流変化に対しては極めてインピーダンスが低く、通常の状態では発電機の出力で効率よく高エネルギー密度バッテリを充電でき、また高エネルギー密度バッテリから負荷にも効率よく電力を供給できる特徴も実現する。
以上の電源装置は、たとえば、車両を急ブレーキで減速して回生発電するとき、コイルのインダクタンスが高エネルギー密度バッテリの充電電流の急激な増加を防止する。このため、瞬時に大電流が流れて高エネルギー密度バッテリが短時間に過充電になることを防止できる特徴がある。とくに、コイルのインダクタンスは、電流が増加する立ち上がりが急激なほど、電流を緩和する作用が大きく、高エネルギー密度バッテリを急峻な電流増加から保護して、この状態における劣化を有効に防止できる。さらに、コイルのインダクタンスは緩慢な電流変化に対しては極めてインピーダンスが低く、通常の状態では発電機の出力で効率よく高エネルギー密度バッテリを充電でき、また高エネルギー密度バッテリから負荷にも効率よく電力を供給できる特徴も実現する。
さらに、以上の電源装置は、接続スイッチと直列にコイルを接続しているので、高エネルギー密度バッテリの過大電流を接続スイッチで遮断するとき、接続スイッチがオフに切り換えられる時間の遅れで高エネルギー密度バッテリに大電流が流れるのをコイルのインダクタンスで緩和できる特徴も実現する。それは、電流が急激に増加するほど、コイルのインダクタンスによるインピーダンスが大きくなって電流を制限する作用が大きくなるからである。コイルで急激な電流の増加を緩和しながら、接続スイッチで高エネルギー密度バッテリの過大電流を遮断することで、高エネルギー密度バッテリの急激な過大電流による劣化を有効に防止できる。遮断された電流は第1バッテリに流れる。
さらに、車両用の電源装置は、接続スイッチと並列に、突入電流を防止する均等化スイッチと電流制限抵抗との直列回路からなる電圧均等化回路を接続して、均等化スイッチを制御回路でオンオフに切り換えることができる。
以上の電源装置は、電圧均等化回路でもって第1バッテリと第2バッテリとの電圧を均等化して接続スイッチをオンに切り換えできるので、接続スイッチをオンに切り換えるときに、第1バッテリと第2バッテリとの電圧差による大きな突入電流を防止できる。
さらに、車両用の電源装置は、充電機構として発電機を備える車両に搭載されて、この発電機によって、車両を制動する状態で回生制動することができる。
本発明の車両用の電源装置は、制御回路が、充電機構の出力電圧を設定電圧に制限する電圧制御回路を備えて、制御回路の電圧制御回路が、充電機構の出力電圧を設定電圧に制御してバッテリを充電することができる。
以上の電源装置は、充電機構の出力を制限するので、第1バッテリと第2バッテリの過充電を防止しながら、車両の燃費を改善できる特徴がある。
車両用の電源装置は、制御回路が、車両の加速状態と、一定の速度で走行する定速走行状態と、減速状態を検出する走行状態検出回路を備えて、走行状態検出回路が加速状態と定速走行状態とを検出する状態で、充電機構の出力を制限又は低下し、減速状態で回生制動することができる。
以上の電源装置は、減速状態で回生制動して第1バッテリと第2バッテリの両方を充電し、加速状態と定速走行状態では、充電機構の出力を制限又は低下させるので、車両の燃費を向上させながら、効率よく第1バッテリと第2バッテリとを充電できる特徴がある。
本発明の車両は、上記のいずれかの電源装置を電装用の電源として使用している。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及び車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
図2と図3に示す車両用の電源装置は、第1バッテリ1Aと、第2バッテリ1Bと、接続スイッチ4と、制御回路5とを備えている。第1バッテリ1Aは、車両の充電機構25と車両負荷20とに接続している。第2バッテリ1Bは、第1バッテリ1Aと電気特性が異なるバッテリである。接続スイッチ4は、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとの間に接続している。制御回路5は、接続スイッチ4を制御してオンオフに切り換える。接続スイッチ4のオン状態において、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとは並列に接続されて、両方のバッテリ1が充電機構25で充電され、また車両負荷20に接続されて放電する。接続スイッチ4のオフ状態において、第2バッテリ1Bは第1バッテリ1Aに接続されず、充電機構25は第1バッテリ1Aのみを充電し、また、第1バッテリ1Aのみから車両負荷20に放電される。接続スイッチ4のオフ状態で、第2バッテリ1Bは充放電されない。制御回路5は、接続スイッチ4をオン状態に切り換える接続範囲を記憶している。第2バッテリ1Bの接続範囲において、制御回路5は接続スイッチ4をオン、非接続範囲においてオフに切り換える。
第1バッテリ1Aは鉛バッテリである。ただし、第1バッテリは、第2バッテリよりも温度特性に優れ、あるいは広い電圧範囲で使用できる全てのバッテリ、たとえば、ニッケル水素電池なども使用できる。第1バッテリ1Aは、定格電圧を12Vとする。ただし、鉛バッテリは、定格電圧を24V~48Vとすることもできる。第1バッテリ1Aは、定格電圧を高くして、回生制動の充電電流を小さくできる。第1バッテリ1Aは、常に充電機構25とスタータ22を含む車両負荷20に接続されて、充電機構25で充電され、車両負荷20に電力を供給する。車両負荷20は、車両のエンジン31を始動するスタータ22と電装負荷21からなり、電装負荷21は、ライト、ワイパー、エアコン、カーオーディオ、カーナビゲーションなどである。第1バッテリ1Aは、常にスタータ22と電装負荷21の両方に接続されて、電力を供給する。スタータ22は、スタータリレー23を介して第1バッテリ1Aに接続され、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチ32がオンに切り換えられたときに、スタータリレー23がオンに切り換えられて、エンジン31を始動する。ただし、車両負荷は、常にスタータを備えるとは限らない。ハイブリッドカーは、車両負荷に電力を供給するバッテリで、エンジンを始動するスタータモータを駆動せず、車両を走行させる走行用バッテリ(図示せず)でエンジンを始動するからである。
第1バッテリ1Aは、制御回路5で制御される充電機構25で充電されて、好ましくは13.5V~14.5V、最高電圧が16Vを越えないように電圧制限して充電される。第1バッテリ1Aは、充電電圧を高くして充電容量を大きくできるが、充電電圧が高すぎると過充電されて寿命が短くなり、反対に充電電圧を低くすると充電容量が小さくなって過放電されやすくなって寿命が短くなる。第1バッテリ1Aの充電電圧は、充電機構25の出力電圧で制御される。充電機構25の出力電圧は、制御回路5で制御される。充電機構25に使用される発電機25Aは、制御回路5でもって、発電機25Aのロータコイル37の励磁電流を制御して出力電圧をコントロールする。この制御回路5は、ロータコイル37の励磁電流を大きくして発電機25Aの出力電圧を高く、励磁電流を小さくして発電機25Aの出力電圧を低くする。
第2バッテリ1Bは、第1バッテリ1Aと電気特性が異なるバッテリであって、第1バッテリ1Aよりもエネルギー密度の高いバッテリ、すなわち高エネルギー密度バッテリである。高エネルギー密度バッテリは、リチウムイオン電池10である。ただし、高エネルギー密度バッテリには、リチウムポリマー電池やニッケル水素電池など、第1バッテリ1Aよりもエネルギー密度の高い全ての電池とすることができる。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、4.1V/セル~4.2V/セルまで充電されて満充電される。したがって、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は3個または4個を直列に接続して、第1バッテリ1Aに並列に接続される。ニッケル水素電池は定格電圧を1.2Vとするので、10個を直列に接続して第1バッテリ1Aと並列に接続される。
リチウムイオン電池10は、充電電圧を4.1V/セル~4.2V/セルに制限して充電される。したがって、3個のリチウムイオン電池10を直列に接続している第2バッテリ1Bは、最高電圧を12.3V、4個のリチウムイオン電池10を直列に接続している第2バッテリ1Bは、最高電圧を16.8Vに制限して充電される。第2バッテリ1Bは、第1バッテリ1Aと並列に接続して充電されるので、第2バッテリ1Bの電圧は第1バッテリ1Aの電圧に等しくなる。したがって、3個のリチウムイオン電池10を直列に接続している第2バッテリ1Bは、充電機構25の出力電圧を12.3Vに制限し、4個のリチウムイオン電池10を直列に接続している第2バッテリ1Bは、充電機構25の出力電圧を16.8V以下に制限して充電される。
車両は、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bからなるバッテリ1を充電する充電機構25を備えている。図2の車両負荷20は、充電機構25を発電機25Aとして、バッテリ1に接続している。発電機25Aはエンジン31に駆動されてバッテリ1を充電し、あるいは、車両の回生制動でバッテリ1を充電する。回生制動は、車両を減速するときに発電機25Aを駆動して、車両の運動エネルギーで発電機25Aを駆動して発電する。図2は充電機構25を発電機25Aとするが、充電機構は必ずしも発電機とする必要はなく、たとえば、ハイブリッドカーや電気自動車においては、車両を走行させる走行用バッテリの電圧を降圧してバッテリを充電するDC/DCコンバータとすることができる。充電機構25は、出力電圧を制御して、バッテリを過充電させないように充電する。
車両に搭載された発電機25Aは、接続スイッチ4のオン状態においては、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bの両方を充電する。発電機25Aが、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとを並列に接続して両方を充電するとき、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとは同じ電圧で充電される。4組のリチウムイオン電池10を直列に接続している第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aと並列に接続して発電機25Aが充電するとき、発電機25Aの出力電圧を13.5V~14.5Vとして、各々のリチウムイオン電池10は3.4V/セル~3.6V/セルで充電される。発電機25Aの出力電圧を最大電圧の16Vとして第1バッテリ1Aが充電されるとき、リチウムイオン電池10の電圧は4V/セルとなる。発電機25Aがこの電圧で、第1バッテリ1Aとリチウムイオン電池10からなる第2バッテリ1B充電するとき、リチウムイオン電池10は過充電されることなく充電される。
接続スイッチ4は、オン状態で、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aと並列に接続し、オフ状態で第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aに接続しない。第2バッテリ1Bが第1バッテリ1Aに並列に接続される状態で、第2バッテリ1Bは第1バッテリ1Aと一緒に充放電される。接続スイッチ4がオフ状態となって、第2バッテリ1Bが第1バッテリ1Aに接続されない状態で、第2バッテリ1Bは充放電が停止される。接続スイッチ4はリレーである。ただし、接続スイッチ4にはリレーに代わって、半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子には、MOSFETやIGBT等の大電流に耐える半導体スイッチング素子が使用できる。
制御回路5は、接続スイッチ4をオンオフに制御して、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aに接続し、また第1バッテリ1Aに接続しない状態に切り換える。この制御回路5は、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aと並列に接続する第2バッテリ1Bの接続範囲を記憶する記憶部17と、この記憶部17に記憶される第2バッテリ1Bの接続範囲において接続スイッチ4をオン状態に切り換えて、接続範囲でない非接続範囲において接続スイッチ4をオフ状態に切り換える切換回路18とを備えている。この制御回路5は、第2バッテリ1Bの接続範囲において、切換回路18でもって接続スイッチ4をオンに切り換えて、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aと並列に接続する。第2バッテリ1Bの接続範囲にない状態、すなわち第2バッテリ1Bの非接続範囲において、制御回路5は切換回路18でもって、接続スイッチ4をオフに切り換えて、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aから切り離す。
接続スイッチ4がオンに切り換えられる第2バッテリ1Bの接続範囲は、バッテリ1の温度で特定される。制御回路5は、第2バッテリ1Bの温度を検出する温度センサ6を備えている。制御回路5は、温度センサ6で第2バッテリ1Bの温度を検出して、第2バッテリ1Bの検出温度が接続範囲にあると接続スイッチ4をオン、接続範囲でない非接続範囲にあるとオフに切り換える。ただし、制御回路5は、温度センサ6で第1バッテリ1Aの温度を検出し、あるいは周囲温度を検出して、検出温度が接続範囲にあると接続スイッチ4をオンに切り換えることもできる。第1バッテリ1Aや周囲温度が高くなると、第2バッテリ1Bの温度が高くなり、また第1バッテリ1Aや周囲温度が低くなると、第2バッテリ1Bの温度が低下するからである。この制御回路5は、第1バッテリ1Aや周囲温度を介して第2バッテリ1Bの温度を検出して、接続スイッチ4をオンオフに切り換える。
制御回路5は、接続範囲の最低温度と最高温度とを記憶部17に記憶して、最低温度と最高温度との間を接続範囲とする。第2バッテリ1Bをリチウムイオン電池10又はリチウムポリマー電池とする電源装置の制御回路5は、接続範囲を特定する最低温度を好ましくは-30℃、最高温度を好ましくは80℃として記憶部17に記憶している。ただし、この制御回路5は、記憶部17に記憶する最低温度を、例えば-40℃~-20℃とすることができ、また最高温度を、例えば70℃~90℃とすることもできる。第2バッテリ1Bをリチウムイオン電池10やリチウムポリマー電池とする電源装置は、制御回路5に記憶する接続範囲を前述の範囲とするが、接続範囲は第2バッテリ1Bの温度特性で最適温度に設定され、低温まで使用できる電池は最低温度を低く、高温まで使用できる電池は最高温度を高く設定する。
記憶部17に記憶する接続範囲を-30℃~80℃とする制御回路5は、切換回路18でもって、検出温度がこの温度範囲にある状態で、接続スイッチ4をオン、この接続範囲の範囲外にある非接続範囲、すなわち-30℃よりも低く、あるいは80℃よりも高い状態で接続スイッチ4をオフに切り換える。
以上の電源装置は、制御回路5が備える温度センサ6の検出温度が接続範囲にある状態で、切換回路18で接続スイッチ4をオンに切り換えて、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aと並列に接続する。この状態で、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bの両方からスタータ22と電装負荷21の両方の車両負荷20に電力を供給できる状態とし、また、発電機25Aの出力で第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bの両方を充電できる状態とする。温度センサ6の検出温度が接続範囲の範囲外にある非接続範囲においては、制御回路5は、接続スイッチ4をオフに切り換えて、第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aに接続しない。この状態で、第2バッテリ1Bは充放電されず、第1バッテリ1Aのみからスタータ22と電装負荷21からなる車両負荷20に電力を供給する状態とし、また発電機25Aの出力で第1バッテリ1Aのみを充電する状態とする。
以上の制御回路5は、接続範囲をバッテリ温度で特定するが、接続範囲を第2バッテリ1Bの電圧で特定することもできる。この制御回路5は、特定の電圧範囲を接続範囲として記憶部17に記憶している。この制御回路5は、第2バッテリ1Bの電圧を検出し、検出電圧が設定範囲にあると接続スイッチ4をオン、接続範囲でない非接続範囲にあると接続スイッチ4をオフに切り換える。この制御回路5は、接続範囲を特定する最低電圧と最高電圧とを記憶部17に記憶して、最低電圧と最高電圧との間を接続範囲とする。第2バッテリ1Bをリチウムイオン電池又はリチウムイオン電池とする電源装置の制御回路5は、接続範囲を特定する最低電圧を好ましくは2.5V/セル、最高電圧を好ましくは4.1V/セル~4.2V/セルとして記憶部17に記憶している。ただし、この制御回路5は、記憶部17に記憶する最低電圧を、例えば2V/セル~3V/セルとすることができ、また最高電圧を、例えば4.0V/セル~4.3V/セルとすることもできる。第2バッテリ1Bをリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池とする電源装置は、制御回路5に記憶する電圧の接続範囲を前述の範囲とするが、接続範囲は第2バッテリ1Bの電圧特性で最適電圧に設定され、低い電圧まで使用できる電池は最低電圧を低く、高い電圧まで使用できる電池は最高電圧を高く設定する。
接続範囲を第2バッテリ1Bの電圧とする制御回路5は、電圧検出回路15を備えている。電圧検出回路15は、第2バッテリ1Bを構成している各々の電池の電圧を検出する。この制御回路5は、電圧検出回路15で検出する各々の電池の電圧を、記憶部17に記憶する接続範囲に比較して、接続スイッチ4をオンオフに切り換える。記憶部17に記憶する接続範囲を2.5V/セル~4.1V/セルとする制御回路5は、切換回路18でもって、第2バッテリ1Bの電圧がこの電圧範囲にある状態で、接続スイッチ4をオン、この接続範囲の範囲外にある非接続範囲、すなわち2.5V/セルよりも低く、あるいは4.1V/セルよりも高い状態で接続スイッチ4をオフに切り換える。
制御回路5は、バッテリ1の温度で接続範囲を特定し、また、第2バッテリ1Bの電圧で接続範囲を特定することもでき、さらに、バッテリ1の温度と電圧の両方で接続範囲を特定することができる。この制御回路5は、バッテリ1の温度と電圧の両方が接続範囲にある状態で、接続スイッチ4をオン、いずれか一方、又は温度と電圧の両方が非接続範囲にある状態で、接続スイッチ4をオフに切り換える。
図2の電源装置は、第2バッテリ1Bの充電電流と、第2バッテリ1Bと第1バッテリ1Aからなるバッテリ1のトータル充電電流を検出する電流検出回路8を設けている。さらに、制御回路5は、検出電流で接続スイッチ4をオンオフに制御するために、第2バッテリ1Bに流れる電流の検出電流を比較する電流閾値を記憶部17に記憶している。電流閾値は、第2バッテリ1Bの容量などを考慮して決定されるが、たとえば、200A~500Aに設定される。この制御回路5は、電流検出回路8で検出する第2バッテリ1Bの充電電流を記憶部17に記憶している電流閾値に比較し、第2バッテリ1Bの充電電流が電流閾値を越える状態では、接続スイッチ4をオフに切り換える。この電源装置は、第2バッテリ1Bの充電電流が電流閾値よりも大きくなる状態においては、発電機25Aの出力が第1バッテリ1Aのみを充電して、第2バッテリ1Bを充電しない。第1バッテリ1Aは、第2バッテリ1Bに比較すると、過大電流で充電されても電気特性の劣化が少ない性質がある。このため、回生発電で発電機25Aがバッテリ1を極めて大きな電流で充電するとき、第2バッテリ1Bを切り離し、第1バッテリ1Aのみを充電することで、第2バッテリ1Bの過大電流による劣化を防止できる。
車両が赤信号で停止するとき、発電機25Aが回生発電して20Wh~50Whの電力を発電することがある。回生制動は車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するので、車両の運動エネルギーに比例して大きくなる。車両の運動エネルギーは速度の自乗に比例して大きくなるので、停止する車両の速度が速くなるほど、回生制動で発電される電力は大きくなる。仮に、車両が赤信号で、回生発電で減速しながら10秒間で停止して、停止するまでに20Whの電力を発電し、この電力で15Vのバッテリ1を一定の電流で充電すると仮定すると、15Vのバッテリ1の充電電流は約500Aとなる。この減速状態において、発電機25Aは回生発電している10sec間は、500Aの充電電流でバッテリ1を充電する。第2バッテリ1Bと第1バッテリ1Aとが並列に接続される状態で、一部の充電電流は第1バッテリ1Aに、残りの充電電流が第2バッテリ1Bに流れて両方のバッテリ1が充電される。このとき、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bに流れる電流の比率は、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bの電圧と内部抵抗で特定される。第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bは並列に接続されて電圧がほぼ等しいので、内部抵抗に反比例する電流で充電される。第1バッテリ1Aの内部抵抗と第2バッテリ1Bの内部抵抗がほぼ等しいと仮定すると、発電機25Aの出力電流の1/2が第2バッテリ1Bの充電電流となり、第2バッテリ1Bは約250Aの電流で充電される。
電流閾値を200Aと記憶する制御回路5は、この状態で接続スイッチ4をオフに切り換えて、500Aの充電電流で第1バッテリ1Aのみを充電する。車両の速度が低く、あるいは減速がゆっくりされて、回生発電による充電電流が小さくなって、第2バッテリ1Bの充電電流が200Aよりも小さい状態で、制御回路5は接続スイッチ4をオン状態に保持して、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bの両方を充電する。
さらに、図3の電源装置は、接続スイッチ4と直列に突入電流を防止するコイル9を接続している。コイル9は、第2バッテリ1Bの充電電流の立ち上がり、すなわち充電電流が単位時間に増加する割合を小さくする。充電電流の立ち上がりはコイル9のインダクタンスで特定される。インダクタンスの大きいコイル9は、電流の立ち上がりを小さくできる。コイル9は、インダクタンスを10μH~100μHとして、第2バッテリ1Bの充電電流の立ち上がりを少なくする。
接続スイッチ4と直列にコイル9を接続する電源装置は、第2バッテリ1Bの電流を遮断する電流閾値を大きくできる。第2バッテリ1Bが、ピーク電流を制限することで、平均的に充電する電流を大きくして、劣化を少なくできるからである。したがって、コイル9を直列に接続している電源装置は、第2バッテリ1Bの充電電流を遮断する電流閾値を250A~1000Aとすることができる。
制御回路5は、接続スイッチ4をオフからオンに切り換えるとき、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとに電圧差があると、大きな瞬間電流が流れる。コイル9を直列に接続している電源装置は、突入電流の立ち上がりを制限する作用もある。
さらに、図2の電源装置は、接続スイッチ4と並列に、電圧均等化回路11を接続している。電圧均等化回路11は、接続スイッチ4をオンに切り換えて第2バッテリ1Bを第1バッテリ1Aに並列に接続する時の突入電流を防止する。電圧均等化回路11は、均等化スイッチ12と電流制限抵抗13との直列回路からなり、均等化スイッチ12は制御回路5でオンオフに制御される。制御回路5は、接続スイッチ4をオンに切り換える以前に均等化スイッチ12をオンに切り換えて、第2バッテリ1Bと第1バッテリ1Aとの電圧差を解消した後、接続スイッチ4をオンに切り換える。
さらに、図2の制御回路5は、発電機25Aの出力電圧を閾値電圧以下に制限する電圧制御回路14を備えている。電圧制御回路14は、発電機25Aのロータコイル37の励磁電流をコントロールして、発電機25Aの出力電圧を閾値電圧以下に制限する。図4に示す発電機25Aは、エンジン31で回転される回転軸35に固定された回転子36にロータコイル37を備えており、このロータコイル37に、スリップリング38とブラシ39を介して励磁電流を供給している。制御回路5は、ロータコイル37に電流を供給する電流供給回路26を制御して、ロータコイル37に供給される励磁電流を制御している。この制御回路5は、バッテリ1の状態を監視して、充電率が低下したとき等、充電の必要性に合わせて発電機25Aの出力を制御する。
回生発電する車両に搭載される電源装置は、車両の加速状態と、一定の速度で走行する定速走行状態と、減速状態を検出する走行状態検出回路16を制御回路5に設け、走行状態検出回路16が加速状態と定速走行状態とを検出する状態では、発電機25Aの出力を制限又は低下し、減速状態では回生発電してバッテリを充電する。以上の電源装置は、加速状態と定速走行状態とで発電機25Aの出力を制限したり低下させるので、この状態における発電機25Aの回転トルクを小さくして、エンジン31の出力を車両の走行に有効に利用する。このため、燃費を改善できる。ただ、回生発電する車両に搭載される電源装置であっても、車両の加速状態や定速走行状態において、第1バッテリ1Aや第2バッテリ1Bの電圧が低下し、あるいは残容量が少なくなる状態で、発電機25Aを駆動して、第1バッテリ1Aと第2バッテリ1Bとを充電することもできる。
以上の電源装置は、一般的には定格電圧を12Vとする電装負荷21に電力を供給する電装用の電源として使用されるので、エンジンのみで走行する車両、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカー、モータのみで走行する電気自動車などに電装用の電源として搭載される。エンジン31のみで走行する車両は、図2と図4に示すように、充電機構25を発電機25Aとしてバッテリ1を充電する。ハイブリッドカーや電気自動車に搭載される電源装置は、充電機構25を発電機とし、あるいは、図5に示すように、発電機に代わって使用されるDC/DCコンバータ25Bとすることができる。このDC/DCコンバータ25Bは、車両を走行させる高電圧の走行用バッテリ40の電圧をバッテリ1を充電する電圧に降圧してバッテリ1を充電する。
1…バッテリ 1A…第1バッテリ
1B…第2バッテリ
4…接続スイッチ
5…制御回路
6…温度センサ
8…電流検出回路
9…コイル
10…リチウムイオン電池
11…電圧均等化回路
12…均等化スイッチ
13…電流制限抵抗
14…電圧制御回路
15…電圧検出回路
16…走行状態検出回路
17…記憶部
18…切換回路
20…車両負荷
21…電装負荷
22…スタータ
23…スタータリレー
25…充電機構 25A…発電機
25B…DC/DCコンバータ
26…電流供給回路
31…エンジン
32…イグニッションスイッチ
35…回転軸
36…回転子
37…ロータコイル
38…スリップリング
39…ブラシ
40…走行用バッテリ
91…鉛バッテリ
92…高エネルギー密度バッテリ
94…スイッチング素子
95…発電機 95a…ロータコイル
96…電圧安定化負荷
97…一般負荷
98…スタータ
99…電圧調整回路
1B…第2バッテリ
4…接続スイッチ
5…制御回路
6…温度センサ
8…電流検出回路
9…コイル
10…リチウムイオン電池
11…電圧均等化回路
12…均等化スイッチ
13…電流制限抵抗
14…電圧制御回路
15…電圧検出回路
16…走行状態検出回路
17…記憶部
18…切換回路
20…車両負荷
21…電装負荷
22…スタータ
23…スタータリレー
25…充電機構 25A…発電機
25B…DC/DCコンバータ
26…電流供給回路
31…エンジン
32…イグニッションスイッチ
35…回転軸
36…回転子
37…ロータコイル
38…スリップリング
39…ブラシ
40…走行用バッテリ
91…鉛バッテリ
92…高エネルギー密度バッテリ
94…スイッチング素子
95…発電機 95a…ロータコイル
96…電圧安定化負荷
97…一般負荷
98…スタータ
99…電圧調整回路
Claims (11)
- 車両の充電機構と車両負荷とに接続してなる第1バッテリと、この第1バッテリと電気特性が異なる第2バッテリと、前記第1バッテリと前記第2バッテリとの間に接続されて、前記第2バッテリを前記第1バッテリと並列に接続する接続スイッチと、この接続スイッチをオンオフに切り換える制御回路とを備え、
前記制御回路が、前記第2バッテリにおける、第2バッテリを第1バッテリに接続するための接続範囲を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶される第2バッテリの接続範囲において接続スイッチをオン状態に切り換えて、接続範囲でない非接続範囲において接続スイッチをオフ状態に切り換える切換回路とを備えており、
前記制御回路が、第2バッテリの接続範囲において前記接続スイッチをオンに切り換えて、第2バッテリと第1バッテリとが並列に接続されて、第1バッテリと第2バッテリの両方が充放電され、
第2バッテリの非接続範囲において、接続スイッチがオフに切り換えられて、第2バッテリが第1バッテリから切り離されて第1バッテリのみが充放電されるようにしてなる車両用の電源装置。 - 前記第2バッテリが前記第1バッテリと並列に接続される接続範囲がバッテリの温度で特定され、特定の温度範囲を接続範囲としてなる請求項1に記載される車両用の電源装置。
- 前記第2バッテリが前記第1バッテリと並列に接続される接続範囲が第2バッテリの電圧で特定され、特定の電圧範囲を接続範囲としてなる請求項1に記載される車両用の電源装置。
- 前記第1バッテリが鉛バッテリで、第2バッテリが鉛バッテリよりも高エネルギー密度のバッテリである請求項1ないし3のいずれかに記載される車両用の電源装置。
- 高エネルギー密度のバッテリからなる前記第2バッテリが、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池の内の少なくとも一つである請求項4に記載される車両用の電源装置。
- 前記接続スイッチと直列に突入電流を防止するコイルを接続してなる請求項1ないし5のいずれかに記載される車両用の電源装置。
- 前記接続スイッチと並列に、突入電流を防止する均等化スイッチと電流制限抵抗との直列回路からなる電圧均等化回路が接続されており、前記均等化スイッチが前記制御回路でオンオフに切り換えられる請求項1ないし6のいずれかに記載される車両用の電源装置。
- 前記充電機構として発電機を備える車両に搭載されると共に、前記発電機によって、車両を制動する状態で回生制動する請求項1ないし7のいずれかに記載される車両用の電源装置。
- 前記制御回路が、前記充電機構の出力電圧を設定電圧に制御する電圧制御回路を備えており、
前記制御回路の電圧制御回路が、前記充電機構の出力電圧を設定電圧に制御してバッテリを充電する請求項1ないし8のいずれかに記載される車両用の電源装置。 - 前記制御回路が、車両の加速状態と、一定の速度で走行する定速走行状態と、減速状態を検出する走行状態検出回路を備えており、
前記走行状態検出回路が加速状態と定速走行状態とを検出する状態で、前記充電機構の出力を制限又は低下し、減速状態で回生制動する請求項1ないし9のいずれかに記載される車両用の電源装置。 - 請求項1ないし10のいずれかに記載される電源装置を電装用の電源として使用する車両。
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