JP2011131827A

JP2011131827A - ハイブリッド車の電源装置

Info

Publication number: JP2011131827A
Application number: JP2009294776A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kiuchi; 達雄木内
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】内燃機関による発電機の作動を抑制することにより燃費を向上することができ、且つ、複数個直列に接続した電源のうち特定の電源のみの偏った寿命低下を抑制することのできるハイブリッド車の電源装置を提供する。
【解決手段】第１の回路(6)を介して第１の電気負荷(7)へ電力供給する第１のバッテリ(2)と、第１のバッテリとともに第２の回路(5)を介して第２の電気負荷(12)へ電力供給する第２のバッテリ(3)と、第２の回路に接続されて内燃機関で駆動される発電機(13)と、第２の回路から第１及び第２のバッテリへの入力電圧の電圧調整を行う第１の電圧調整器(14)と、走行用モータを駆動させる高電圧な第３のバッテリ(8)と、第３のバッテリからの入力電圧を降圧して第１の電気負荷へ第１のバッテリの電圧及び第１の電圧調整器の調整電圧よりも高い電圧の電力を供給する第２の電圧調整器(10)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車の電源装置に係り、詳しくは、走行用バッテリから電圧の異なる電気負荷に電力供給を行う技術に関する。

内燃機関を搭載した大型車両には、中小型車両及び乗用車との部品を共通化することによるコストの低減及び信頼性の向上を目的とし、電源電圧を１２Ｖとして設計された内燃機関制御用をはじめとする各種制御装置及び内燃機関始動用のスタータ等が用いられている。また、車両の架装等には、従来通り電源電圧を２４Ｖとして設計された冷凍機等の装置が用いられている。

このようなことから大型車両用の電源としては、２４Ｖの主電源回路を装備し、これからＤＣ−ＤＣ変換回路を利用して直流１２Ｖの電源を得る形態が広く普及することとなった。
しかしながら、上記の回路構成では、ＤＣ−ＤＣ変換回路の故障により主電源の定格電圧２４Ｖから各制御装置用１２Ｖへの変換が途絶えると車両が走行中の路上で停止する事態も発生し兼ねない。

そこで、ＤＣ−ＤＣ変換回路に故障が発生しても走行中の車両が路上で停止することなく、自力で車両基地やサービス工場まで走行できるように、１２Ｖの電源を複数個直列に接続し、一方の１２Ｖの電源より各制御装置等に電力を供給することにより、２４Ｖの主電源回路と１２Ｖの電源回路に電力の供給を可能としＤＣ−ＤＣ変換回路の故障時にも車両を走行可能とする車両用電源装置が開発されている（特許文献１）。

特開２００７−１１８６５６号公報

上記特許文献１の車両用電源装置では、ＤＣ−ＤＣ変換回路の故障時に電力供給が可能となるように１２Ｖの電源を複数個直列に接続し車両を走行可能にしている。
しかしながら、複数個直列に接続をした１２Ｖの電源のうち特定の１２Ｖの電源より各制御装置等に電力を供給しており、特定の１２Ｖの電源の電力のみを消費するので、当該特定の１２Ｖの電源のみ寿命の低下が起こり、複数個の電源間で寿命バランスが崩れ、好ましいことではない。

そこで、内燃機関で２４Ｖ用の発電機を作動させて２４Ｖの発電を行い、複数個直列に接続をした１２Ｖの電源のうち特定の１２Ｖの電源より各制御装置等に電力を供給するが、特定の１２Ｖの電源だけが消費することのないよう、１２Ｖの複数個の電源に例えば電圧調整器を介して電力を均等に補充することが考えられ、このようにすることで特定の１２Ｖの電源の寿命の低下を抑制することが可能である。

さらに、最近では、例えば内燃機関とともに走行用モータを備え、この走行用モータに電力供給するために高電圧（例えば２７０Ｖ）の直流電源を有したハイブリッド車両が種々開発されているが、このようなハイブリッド車両において、高電圧の電源電力を内燃機関を利用して１２Ｖを供給する発電機と比べて発電効率の高いＤＣ−ＤＣ変換回路で直流１２Ｖに変換し、この変換した１２Ｖの電力を各制御装置等に利用することで燃費の悪化を解消すること考えられている。

ところが、このように高電圧の電源電力を１２Ｖの電源として利用する場合であっても、併行して内燃機関で上記１２Ｖ用或いは２４Ｖ用の発電機が作動してしまうと、依然として燃費の悪化を解消できず、好ましいことではない。
また、上述の如く特定の１２Ｖの電源のみが使用されると、当該特定の１２Ｖの電源にのみ高電圧の電源から１２Ｖの電力が逆流して補充されるといった現象が起こり得、この場合、電圧調整器を介さないため、やはり特定の１２Ｖの電源の寿命のみの低下が起こり、複数個の電源間で寿命バランスが大きく崩れるという問題がある。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関による１２Ｖ用或いは２４Ｖ用の発電機の作動を抑制することにより燃費を向上することができ、且つ、複数個直列に接続した電源のうち特定の電源のみの偏った寿命低下を抑制することのできるハイブリッド車の電源装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１のハイブリッド車の電源装置は、内燃機関と走行用モータを有したハイブリッド車の電源装置であって、第１の回路を介して第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、第２の回路に接続され、前記内燃機関により駆動される発電機と、前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を前記第１のバッテリの電圧及び前記第２のバッテリの電圧が均衡する所定割合に変換して該第１の回路へ電力を供給する電圧調整を行う第１の電圧調整器と、前記第１のバッテリの電圧及び前記第１の電圧調整器により調整された電圧よりも高電圧な第３のバッテリと、第３の回路を介して前記第３のバッテリから入力される電圧を降圧するとともに前記第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力を供給する第２の電圧調整器とを備え、前記第２の電圧調整器の前記第１の電気負荷へ供給する電力の電圧は、前記第１のバッテリの電圧及び前記第１の電圧調整器により調整された電圧より高く、前記第１の電気負荷の許容電圧より低い所定電圧となるように設定されることを特徴とする。

また、請求項２のハイブリッド車の電源装置では、請求項１において、前記第３のバッテリは、前記走行用モータを駆動するための電圧を蓄電可能な走行用バッテリであることを特徴とする。
また、請求項３のハイブリッド車の電源装置では、請求項１または２において、前記第１の回路に第３の電圧調整器から第１のバッテリへの電力供給を抑制する電力供給抑制手段を備えることを特徴とする。

また、請求項４のハイブリッド車の電源装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第２の電圧調整器は、前記第３のバッテリの電圧が所定割合以下である時には、前記第１の電気負荷に電力を供給しないことを特徴とする。
また、請求項５のハイブリッド車の電源装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第３のバッテリに蓄電される充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を備え、
前記第２の電圧調整器は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記第３のバッテリの充電量が所定量以下である時には、前記第１の電気負荷に電力を供給しないことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第１のバッテリの電圧及び第１の電圧調整器により調整された電圧よりも高電圧な第３のバッテリと、第３の回路を介して第３のバッテリから入力される電圧を降圧するとともに第１の回路を介して第１の電気負荷へ電力を供給する第２の電圧調整器とを備え、第２の電圧調整器の第１の電気負荷へ供給する電力の電圧については、第１のバッテリの電圧及び第１の電圧調整器の調整電圧より高く、前記第１の電気負荷の許容電圧より低い所定電圧となるように設定している。

これにより、第３のバッテリの電圧を第２の電圧調整器にて第１の電気負荷へ供給可能な所定電圧に変換し供給しているので、内燃機関により駆動される発電機の作動を抑制することができ、燃費を向上することができる。
また、既存の車両をハイブリッド化するような場合において内燃機関の補機部品の配置構成を変更することなく、コストの増加を抑えつつ発電機の作動を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、第３のバッテリは、走行用モータを駆動するための電圧を蓄電可能な走行用バッテリで構成されている。
従って、第３のバッテリとして、ハイブリッド車で通常使用される走行用バッテリを使用しているため、新たなバッテリを搭載する必要がなく、コストの増加を抑制することができる。
請求項３の発明によれば、第１の回路に電力供給抑制手段を備えて第２の電圧調整器から第１のバッテリへの電力供給を抑制している。
これにより、第２の電圧調整器から第１のバッテリへの電力供給を抑制されているので、第１の電圧調整器より第１のバッテリへ充電することができる。

従って、第１の電圧調整器から第１のバッテリに充電することができるので、第１のバッテリと第２のバッテリとの電圧の均衡を図り、第１のバッテリのみの寿命低下を抑制することができる。
請求項４の発明によれば、第２の電圧調整器は、第３のバッテリの電圧が所定割合以下である時には、第１の電気負荷に電力を供給しないようにしている。

従って、第３のバッテリの電圧が所定割合以下である時には、第３のバッテリから第１の電気負荷に電力を供給しないので、走行用モータを使用することを前提として走行性能を考慮した車両において、走行への影響を無くすことができるだけでなく、既存の補機部品によって、１２Ｖの供給への影響も無くすことができる。
請求項５の発明によれば、第３のバッテリに蓄電される充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を備えており、第２の電圧調整器は、第３のバッテリの充電量が所定量以下である時には、第１の電気負荷に電力を供給しないようにしている。
従って、第３のバッテリの充電量が所定量以下である時には、第３のバッテリから第１の電気負荷に電力を供給しないので、走行用モータを使用することを前提として走行性能を考慮した車両において、走行への影響を無くすことができるだけでなく、既存の補機部品によって、１２Ｖの供給への影響も無くすことができる。

本発明に係るハイブリッド車の電源装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車の電源装置の概略構成図である。以下、当該ハイブリッド車の電源装置の構成を説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車用電源回路１には、それぞれ１２Ｖの電圧を蓄電可能な第１バッテリ（第１のバッテリ）２及び第２バッテリ（第２のバッテリ）３が直列に接続されて設けられている。つまり、当該第１バッテリ２と第２バッテリ３とは接続ライン４により接続されている。そして、第２バッテリ３の出力端子は２４Ｖ系回路５（第２の回路）に接続されている。また、接続ライン４は途中で分岐しており１２Ｖ系回路６（第１の回路）に接続されている。

１２Ｖ系回路６には、図示しないエンジン（内燃機関）の始動を行うスタータやエンジン制御機器等の定格電圧が１２Ｖの電気負荷（以下１２Ｖ負荷という）（第１の電気負荷）７が接続されている。
また、１２Ｖ系回路６には、図示しない走行用モータを駆動するための高電圧（例えば２７０Ｖ）を蓄電可能な走行用バッテリ（第３のバッテリ）８が、高電圧回路（第３の回路）９、ＤＣ−ＤＣコンバータ（第２の電圧調整器）１０を介して接続されている。

当該ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、走行用バッテリ８の高電圧を、第１バッテリ２や後述するイコライザ（第１の電圧調整器）１４の調整電圧より高く、１２Ｖ負荷７の許容電圧より低い所定電圧（例えば１４Ｖ）に降圧し、１２Ｖ負荷７に電力を供給する機能を有している。

また、走行用バッテリ８とＤＣ−ＤＣコンバータ１０との間には、該走行用バッテリ８の充電量を検出するバッテリ充電量検出センサ（バッテリ充電量検出手段）１５が接続されている。
さらに、１２Ｖ系回路６には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０から供給される所定電圧の電力を第１バッテリ２には供給しないようにするダイオード（電力供給抑制手段）１１が配設されている。
一方、２４Ｖ系回路５には、架装機器（冷凍機）等の２４Ｖの電気負荷（以下２４Ｖ負荷という）（第２の電気負荷）１２が接続されている。

また、２４Ｖ系回路５には発電機１３が接続されている。当該発電機１３はエンジンにより駆動されることで２４Ｖ以上の電力を発電し２４Ｖ系回路５に電力を供給する機能を有している。
さらに、１２Ｖ系回路６及び２４Ｖ系回路５間には、イコライザ１４が接続されている。

当該イコライザ１４は、２４Ｖ系回路５が入力端子に、１２Ｖ系回路６が出力端子に接続されている。イコライザ１４は、２４Ｖ系回路５の電圧及び１２Ｖ系回路６の電圧を監視し、当該２４Ｖ系回路５の電圧の２分の１の電圧及び１２Ｖ系回路６の電圧差が所定電圧差以上である時には、第１バッテリ２及び第２バッテリ３の電圧を均衡させるべく、２４Ｖ系回路５から供給される電圧を２分の１の割合で降圧変換して１２系回路６へ供給する機能を有している。

以下、このように構成された本発明の実施形態に係るハイブリッド車の電源装置の作用及び効果について説明する。
上記構成のハイブリッド車用電源回路１では、通常、発電機１３または直列に接続された第１バッテリ２及び第２バッテリ３から２４Ｖ負荷１２へ電力供給が行われる。

また、走行用バッテリ８の電圧が定格電圧（例えば２７０Ｖ）の所定割合（例えば３０％）以下、若しくは、バッテリ充電量検出センサ１５によって検出された走行用バッテリ８の充電量が所定量（例えば、充電率３０％）以下であるとＤＣ−ＤＣコンバータ１０で判定された時には、第１バッテリ２から１２Ｖ負荷７へ電力供給が行われる。これにより車両の走行への影響を無くすことができる。

そうでない時、即ち走行用バッテリ８の電圧が定格電圧の所定割合より大きい時、若しくは、バッテリ充電量検出センサ１５によって検出された走行用バッテリ８の充電量が所定量より大きい時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０にて走行用バッテリ８から供給される高電圧（例えば２７０Ｖ）をイコライザ１４の調整電圧より高く、１２Ｖ負荷７の許容電圧より低い所定電圧（例えば１４Ｖ）に降圧し、１２Ｖ系回路６を介して１２Ｖ負荷７へ電力供給が行われる。なお、第１バッテリ２には、１２Ｖ系回路６に備わるダイオード１１によりＤＣ−ＤＣコンバータ１０から電力が供給されることはない。

よって、走行用バッテリ８の電圧が定格電圧の所定割合より大きい時、若しくは、走行用バッテリ８の充電量が所定量より大きい時には、第１バッテリの電圧より高電圧なＤＣ−ＤＣコンバータ１０の電力が１２Ｖ負荷７へ供給されるので、第１バッテリ２の電力消費だけが増加することはなく、第１バッテリ２と第２バッテリ３とで電力消費は同等となる。一方、走行用バッテリ８の電圧が定格電圧の所定割合以下である時には、第１バッテリ２は２４Ｖ負荷１２、１２Ｖ負荷７の両方へと電力供給を行うことから、第２バッテリ３に比べて電力消費が大きくなる。

このとき、イコライザ１４は、入力端子に接続されている２４Ｖ系回路５及び出力端子に接続されている１２Ｖ系回路６のそれぞれの電圧を監視し、第１バッテリ２の電圧及び第２バッテリ３の電圧を均衡させるべく、２４Ｖ系回路５から入力される電圧を２分の１の電圧に降圧変換して、１２Ｖ系回路６へと電力を供給する電圧調整を行う。

詳しくは、イコライザ１４は、２４Ｖ系回路５から入力される電圧の２分の１の電圧と、１２Ｖ系回路６の電圧との差が所定差以上である時、即ち第１バッテリ２の電圧及び第２バッテリ３の電圧が不均衡である時に上記電圧調整を行う。即ち、当該イコライザ１４による電圧調整により、第１バッテリ２の電圧及び第２バッテリ３の電圧の均衡が保たれながら、２４Ｖ系回路５から１２Ｖ系回路６の１２Ｖ負荷７または第１バッテリ２へと電力が供給され、第１バッテリ２の電力消費が補われる。

このように、本発明の実施形態に係るハイブリッド車の電源装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０から１２Ｖ負荷７へ優先的に電力供給がされるので第１バッテリ２の電力消費を少なくすることができ、また、ダイオード１１によりＤＣ−ＤＣコンバータ１０から第１バッテリ２への電力供給を抑制しているので、イコライザ１４で第１バッテリ２の電圧調整をすることができる。

これにより、本発明の実施形態に係るハイブリッド車の電源装置によれば、
（１）第１バッテリ２の消費電力が少なくなり第１バッテリ２の電圧調整を行うことによる発電機の作動を減らすことができるので燃費を向上させることができる。
（２）ダイオード１１によりＤＣ−ＤＣコンバータ１０から第１バッテリ２への電力供給を抑制し、イコライザ１４により第１バッテリ２と第２バッテリ３との電圧調整をしているので第１バッテリ２と第２バッテリ３との電圧の均衡を図ることができ、第１バッテリ２のみの寿命低下を抑制することができる。

（３）既存車両の１２Ｖ電源を複数個直列に接続した電源装置にＤＣ−ＤＣコンバータ１０及びダイオード１１を追加することにより、既存車両の構成を大幅に変更することなくコストの増加を抑えて走行用バッテリ８を用いた電源装置とすることができる。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態は、第１バッテリ２へのＤＣ−ＤＣコンバータ１０からの電力供給を抑制するのにダイオード１１を用いているが、これに限定するものではなくＤＣ−ＤＣコンバータ１０から第１バッテリ２への電力供給を抑制できるものであればよい。

２第１バッテリ（第１のバッテリ）
３第２バッテリ（第２のバッテリ）
５２４Ｖ回路（第２の回路）
６１２Ｖ回路（第１の回路）
７１２Ｖ系負荷（第１の電気負荷）
８走行用バッテリ（第３のバッテリ）
９高電圧回路（第３の回路）
１０ＤＣ−ＤＣコンバータ（第２の電圧調整器）
１１ダイオード（電力供給抑制手段）
１２２４Ｖ系負荷（第２の電気負荷）
１３発電機
１４イコライザ（第１の電圧調整器）
１５バッテリ充電量検出センサ（バッテリ充電量検出手段）

Claims

内燃機関と走行用モータを有したハイブリッド車の電源装置であって、
第１の回路を介して第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、
第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、
第２の回路に接続され、前記内燃機関により駆動される発電機と、
前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を前記第１のバッテリの電圧及び前記第２のバッテリの電圧が均衡する所定割合に変換して該第１の回路へ電力を供給する電圧調整を行う第１の電圧調整器と、
前記第１のバッテリの電圧及び前記第１の電圧調整器により調整された電圧よりも高電圧な第３のバッテリと、
第３の回路を介して前記第３のバッテリから入力される電圧を降圧するとともに前記第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力を供給する第２の電圧調整器とを備え、
前記第２の電圧調整器の前記第１の電気負荷へ供給する電力の電圧は、前記第１のバッテリの電圧及び前記第１の電圧調整器により調整された電圧より高く、前記第１の電気負荷の許容電圧より低い所定電圧となるように設定されることを特徴とするハイブリッド車の電源装置。
前記第３のバッテリは、前記走行用モータを駆動するための電圧を蓄電可能な走行用バッテリであることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド車の電源装置。
前記第１の回路に第２の電圧調整器から第１のバッテリへの電力供給を抑制する電力供給抑制手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド車の電源装置。
前記第２の電圧調整器は、前記第３のバッテリの電圧が所定割合以下である時には、前記第１の電気負荷に電力を供給しないことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド車の電源装置。
前記第３のバッテリに蓄電される充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を備え、
前記第２の電圧調整器は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記第３のバッテリの充電量が所定量以下である時には、前記第１の電気負荷に電力を供給しないことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド車の電源装置。