JP2011155791A - Power supply device for vehicle - Google Patents
Power supply device for vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011155791A JP2011155791A JP2010016463A JP2010016463A JP2011155791A JP 2011155791 A JP2011155791 A JP 2011155791A JP 2010016463 A JP2010016463 A JP 2010016463A JP 2010016463 A JP2010016463 A JP 2010016463A JP 2011155791 A JP2011155791 A JP 2011155791A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- storage unit
- voltage
- converter
- power storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、バッテリの電圧低下時に蓄電部の電力を負荷に供給可能な、回生機能付き車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply device with a regenerative function that can supply power of a power storage unit to a load when the voltage of a battery drops.
近年、省燃費の必要性からアイドリングストップ機能や減速回生機能を有する車両が開発されている。前者の車両は停車時にエンジンを止めるので、その分の燃料を節約できる。後者の車両は減速時に熱として捨てていた運動エネルギを回生電力として回収し、電気エネルギとして再利用できるので、省燃費化が可能となる。 In recent years, vehicles having an idling stop function and a deceleration regeneration function have been developed because of the need for fuel saving. Since the former vehicle stops the engine when the vehicle stops, it can save fuel. The latter vehicle collects kinetic energy, which was discarded as heat during deceleration, as regenerative power and can be reused as electric energy, so that fuel consumption can be reduced.
このような車両について、まずアイドリングストップ車について説明する。アイドリングストップ車は停止期間が終了し走行を開始する時に前記エンジンを再始動する必要がある。この際、バッテリにてスタータを駆動すると大電流が流れるためバッテリ電圧の瞬間的な低下(以下、瞬時低下といい、瞬断と同意とする)を起こし、負荷(電装品)の動作が一時的に停止する可能性がある。そこで、前記スタータの駆動時に別の電力源で前記負荷を駆動し続けることにより瞬時低下に対応する回路構成が必要となる。 Regarding such a vehicle, first, an idling stop vehicle will be described. The idling stop vehicle needs to restart the engine when the stop period ends and the vehicle starts running. At this time, if a starter is driven by a battery, a large current flows, causing an instantaneous drop in the battery voltage (hereinafter referred to as an instantaneous drop, which is referred to as instantaneous interruption and consent), and the operation of the load (electrical equipment) is temporary. There is a possibility of stopping. Therefore, it is necessary to have a circuit configuration that can cope with an instantaneous decrease by continuously driving the load with another power source when the starter is driven.
このような瞬時低下に対応するために、例えば特許文献1に示す回路がDC/DCコンバータの入力回路として提案されている。図4はこのDC/DCコンバータの入力回路の回路図である。入力電源101はDC/DCコンバータの入力回路103を介してDC/DCコンバータ105に接続されている。なお、DC/DCコンバータ105の入力には入力コンデンサ107が接続されている。DC/DCコンバータの入力回路103は入力電源101の電圧を2個の入力電圧検出用抵抗109、111により検出し、検出電圧値に応じて2個のMOSFET113、115を制御する構成を有する。
In order to cope with such an instantaneous decrease, for example, a circuit shown in Patent Document 1 has been proposed as an input circuit of a DC / DC converter. FIG. 4 is a circuit diagram of an input circuit of this DC / DC converter. The
次に、このような回路の動作を説明する。入力電源101の瞬時低下が発生していない通常時には、DC/DCコンバータの入力回路103は2個のMOSFET113、115をオンにしている。その結果、入力電源101の電力がDC/DCコンバータ105に入力され、図示しない負荷に供給される。この時、入力電源101と入力コンデンサ107は電気的に並列接続となるため、入力コンデンサ107は入力電源101とほぼ等電圧まで充電される。
Next, the operation of such a circuit will be described. In a normal time when the
入力電源101の瞬時低下が発生すると、2個の入力電圧検出用抵抗109、111により瞬時低下が検出される。それにより、2個のMOSFET113、115がオフとなり、瞬時低下による電圧変動がDC/DCコンバータ105に入力されないようにしている。その間、DC/DCコンバータ105は入力コンデンサ107に蓄えられた電力を前記負荷に供給し続けることができる。従って、このような回路構成とすることで、瞬時低下に対応することができる。
When the
図4に示す回路をアイドリングストップ車に適用した場合、入力電源101が前記バッテリに相当し、それと並列に前記スタータが接続される構成となる。従って、アイドリングストップ後に前記スタータを駆動することで瞬時低下が起こると、2個のMOSFET113、115がオフとなり、入力コンデンサ107に蓄えられた電力がDC/DCコンバータ105を介して前記負荷に供給される。従って、図4に示す回路でアイドリングストップ車の瞬時低下に対応することが可能となる。
When the circuit shown in FIG. 4 is applied to an idling stop vehicle, the
次に、減速回生機能を有する車両について2種類の例を説明する。まず、一例目として特許文献2に示される車両用電力制御装置が挙げられる。この概略構成図を図5に示す。車両のエンジン131はタイヤ133と発電機135に機械的に接続されている。発電機135にはバッテリ137と車両電気負荷139が電気的に接続される。なお、車両電気負荷139にはスタータが含まれる。さらに、発電機135にはDC/DCコンバータ141を介して電気二重層コンデンサ143が電気的に接続される。また、DC/DCコンバータ141は電子演算装置145により制御される。
Next, two examples of a vehicle having a deceleration regeneration function will be described. First, a vehicle power control apparatus disclosed in Patent Document 2 is given as a first example. This schematic configuration diagram is shown in FIG. A
次に、このような車両用電力制御装置における動作について説明する。車両の減速期間に発電機135を発電させることで回生電力が発生する。それにより、電子演算装置145はDC/DCコンバータ141に対して電気二重層コンデンサ143を充電するように制御する。その結果、前記回生電力が電気二重層コンデンサ143に蓄えられる。その後、車両が減速を終了すると、電子演算装置145はDC/DCコンバータ141に対して電気二重層コンデンサ143をバッテリ137に優先して放電するように制御する。その結果、電気二重層コンデンサ143に蓄えた前記回生電力がバッテリ137や車両電気負荷139に供給され、その有効活用が可能となる。
Next, an operation in such a vehicle power control apparatus will be described. Regenerative power is generated by generating the
次に、前記回生電力を前記蓄電素子に充電する車両用電源装置の二例目として例えば特許文献3に示される車両用電源システムが挙げられる。なお、この車両用電源システムはアイドリングストップ機能を有する。この電気回路図を図6に示す。エンジン(図示せず)により発電を行う発電機151は電気二重層キャパシタからなる副電源153と直接電気的に接続される。また、発電機151にはDC/DCコンバータ155を介して主電源157(バッテリ)にも接続されている。主電源157にはスタータ159、車両の安全に関わる重要負荷であるアクチュエータ161、その他の一般的な負荷163等も接続されている。なお、アクチュエータ161は安全ECU165により制御され、DC/DCコンバータ155はシステムECU167により制御される。また、DC/DCコンバータ155と並列に、システムECU167により制御されるスイッチ169が接続されている。
Next, as a second example of the vehicle power supply device that charges the regenerative power to the power storage element, for example, a vehicle power supply system disclosed in Patent Document 3 is cited. This vehicle power supply system has an idling stop function. This electric circuit diagram is shown in FIG. A
次に、このような車両用電源システムの動作について説明する。車両減速時には発電機151が前記回生電力を発電するので、直接接続された副電源153に蓄電する。車両が停止すると前記エンジンを停止し、走行開始時には前記エンジンをスタータ159で始動する。この際、主電源157からの電力に加え、主電源157の端子間電圧が所定値まで回復すればシステムECU167がスイッチ169をオンにすることで副電源153からの電力もスタータ159に供給する。これにより、スタータ159の駆動時間を短縮できる。また、システムECUは副電源153の充電容量とDC/DCコンバータ155の出力能力に余裕があれば副電源153からDC/DCコンバータ155を介して主電源157に給電するよう制御する。これらの動作より、前記回生電力の有効活用が可能となる。
Next, the operation of such a vehicle power supply system will be described. Since the
上記した図4に示すDC/DCコンバータの入力回路によると、確かにスタータ駆動時の瞬時低下可能性を低減でき、また図5に示す車両用電力制御装置や図6に示す車両用電源システムによると、確かに回生電力の有効活用が可能となるのであるが、これらの従来技術では瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができないという課題があった。 According to the input circuit of the DC / DC converter shown in FIG. 4 described above, the possibility of instantaneous reduction during starter driving can be certainly reduced, and the vehicle power control device shown in FIG. 5 and the vehicle power supply system shown in FIG. Certainly, it is possible to effectively use regenerative power. However, these conventional techniques have a problem that it is impossible to achieve both reduction of the possibility of instantaneous reduction and use of regenerative power.
すなわち、図4の構成では通常時に入力電源101が入力コンデンサ107と電気的に並列に接続されるので、入力コンデンサ107は瞬時低下時以外、常に入力電源101とほぼ等電圧まで充電される。従って、前記回生電力のみで入力コンデンサ107を充電することができず、前記回生電力の活用ができないという課題があった。
That is, in the configuration of FIG. 4, the
また、図5の車両用電力制御装置をアイドリングストップ車に適用すると、スタータを含む車両電気負荷139がバッテリ137と電気二重層コンデンサ143の並列回路と電気的に接続される構成であるので、前記スタータを駆動すると大電流がバッテリ137と電気二重層コンデンサ143の両方から供給されることになる。その結果、電気二重層コンデンサ143から供給される電力の分、バッテリ137のみから前記スタータに電力が供給される場合に比べて瞬時低下による電圧低下幅は低減されるものの、前記スタータ以外の車両電気負荷139への印加電圧に影響を及ぼす可能性は残るという課題があった。
5 is applied to the idling stop vehicle, the vehicle
また、図6の車両用電源システムでは、主電源157の端子間電圧が所定値まで回復すれば副電源153からの電力もスタータ159に供給されるため、前記端子間電圧が回復するまではスタータ159と並列に接続される負荷163への印加電圧が変動し、瞬時低下する可能性があるという課題があった。
In the vehicle power supply system of FIG. 6, since the power from the
従って、図4〜6の構成ではいずれも瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができないという課題があった。 Therefore, in each of the configurations of FIGS. 4 to 6, there is a problem that it is impossible to achieve both reduction in the possibility of instantaneous decrease and utilization of regenerative power.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and utilize regenerative power.
前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、車両に搭載されるバッテリに一端が電気的に接続されたスイッチと、前記スイッチの他端に電気的に接続された負荷と、前記スイッチの前記他端に電気的に接続されたDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータに電気的に接続された蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続され、蓄電部電圧(Vc)を検出する蓄電部電圧検出回路と、前記スイッチ、DC/DCコンバータおよび蓄電部電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、前記車両が回生電力を発生する際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記回生電力は前記蓄電部に充電され、前記車両が前記回生電力を発生しない際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記DC/DCコンバータが動作でき、かつ前記バッテリの電圧が瞬時低下する既定期間(ts)に亘り前記蓄電部が前記負荷を駆動し続けられる蓄電部最低電圧(Vck2)に前記蓄電部電圧(Vc)が至るまでの範囲で前記DC/DCコンバータにより前記蓄電部を放電し、前記バッテリの電圧が瞬時低下する際に、前記制御回路は前記スイッチをオフにするとともに、前記DC/DCコンバータにより前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a power supply device for a vehicle according to the present invention includes a switch having one end electrically connected to a battery mounted on the vehicle, and a load electrically connected to the other end of the switch. A DC / DC converter electrically connected to the other end of the switch, a power storage unit electrically connected to the DC / DC converter, and a power storage unit voltage electrically connected to the power storage unit A power storage unit voltage detection circuit for detecting (Vc) and a control circuit electrically connected to the switch, the DC / DC converter, and the power storage unit voltage detection circuit, and when the vehicle generates regenerative power. The control circuit turns on the switch, the regenerative power is charged in the power storage unit, and the control circuit turns on the switch when the vehicle does not generate the regenerative power. The power storage unit voltage (Vck2) is set to the power storage unit minimum voltage (Vck2) at which the power storage unit can continue to drive the load for a predetermined period (ts) in which the DC / DC converter can operate and the voltage of the battery instantaneously decreases. Vc) until the battery is discharged by the DC / DC converter, and when the voltage of the battery drops instantaneously, the control circuit turns off the switch and the DC / DC converter The power of the power storage unit is supplied to the load.
本発明の車両用電源装置によれば、バッテリの電圧が瞬時低下した際に、スイッチをオフにしてDC/DCコンバータにより蓄電部の電力を負荷に供給するので、バッテリの電圧変動による負荷への影響が低減される。従って、瞬時低下可能性を低減できる。また、車両が回生電力を発生する際には蓄電部に充電され、非回生時に蓄電部の電力を放電して負荷に供給するので、前記回生電力の活用ができる。ゆえに、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができるという効果を奏する。 According to the vehicle power supply device of the present invention, when the voltage of the battery drops instantaneously, the switch is turned off and the power of the power storage unit is supplied to the load by the DC / DC converter. Impact is reduced. Therefore, the possibility of instantaneous reduction can be reduced. Further, when the vehicle generates regenerative power, the power storage unit is charged, and when the vehicle is not regenerating, the power of the power storage unit is discharged and supplied to the load, so that the regenerative power can be used. Therefore, there is an effect that it is possible to simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use of regenerative power.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図1において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block circuit diagram of a vehicle power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, thick lines indicate power system wirings, and thin lines indicate signal system wirings.
図1において、車両のバッテリ11にはエンジン(図示せず)を始動するためのスタータ13と前記エンジンによって電力を発生する発電機15が電気的に並列接続されている。また、バッテリ11にはスイッチ17の一端が電気的に接続されている。なお、スイッチ17として外部信号によりオンオフ制御が可能なリレーを用いた。
In FIG. 1, a
スイッチ17の他端には負荷19が電気的に接続される。この負荷19は前記車両の電装品であるが、特に瞬時低下による動作停止を回避する必要のある安全装備や灯火類、ナビゲーション等が含まれる。さらに、スイッチ17の前記他端にはDC/DCコンバータ21が電気的に接続されている。また、DC/DCコンバータ21には蓄電部23が電気的に接続されている。このように、スイッチ17がオンの場合、蓄電部23がDC/DCコンバータ21を介してバッテリ11や発電機15に電気的に接続される構成は、図5の構成と同様である。
A
蓄電部23は前記車両の減速時に発電機15が発生する回生電力を蓄えるもので、急峻に発生する前記回生電力を十分に蓄えるために、充電受入性の良好な電気二重層キャパシタを用いた。なお、本実施の形態1では定格電圧2.5Vの電気二重層キャパシタを4本直列に接続する構成とした。従って、蓄電部23は10V(=2.5V×4本)の満充電電圧Vmまで前記回生電力を充電することができる。このような構成としたことにより、発電機15で発生した電圧(以下、発電機電圧Vgと呼び、Vgは約14.5Vである)はDC/DCコンバータ21により降圧されて蓄電部23に充電される。また、充電した前記回生電力を負荷19やバッテリ11に放電する際に、蓄電部23の蓄電部電圧VcはDC/DCコンバータ21で昇圧される。ゆえに、DC/DCコンバータ21は双方向DC/DCコンバータとなる。
The
また、蓄電部23には蓄電部電圧Vcを検出して出力する蓄電部電圧検出回路25が電気的に接続されている。
The
スイッチ17、DC/DCコンバータ21および蓄電部電圧検出回路25には制御回路27が信号系配線で電気的に接続されている。制御回路27はマイクロコンピュータと周辺回路(いずれも図示せず)で構成され、蓄電部電圧検出回路25から蓄電部電圧Vcを読み込むとともに、スイッチ17に対してスイッチ信号SWを送信することでスイッチ17のオンオフ制御を、DC/DCコンバータ21に対して制御信号contを送信することでDC/DCコンバータ21の制御を、それぞれ行なう。さらに、制御回路27は車両用制御回路29とも信号系配線で電気的に接続されており、蓄電部電圧Vc等の種々のデータをデータ信号dataにより送受信している。
A
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。 Next, the operation of such a vehicle power supply device will be described.
まず、車両が制動せずに通常走行している場合は、制御回路27はスイッチ17をオンにしている。これにより、前記エンジンにより発電機15で発電された電力がバッテリ11に充電されるとともに、スイッチ17を経由して負荷19に供給される。この時、前記回生電力は発生していないので、制御回路27は蓄電部23への充電を行なわないようにDC/DCコンバータ21を制御している。
First, when the vehicle is traveling normally without braking, the
次に、運転者がブレーキを踏むなどにより車両が制動され減速すると、その事実が車両用制御回路29からデータ信号dataにより制御回路27に送信される。その結果、制御回路27は発電機15が発生している前記回生電力を蓄電部23に充電するようにDC/DCコンバータ21を制御する。なお、この時も制御回路27はスイッチ17をオンのままとする。これにより、前記回生電力は負荷19に供給されるとともに、バッテリ11の状態によっては一部の前記回生電力がバッテリ11に充電されるが、急峻に発生する初期の前記回生電力の大部分はDC/DCコンバータ21により蓄電部23に充電される。これにより、充電受入性のよい蓄電部23に優先して前記回生電力を回収することで、前記回生電力の回収効率を向上することができる。
Next, when the vehicle is braked and decelerated, for example, when the driver steps on the brake, the fact is transmitted from the
制御回路27は蓄電部電圧検出回路25から蓄電部電圧Vcを読み込むことにより、蓄電部23の満充電を判断する。上記したように蓄電部23の満充電電圧Vmは10Vであるので、制御回路27は蓄電部電圧Vcが満充電電圧Vmに至れば、その電圧を維持するようにDC/DCコンバータ21を制御する。
The
制動後、車両が停止すると、車両用制御回路29は前記エンジンを停止する。これによりアイドリングストップ状態となる。この時、発電機15も止まるので、制御回路27は負荷19への電力が蓄電部23から供給されるようにDC/DCコンバータ21を制御する。具体的にはバッテリ開放電圧OCV(無負荷時のバッテリ11の端子電圧で約12V)よりも高い例えば13Vを出力電圧Vo(以下、蓄電部23の電力をDC/DCコンバータ21が出力する際の電圧を出力電圧Voという)とするようにDC/DCコンバータ21を制御する。これにより、蓄電部23に回収した前記回生電力が負荷19に優先して供給される。また、DC/DCコンバータ21の出力電圧Voはバッテリ開放電圧OCVよりも高くなるので、蓄電部23の電力の一部はバッテリ11にも充電される。
When the vehicle stops after braking, the
この時、蓄電部電圧Vcが徐々に低下していくが、制御回路27は蓄電部電圧Vcが蓄電部下限電圧Vckに至るまでの範囲で蓄電部23を放電するようにしている。ここで、蓄電部下限電圧VckはDC/DCコンバータ21や蓄電部23の能力によって決定されるが、ここでは2Vとしている。
At this time, the power storage unit voltage Vc gradually decreases, but the
アイドリングストップ後に前記車両を走行させるには、前記エンジンを再始動する必要があるが、バッテリ11によりスタータ13を駆動することで前記エンジンが始動する時、バッテリ11の電圧は大きく低下する。この瞬時低下により、従来構成では負荷19への印加電圧が下がり、その動作が中断、停止してしまう。そこで、これを回避するために本実施の形態1ではスタータ13の駆動中に蓄電部23の電力を負荷19に供給するようにしている。従って、スタータ13の駆動前に蓄電部23には少なくともスタータ13の駆動により瞬時低下を起こす既定期間ts(ここではts=2秒とする)に亘って負荷19を駆動できる電力が蓄えられていなければならない。そして、既定期間tsが経過後の蓄電部電圧Vcは最低でもDC/DCコンバータ21が動作できる蓄電部下限電圧Vck(=2V)でなければならない。
In order to run the vehicle after the idling stop, it is necessary to restart the engine, but when the engine is started by driving the
これらのことから、前記エンジンの再始動直前に必要な蓄電部最低電圧Vck2を決定する。まず、負荷19の消費電力を500Wとする。従って、スタータ13の駆動前に蓄えられていなければならない負荷供給エネルギEfは500W×2秒(既定期間ts)=1000W秒となる。一方、前記電気二重層キャパシタに蓄えられるエネルギEcは、Ec=C・V2/2で表される。なお、式中のCは容量値を、Vは電圧を表す。ここで、本実施の形態1で用いた電気二重層キャパシタ1個の容量値を500Fとすると、蓄電部23の容量値Cは4本直列のため500F/4本=125Fとなる。また、電圧Vは放電前(スタータ13の駆動前)が蓄電部最低電圧Vck2であり、放電後(既定期間ts経過後)が蓄電部下限電圧Vck(2V)である。従って、放電前の蓄電部23のエネルギEcbはEcb=C・Vck22/2となり、放電後の蓄電部23のエネルギEcaはEca=C・Vck2/2となる。このエネルギ差Ecb−Ecaが負荷供給エネルギEfとなる。これらのことから、各数値を代入して整理すると、Ef=1000W秒=125/2・(Vck22−22)となる。これを解くと、Vck2=2.83Vとなる。ゆえに、蓄電部最低電圧Vck2は2.83Vと決定されるのであるが、本実施の形態1では蓄電部電圧検出回路25の検出誤差やDC/DCコンバータ21内の損失等を考慮してマージンを持たせ、蓄電部最低電圧Vck2を3Vと決定した。従って、蓄電部電圧Vcが3Vに至るまではアイドリングストップ中に負荷19へ蓄電部23の電力を供給しても構わない。
From these, the power storage unit minimum voltage Vck2 required immediately before restarting the engine is determined. First, the power consumption of the
これらのことから、制御回路27はアイドリングストップ中に蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2に至れば、DC/DCコンバータ21に対し蓄電部23の放電を停止するように制御する。この場合はスイッチ17がオンであるので、バッテリ11の電力を負荷19に供給するか、または前記エンジンを再始動して発電機15により発電された電力を負荷19に供給するかのいずれかの動作が必要となる。ここでは、後者の場合について説明する。
Therefore, the
蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2に到達するか、あるいは運転者がブレーキペダルからアクセルペダルに踏みかえる等の操作を行なうと、制御回路27はアイドリングストップの終了を判断する。なお、これらの状態は制御回路27と車両用制御回路29とのデータ信号dataにより交信される。
When power storage unit voltage Vc reaches power storage unit minimum voltage Vck2, or when the driver performs an operation such as switching from the brake pedal to the accelerator pedal,
アイドリングストップが終了したと判断されると、制御回路27は車両用制御回路29がスタータ13を駆動する前に、蓄電部23が蓄えた前記回生電力を負荷19に供給するようにDC/DCコンバータ21を動作させるとともに、スイッチ17をオフにする。ここで上記したように、制御回路27はアイドリングストップ中で蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2(3V)に至るまではDC/DCコンバータ21が13Vを出力するように制御している。しかし、スイッチ17をオフにするとともに、DC/DCコンバータ21により蓄電部23の電力を負荷19に供給する際には、制御回路27はDC/DCコンバータ21の負荷19に対する出力電圧Voを負荷19における負荷駆動最低電圧Vdに設定している。ここで、負荷駆動最低電圧Vdとは負荷19が安定して動作できる最低電圧のことで、本実施の形態1における負荷駆動最低電圧Vdを10.5Vとした。従って、DC/DCコンバータ21はスイッチ17がオフになる際に、負荷19への出力電圧Voを通常時の13Vから負荷駆動最低電圧Vd(=10.5V)に下げるよう制御される。
When it is determined that the idling stop has ended, the
このように制御する理由は次の通りである。上記の制御により、DC/DCコンバータ21の出力は負荷19のみに接続され、バッテリ11との接続は切断される。従って、DC/DCコンバータ21の出力電圧Voは負荷19が動作できる電圧さえ確保されていればよいので、できるだけ電圧を下げて負荷19への電力が小さくなるようにしている。ゆえに、出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vdまで下げている。また、負荷19への電圧を低くすると、DC/DCコンバータ21の昇圧比が小さくなるので、DC/DCコンバータ21の効率を上げ、損失を抑制する効果も得られる。
The reason for controlling in this way is as follows. By the above control, the output of the DC /
なお、スイッチ17がオンの時にもDC/DCコンバータ21から負荷19への出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vdに下げるように制御すると、バッテリ開放電圧OCV(12V)の方が高いので蓄電部23がバッテリ11により充電されてしまい、蓄電部23から負荷19への前記回生電力の供給ができなくなる。従って、蓄電部23の前記回生電力を優先的に負荷19に供給する際には、制御回路27は上記したようにバッテリ開放電圧OCVより高い出力電圧Vo(=13V)になるようにDC/DCコンバータ21を制御している。
If the output voltage Vo from the DC /
また、出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vd(=10.5V)に下げる制御はスイッチ17をオフにする前であっても後であっても構わない。但し、スイッチ17をオフにする前に出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vdに下げれば、その後スイッチ17がオフなるまでの一瞬の間、上記したようにバッテリ11の電力が蓄電部23に充電されるので、僅かではあるがバッテリ11からの電力持ち出しが発生する。従って、スイッチ17がオフになった後で出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vdに下げる方が前記電力持ち出しを抑制できるので望ましい。
The control for lowering the output voltage Vo to the load drive minimum voltage Vd (= 10.5 V) may be before or after the
制御回路27がスイッチ17をオフにするとともに、DC/DCコンバータ21により蓄電部23の電力を負荷19に供給する動作を行なうことにより、バッテリ11から負荷19への電力供給が断たれるため、スタータ13の駆動に起因したバッテリ11の瞬時低下の影響が負荷19に及ばなくなる。この状態で制御回路27は車両用制御回路29へスタータ13の駆動準備ができたことをデータ信号dataで送信する。これを受け、車両用制御回路29はバッテリ11の電力によりスタータ13を駆動し、前記エンジンを再始動する。これにより、バッテリの電圧は6V程度まで低下する瞬時低下を起こすが、スタータ13が駆動している既定期間ts(=2秒)は蓄電部23のみから電力が負荷19に供給されるので、負荷19の動作は継続する。この際、上記したように、負荷19を既定期間tsに亘って駆動できるだけの電力が蓄電部23に蓄えられているので、負荷19の動作は既定期間tsで継続する。
Since the
既定期間tsが経過してスタータ13の駆動が終了すると、前記エンジンが再始動し発電機15が発電を開始する。従って、もはや瞬時低下は発生しないので、制御回路27はスイッチ17をオンにする。この際のDC/DCコンバータ21の動作は蓄電部電圧Vcによって以下に示すように異なる。
When the drive of the
まず、アイドリングストップ期間が短いなどにより前記回生電力をあまり消費せず、蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2より高い状態である場合、制御回路27はDC/DCコンバータ21の出力電圧Voを発電機電圧Vg(=14.5V)より高い例えば15Vに設定する。これにより、発電機15は発電機電圧Vgより高い電圧が印加されることになるので、発電機15は自動的に発電を停止する。従って、発電機15はいわゆる空回り状態であるので、その分、前記エンジンにかかる機械的負担が軽減され燃費向上に寄与する。この時、発電機15を強制的に停止するようにしてもよい。この場合、DC/DCコンバータ21の出力は必要に応じて任意に設定できる。また、蓄電部23の電力は負荷19だけでなくバッテリ11にも供給されるので、バッテリ11の充電も可能となる。従って、前記回生電力を有効に利用でき効率が向上する。さらに、蓄電部23の電力がバッテリ11と負荷19の両方に供給されることで、蓄電部23の電力を素早く消費することができる。これにより、次回に発生する回生電力を効率よく蓄電部23に充電できるよう備えておくことが可能となる。その後、蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2に至れば、制御回路27はDC/DCコンバータ21の動作を停止して次回の回生電力発生まで待つ。
First, when the regenerative power is not consumed much because the idling stop period is short and the power storage unit voltage Vc is higher than the power storage unit minimum voltage Vck2, the
なお、上記の動作ではスタータ13の駆動終了後にスイッチ17をオンにしているが、スイッチ17をオフのままとする構成も考えられる。すなわち、例えばバッテリ11の残容量(以下、SOCと呼ぶ)が十分に高く、かつスタータ13の駆動終了後でも蓄電部電圧Vcが高い場合は、負荷19の印加電圧を上記したようにDC/DCコンバータ21により低くした状態で、負荷19への電力供給を継続できるので、電力消費を抑制することができる。この時、バッテリ11のSOCが十分高いので、バッテリ11を充電する必要がなく、発電機15による前記エンジンへの負担を軽減することができる。なお、バッテリ11のSOCが低下している場合は、上記したようにスイッチ17をオンにしてバッテリ11の充電を行なう。
In the above operation, the
次に、アイドリングストップ期間が長いなどにより前記回生電力をほとんど消費し、蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2以下の状態である場合、これ以上蓄電部23からの放電ができないので、制御回路27はDC/DCコンバータ21の動作を停止して次回の回生電力発生まで待つ。この際のバッテリ11と負荷19への電力は発電機15から供給される。ゆえに、スイッチ17は必ずオンにしておく必要がある。
Next, when the idling stop period is long, the regenerative power is almost consumed, and when the power storage unit voltage Vc is equal to or lower than the power storage unit minimum voltage Vck2, no further discharge from the
次に、前記車両が走行を開始した後は上記した通常走行状態であるので、その後の動作を繰り返す。 Next, since the vehicle is in the normal running state after the vehicle starts running, the subsequent operation is repeated.
以上の構成、動作により、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。 With the above configuration and operation, it is possible to realize a vehicular power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use regenerative power.
なお、本実施の形態1では、スタータ13の駆動による既定期間tsの間、すなわち瞬時低下期間中に、DC/DCコンバータ21の出力電圧Voを負荷駆動最低電圧Vdまで下げる制御を行なっているが、これは下げずに元の出力電圧Vo(=13V)を維持するように制御してもよい。この場合、DC/DCコンバータ21の昇圧比が大きいままとなり、その損失が発生するものの、負荷19が電圧変動(13Vから10.5Vへの急減)に対して動作の停止は起こらなくても動作への影響を受ける場合は元の出力電圧Voを維持するように制御すればよい。またこの場合、制御回路27の制御も簡単になる。
In the first embodiment, control is performed to reduce the output voltage Vo of the DC /
また、本実施の形態1において、制御回路27はバッテリ11の端子電圧を検出し、バッテリ11が正しく接続されている時にのみスイッチ17のオン動作を許可する構成としてもよい。これにより、バッテリ11の極性の逆接続(以下、逆接という)に対する保護機能を付加することができ、高信頼性が得られる。
In the first embodiment, the
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図2において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block circuit diagram of the vehicle power supply device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the thick line indicates the power system wiring, and the thin line indicates the signal system wiring.
図2において、図1と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態2における特徴となる構成は、スイッチ17と並列に、カソードがDC/DCコンバータ21側になるように接続されたダイオード31を設けた点である。具体的には、ダイオード31を寄生ダイオードとして含む電界効果トランジスタ(以下、FETという)をスイッチ17およびダイオード31として用いた。また、このFETはノーマリーオフ、すなわち前記FETのゲート端子に電圧が印加されていない状態(車両の非使用時)にはオフになる構成のものを用いた。
2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. That is, the characteristic configuration of the second embodiment is that a
また、制御回路27は、ダイオード31が順バイアスされ、DC/DCコンバータ21にバッテリ11の電圧が印加された状態で初めてスイッチ17をオンにすることが可能となるような構成としている。
The
このような構成とすることで、次のような効果が得られる。 By adopting such a configuration, the following effects can be obtained.
1)スイッチ17を前記FETとしているので、実施の形態1でスイッチ17として用いたリレーに比べ機械的接点や機械的動作がなくなり、高信頼性が得られる。
1) Since the
2)前記車両の非使用時にはスイッチ17がオフであるため、修理などで万一バッテリ11が逆接されてもスイッチ17がオフであり、かつダイオード31のアノード側電圧にバッテリ11の負極が接続されることになるので、バッテリ11の逆接による電流がDC/DCコンバータ21や蓄電部23、負荷19に流れることがない。従って、これらの回路を保護することが可能となる。
2) Since the
3)スイッチ17がオフであってもダイオード31はバッテリ11を逆接しない限りオンであるので、前記車両の非使用時にも負荷19が電力供給を必要とする場合、有効な構成となる。
3) Even if the
なお、本実施の形態2における動作は実施の形態1と同じであるので、詳細な説明を省略する。 Since the operation in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
以上の構成、動作により、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能で、かつ逆接による回路保護と前記車両の非使用時における負荷19への電力供給が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。
With the above-described configuration and operation, a vehicle power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use regenerative power, and can achieve both circuit protection by reverse connection and power supply to the
なお、実施の形態1で述べたスイッチ17としてのリレーもノーマリーオフの構成とすることにより、上記2)の効果を得ることができる。
In addition, the effect of said 2) can be acquired by also making the relay as the
また、本実施の形態2においてダイオード31のみをスイッチ17として置き換える構成としてもよい。この場合、実施の形態1で述べたスイッチ17のオンオフ動作(バッテリ11の瞬時低下時のみオフとし、それ以外の時はオンとする)が自動的に行なわれるので、制御回路27がスイッチ17を制御する必要がなくなるという効果が得られる。しかし、前記回生電力は前記車両の減速開始直後に急増するため、ダイオード31のみの構成とすると大きな回生電流がダイオード31に流れることになる。従って、ダイオード31の電圧降下に起因した発熱が大きくなる。その結果、前記回生電力の損失が大きくなる上に、十分な放熱構成を有するように設計したり複数のダイオードを並列接続して熱分散を図る等の構成上の対策が必要となるので、本実施の形態2で述べた前記FETを用いる構成の方が望ましい。
In the second embodiment, only the
(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図3において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a block circuit diagram of the vehicle power supply device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, thick lines indicate power system wiring, and thin lines indicate signal system wiring.
図3において、図1と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、実施の形態1に対する本実施の形態3の特徴となる構成は次の通りである。 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. That is, the configuration that is a feature of the third embodiment with respect to the first embodiment is as follows.
1)発電機15をバッテリ11との並列接続構成から蓄電部23との直接並列接続構成とした。これは図6の構成と同様である。
1) The
2)発電機15の発電可能な発電機電圧Vgは車両用制御回路29からの発電信号ALTに応じて可変できる構成とした。
2) The generator voltage Vg that can be generated by the
3)発電機15と直接接続される蓄電部23の充放電時における蓄電部電圧Vcをバッテリ11の電圧より高い範囲とした。ここで、蓄電部電圧Vcにおける最大電圧Vmを29Vとした。
3) The power storage unit voltage Vc during charging / discharging of the
4)最大電圧Vm(29V)に対応するために、蓄電部23の電気二重層キャパシタの数を12本(1本当たり最大2.42V)とした。
4) To accommodate the maximum voltage Vm (29 V), the number of electric double layer capacitors in the
5)DC/DCコンバータ21は蓄電部23側から負荷19側への給電のみでよいので、単方向降圧型DC/DCコンバータ構成とした。
5) Since the DC /
上記以外の構成は実施の形態1と同じである。なお、このような構成により、発電機15から直接蓄電部23に電力を充電できるので、回生により発電される大きな電力を、DC/DCコンバータ21を介することなく効率よく充電できるという特長を有する。
The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment. Note that, with such a configuration, the
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。 Next, the operation of such a vehicle power supply device will be described.
まず、車両が制動せずに通常走行している場合は、制御回路27はスイッチ17をオンにするとともに、出力電圧Voが13VになるようにDC/DCコンバータ21を動作させる。これにより、発電機電圧VgがDC/DCコンバータ21で降圧されてバッテリ11が充電されるとともに、電力が負荷19に供給される。なお、この際に蓄電部23は発電機15と並列接続されているので、蓄電部電圧Vcはバッテリ11の充電電圧以上を維持する必要がある。具体的には、車両用制御回路29は蓄電部電圧Vcが十分に高い場合は発電機15が発電を行なわないように制御し、蓄電部電圧Vcがバッテリ11の電圧より高い既定電圧Vcs(ここでは14.5Vとする)に至るまで蓄電部23が放電すると発電機15を動作させて蓄電部電圧Vcがバッテリ11の充電電圧以上を維持するよう制御する。従って、回生が行われていない通常走行時の蓄電部電圧Vcは既定電圧Vcs(14.5V)以上となる。ここで、既定電圧Vcsは14.5Vに限定されるものではなく、蓄電部23の放電により蓄電部電圧Vcが低下し、DC/DCコンバータ21が出力電圧Voを維持できなくなるまでの範囲で設定すればよい。例えば、DC/DCコンバータ21に内蔵されるハイサイドスイッチング素子(図示せず)をデューティーが1になるまで動作できるよう構成することで、出力電圧Vo=13Vを得る際に、蓄電部電圧Vc=13VまでDC/DCコンバータ21を動作させることができるので、蓄電部23に蓄電された電力を有効利用できる。なお、DC/DCコンバータ21が出力電圧Voを維持できなくなった場合は、車両用制御回路29が発電機15を動作させるように制御するが、バッテリ11のSOCが十分高い場合は、引き続きバッテリ11から放電するように制御してもよい。
First, when the vehicle is traveling normally without braking, the
次に、前記車両が制動され減速すると、車両用制御回路29は例えばブレーキの踏み込み速度や車両減速度等からブレーキフィーリングや回生効率が最適となるような発電機15の発電電力指令を求め、発電信号ALTとして発電機15へ送信する。これを受け、発電機15は求められた発電電力を出力する。なお、車両制動状態は刻々と変化するので、車両用制御回路29はリアルタイムに前記発電電力指令を求めて発電機15に送信する。また、車両制動の事実は実施の形態1と同様に車両用制御回路29からデータ信号dataにより制御回路27にも送信される。
Next, when the vehicle is braked and decelerated, the
これらの動作により、制御回路27は次のように制御する。まず、スイッチ17をオンのままとする。次に、蓄電部電圧Vcの監視を行なう。その理由は以下の通りである。
With these operations, the
前記車両の制動、減速が起こると発電機電圧Vgが上昇するため、それに応じて発生した初期の急峻な回生電力は充電受入性の良好な蓄電部23に直接充電される。従って、蓄電部23への充電が低損失に行なわれ、効率よく回生電力を回収することができる。この充電により、蓄電部電圧Vcは発電機15の発電とともに上昇する。このような蓄電部電圧Vcの上昇は蓄電部電圧検出回路25を介して制御回路27により監視されている。そして、制御回路27と交信している車両用制御回路29により蓄電部23の最大電圧Vm(29V)以内で充電が行なわれるように発電機15が制御される。
When the vehicle is braked or decelerated, the generator voltage Vg rises, so that the initial steep regenerative power generated accordingly is directly charged into the
一方、前記回生電力が発生している場合も、DC/DCコンバータ21は通常走行時と同様に出力電圧Voが13Vになるように制御する。この際、DC/DCコンバータ21の入力電圧に相当する発電機電圧Vgは減速状態に応じて変化するが、DC/DCコンバータ21により出力電圧Voが安定化されるので、バッテリ11の充電や負荷19への電力供給は減速時にも継続される。ゆえに、前記回生電力の一部はバッテリ11や負荷19にも供給される。
On the other hand, even when the regenerative power is generated, the DC /
制動後、前記車両が停止すると、前記車両はアイドリングストップ状態となる。この時、発電機15も止まるので、制御回路27は負荷19への電力が蓄電部23から供給されるようにDC/DCコンバータ21を制御する。但し、この動作は上記した車両の通常走行時や制動時と同様の動作(出力電圧Voが13Vになるように制御する)である。これにより、蓄電部23に回収した前記回生電力が負荷19に優先して供給され、蓄電部23の電力の一部はバッテリ11にも充電される。
When the vehicle stops after braking, the vehicle enters an idling stop state. At this time, since the
なお、アイドリングストップ状態が長い場合、蓄電部電圧Vcが徐々に低下していく。そこで、制御回路27は蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2に至るまでの範囲で蓄電部23を放電するようにしている。なお、蓄電部最低電圧Vck2の決定法は実施の形態1と同様であるが、以下に具体的な求め方について説明する。
Note that when the idling stop state is long, the power storage unit voltage Vc gradually decreases. Therefore, the
まず、DC/DCコンバータ21が動作できる電圧(蓄電部下限電圧Vck)であるが、本実施の形態3では実施の形態1と異なり蓄電部電圧Vcがバッテリ11の電圧よりも高い構成であるので、DC/DCコンバータ21は蓄電部電圧Vcを降圧することにより放電する。この時、蓄電部電圧Vcが下がってきてもDC/DCコンバータ21の前記ハイサイドスイッチング素子(図示せず)をデューティーが1(ほぼオン状態)になるよう制御することで、DC/DCコンバータ21から蓄電部電圧Vcをほぼそのまま出力することができる。このことから、瞬時低下が発生する既定期間tsが経過後の蓄電部電圧Vcは最低でも負荷駆動最低電圧Vd(=10.5V)であれば十分である。従って、蓄電部下限電圧Vckは負荷駆動最低電圧Vdとなる。
First, the voltage (power storage unit lower limit voltage Vck) at which the DC /
以上より、蓄電部最低電圧Vck2を決定する。負荷19の消費電力(500W)、既定期間ts(2秒)、電気二重層キャパシタ1個の容量値(500F)は実施の形態1と同じであるとし、蓄電部下限電圧Vckは負荷駆動最低電圧Vdであるので、蓄電部最低電圧Vck2は実施の形態1で述べたエネルギ式を用いて、Vck2=12.6Vと求められる。従って、ここでもマージンを考慮して蓄電部最低電圧Vck2を13Vと決定した。ゆえに、蓄電部電圧Vcが13Vに至るまで、すなわちDC/DCコンバータ21の目標とする出力電圧Voと等しくなるまではアイドリングストップ中に負荷19へ蓄電部23の電力を供給しても構わない。
From the above, the power storage unit minimum voltage Vck2 is determined. The power consumption (500 W) of the
これらのことから、本実施の形態3においても、アイドリングストップ中に蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2に至れば、DC/DCコンバータ21は蓄電部23の放電を停止するように動作する。すなわち、DC/DCコンバータ21はバッテリ11の電圧が出力電圧Vo(=蓄電部最低電圧Vck2=13V)になるように制御しているので、蓄電部電圧Vcが13Vまで低下すると、DC/DCコンバータ21の入出力電圧が等しくなる。その結果、DC/DCコンバータ21は自動的に蓄電部23の放電を停止する。この場合はスイッチ17がオンであるので、バッテリ11の電力が負荷19に供給される。但し、バッテリ11のSOCが低く十分に負荷19へ電力供給ができないときは、前記エンジンを再始動する。
For these reasons, also in the present third embodiment, when power storage unit voltage Vc reaches power storage unit minimum voltage Vck2 during idling stop, DC /
次に、アイドリングストップが終了し、前記車両が前記エンジンの再始動を行う動作について述べる。なお、アイドリングストップの終了情報は実施の形態1と同様に車両用制御回路29とのデータ信号dataの交信により制御回路27に送信される。
Next, an operation in which the idling stop is completed and the vehicle restarts the engine will be described. Note that the idling stop end information is transmitted to the
アイドリングストップが終了すると、制御回路27は車両用制御回路29がスタータ13を駆動する前に、蓄電部23が蓄えた前記回生電力を負荷19に供給するようにDC/DCコンバータ21を動作させるとともに、スイッチ17をオフにする。ここで上記したように、制御回路27はアイドリングストップ中で蓄電部電圧Vcが蓄電部最低電圧Vck2(13V)に至るまではDC/DCコンバータ21が降圧動作を行うことで目標の出力電圧Vo(=13V)を出力するように制御している。従って、スイッチ17をオフにするとともに、DC/DCコンバータ21により蓄電部23の電力を負荷19に供給する際には、制御回路27はDC/DCコンバータ21の負荷19に対する出力電圧Voを蓄電部下限電圧Vck(=10.5V)に設定している。
When the idling stop is completed, the
なお、スイッチ17がオンの時にもDC/DCコンバータ21から負荷19への出力電圧Voを蓄電部下限電圧Vckに下げるように制御すると、出力電圧Voがバッテリ11の電圧と等しくなるので、蓄電部23や発電機15の電力によるバッテリ11の充電が十分にできなくなる。また、負荷19には蓄電部23や発電機15の電力と、バッテリ11の電力の両方が供給される。従って、蓄電部23の前記回生電力を優先的に負荷19に供給し、かつバッテリ11を充電する際には、制御回路27は上記したようにバッテリ11の電圧より高い出力電圧Vo(=13V)になるようにDC/DCコンバータ21を制御している。
If the output voltage Vo from the DC /
また、出力電圧Voを蓄電部下限電圧Vck(=10.5V)に下げる制御はスイッチ17をオフにする前であっても後であっても構わない。ここで、本実施の形態3では蓄電部下限電圧Vckがバッテリ11の電圧とほぼ等しくなるので、スイッチ17をオフにする前に出力電圧Voを蓄電部下限電圧Vckに下げたとしても、実施の形態1で述べたようなバッテリ11からの電力持ち出しはほとんど発生しない。従って、出力電圧Voを下げる制御とスイッチ17をオフにする制御の順番はどちらが先であってもよい。
The control for lowering the output voltage Vo to the storage unit lower limit voltage Vck (= 10.5 V) may be before or after the
制御回路27がスイッチ17をオフにするとともに、DC/DCコンバータ21により蓄電部23の電力を負荷19に供給する動作を行なうことにより、バッテリ11から負荷19への電力供給が断たれるため、スタータ13の駆動に起因したバッテリ11の瞬時低下の影響が負荷19に及ばなくなる。従って、車両用制御回路29はバッテリ11の電力によりスタータ13を駆動し、前記エンジンを再始動する。これにより、瞬時低下が発生する既定期間ts(=2秒)は蓄電部23のみから電力が負荷19に供給されるので、負荷19の動作は継続する。この際、上記したように、負荷19を既定期間tsに亘って駆動できるだけの電力が蓄電部23に蓄えられているので、負荷19の動作は既定期間ts内で確保できる。
Since the
既定期間tsが経過してスタータ13の駆動が終了すると、前記エンジンが再始動し発電機15が発電する準備が整う。従って、もはや瞬時低下は発生しないので、制御回路27はDC/DCコンバータ21の出力電圧Voを13Vに戻すとともにスイッチ17をオンにする。なお、これらの動作の順番についても、どちらが先でも構わない。但し、この際の発電機15の制御は蓄電部電圧Vcによって以下に示すように異なる。
When the predetermined period ts has elapsed and the
まず、アイドリングストップ期間が短いなどにより前記回生電力をあまり消費せず、蓄電部電圧Vcが既定電圧Vcs(=14.5V)より高い状態である場合、その情報はデータ信号dataにより制御回路27から車両用制御回路29に送信される。これを受け、車両用制御回路29は発電機15による発電を停止するように発電信号ALTを出力する。これにより、発電機15は発電を行なわず空回り状態となるので、発電機15の駆動トルクが小さくなり燃料消費低減が可能となる。その際、DC/DCコンバータ23から出力される電力は蓄電部23からのもののみとなる。従って、蓄電部23に蓄えた前記回生電力がバッテリ11や負荷19に供給されるので、前記回生電力の有効活用が可能となり効率が向上する。さらに、蓄電部23の電力がバッテリ11と負荷19の両方に供給されることで、蓄電部23の電力を素早く消費することができ、次回の回生電力を効率よく蓄電部23に充電できるよう備えておくことが可能となる。その後、蓄電部電圧Vcが既定電圧Vcsに至れば、車両用制御回路29は発電機15の発電を開始するよう発電信号ALTを送信する。これを受け、発電機15は通常走行時の発電機電圧Vg(=14.5V)になるように発電を行なう。これにより、既定電圧Vcsまで低下した蓄電部電圧Vcは発電機電圧Vgを維持する。また、DC/DCコンバータ21は出力電圧Voが13Vになるように制御しているので、発電機電圧Vgを降圧してバッテリ11と負荷19に供給する。
First, when the idling stop period is short or the like, the regenerative power is not consumed so much and the power storage unit voltage Vc is higher than the predetermined voltage Vcs (= 14.5V), the information is obtained from the
次に、アイドリングストップ期間が長いなどにより前記回生電力をほとんど消費し、蓄電部電圧Vcが蓄電部下限電圧Vck以下の状態である場合、これ以上蓄電部23からの放電ができないので、車両用制御回路29は直ちに発電機電圧Vg(=14.5V)を出力するように発電機15を制御する。これにより、蓄電部電圧Vcは発電機電圧Vgに至るまで充電され、その後発電機電圧Vgを維持する。また、DC/DCコンバータ21は出力電圧Voが13Vになるように制御しているので、発電機電圧Vgを降圧してバッテリ11と負荷19に供給する。
Next, when the idling stop period is long, the regenerative power is almost consumed, and when the power storage unit voltage Vc is equal to or lower than the power storage unit lower limit voltage Vck, no further discharge from the
なお、アイドリングストップ期間の長短にかかわらずスイッチ17をオフのままにしておくと発電機15によるバッテリ11の充電ができなくなるので、スタータ13の駆動が終了する既定期間tsが経過すれば制御回路27はスイッチ17をオンにする必要がある。
Note that if the
次に、前記車両が走行を開始した後は上記した通常走行状態であるので、その後の動作を繰り返す。 Next, since the vehicle is in the normal running state after the vehicle starts running, the subsequent operation is repeated.
以上の構成、動作により、蓄電部23と発電機15を直接接続した構成であっても、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。
With the configuration and operation described above, even if the
なお、本実施の形態3では、前記エンジンの始動後は蓄電部電圧Vcが既定電圧Vcs=14.5Vになるように制御する場合について説明したが、これは上記したように前記ハイサイドスイッチング素子のデューティーを1にできるようにDC/DCコンバータ21を構成することで、既定電圧Vcsを13Vと設定してもよい。これによっても蓄電部23の電力の有効利用が可能となる。
In the third embodiment, the case where the power storage unit voltage Vc is controlled to be the predetermined voltage Vcs = 14.5 V after the engine is started has been described. The predetermined voltage Vcs may be set to 13V by configuring the DC /
また、本実施の形態3においても、実施の形態2と同様にスイッチ17が前記車両の非使用時にオフになるような構成としてもよい。この場合もバッテリ11の逆接による回路保護が可能となる。また、この際にスイッチ17をノーマリーオフのFETで構成してもよい。
Also in the third embodiment, the
また、本実施の形態3において、実施の形態2と同様にスイッチ17と並列に、カソードがDC/DCコンバータ21側になるようにダイオードを接続する構成としてもよい。また、スイッチ17とダイオードを一体化したFETとしてもよい。これにより、前記車両の非使用時における負荷19への電力供給が可能となる。但し、本実施の形態3ではスイッチ17の替わりにダイオードへ置き換える構成とすると、バッテリ11の充電ができなくなるので、スイッチ17は必須である。
In the third embodiment, as in the second embodiment, a diode may be connected in parallel with the
また、本実施の形態3において、前記車両の使用開始時に蓄電部電圧Vcが蓄電部下限電圧Vckより低い場合は、図示しない充電回路で予備充電を行なっている。前記充電回路としては、例えばドロッパ回路や突入電流低減用抵抗器からなる充電回路等が適用できる。 In the third embodiment, when the power storage unit voltage Vc is lower than the power storage unit lower limit voltage Vck at the start of use of the vehicle, preliminary charging is performed by a charging circuit (not shown). As the charging circuit, for example, a charging circuit including a dropper circuit or an inrush current reducing resistor can be applied.
さらに、本実施の形態3ではDC/DCコンバータ21を単方向降圧型構成としたが、これは双方向に昇圧も降圧も可能な双方向昇降圧型構成としてもよい。この場合は前記ドロッパ回路がなくても予備充電が可能となる上、蓄電部下限電圧Vckを例えば実施の形態1と同様に2V程度まで下げることができる。その結果、より多くの前記回生電力を回収することができる。但し、DC/DCコンバータ21の構造や制御が複雑になり損失も大きくなるので、発生する前記回生電力の大きさや負荷19の消費電力、各方式によるDC/DCコンバータ21の効率比較等を考慮し、最適構成のDC/DCコンバータ21を選択すればよい。
Furthermore, although the DC /
また、実施の形態1〜3における蓄電部23の電気二重層キャパシタの本数は一例であり、必要とされる電力仕様や用途等に応じ最適な本数とすればよい。
Further, the number of electric double layer capacitors of
また、実施の形態1〜3において、蓄電部電圧検出回路25をDC/DCコンバータ21と別体構成で示したが、これは蓄電部電圧検出回路25をDC/DCコンバータ21に内蔵する構成としてもよい。この場合、蓄電部電圧VcはDC/DCコンバータ21から制御回路27に出力される構成となる。
In the first to third embodiments, power storage unit
また、実施の形態1〜3において、蓄電部23には電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。
In the first to third embodiments, the electric double layer capacitor is used for the
本発明にかかる車両用電源装置は、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能となるので、特にバッテリの電圧低下時に蓄電部の電力を負荷に供給可能な、回生機能付き車両用電源装置等として有用である。 The power supply device for a vehicle according to the present invention is compatible with a vehicle with a regenerative function that can supply the power of the power storage unit to the load particularly when the voltage of the battery decreases because the reduction in the possibility of instantaneous decrease and the utilization of regenerative power can be compatible. It is useful as a power supply device.
11 バッテリ
17 スイッチ
19 負荷
21 DC/DCコンバータ
23 蓄電部
25 蓄電部電圧検出回路
27 制御回路
31 ダイオード
11
Claims (4)
前記スイッチの他端に電気的に接続された負荷と、
前記スイッチの前記他端に電気的に接続されたDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータに電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部に電気的に接続され、蓄電部電圧(Vc)を検出する蓄電部電圧検出回路と、
前記スイッチ、DC/DCコンバータおよび蓄電部電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、
前記車両が回生電力を発生する際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記回生電力は前記蓄電部に充電され、
前記車両が前記回生電力を発生しない際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記DC/DCコンバータが動作でき、かつ前記バッテリの電圧が瞬時低下する既定期間(ts)に亘り前記蓄電部が前記負荷を駆動し続けられる蓄電部最低電圧(Vck2)に前記蓄電部電圧(Vc)が至るまでの範囲で前記DC/DCコンバータにより前記蓄電部を放電し、
前記バッテリの電圧が瞬時低下する際に、前記制御回路は前記スイッチをオフにするとともに、前記DC/DCコンバータにより前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにした車両用電源装置。 A switch having one end electrically connected to a battery mounted on the vehicle;
A load electrically connected to the other end of the switch;
A DC / DC converter electrically connected to the other end of the switch;
A power storage unit electrically connected to the DC / DC converter;
A power storage unit voltage detection circuit that is electrically connected to the power storage unit and detects a power storage unit voltage (Vc);
A control circuit electrically connected to the switch, the DC / DC converter and the power storage unit voltage detection circuit,
When the vehicle generates regenerative power, the control circuit turns on the switch, and the regenerative power is charged in the power storage unit,
When the vehicle does not generate the regenerative power, the control circuit turns on the switch, the DC / DC converter can operate, and the battery voltage instantaneously drops for a predetermined period (ts). The power storage unit is discharged by the DC / DC converter until the power storage unit voltage (Vc) reaches the power storage unit minimum voltage (Vck2) at which the power storage unit can continue to drive the load,
When the battery voltage drops instantaneously, the control circuit turns off the switch, and the DC / DC converter supplies the power of the power storage unit to the load by the DC / DC converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010016463A JP2011155791A (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Power supply device for vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010016463A JP2011155791A (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Power supply device for vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011155791A true JP2011155791A (en) | 2011-08-11 |
Family
ID=44541322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010016463A Pending JP2011155791A (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Power supply device for vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011155791A (en) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014027799A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Denso Corp | Power system |
JP2015018303A (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-29 | カシオ計算機株式会社 | Electronic apparatus, control method of electronic apparatus, and program |
JP2015177625A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2015174533A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device for vehicle |
CN105006852A (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-28 | 欧姆龙汽车电子株式会社 | Power supply |
JP2015217919A (en) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Vehicle power supply device and vehicle regenerative system |
JP2016077124A (en) * | 2014-10-09 | 2016-05-12 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Electric power supply |
JP2016154399A (en) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Voltage conversion device |
CN106043176A (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-26 | 铃木株式会社 | Power supply system for vehicle |
JP2016213967A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2016213965A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2016213966A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2017177824A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Power supply device for vehicle |
CN108075555A (en) * | 2016-11-08 | 2018-05-25 | 马涅蒂-马瑞利公司 | For managing the device and method for the energy for being fed to motor vehicles low-voltage system |
JP2019190347A (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 株式会社Gsユアサ | Power storage device and method for restarting engine of idling stop vehicle |
JP2021014152A (en) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 株式会社Subaru | Power supply apparatus for vehicle |
JP2021014151A (en) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 株式会社Subaru | Power supply apparatus for vehicle |
CN113212245A (en) * | 2021-05-19 | 2021-08-06 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | Control method and device for output voltage of direct current converter and vehicle control unit |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006137316A1 (en) * | 2005-06-22 | 2006-12-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power supply stabilizing apparatus and vehicle using the same |
WO2008007540A1 (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Panasonic Corporation | Power supply device |
-
2010
- 2010-01-28 JP JP2010016463A patent/JP2011155791A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006137316A1 (en) * | 2005-06-22 | 2006-12-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power supply stabilizing apparatus and vehicle using the same |
WO2008007540A1 (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Panasonic Corporation | Power supply device |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014027799A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Denso Corp | Power system |
JP2015018303A (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-29 | カシオ計算機株式会社 | Electronic apparatus, control method of electronic apparatus, and program |
JP2015177625A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2015174533A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device for vehicle |
US9515554B2 (en) | 2014-04-25 | 2016-12-06 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Power supply that charges an electric storage by regenerative power generated by a generator and supplies power to a load |
CN105006852A (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-28 | 欧姆龙汽车电子株式会社 | Power supply |
DE102015207225A1 (en) | 2014-04-25 | 2015-10-29 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | power supply |
JP2015217919A (en) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Vehicle power supply device and vehicle regenerative system |
JP2016077124A (en) * | 2014-10-09 | 2016-05-12 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Electric power supply |
JP2016154399A (en) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Voltage conversion device |
DE102016202638A1 (en) | 2015-02-20 | 2016-08-25 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Voltage converter device |
US9843184B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-12-12 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Voltage conversion apparatus |
CN106043176A (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-26 | 铃木株式会社 | Power supply system for vehicle |
JP2016213967A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2016213966A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2016213965A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Power supply device |
JP2017177824A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Power supply device for vehicle |
CN108075555A (en) * | 2016-11-08 | 2018-05-25 | 马涅蒂-马瑞利公司 | For managing the device and method for the energy for being fed to motor vehicles low-voltage system |
JP2019190347A (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 株式会社Gsユアサ | Power storage device and method for restarting engine of idling stop vehicle |
WO2019208436A1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 株式会社Gsユアサ | Electricity storage device, and method for restarting engine of idling stop vehicle |
JP2021014152A (en) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 株式会社Subaru | Power supply apparatus for vehicle |
JP2021014151A (en) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 株式会社Subaru | Power supply apparatus for vehicle |
JP7249900B2 (en) | 2019-07-11 | 2023-03-31 | 株式会社Subaru | vehicle power supply |
JP7339795B2 (en) | 2019-07-11 | 2023-09-06 | 株式会社Subaru | vehicle power supply |
CN113212245A (en) * | 2021-05-19 | 2021-08-06 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | Control method and device for output voltage of direct current converter and vehicle control unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011155791A (en) | Power supply device for vehicle | |
JP5471767B2 (en) | Power supply | |
JP2015217919A (en) | Vehicle power supply device and vehicle regenerative system | |
JP5029331B2 (en) | Vehicle power supply | |
WO2012008124A1 (en) | Power supply device for vehicle | |
CN100479312C (en) | Voltage generator device, motor vehicle, control method for the voltage generator device, and control method for the motor vehicle | |
JP4876773B2 (en) | Power supply | |
JP5693788B2 (en) | Car-mounted electric system and driving method of car-mounted electric system | |
JP2015217920A (en) | Vehicle power supply device and vehicle regenerative system | |
US9415732B2 (en) | Vehicle power unit | |
JP2010110192A (en) | Vehicle power supply unit | |
JP6284496B2 (en) | Voltage converter | |
JP2008278564A (en) | Power supply control device | |
JP2015209058A (en) | Power supply device | |
JP2008072880A (en) | Power supply system | |
JP2010207061A (en) | Power supply system for vehicle | |
JP2009268343A (en) | Power supply apparatus | |
JP2010246198A (en) | Power supply device for vehicle | |
JP5211954B2 (en) | Vehicle power supply | |
JP2010195336A (en) | Power supply device for vehicle | |
KR100936323B1 (en) | Vehicle power system and method for operating the same | |
CN110365098B (en) | Power supply device | |
JP6242012B2 (en) | Power supply | |
JP2015174533A (en) | Power supply device for vehicle | |
JP6173241B2 (en) | Power supply |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121203 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20121218 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131217 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20140107 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140415 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20140417 |