JP2012222889A - Power supply controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部の交流電源から充電器を介してバッテリに充電する電源制御装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a power supply control device that charges a battery from an external AC power supply via a charger.
電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両には、一般的に、モータを駆動するための走行用の主バッテリと、ヘッドライトやファンモータ等の補機負荷を駆動するための補機バッテリが搭載されている。 Electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are generally equipped with a main battery for driving for driving a motor and an auxiliary battery for driving auxiliary loads such as a headlight and a fan motor. ing.
この補機バッテリの電力は走行時の補機動作で消費され、また停止時においても制御装置の暗電流等により消費される。また、近年では、モータによる走行距離(EV走行距離)を長くするために、主バッテリの電力を使わず又は電力を制限し、補機バッテリの電力に頼るケースが増えている。そのため、補機バッテリは適度な充電が必要となる。 The electric power of the auxiliary battery is consumed by the auxiliary machine operation at the time of traveling, and is also consumed by the dark current of the control device at the time of stopping. In recent years, in order to increase the travel distance (EV travel distance) by the motor, there is an increasing number of cases where the power of the main battery is not used or the power is limited and the power of the auxiliary battery is used. Therefore, the auxiliary battery needs to be charged appropriately.
例えば、特許文献1では、主バッテリの充電中に、補機バッテリを規定電圧(14.5V)で規定時間充電し、その後規定電圧より低い電圧(13.4V)で充電する充電方法が開示されている。この方法によれば、補機バッテリに供給される電力の電圧降下が抑制され、補機バッテリを確実に充電することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a charging method in which the auxiliary battery is charged at a specified voltage (14.5 V) for a specified time while the main battery is being charged, and then charged at a voltage (13.4 V) lower than the specified voltage. ing. According to this method, the voltage drop of the electric power supplied to the auxiliary battery is suppressed, and the auxiliary battery can be reliably charged.
また、例えば、特許文献2では、充電初期は、外部の交流電源から充電器を介して定電流充電により主バッテリのみを充電し、定電流充電から低電圧充電に移行して所定時間経過後に、主バッテリからDC−DCコンバータを介して(DC−DCコンバータを動作させて)、補機バッテリの充電を行う充電装置が開示されている。この充電装置によれば、主バッテリと同時に補機バッテリへの充電電力の供給が不要になるため、充電器の容量を低減させ、小型化することが可能となる。 Also, for example, in Patent Document 2, in the initial stage of charging, only the main battery is charged by constant current charging from an external AC power supply via a charger, and after a predetermined time has elapsed from constant current charging to low voltage charging, A charging device that charges an auxiliary battery from a main battery via a DC-DC converter (by operating the DC-DC converter) is disclosed. According to this charging apparatus, since it is not necessary to supply charging power to the auxiliary battery simultaneously with the main battery, the capacity of the charger can be reduced and the battery can be downsized.
しかし、従来の充電方法では、主バッテリ又は補機バッテリの充電に長時間を要し、また、充電サイクルが増えると、補機バッテリの劣化が促進される。特に充電サイクルに弱い鉛二次電池を補機バッテリとして使用する場合には、劣化度合が大きくなる。 However, in the conventional charging method, it takes a long time to charge the main battery or the auxiliary battery, and when the charging cycle increases, the deterioration of the auxiliary battery is promoted. In particular, when a lead secondary battery that is vulnerable to a charge cycle is used as an auxiliary battery, the degree of deterioration increases.
そこで、本発明は、バッテリの充電時間の短縮及び補機バッテリの劣化を抑制することができる電源制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply control device that can shorten the charging time of a battery and suppress deterioration of an auxiliary battery.
本発明は、外部の交流電源からAC−DCコンバータを介して主バッテリに充電を行い、前記主バッテリから第1DC−DCコンバータを介して補機バッテリを充電するか、又は前記AC−DCコンバータから第2DC−DCコンバータを介して補機バッテリを充電するかのうち少なくともいずれか一方で前記補機バッテリの充電を行う電源制御装置であって、補機バッテリを充電する際には、前記第1及び第2DC−DCコンバータのうち、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを定電流制御し、出力電圧が所定値に達した際に定電圧制御に切り替える制御手段を備える。 The present invention charges the main battery from an external AC power source via an AC-DC converter and charges an auxiliary battery from the main battery via a first DC-DC converter, or from the AC-DC converter A power supply control device for charging the auxiliary battery in at least one of charging the auxiliary battery via a second DC-DC converter, wherein the first battery is charged when the auxiliary battery is charged. And the control means which carries out constant current control of the converter used at the time of charge of the said auxiliary machine battery among 2nd DC-DC converters, and switches to constant voltage control when an output voltage reaches a predetermined value is provided.
また、前記電源制御装置において、前記制御手段は、前記定電圧制御時に、前記出力電圧を前記所定値で所定時間保持した後、前記出力電圧を前記所定値より低い電圧で保持するように前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを制御することが好ましい。 In the power supply control device, the control means holds the output voltage at the predetermined value for a predetermined time during the constant voltage control, and then holds the output voltage at a voltage lower than the predetermined value. It is preferable to control the converter used when charging the machine battery.
また、前記電源制御装置において、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータは前記第2DC−DCコンバータであることが好ましい。 In the power supply control device, it is preferable that a converter used when charging the auxiliary battery is the second DC-DC converter.
本発明によれば、バッテリの充電時間の短縮及び補機バッテリの劣化を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, shortening of the charge time of a battery and deterioration of an auxiliary battery can be suppressed.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る電源制御装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る電源制御装置は、第1DC−DCコンバータ10、充電器16、ECU18(Electronic Control Unit)を備える。充電器16は、AC−DCコンバータ12及び第2DC−DCコンバータ14を備える。なお、充電器16は、少なくともAC−DCコンバータ12を備えていればよく、充電器16と第2DC−DCコンバータ14とを別体として構成してもよい。本実施形態の充電器16は、後述するように、外部電源から主バッテリ20を充電、外部電源から主バッテリ20及び補機バッテリ22を充電、又は外部電源から直接補機バッテリ22を充電することができるものである。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a power supply control device according to the present embodiment. The power supply control device according to the present embodiment includes a first DC-
第1DC−DCコンバータ10の入力側には主バッテリ20が接続され、また、主バッテリ20を介して充電器16のAC−DCコンバータ12等が接続されている。出力側には、補機バッテリ22、前照灯、ワイパ等の補機負荷24、インバータ26及び回転電機28(MG)等が接続されている。また、充電器16の第2DC−DCコンバータ14の入力側には、充電器16のAC−DCコンバータ12等が接続され、出力側には、主バッテリ20、補機バッテリ22、補機負荷24等が接続されている。なお、電源制御装置の小型化等の点で、主に補機バッテリ22に充電電力を供給するために使用される第2DC−DCコンバータ14は第1DC−DCコンバータ10より容量の小さいコンバータであることが望ましい。
The
主バッテリ20の充電は、外部の交流電源30である外部電源(車外の電源等)から充電器16に入力された交流電流が、AC−DCコンバータ12により所定の電圧の直流に変換され、主バッテリ20へ出力されることにより行われる。補機バッテリ22の充電は、主バッテリ20から第1DC−DCコンバータ10を介して補機バッテリ22へ充電電力が出力されるか、又はAC−DCコンバータ12から第2DC−DCコンバータ14を介して補機バッテリ22へ充電電力が出力されるかのうち少なくともいずれか一方により行われる。このように、本実施形態の充電器16は、外部電源から供給される交流電流をAC−DCコンバータ12により所定の電圧(直流)に変換し、主バッテリ20側に出力する他に、AC−DCコンバータ12から出力された所定の電圧を、第2DC−DCコンバータ12により、さらに所定の電圧に変換し、補機バッテリ22側に出力することができるものであり、外部電源から主バッテリ20を充電、外部電源から主バッテリ20及び補機バッテリ22を充電、又は外部電源から直接補機バッテリ22を充電することができるものである。
Charging of the
ECU18は、補機バッテリ22の充電を行うにあたって、(第1又は第2)DC−DCコンバータ(10,14)の出力電流が一定となるように定電流制御を実施し、出力電圧が所定の電圧に達した際に定電圧制御を実施するように(第1又は第2)DC−DCコンバータ(10,14)の動作を制御する制御手段としての機能を有する。なお、不図示であるが、ECU18は、(第1又は第2)DC−DCコンバータ(10,14)の出力電流及び電圧をモニタリングすることができる機能を備えており、(第1又は第2)DC−DCコンバータ(10,14)の出力電流及び電圧をモニタリングしながら、定電流及び定電圧制御を実施する。
When the
ECU18は、その他に、アクセル踏み込み量や車両速度等の運転状況を示す各種センサ(不図示)からの出力に基づき、回転電機28へのトルク指令値を設定し、回転電機28が設定したトルク指令値に基づくトルクを出力するようにインバータ26を制御する機能を有していてもよい。また、ECU18は、モータ回転数、及びトルク指令値等から、回転電機28への電圧指令値を決定し、回転電機28が設定した電圧指令値にしたがって動作するように、第1DC−DCコンバータ10を制御する機能を有していてもよい。なお、第1DC−DCコンバータ10によって、主バッテリ20から供給された電圧を電圧指令値にしたがって昇降圧して回転電機28の動作電圧を生成し、インバータ26に出力される。
In addition, the
主バッテリ20は、補機バッテリ22より高電圧、高容量の二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等である。また、補機バッテリ22は、主に補機負荷24を作動させるためのものであり、汎用性の高い二次電池が望ましく、例えば、鉛二次電池等である。
The
回転電機28は、主にモータとして機能するモータジェネレータと、主にジェネレータとして機能するモータジェネレータと、を含むものであり、車両の走行状態に応じて、ジェネレータとして機能したり、モータとして機能したりするものである。
The rotating
インバータ26は、第1DC−DCコンバータ10から出力される回転電機28の動作電圧(直流電圧)を、回転電機28を駆動する交流電圧に変換する。なお、インバータ26には、ECU18等から指定されたトルク指令値にしたがったトルクを生じさせる電流が流れるように、ECU18から制御信号が送られている。
The
次に、主バッテリ20及び補機バッテリ22の充電時の電源制御装置の動作について説明する。
Next, the operation of the power supply control device when charging the
図2は、本実施形態に係る電源制御装置の動作を説明するためのフロー図である。 FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the power supply control device according to the present embodiment.
図2に示すように、まず、ステップS10では、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両の駐車(停車)時に、外部の交流電源30に充電器16を接続する。ステップS12では、充電器16のAC−DCコンバータ12により、主バッテリ20に充電電力が供給され、主バッテリ20の充電を開始する。ステップS14では、ECU18によって、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータ(実質的にはコンバータを構成するトランジスタ等)を制御して、出力電力を一定にして、定電流で補機バッテリ22の充電を開始する。ここで、ECU18によって制御されるコンバータは、主バッテリ20から充電電力が入力される第1DC−DCコンバータ10、AC−DCコンバータ12から充電電力が入力される第2DC−DCコンバータ14のいずれか一方又は両方であるため、ここでは、単に補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータと標記して説明する。
As shown in FIG. 2, first, in step S <b> 10, the
ステップS16では、ECU18は、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータの出力電圧を監視し、出力電圧が所定の電圧に達した際に、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電圧を所定の電圧値に保持し、定電圧で補機バッテリ22の充電を行う(定電流から定電圧に移行)。ステップS18では、所定時間経過後、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータの出力電圧を所定の電圧値より低い値(若しくは停止)に下げ、その値に保持する。ステップS18において、第1DC−DCコンバータ10及び第2DC−DCコンバータ14両方が補機バッテリ22の充電の際に使用されている場合には、いずれか一方のコンバータの動作を停止させることが望ましい。本実施形態では、主バッテリ20から補機バッテリ22への充電電力の供給を停止して、主バッテリ20の充電時間を短縮させることができる点で、第1DC−DCコンバータ10の動作を停止させることが好ましい。
In step S16, the
図3は、本実施形態におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。図4は、従来例におけるコンバータの出力電流及び電圧の制御状態を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a control state of the output current and voltage of the converter in the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing a control state of output current and voltage of the converter in the conventional example.
従来では、図4に示すように、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電圧を所定の電圧に保持し、定電圧で補機バッテリ22の充電を行う。このように、定電圧で補機バッテリ22を充電すると、出力電流が減少していくため、補機バッテリ22の充電に長い時間が必要となる。特に、主バッテリ20からコンバータを介して補機バッテリ22を充電する場合には、主バッテリ20から長時間、補機バッテリ22へ充電電力を供給しなければならないので、主バッテリ20の充電時間も長くなる場合がある。
Conventionally, as shown in FIG. 4, the converter used when charging the
一方、本実施形態では、図3に示すように、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータを制御して、出力電流を一定にして、定電流で充電することにより補機バッテリ22の充電時間を短縮することができる。補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータに過電流リミッタが設定されている(過電流リミッタ回路が設けられている等)場合、定電流制御での電流値は、補機バッテリ22の充電時間を短縮することが出来る点で、補機バッテリ22の充電の際に使用するコンバータの過電流リミッタの電流値とすることが好ましい。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the converter used for charging the
また、図3に示すように、定電流充電によって出力電圧が所定の電圧に達することにより、好ましくは所定時間、所定の電圧で定電圧充電することにより、充電サイクルによって補機バッテリ22(特に鉛二次電池)の電極に付着した析出物を電極から剥離させることができるため、補機バッテリ22の劣化を抑制することができる。ここで、所定の電圧は、補機バッテリ22の容量等によって適宜設定されるものであるが、補機バッテリ22が過充電状態となって劣化が促進されない値に設定されることが望ましい。また、本実施形態では、前述の所定時間を設けなくてもよい(即ち所定時間が零)が、所定時間を設けた方が、電極に付着した析出物をより効果的に電極から剥離させ、補機バッテリ22の劣化をより抑制することができる。
In addition, as shown in FIG. 3, when the output voltage reaches a predetermined voltage by constant current charging, preferably by performing constant voltage charging at a predetermined voltage for a predetermined time, an auxiliary battery 22 (especially lead Since the deposits attached to the electrode of the secondary battery can be peeled off from the electrode, deterioration of the
また、図3に示すように、定電流制御を行った後は定電圧制御に切り替えられるが、定電流制御によって補機電池の充電時間が短縮されるため、早期に出力電圧を低減(所定の電圧より低い値)させることができる。或いは、前述したように、第1DC−DCコンバータ10の動作を停止させることができる。このように、早期にコンバータの出力電圧を低減又は停止することにより、補機側の電力消費を大幅に低減させることができる。ここで、定電圧制御において、出力電圧を所定の電圧より低い値に設定する場合には、補機バッテリ22から補機負荷24へ電力供給されないような電圧、すなわち、定電流制御によって充電された補機バッテリ22の電圧以上の電圧に設定することが望ましい。
In addition, as shown in FIG. 3, the constant voltage control is performed after the constant current control is performed, but the charging time of the auxiliary battery is shortened by the constant current control. Lower than the voltage). Alternatively, as described above, the operation of the first DC-
10 第1DC−DCコンバータ、12 AC−DCコンバータ、14 第2DC−DCコンバータ、16 充電器、20 主バッテリ、22 補機バッテリ、24 補機負荷、26 インバータ、28 回転電機、30 交流電源。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記主バッテリから第1DC−DCコンバータを介して補機バッテリを充電するか、又は前記AC−DCコンバータから第2DC−DCコンバータを介して補機バッテリを充電するかのうち少なくともいずれか一方で前記補機バッテリの充電を行う電源制御装置であって、
補機バッテリを充電する際には、前記第1及び第2DC−DCコンバータのうち、前記補機バッテリの充電の際に使用するコンバータを定電流制御し、出力電圧が所定値に達した際に定電圧制御に切り替える制御手段を備えることを特徴とする電源制御装置。 The main battery is charged via an AC-DC converter from an external AC power source,
The auxiliary battery is charged from the main battery via the first DC-DC converter or the auxiliary battery is charged from the AC-DC converter via the second DC-DC converter. A power supply control device for charging an auxiliary battery,
When charging the auxiliary battery, a constant current control is performed on the converter used for charging the auxiliary battery among the first and second DC-DC converters, and the output voltage reaches a predetermined value. A power supply control device comprising control means for switching to constant voltage control.
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JP2014143817A (en) * | 2013-01-23 | 2014-08-07 | Toyota Motor Corp | Vehicular power system |
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