JP2016201990A - 車両電源管理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両内の電装部に安定した駆動エネルギーを供給するための車両電源管理装置を提供する。
【解決手段】本発明の実施例に係る車両電源管理装置は、常時電源及び車両の駆動時充電される電力を貯蔵する高電圧エネルギー貯蔵部と、前記高電圧エネルギー貯蔵部に貯蔵されている電力を導通または遮断し、前記電源が印加される車両内の構成部に関するデータを取得するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部を介して充電される電源を負荷に印加し、放電された電圧を前記高電圧エネルギー貯蔵部から充電する電源と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の電源を管理するための装置に関するものである。
一般的に、ハイブリッド車は、異なる二種類以上の動力源を効率的に組合せて車両を駆動させる。殆どの場合、燃料を使用して駆動力を得るエンジンとバッテリ電力で駆動される電気モータとによって駆動力を得ることになる。
車両内のバッテリをエネルギー源として駆動する電装品の負荷需要が増加し、バッテリ電力量による電装品のエネルギー印加に不足現象が発生することになる。
図１は、従来のハイブリッド車の内部ブロックの構成図である。
図１に示すように、一般的なハイブリッド車は、モータ４を有し、モータ４を動作させるための交流電源２、インバータ３及びコンバータ５を含めて駆動される。また、電装品に電力を印加するための二次電池７を含めて構成することができる。
前記二次電池７は、一定容量を有するバッテリから構成され、一般的に鉛(ＰｂＳＯ4)バッテリから構成される。前記二次電池７は、車両内部のエンジン駆動を除いた電装部品にエネルギーを印加する機能を有する。
ところが、一定容量のエネルギー源を提供する二次電池の場合、車両内部に高負荷の電装品が増加するにつれ、二次電池の容量を超える負荷が発生した時、電圧降下が発生して電気システムの安定性に悪影響を与える恐れがある。また、既存の二次電池の主流である鉛バッテリは寿命が短く、その車両内部に占める嵩が大きいので、周期的なメンテナンスが要求され、他の構成品に対する安定性の確保、車両の軽量化及び小型化に適合していない。
本発明は、車両内の電装部に安定した駆動エネルギーを供給するための車両電源管理装置を提供する。
また、本発明は、車両内のエネルギー源に対する多様化及びそれによる小型化及び軽量化のための車両電源管理装置を提供する。
なお、発明が解決しようとする技術的課題は、以上の技術的課題に制限されるものではなく、以上に言及されていない他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。
本発明の車両電源管理装置は、常時電源及び車両の駆動時充電される電力を貯蔵する高電圧エネルギー貯蔵部と、前記高電圧エネルギー貯蔵部から出力される電源を導通または遮断し、前記電源によって車両内の構成部に関するデータを取得するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して充電される電源を負荷に印加し、放電された電圧を前記高電圧エネルギー貯蔵部から充電する第２電源とを含む。
本発明によれば、高負荷を要求する車両内の電装部に効果的なエネルギー源を供給し、車両駆動を安定化させることができる。また、車両のバッテリの寿命を延長させると共に、軽量化させることができるので、使用者の満足度及び車両の審美的効果を最大化させることができる。
従来のハイブリッド車の内部ブロックの構成図である。 本発明の実施例に係る車両の内部ブロックの構成図である。 図２の車両の内部ブロックの等価回路を簡略化して示した構成図である。 本発明の実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータ部の内部ブロックの構成図である。 本発明の実施例に係る車両のエネルギー供給動作を説明するための動作フローチャートである。 本発明の実施例に係る第２電源の充電動作のフローチャートである。
本明細書及び請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的や辞書的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は自己の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適宜定義することができるという原則に基づいて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。
従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本実施例の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点でこれらを代替できる多様な均等物と変形例が可能であることを理解しなければならない。
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
図２は、本発明の実施例に係る車両の内部ブロックの構成図である。
図２に示すように、本発明の実施例に係る車両は、高電圧エネルギー貯蔵部１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、電源３０及び負荷４０を含む。
高電圧エネルギー貯蔵部１０は、車両のモータまたはインバータから高圧及び大容量電気エネルギーが印加され、これを貯蔵することができる。高電圧エネルギー貯蔵部１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力に連結される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源の電圧を降下して直流電圧に変換し、フィルタリングされた電圧を電源３０及び負荷４０に印加することができる。
電源３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０から印加される電源によって充電され、前記充電状態に基づいて負荷のエネルギー源として動作することができる。
負荷４０は、車両内部の多様な電装部品を含むことができる。負荷４０は、モータを除いた車両駆動及び使用者への情報提供動作のための構成部を含むことができる。負荷４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して高電圧エネルギー貯蔵部１０に貯蔵されたエネルギー源または第２電源３０の状態に応じて、それぞれまたは同時にエネルギーが印加される。
以下、図３を参照して、前記図２の構成部に対して詳しく説明する。
図３は、図２の車両の内部ブロックの等価回路を簡略化して示した構成図である。
図３に示すように、高電圧エネルギー貯蔵部１０は、電源部１１、制御部１２及びスイッチ部１３を含むことができる。
高電圧エネルギー貯蔵部１０の電源部１１は、少なくとも一つの電源が直列連結されて構成される。電源部１１は、制御部１２の制御に基づいて印加される電源を貯蔵し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に印加することができる。
制御部１２は、電源部１１から印加される電源を感知し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０及び電装部に対する電源印加を制御することができる。制御部１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に電源を印加し、負荷４０に臨界値の電圧を印加するように制御することができる。制御部１２は、スイッチ部１３を制御して負荷４０に印加される電源を導通または遮断することができる。制御部１２は、負荷４０の動作状態に応じて、負荷４０に印加される電源をスイッチ部１３の制御により印加したり遮断することができる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から出力される電圧を入力し、電源３０として出力することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、コンバータパワー部２１と制御部２２とから構成される。
コンバータパワー部２１は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から電源が印加され、印加された電源によって負荷４０及びモータを駆動することができる。コンバータパワー部２１は、制御部２２の制御に基づいて、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源を負荷４０に印加したり遮断することができる。すなわち、コンバータパワー部２１は、制御部２２で感知される負荷４０の動作要求電圧に応じて、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源を出力したり遮断することができる。
制御部２２は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源に対して、負荷４０の状態情報を把握し、前記電源を前記負荷４０に出力したり遮断するように制御することができる。
電源３０は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から出力される電源と一緒に、負荷４０に電源を印加することができる。電源３０は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から出力される電圧によって充電され、負荷４０の動作状態に応じて前記充電された電力を前記負荷４０に放電することができる。
電源３０は超高容量蓄電池として、例えばウルトラ(スーパー)キャパシタ(Ｕｌｔｒａ ＣａｐａｃｉｔｏｒまたはＳｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ)からなることができる。超高容量蓄電池は、化学反応を利用したバッテリとは異なり、電極と電解質界面へのイオン移動や表面化学反応によって充電される。これによって、急速充電が可能で、高い充放電効率及び半永久的なサイクル寿命特性を有している。従って、本発明の実施例に係る第２電源として使用される超高容量蓄電池は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電圧によって充電され、負荷４０が前記高電圧エネルギー貯蔵部１０から出力される電力以上が要求される場合、前記電源３０に貯蔵された電力を負荷４０に放電することができる。
上記したように、本発明の実施例に係る電源３０を含む車両の内部ブロック構成に対して説明した。以下、図４では、高電圧エネルギー貯蔵部１０及び電源３０と連結されるＤＣ−ＤＣコンバータ２０のパワー部２１に関する構成及び動作に対して詳しく説明する。
図４は、本発明の実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータ部の内部ブロックの構成図である。
図４に示すように、入力端が高電圧エネルギー貯蔵部１０と連結され、出力端が電源３０及び負荷４０に連結されるＤＣ−ＤＣコンバータ２０のコンバータパワー部２１は、ＳＭＰＳ＆フィルタ２１１、入出力感知部２１２、過電圧感知部２１３、温度感知部２１４、セルバランシング部２１６、ＡＳＩＣ２１７、通信部２１８、ＰＷＭ制御部２１９、ゲートドライバ２２０、制御部２２１を含むことができる。
ＳＭＰＳ＆フィルタ２１１は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電圧に対してノイズ低減させるためのフィルタを含むことができる。ＳＭＰＳ＆フィルタ２１１は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電圧をフィルタリングし、制御部２２１及び感知部等に連結されて必要電源を供給することができる。
入出力感知部２１２は、少なくとも一つの入出力ポートから構成される。入出力感知部２１２は、車両内の多様なセンシング結果値に関する入力及び前記入力値に関する暗号化またはモジュール化を行うことができる。入出力感知部２１２は、入力されたデータ及びそれによる処理結果情報を制御部２２１に出力することができる。入出力感知部２１２は、負荷４０から入力される状態動作に関する情報及び第２電源に関する充放電情報などを受信することができる。また、前記受信した情報に基づいて、高電圧エネルギー貯蔵部１０から電源３０に流入する電圧を導通または遮断することができる。
過電圧感知部２１３は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電圧及びそれによる電流に対する基準値を超えるか否かを確認することができる。過電圧感知部２１３は、印加される電圧に応じて予め設定された臨界値を超えるか否かを確認し、その結果値を制御部２２１に出力することができる。また、制御部２２１の制御に基づいて、過電圧及び過電流による保護動作を行うことができる。
温度感知部２１４は、駆動状態及びスリープ状態に応じて負荷及びその他構成部の温度を感知し、前記感知された温度が各構成部(負荷)に予め設定された臨界値温度を超える場合、該温度を低減するための動作を行うことができる。すなわち、温度感知部２１４は、多様な温度感知結果値に基づいて、温度上昇に応じて抵抗値を減少させるために温度係数を設定することができる。前記温度係数は、感知される温度に応じて変動する。また、制御部２２１は、前記温度感知部２１４の結果値に応じてファンを駆動させることができる。
セルバランシング部２１６は、セルの電圧、温度などの状態情報を感知し、感知されたデータをＡＳＩＣ２１７にてモジュール化してセルバランシングを行うことができる。すなわち、制御部２２１にてセルの状態情報を感知し、それによる情報を取得するようにするために、感知されたデータに対する収集及び処理を行うことができる。
通信部２１８は、車両内の駆動部及び電源部のエネルギー状態情報を取得し、上位制御部に出力することができる。また、通信部２１８は、上位制御部(装置)から受信される制御信号及び処理データに関する情報を受信することができる。特に、負荷４０の状態情報を受信して制御部２２１に出力し、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源を導通または遮断するように制御することができる。通信部２１８は、一般的にＣＡＮ(Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ)通信を行うためのモジュールからなることができる。なお、前記通信部は、前記ＣＡＮ通信モジュールの他に、車両の内部及び外部とデータ通信を行うための多様なモジュールを含むことができる。
制御部２２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のための電圧及び電流値を演算し、前記演算された結果値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２０を制御することができる。制御部２２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するために、出力端がＰＷＭ制御部２１９及びゲートドライバ２２０と連結される。
制御部２２１は、負荷４０の状態を感知し、前記負荷４０の状態に基づいて高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電圧を導通または遮断することができる。制御部２２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作をスリープモードまたは動作モードに切り替えるように制御することができる。すなわち、制御部２２１は、電源３０の充放電状態に応じて、スリープモードまたは駆動モード時に高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源によって前記電源３０を充電することができる。
以下、図５及び図６を参照して、本発明の実施例に係る第２電源を含む車両の一部動作に対して詳しく説明する。
図５は、本発明の実施例に係る車両のエネルギー供給動作を説明するための動作フローチャートである。
図５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の制御部２２は、高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源を負荷４０に導通し、負荷４０が高電圧エネルギー貯蔵部１０のエネルギーによって駆動される(Ｓ５０２)。
制御部２２は、前記負荷４０で要求するエネルギーの量が、前記高電圧エネルギー貯蔵部１０から流入するエネルギーを超えるか否かを判断することができる(Ｓ５０４)。すなわち、制御部２２は、負荷４０の状態を監視し、前記負荷４０の動作に要求されるエネルギーが、前記高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加されるエネルギーを超える場合、電源３０によって前記負荷４０が駆動されるように制御することができる。すなわち、前記負荷４０は、電源３０に限定されて駆動されたり、高電圧エネルギー貯蔵部から印加されるエネルギーに電源３０のエネルギーを合わせた量だけ負荷４０に印加されるようにすることができる。
また、制御部２２は、負荷４０に印加される電源の遮断及び導通の他に、前記第２電源の状態をモニタリングすることができる。
図６は、本発明の実施例に係る第２電源の充電動作のフローチャートである。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の制御部２２は、始動がオフとなった状態の車両のスリープモード動作時(Ｓ６０２)、電源３０に対する充放電状態を持続的にモニタリングすることができる。
制御部２２は、スリープモード動作状態において、第２電源の容量が基準電源容量(Ｍｖ)以下に放電されるか否かを判断することができる(Ｓ６０４)。
制御部２２は、第２電源が基準電源容量(Ｍｖ)以下に放電される場合、一部駆動部の動作状態をスリープモードからウェイクアップモードに切り替えることができる(Ｓ６０６)。すなわち、制御部２２は、上位制御部に、車両の動作状態を、全体または一部構成部がスリープモードからウェイクアップモードに転換されるようにするための要請信号を出力することができる。
前記スリープモードからウェイクアップモードに転換される構成部は、車両の全体構成部または高電圧エネルギー貯蔵部、制御部及び一部充放電に要求される構成部を含むことができる。
制御部２２は、スリープモードからウェイクアップモードに転換された高電圧エネルギー貯蔵部１０から電源３０を充電するための電源を導通することができる。すなわち、制御部２２は、放電された第２電源を充電するために、高電圧エネルギー貯蔵部１０から出力される電源を前記電源３０に印加されるように制御することができる(Ｓ６０８)。
制御部２２は、高電圧エネルギー貯蔵部１０によって電源３０の充電が完了したかを判断し、ウェイクアップモードで動作する構成部をスリープモードの動作に転換されるように制御することができる。
これによって、電源３０は、動作モード時に負荷の要求に応じて前記充電された電源を放電し、前記高電圧エネルギー貯蔵部１０から印加される電源によって充電されることになる。
以上、本発明を好ましい実施例を基に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であり、そのような変形と応用にかかわる差異点も、添付された請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
１０ 高電圧エネルギー貯蔵部
１１ 電源部
１２ 制御部
１３ スイッチ部
２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０ 電源
４０ 負荷
２１１ ＳＭＰＳ＆フィルタ
２１２ 入出力感知部
２１３ 過電圧感知部
２１４ 温度感知部
２１６ セルバランシング部
２１７ ＡＳＩＣ
２１８ 通信部
２１９ ＰＷＭ制御部
２２０ ゲートドライバ
２２１ 制御部

Claims (8)

  1. 常時電源及び車両の駆動時充電される電力を貯蔵する高電圧エネルギー貯蔵部と、
    前記高電圧エネルギー貯蔵部に貯蔵されている電力を導通または遮断し、前記電源が印加される車両内の構成部に関するデータを取得するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部を介して充電される電源を負荷に印加し、放電された電圧を前記高電圧エネルギー貯蔵部から充電する電源とを含む、車両電源管理装置。
  2. 前記高電圧エネルギー貯蔵部は、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部に電源を印加または遮断するためのスイッチ部を含む、請求項１に記載の車両電源管理装置。
  3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、
    前記高電圧エネルギー貯蔵部から印加される電源によって動作し、前記車両の状態情報を取得及び出力するコンバータパワー部と、
    前記コンバータパワー部の動作を制御し、前記高電圧エネルギー貯蔵部から印加される電源を負荷に導通または遮断するための制御を実行する制御部とを含む、請求項１または２に記載の車両電源管理装置。
  4. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、
    負荷の状態情報及び第２電源の状態情報を取得するための入出力感知部と、
    前記取得された情報に基づいて前記第２電源を駆動するための制御信号を出力する通信部と、
    前記入出力感知部から取得される情報に基づいて前記第２電源の駆動を制御する制御信号を生成する制御部とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両電源管理装置。
  5. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、スリープモード動作時に前記第２電源の充放電状態を監視する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両電源管理装置。
  6. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、
    前記第２電源が放電されると、前記スリープモードをウェイクアップモードに切り替え、前記高電圧エネルギー貯蔵部から印加される電源を前記第２電源に導通する、請求項５に記載の車両電源管理装置。
  7. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、前記高電圧エネルギー貯蔵部から印加される電圧または前記第２電源の電源を負荷に印加する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両電源管理装置。
  8. 前記負荷に印加される電源は、前記第２電源の電源及び前記高電圧エネルギー貯蔵部から印加される電源を合わせた量が印加される、請求項７に記載の車両電源管理装置。
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