JP6169564B2 - 異なる公称電圧の車両用バッテリーの対を再充電するための方法および関連システム - Google Patents

Description

本発明は、熱機関または熱／電気ハイブリッド車両推進によって駆動される自動車における電力供給システムに関し、詳細には、いくつかの異なるタイプのバッテリーを有する電力供給システムに関する。

実際には、たとえば、コールドスタートのための電力を提供する鉛蓄電池の能力を利用するために、かつ、リチウムイオン電池の充電／放電サイクルの点で高い比エネルギーおよびより高い耐久性を利用するために、様々なタイプのバッテリーを並列に使用することができる。

米国特許出願公開第２０１１／００１３５２号は、両方のタイプのバッテリーを組み込んだシステムについて記載しており、２つのバッテリーの無負荷電圧および内部抵抗は、発電機電圧が一定の場合、好ましくは、リチウム電池が放電し、次いで再充電し、したがって、鉛蓄電池の充電／放電サイクルが少なくなるように選択される。

その場合、鉛蓄電池の使用は、好ましくは、車両始動段階のために温存される。

そのような構成を可能にするために、リチウム電池の無負荷時最大電圧は、鉛蓄電池の無負荷時最大電圧に比較的近いままでなければならず、それにより、リチウム電池の最大エネルギー容量が制限される。

そのようなシステムにより、鉛蓄電池の寿命を延ばすことが可能になるが、使用されるリチウム電池の性能は、必然的に制限される。さらに、発電機からの定電圧は、鉛蓄電池とリチウム電池とを同時に再充電することが可能になるように十分に高く設定しなければならず、それにより、鉛蓄電池のみを組み込んだシステムと比較して燃料消費量が増大する。

本発明は、２つのバッテリーを組み込んだ車両のための電力供給システムを提案することを目的とし、本システムにより、鉛蓄電池の寿命を延ばすことだけでなく、車両の平均燃料消費量を低減することも可能になる。

この目的のために、車両の電力供給システムは、
− 少なくとも１つの電動デバイスの直流ネットワークであって、この直流ネットワークには、最大ネットワーク電圧を超えない範囲の電圧によって電力供給することができる、直流ネットワークと、
− ネットワークに接続され、最大ネットワーク電圧よりも低い第１の無負荷時最大電圧を有する、第１の蓄電バッテリーと、
− ネットワークに接続された第２の蓄電バッテリーであって、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高い第２の無負荷時最大電圧、および最大ネットワーク電圧よりも低い許容無負荷時最小電圧を有する、第２の蓄電バッテリーと、
− ネットワークに接続された調整可能な発電機であって、異なるセットポイント値に調整可能なセットポイント電圧よりも下で、第２のバッテリーに電気エネルギーを供給することができる調整可能な発電機と
を含む。

本システムは、また、車両が駆動されているとき、少なくとも２つの異なるセットポイント電圧に、詳細には、第１のバッテリーの第１の無負荷時最大電圧よりも必ず高くなる低発電機電圧、および、第２のバッテリーの無負荷時最小電圧と低発電機電圧の両方よりも必ず高くなる高発電機電圧に、発電機を連続して設定するように構成された電子管理ユニットも含む。ある特定の代替実施形態によれば、発電機は、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換器と組み合わされた発電機を備える発電機システムとすることができる。この場合、発電機辞退の電圧が調整可能である。別の実施形態によれば、セットポイント電圧は、ＤＣ／ＤＣ変圧器のセットポイントのみを変更することによって調整可能であり得、発電機の電圧は調整可能ではない。別の実施形態によれば、セットポイント電圧は、発電機によって供給される電圧およびＤＣ／ＤＣ変圧器のセットポイントを変更することによって調整可能であり得る。

改良型の実施形態によれば、本システムは、また、第２のバッテリーによってネットワークに供給される電圧を低下させることが可能なＤＣ／ＤＣ変圧器を含む。第２のバッテリーの第２のフル充電動作電圧は、次いで、最大ネットワーク電圧よりも大きくなることができる。

有利には、変圧器は、双方向性であり、発電機が高発電機電圧下で電流を供給しているときには、最大ネットワーク電圧よりも高い電圧で第２のバッテリーに電力供給することが可能である。

第１のバッテリーは鉛蓄電池とすることができ、第２のバッテリーは、リチウム電池、詳細には、リチウムイオン電池とすることができる。第２のバッテリーは、また、第１のバッテリーとは異なる特性を有する従来型の強化された制御弁式鉛蓄（ＶＲＬＡ）電池とすることができる。

電子管理ユニットは、駐車モード時、すなわち、車両の内燃機関が停止しているときには第２のバッテリーのスイッチを開き、第１のバッテリーの電圧が第１のしきい値の下に降下し、同時に第２のバッテリーの電圧が第２のしきい値よりも高い場合には、車両が次に始動するまで所定の時間期間にわたってこのスイッチを閉じるように構成され得る。この所定の時間期間により、第１のバッテリーを部分的に再充電することが可能になる。

別の態様では、２つのバッテリーが、異なる無負荷時最大電圧を有し、単一の発電機と自動車の単一の直流z電気ネットワークとに接続される、電気エネルギーを供給する第１のバッテリーおよび第２のバッテリーが取り付けられた自動車の管理方法において、初期車両走行段階について、低発電機電圧が設定され、初期段階よりも少ない燃料を消費する回生制動段階のような後続の車両走行段階について、低発電機電圧よりも高い高発電機電圧が設定される。初期走行段階は、減速のない走行段階に対応する。有利には、本方法は、第１のバッテリーと第２のバッテリーと発電機とが並列に接続された自動車に適用することができる。

好ましくは、自動車が回生減速段階であるときには、高発電機電圧が設定され、車両がエンジン加速段階であるときは、低発電機電圧が設定される。

第２のバッテリーの充電レベルがしきい値電荷を下回ったとき、および／または、減速モード以外の自動車の特定の走行モードが検出されたとき、および／または、第２のバッテリーによってネットワークに供給される電流が所与のしきい値を超えた場合、必ず、低発電機電圧よりも高くなり、高発電機電圧以下になる中間発電機電圧が設定される。交流発電機の中間電圧レベルは、引用される様々なケースごとに異なり得る。

たとえば、車両の回生減速段階中にバッテリーの端子における電圧１５Ｖ〜１７Ｖの値、ＤＣ／ＤＣ変圧器を使用して第２のバッテリーに電力供給することができる。

本システムは、ネットワークに接続された、車両のオンボードソーラーパネルを含み得る。

本システムは、また、車両の外のネットワークから第２のバッテリーを再充電するのに適した電気的接続を含み得る。

好適な実施形態によれば、第２のバッテリーは、自動車推進のための動力を提供するために以前から使用される再調整されたリチウム電池とすることができる。典型的には、第２のリチウム電池は、電気自動車用トラクションバッテリーの２つの（使用される）モジュールから構成され、すなわち、その初期容量の７０％〜８０％の充電状態を有する。本発明によるシステムは、その初期容量の５％〜３０％の充電状態に対応する電圧範囲でこれらのモジュールを使用する。これらのモジュールがその使用可能な充電状態を下回って放電されないことを保証するために、リチウム電池とシステムの他の構成要素との間にスイッチが配置され、このスイッチは、バッテリーの充電状態が５％に達し、本発明によるシステムによってはもはや再充電されないときに、したがって、典型的には駐車モード時、すなわち、車両のモータが停止しているときに開かれる。

電子管理モジュールは、たとえば、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧の１．０５倍以下である、または第１のバッテリーの無負荷時最大電圧の１．０３５倍未満である低発電機電圧を設定するように構成され得る。

低発電機電圧は、たとえば、１２．８〜１３．５Ｖであり得、高発電機電圧は、１４〜１５Ｖであり得る。

有利な実施形態によれば、車両の回生減速段階中にバッテリーの端子における電圧を１５Ｖ〜１７Ｖの値にすることによって、ＤＣ／ＤＣ変圧器を使用して第２のバッテリーに電力供給することができる。

本発明の他の目的、特徴および利点について、単に非限定的な例として添付の図面を参照して与えられる以下の記述において説明する。

本発明による電力供給システムの概略図である。 図１の電力供給システムの動作中に必要とされる異なる電圧の相対レベルを示すグラフである。 図１の電力供給システムの考えられる管理モードを示すアルゴリズムである。

図１に示すように、車両の電力供給システム１は、電気ネットワーク２と、発電機３と、第１のバッテリー４、たとえば、鉛蓄電池と、第２のバッテリー７、たとえば、リチウムイオン電池と、電子管理ユニット１０とを含む。第２のバッテリー７は、ネットワーク２を接続解除することを可能するスイッチ１１と嵌合されている。交流発電機３は、熱機関（図示せず）に接続されたシャフトから引き出された機械エネルギーを、電気ネットワーク２上で送られる電気エネルギーに変換することが可能である。

空調機、照明手段および暖房手段のような電動デバイス６は、電気ネットワーク２上に配列される。発電機３は、第１のバッテリー４の端子に接続される。第２のバッテリー７は、第１のバッテリー４に並列に接続される。電動デバイス６は、ネットワーク２上に並列に接続される。ネットワーク２は、車両のシャシー上のアース５への接続を含む。また、ネットワーク２は、第１の燃焼サイクルを開始するために車両の熱機関を始動させることが可能なスターターに電力供給する。

代替実施形態によれば、第２のバッテリー７を、バッテリー７に直列に接続されたＤＣ／ＤＣ変圧器８に接続にしてもよく、それにより、第２のバッテリー７の端子における電圧を最大ネットワーク電圧２よりも高くすることができる。

第２のバッテリー７がＤＣ／ＤＣ変圧器８に関連付けられている代替実施形態では、ソーラーパネル９のようなエネルギー発生手段を第２のバッテリー７の端子に接続してもよく、それにより、これらのソーラーパネル９によって供給される最大電圧を、最大ネットワーク電圧２よりも高くすることができる。可変セットポイント電圧を設定することを可能とするための、詳細には、２つの異なるセットポイント値、第１の値Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅと第１の値よりも高い第２の値Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅを設定することを可能とするための電子管理ユニットが発電機３に接続される。

また、電子管理ユニット１０は、機械式電磁スイッチまたは電子スイッチ（たとえば、トランジスタ）とすることができるスイッチ１１に接続される。スイッチ１１を開くことによって、電子管理ユニット１０は、ネットワークから第２のバッテリー７を接続解除することができ、この第２のバッテリー７の適時でないの放電を防ぐことができる。

第１のバッテリーは、好ましくは、特に第１のバッテリーが鉛蓄電池である場合に、車両の熱機関を始動させるときにスターターモーターに電力供給するために使用され得る。車両が「駐車」モードになると、電子管理ユニット１０は、スイッチ１１を使用して第２のバッテリー７、たとえば、リチウム電池、より詳細には、リチウムイオン電池を接続解除する。これにより、バッテリー７が放電することが防止される。その場合、第２のバッテリー７は、次に車両の内燃機関を始動させるまで、ネットワークから接続解除されたままとなる。

鉛蓄電池は優れたコールドスタート容量を有するので、車両の熱機関を始動させるときには、第１の鉛蓄電池４が使用される。

リチウム電池は、サイクルの点でより優れた耐久性を有し、したがって、第２のバッテリーは、車両が駆動しているときに車両のオンボードネットワークに電力供給するために使用される。ネットワークの電圧、すなわち、第１のバッテリー４の端子間で測定可能な電圧は、ＤＣ／ＤＣ変圧器に関連付けられ得る３つのエレメント、すなわち、発電機３と第１のバッテリー４と第２のバッテリー７とのうち、２つの端子間で最も高い電圧を有するものはどれかによって判断される。

エレメントの各々の「端子」とは、そのエレメントのネットワーク２への２つの接続ポイントを意味する。

システムが、図１に記載するように接続されたＤＣ／ＤＣ変圧器８を含む場合、ユニットの端子［第２のバッテリー７、ＤＣ／ＤＣ変圧器８］における電圧は、ネットワーク２へのこのユニットの２つの接続ポイントの間の電圧を指す。

発電機３が回転していないときには、たとえば、車両を始動させるとき、および、スイッチ１１によって第２のバッテリー７を接続解除するときには、第１のバッテリー４がネットワーク２上の電圧を判断する。

車両が駆動され、発電機３が作動しているとき、発電機３のセットポイント電圧は、第１のバッテリー４の無負荷時最大電圧を上回るように設定される。これは、第１のバッテリー４が回路２の電気エネルギーを供給していないことを意味する。発電機３の電圧が第２のバッテリー７の電圧よりも高いか、またはそれよりも低いかに応じて、発電機３または第２のバッテリー７のいずれかが、あるいは、その両方が同時に、ネットワーク２の電力を供給する。

本発明の範囲内では、２つの動作モードを交互に選択することができるように、第１のバッテリー４の無負荷時最大電圧よりも十分に大きい無負荷時最大電圧をもつ第２のバッテリー７が選択される。第１の動作モードでは、発電機電圧は、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧「Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ１」よりも高い低値「Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ」に設定され、それにより、発電機電圧は、ネットワークによって許容される最大電圧「Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ」よりも低くなる。発電機電圧「Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ」は、第２のバッテリー７の無負荷時最大電圧「Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ２」よりも低い。第２の動作モードでは、発電機電圧は、高交流発電機電圧値「Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ」に等しくなり、それにより、発電機電圧は、低交流発電機電圧よりも高く、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低くなる。

したがって、低発電機電圧を供給するように発電機３が設定され、第２のバッテリー７の電圧が低発電機電圧よりも高くなるように十分に第２のバッテリー７が充電されたときには、第２のバッテリー７は、ネットワーク２に電力を供給するために使用される。この動作モードでは、第２のバッテリー７の動作電圧が低交流発電機電圧のレベルまで降下したときに、ネットワーク２の電力の一部は第２のバッテリー７によって供給され、ネットワーク２の電力の一部は発電機３によって供給される。

高発電機電圧が印加される第２の動作モードを電子管理ユニット１０が起動したとき、第２のバッテリーの無負荷電圧が高発電機電圧よりも低い場合、発電機は、電気エネルギーをネットワークに供給し、同時に、第２のバッテリー７を再充電するためのエネルギーを供給するために使用される。

発電機３が、第２のバッテリー７を再充電するために提供される唯一の手段である場合、第２のバッテリー７は、高発電機電圧が印加される段階中に再充電することができ、その電圧が低発電機電圧を上回っているままである限り、電子管理ユニット１０が低発電機電圧を印加する段階中に、ネットワークにエネルギーを提供することができる。

好ましくは、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧よりもわずか高い低発電機電圧が印加され、それにより、発電機は、低発電機電圧が印加される段階中に、熱機関によって駆動されるドライブシャフトからできる限り小さな機械エネルギーを引き出す。したがって、発電機は、第１のバッテリーが常に完全に充電されたままであることを保証しながら、燃料消費量をほんのわずか増加させる。

第１の動作モードでは、第２のバッテリー７が十分に充電されている場合（すなわち、第２のバッテリー７の電圧が低発電機電圧よりも高い場合）、第２のバッテリー７が、ネットワーク２に電気エネルギーを供給する。

第２のバッテリー７を再充電するために高発電機電圧が印加される段階は、好ましくは、低燃費走行段階、たとえば、回生減速段階であり、すなわち、車両が減速モードである場合、発電機を回転させるために、エンジンブレーキとドライブシャフトの機械エネルギーの一部とを使用することが可能になる。この目的のために、たとえば、車両のペダルにおけるセットポイントは、単純に、エンジン減速段階に対応する必要がある。

次いで、車両の運動ブレーキエネルギーの一部が、第２のバッテリー７を再充電するために使用される。制動段階中に回復されるこのエネルギーは、第１の動作モードに対応する走行段階中に設定される発電機電圧を制限することによって、燃料を節約することに役立つ。

図２に、電力供給システム１に関する説明で前述した異なる電圧値の相対的な位置の例を示す。図２に示した様々なレベルは、第１のバッテリー４の無負荷時最小電圧、すなわち、Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ１と、第１のバッテリー４の無負荷時最大電圧、すなわち、Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ１と、第２のバッテリー７の無負荷時最小電圧Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ２と、第２のバッテリーの無負荷時最大電圧Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ２と、低発電機電圧Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅと、高発電機電圧Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅと、ネットワーク２を破損させることなく耐えることが可能である最大電圧Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕとを示す。

典型的には、第１のバッテリー４として鉛蓄電池を用い、第２のバッテリーとして、電気自動車またはハイブリッド自動車を推進させるために使用済みの回復したリチウムイオン電池を用いて動作するとき、第１の鉛蓄電池の無負荷時最小電圧Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ１は約１２ボルトであり、第２のリチウム電池の無負荷時最小電圧Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ２に実質的に対応する（または、わずかにそれを下回る）。

第１の鉛蓄電池の無負荷時最大電圧Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ１は約１２．８ボルトであり、この無負荷時最大電圧をわずかに上回るように設定された低発電機電圧Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅは約１３．２ボルトである。

第２のリチウム電池の無負荷時最大電圧Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ２は約１６．８ボルトであり得、高発電機電圧Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅは、ネットワークによって許容される最大値Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ（約１６ボルト）を下回ったままとするためには、約１５ボルトであり得る。

第１のバッテリーおよび第２のバッテリーに他のタイプのバッテリーを使用することが可能であり、第２のバッテリーの最大電圧は、必ずしも、ネットワークの最大電圧よりも高くなる必要はない。低発電機電圧は、好ましくは、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高くなければならない。低発電機電圧が第１のバッテリーの無負荷時最大電圧よりもごくわずか低い実施形態が潜在的に存在するが、この場合、不必要な充電／放電サイクルが第１のバッテリーに印加され、それにより、第１のバッテリーの寿命が短くなる。

２つのバッテリーのこれらの２つの無負荷時最大電圧値の間に低発電機電圧値を規定することが可能になるように、第２のバッテリーの最大電圧は、必ず、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高くなければならない。

高発電機電圧は、たとえば、第２のバッテリーの最大電圧がネットワークによって許容される最大電圧よりも低い場合、第２のバッテリーの無負荷時最大電圧に等しいかまたはそれよりも高くなり得る。

高発電機電圧での動作段階中に第２のバッテリー７の少なくとも部分的な充電を可能にするために、第２のバッテリーの無負荷時最小電圧は、高発電機電圧よりも低くなければならない。

第２のバッテリー７は、それ発電機がその高電圧値で回転している段階中に加えて、ソーラーパネル９のような追加の発電手段によって再充電することができる。第２のバッテリーの無負荷時最大電圧が、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低い場合、または、システムが、第２のバッテリーによって供給される電圧を、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低い電圧まで低下させることが可能なＤＣ／ＤＣ変圧器を含む場合、たとえば、駐車場にある車両の外のネットワークから第２のバッテリー７を再充電することも可能となり得る。

第２のバッテリー７の無負荷時最大電圧、すなわち、Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ２は、ネットワーク２によって許容される最大電圧よりも低くても、あるいはそれよりも高くてもよい。第２のバッテリーの無負荷時最大電圧が、ネットワークによって許容される最大電圧Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕよりも高い場合、第１の実施形態によれば、第２のバッテリー７の動作範囲の一部、たとえば、低発電機電圧と高発電機電圧との間のみが使用される。

第２の動作変形態によれば、たとえば、システムが、第２のバッテリー７によって供給される電圧をネットワークによって許容される最大電圧を超えない値まで低下させることが可能なＤＣ／ＤＣ変圧器８と嵌合している場合、第２のバッテリー７は、より広い範囲で、たとえば、第２のバッテリー７によって許容される低発電機電圧と無負荷時最大電圧との間の範囲で使用することができる。

この場合、たとえば、第２のバッテリー７は、車両を停車させたときには車両の外のネットワークから、その無負荷時最大電圧で充電され得る。このエネルギーリザーブは次いで、車両が駆動させるときに使用され、車両が回生充電モードであるときには、高発電機電圧でバッテリーを部分的に再充電することによってエネルギーが補充される。

ＤＣ／ＤＣ変圧器が双方向性である場合、第２のバッテリーはまた、回生減速段階中に高発電機電圧に関して第２のバッテリー７の端子における電圧を上げることによって、その無負荷時最大電圧で充電され得る。

安全上の目的で、第１のバッテリー４の一様な部分放電を防ぐために、低発電機電圧は、第１のバッテリー４の無負荷時最大電圧をわずかに上回るように設定される。

車両が、電子管理ユニット１０によって低発電機電圧が設定される走行モードであるとき、第２のバッテリー７の電圧が降下したときには、発電機によって供給されるエネルギーが第２のバッテリー７によって供給されるエネルギーを自動的に補充するように、第２のバッテリー７の無負荷時最小電圧は低発電機電圧よりも低いことが好ましい。これにより、第２のバッテリー７の電圧が最小許容電圧Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ２まで降下しないように防止される。

第２のバッテリーの無負荷時最小電圧が低発電機電圧よりも高くなる代替実施形態を実施することができ、その場合、電子管理ユニット１０は、第２のバッテリー７の電圧がその最小値を下回る前に、高発電機電圧を設定しなければならない。いずれの場合も、第２のバッテリー７の無負荷時最小電圧は、高発電機電圧よりも低くなければならない。

低発電機電圧は、第２のバッテリー７の無負荷時最大電圧よりも低いことが好ましい。低発電機電圧はまた、第１のバッテリーの無負荷時最大電圧にできる限り近接しており、かつ、それよりも高く、それにより、低発電機電圧に設定される発電機がこの最小値Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ１を上回ったままであることを保証にするために、偏差のマージンが保持される。

無負荷時最大電圧Ｖ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ２がネットワーク２の最大電圧Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕよりも高い第２のバッテリー７を使用することが有利であり、それにより、低発電機電圧および高発電機電圧の値は、第１のバッテリーＶ０ｍａｘ＿ｂａｔｔ１の無負荷時最大電圧とネットワークによって許容される最大電圧Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕとの間の電圧範囲全体から選択することが可能になる。

この構成は、具体的には、最大許容電圧が約１５〜１６ボルトである車両ネットワーク２で見られ、このネットワークにおいて、第１のバッテリー４は、無負荷時最大電圧が約１２．８ボルトである鉛蓄電池であり、第２のバッテリー７は、リチウムイオン電池、たとえば、電気自動車推進のために以前から使用される再調整されたリチウムイオン電池である。そのような再調整されたバッテリーは、たとえば、約１６．８ボルトの無負荷時最大電圧および約１２ボルトの無負荷時最小電圧を有する。

車両減速段階中に高発電機電圧に切り替えることに加えて、回生減速段階の頻度が高くない場合および／または回生減速段階が十分に長くない場合に第２のバッテリー７の過剰な放電を防止するために、電子管理ユニット１０において追加の方策を使用することができる。

次いで、低発電機電圧と高発電機電圧との間の、すなわち必然的に、低発電機電圧よりも高く、高発電機電圧以下の中間発電機電圧を設定することができる。次いで、減速が直ぐには生じないであろうことを示唆するある特定の走行段階中に、１つまたは複数の中間電圧を設定することができる。これらの走行段階は、ハイウェイ走行段階を含み得る。これらの走行モードについての内燃機関の動作ポイントは、他の走行モードよりも少ない燃料を消費するので、電子管理ユニットにおいて、あらかじめプログラムされた走行モードについて１つまたは複数の中間電圧が設定され得る。

また、所与の走行モードと、充電状態が第２のバッテリー７のしきい値充電状態以下であることとを同時に検出することによって、中間発電機電圧への切り替えをトリガすることができる。

図３に、本発明によれば電力供給システムの電子管理ユニット１０にインストールすることができるアルゴリズム１を示す。初期インスタント２１において、たとえば、バッテリーの変更の後の車両のコミッショニングまたはそのリコミッショニングに対応して、電子管理ユニット１０は、ステップ２２において、車両が駐車モードであるかどうかをテストする。

車両が駐車モードである場合、ステップ２３において、電子管理ユニット１０は、ネットワーク２から第２のバッテリー７が接続解除されていない場合には、スイッチ１１を使用して、第２のバッテリー７を接続解除する。

次いで、ステップ２４において、第２のバッテリー７の端子における電圧が電圧Ｖｍｉｎを下回っているかどうかをテストする。この電圧Ｖｍｉｎは、たとえば、第２のバッテリーの無負荷時最小電圧Ｖ０ｍｉｎｉ＿ｂａｔｔ２に等しいかまたはわずかにこの無負荷時最小電圧よりも高くなり得る。

測定された電圧がしきい値電圧Ｖｍｉｎよりも低い場合、電子管理ユニット１０はステップ２５において、運転者が第２のバッテリー７を変更する必要があることを運転者に警告するメッセージを表示する。測定された電圧がしきい値電圧Ｖｍｉｎよりも高い場合、電子管理ユニットはステップ２２に戻る。

テスト２２により、車両がもはや駐車構成ではないことが示された場合、電子管理ユニット１０は、ステップ２６において、第２のバッテリー７の健全性をテストする。この健全性テストは、たとえば、第２のバッテリー７がすでに経た充電／放電サイクルの回数が充電および放電のしきい値数Ｎｍａｘよりも少ないかどうか、バッテリーの異なるセルが十分に平衡化されているかどうか、および、バッテリーの端子における電圧がしきい値電圧Ｖｍｉｎよりも高いかどうかを検査することを含み得る。

応答が否定的である場合、電子管理ユニット１０は、ステップ２５に対応する警告メッセージを表示する。テスト２６の結果が肯定的である場合、電子管理ユニットは、車両の熱機関が動作中かどうかを判断するためにテスト２７を実行する。車両の熱機関が動作中でない場合、電子管理ユニット１０は、ステップ２２に戻る前に、第１のバッテリーから、または第２のバッテリーから、または２つのバッテリーから一緒にネットワーク２に電力供給するための方策２８を実装する。

テスト２７により、車両の熱機関が動作中であることが示された場合、電子管理ユニットは、ステップ２９において、車両が回生充電モードであるかどうかを、すなわち車両が、エンジンブレーキの使用が可能になり、発電機を回転させるためにドライブシャフトから機械エネルギーの一部が引き出される減速モードであるかどうかをテストする。この目的のために、車両のペダルにおけるセットポイントは、エンジン減速段階にのみ対応しなければならない。

車両が回生充電モードである場合、電子管理ユニット１０は、ステップ３１において、発電機を高発電機電圧、たとえば、１５ボルトに設定し、車両が減速している限り、テスト２９をループし、高発電機電圧３１を制御し続ける。

テストステップ２９の終了時に車両が回生充電モードではない場合、電子管理ユニット１０は、ステップ３０において、低発電機電圧で、たとえば１３ボルトで動作するように発電機３を設定する。

ステップ３０の後に、電子管理ユニット１０は、車両および第２のバッテリー７が「強制充電」構成であるかどうかをテストする。そのような強制充電構成は、たとえば、第２のバッテリー７の端子における電圧がしきい値Ｖ_１よりも下まで降下したときに生じ得、同時に、時間カウンタΔｔが、最後の減速がしきい値Δｔ_１を超えた後に経過した時間を計る。

この場合、第２のバッテリーの電圧は不十分になり始め、検出された走行モードが、十分な頻度の減速を含む走行モードではないと見なすることができる。

このテスト３２により、強制実行構成であることが分かった場合、電子管理ユニット１０は、ステップ３３において、発電機３を電圧Ｖａｌｔ Ｍｉｄ、たとえば、１４．５ボルトに設定し、ステップ３４でテストされるバッテリーの再充電レベルが満足のいく最小レベルＳＯＣ_ｍｉｎに達しない限り、この強制充電モードを設定し続ける。

この最小充電レベルは、たとえば、第２のバッテリー７に入る再充電電流の降下によって検出することができる。

ステップ３４のテストにより、第２のバッテリーの再充電レベルが十分であることが分かった場合、電子管理ユニット１０は、ステップ３５において、たとえば、バッテリーの温度が最高温度Ｔ_ｍａｘを超えないことを検査することによって、異なるセルの間のバランスレベルが十分であるか、またはこのレベルが異なるセルをなおも再平衡化することができることができないことを検査することによって、ならびに、第２のバッテリーの端子における電圧Ｖがしきい値電圧Ｖ_ｍｉｎよりも高いことをチェックすることによって、第２のバッテリー７の健全性をテストする。

ステップ３５で検出された健全性のレベルが不十分である場合、電子管理ユニット１０は、ステップ２５による警告メッセージを表示する。検出された健全性のレベルが不十分でない場合、電子管理ユニット１０はステップ３６において、第２のバッテリー７の異なるセルが十分に平衡化されているどうかをテストする。十分に平衡化されている場合、電子管理ユニットは、車両がその間に駐車モードに入ったかどうかを検査するために、テストステップ２２に戻る。

十分に平衡化されていない場合、電子管理ユニットはステップ３７において、セルの平衡化をトリガし、同様にステップ２２に戻る。

本発明の主題は、記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、システム１の異なるエレメントの配列、電子管理ユニット１０にインストールされる動作アルゴリズム、ならびに／あるいはバッテリータイプまたは他のタイプのアキュムレータの選択のすべての点において、多数の変形形態を対象とし得る。

発電機によって供給される電圧を２つの異なるレベルに調整すること、または、ＤＣ／ＤＣ変圧器を使用して第２のバッテリーの端子における電圧を上げることによって、第２のバッテリー７の端子における低電圧セットおよび高電圧セットを取得することができる。また、高電圧は、発電機の端子におけるセットポイント電圧を上げることと、この電圧を、ＤＣ／ＤＣ変圧器を使用して、第２のバッテリーの端子における均一なより高い電圧へと変換することとを同時に行うことによっても取得され得る。

動作アルゴリズムは、一例が図３に示されているが、詳細には、所与の瞬間において、または、１つまたは複数の強制充電モードの定義において設定すべき発電機電圧を判断するための連続する異なるテストに関して、多数の変形態に適応することができる。これらの強制充電モードは、そのモードに応じて、異なる発電機電圧Ｖａｌｔ Ｍｉｄを用いて規定され得る。たとえば、第２のバッテリーの異なる充電レベル状態ならびに検出された内燃機関の異なる駆動タイプおよび／または動作ポイント状態に応じて、異なる強制充電モードが規定され得る。

第１バッテリーおよび第２のバッテリーと呼ばれる電気アキュムレータは、電気化学蓄電池、たとえば第１の鉛蓄電池および第２のリチウムイオン電池とすることができる。リチウムイオン電池以外の他のタイプのリチウム電池、他の電気化学バッテリー、あるいはさらには、１つまたは複数のスーパーキャパシタが、第２のバッテリーに使用され得る。

本発明は、熱機関によって駆動される車両の電力供給システムに使用することができる。本発明はまた、ハイブリッド電気自動車の電力供給システムに使用することができる。ハイブリッド電気自動車の場合には、リチウム電池は、たとえば、車両を始動するための、まれに車両を駆動するための第１のバッテリーとして使用することができ、スーパーキャパシタは、たとえば、減速段階中にエネルギーを蓄積する第２のバッテリーとして使用することができる。したがって、「蓄電バッテリー」という用語は、スーパーキャパシタ貯蔵システムを包含するので、本出願では最も広義に解すべきである。

本発明によるシステムにより、車両の燃料消費量全体を低減すること、第１のバッテリーの寿命を延長すること、および、再調整されたリチウム電池が第２のバッテリーとして使用される場合には、システムのコストおよびエコロジカルフットプリントを低減することが可能になる。

異なる目的のために２つのバッテリーを使用するという概念は、３つ以上のバッテリーに拡げることができることを理解されたい。実際には、ＤＣ／ＤＣ変換器を用いてオンボードネットワークに接続された第３のバッテリーとスイッチとを使用することが可能であり、このスイッチは、「駐車」モードでは、すなわち、内燃機関が停止しているときは、オンボードネットワークの電気的デバイスによって必要とされる電気エネルギーを提供するために閉じている。有利には、この第３のバッテリーは、電気自動車用トラクションバッテリーから回復されたモジュールを備え、（たとえば、第２のリチウム電池と同様に減速するときに）再充電についての内燃機関および発電機の最高効率点を使用し、ソーラーパネルのような相補型再充電システムを有する。

その上、車両を始動させるために使用される第１の鉛蓄電池は、スイッチを用いてオンボードネットワークに接続することができ、それにより、第１の鉛蓄電池の使用をさらに特化させることができるようになり、このスイッチは、たとえば、始動時にのみ閉じられ、その充電状態が所与のしきい値を下回ったときに、内燃機関および発電機の最高効率点となる。

第１に、第１のバッテリーとオンボードネットワークとの間で、第２に、第２のバッテリーとオンボードネットワークとの間でスイッチを使用することにより、これらの２つのバッテリーを、中間ＤＣ／ＤＣ変換器なしに発電機と並列に接続された同等の鉛蓄電池とすることができるようになり、２つのバッテリーには特定の役割が（一方には始動させる役割が、もう一方にはオンボードネットワークに電力供給する役割が）割り振られ、内燃機関および発電機の最高効率点で再充電される。

Claims (8)

1. 車両の電力供給システム（１）であって、
   −最大ネットワーク電圧（Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ）を超えない範囲の電圧によって電力供給することができる、少なくとも１つの電動デバイス（６）の直流ネットワーク（２）と、
   −前記ネットワーク（２）に接続されて、最大ネットワーク電圧（Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ）よりも低い第１の無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ１）を有する第１の蓄電バッテリー（４）と、
   −前記ネットワーク（２）に接続された第２の蓄電バッテリー（７）であって、前記第１の蓄電バッテリーの前記無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ１）よりも高い第２の無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ２）、および前記最大ネットワーク電圧（Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ）よりも低い無負荷時最小電圧（Ｖ０ｍｉｎｉ＿Ｂａｔｔ２）を有する第２の蓄電バッテリー（７）と、
   −前記ネットワーク（２）に接続された調整可能な発電機（３）であって、異なるセットポイント値（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ、Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）に調整可能なセットポイント電圧下で、前記第２の蓄電バッテリー（７）に電気エネルギーを供給することができる調整可能な発電機（３）と
   を含み、
   前記車両が駆動されているとき、少なくとも２つの異なるセットポイント電圧に、詳細には、前記第１の蓄電バッテリーの前記第１の無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ１）よりも必ず高くなる低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）と、前記第２の蓄電バッテリーの前記無負荷時最小電圧（Ｖ０ｍｉｎｉ＿Ｂａｔｔ２）および前記低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）の両方よりも必ず高くなる高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）とに、前記発電機（３）を連続して設定するように構成された電子管理ユニット（１０）も含むことを特徴とするシステム。
2. 前記第２の蓄電バッテリー（７）によって前記ネットワーク（２）に供給される電圧を低下させることが可能なＤＣ／ＤＣ変圧器（８）も含み、前記第２の蓄電バッテリー（７）の前記第２の無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ２）が前記最大ネットワーク電圧（Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ）よりも高い、請求項１に記載のシステム。
3. 前記変圧器（８）は、双方向性であり、前記発電機（３）が前記高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）下で電流を供給しているときには前記最大ネットワーク電圧（Ｖｍａｘ＿ｒｅｓｅａｕ）よりも高い電圧で前記第２の蓄電バッテリー（７）に電力供給することができる、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１の蓄電バッテリー（４）が鉛蓄電池であり、前記第２の蓄電バッテリー（７）がリチウム電池である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記電子管理ユニット（１０）は、前記車両の内燃機関が停止しているときには前記第２の蓄電バッテリー（７）のスイッチ（１１）を開き、前記第１の蓄電バッテリー（４）の電圧が第１のしきい値を下回るまで降下し、同時に前記第２の蓄電バッテリー（７）の電圧が第２のしきい値よりも高い場合には、前記車両が次に始動するまで所定の時間期間にわたってこのスイッチ（１１）を閉じるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 電気エネルギーを供給する第１の蓄電バッテリー（４）および第２の蓄電バッテリー（７）が取り付けられた自動車の管理方法であって、前記２つの蓄電バッテリーが、異なる無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ１、Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ２）を有し、単一の発電機（３）と前記自動車の単一の直流電気ネットワーク（２）とに接続される方法において、回生制動をしない走行段階に相当する初期車両走行段階について低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）を設定し、前記初期車両走行段階よりも少ない燃料を消費する回生制動段階のような後続の車両走行段階について前記低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）よりも高い高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）を設定し、前記第２の蓄電バッテリー（７）の無負荷時最小電圧（Ｖ０ｍｉｎｉ＿Ｂａｔｔ２）は前記高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）よりも低く、前記低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）は前記第１の蓄電バッテリー（４）の無負荷時最大電圧（Ｖ０ｍａｘ＿Ｂａｔｔ１）よりも高いことを特徴とする、自動車の管理方法。
7. 前記自動車が回生制動段階にあるときには前記高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）を設定し、前記自動車がエンジン加速段階であるときは前記低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）を設定する、請求項６に記載の方法。
8. 第２の蓄電バッテリー（７）の充電レベルがしきい値電荷を下回ったとき、および／または、前記第２の蓄電バッテリー（７）によって前記ネットワーク（２）に供給される電流が所与のしきい値を超えた場合、必ず前記低発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｂａｓｓｅ）よりも高く、かつ前記高発電機電圧（Ｖａｌｔ＿ｈａｕｔｅ）未満になる中間発電機電圧（Ｖａｌｔ Ｍｉｄ）を設定する、請求項６または７に記載の方法。

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