JPWO2014208028A1 - 蓄電システム - Google Patents

蓄電システム

Info

Publication number
JPWO2014208028A1
JPWO2014208028A1 JP2015523846A JP2015523846A JPWO2014208028A1 JP WO2014208028 A1 JPWO2014208028 A1 JP WO2014208028A1 JP 2015523846 A JP2015523846 A JP 2015523846A JP 2015523846 A JP2015523846 A JP 2015523846A JP WO2014208028 A1 JPWO2014208028 A1 JP WO2014208028A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
switch
secondary battery
power
engine
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
Application number
JP2015523846A
Other languages
English (en)
Inventor
敏宏 坂谷
敏宏 坂谷
裕政 杉井
裕政 杉井
越智 誠
誠 越智
龍二 川瀬
龍二 川瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Publication of JPWO2014208028A1 publication Critical patent/JPWO2014208028A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/25Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by controlling the electric load
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/006Starting of engines by means of electric motors using a plurality of electric motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F02N11/0866Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00Operating Modes
    • B60L2260/20Drive modes; Transition between modes
    • B60L2260/26Transition between different drive modes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24Energy storage means
    • B60W2510/242Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/246Temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/064Battery temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池と鉛電池を併用した蓄電システムにおいて、鉛電池を小さくする。蓄電システム(100)は、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータ(200)と、エンジンを始動するためのスタータ(300)を含む車両に搭載される。メインバッテリ(10)には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる。第1の二次電池と並列接続可能なサブバッテリ(20)には鉛電池が用いられる。管理部(30、40)は、イグニッションオンされると、メインバッテリ(10)の温度が設定温度より高いとき、メインバッテリ(10)からモータジェネレータ(200)に給電してエンジンを始動させ、メインバッテリ(10)の温度が設定温度以下のとき、サブバッテリ(20)からスタータ(300)に給電してエンジンを始動させる。

Description

本発明は、アイドリングストップ、エネルギー回生システムに適した蓄電システムに関する。
現在、アイドリングストップシステムやエネルギー回生システムに使用される蓄電池には通常、鉛電池が用いられる。鉛電池では、性能劣化を抑えるために満充電維持が望まれる。上述の用途では鉛電池が頻繁に充放電されるため、鉛電池の性能劣化が加速し、電池寿命が短くなってしまう。特にアイドリングストップシステムでは、アイドリングストップの状態からエンジンを再始動させる際に、相当量の放電が必要となる。鉛電池は放電深度(DOD:Depth of Discharge)が深いほど劣化が加速する。一般的に鉛電池の推奨DOD範囲は0〜10%である。
これに対して、電力供給に必要な放電容量に対して、鉛電池の容量を大きくすることで、放電深度が深くなることを抑制することが考えられる。ただし鉛電池の容量を大きくすると、サイズ、質量が大きくなり、コストも増大する。
ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、電池劣化に対する放電深度の影響が相対的に小さく、広いDOD範囲で使用することが可能である。一般的にニッケル水素電池、リチウムイオン電池の推奨DOD範囲は20〜80%である。従って鉛電池の代わりに、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を使用する場合、蓄電システムの小型化、軽量化が可能である。
特開2011−162112号公報
近年、アイドリングストップやエネルギー回生システムに使用される蓄電池を使って、動力用のモータを駆動し、エンジンによる走行をアシストするモータアシスト機能を有する蓄電システムが望まれている。しかしながら、このような用途を考えた場合、電力供給に必要な放電容量が格段に増加することが分かっており、鉛電池では、サイズ、質量及びコストの面から限界がある。
一方で、車両のエンジン始動やモータ駆動を行う場合、瞬間的な大電流放電が必要となる。ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、一般的に低温で反応抵抗が増大する。従ってニッケル水素電池、リチウムイオン電池では放電電圧が低下すると、十分な始動性能を得られない場合がある。そのため、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を上記用途の蓄電システムで使用する場合、低温時の始動性能の確保が求められる。
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、環境負荷の大きい鉛電池をできるだけ小さく設計しながら、低温時の始動性能が良好な蓄電システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータと、エンジンを始動するためのスタータを含む車両に搭載される蓄電システムであって、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる第1の二次電池と、第1の二次電池と並列接続可能な、鉛電池が用いられる第2の二次電池と、イグニッションオンされると、第1の二次電池の温度が設定温度より高いとき、第1の二次電池からモータジェネレータに給電してエンジンを始動させ、第1の二次電池の温度が設定温度以下のとき、第2の二次電池からスタータに給電してエンジンを始動させる管理部と、を備える。
本発明によれば、環境負荷の大きい鉛電池をできるだけ小さく設計しながら、低温時の始動性能を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムを説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムの車両始動時の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムのサブバッテリの充電制御を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムについて説明する。以下の説明では当該車載用蓄電システムが、アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能を有する車両に搭載されることを想定する。
アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。エネルギー回生機能は、主に減速する際の車両の運動エネルギーにより燃料を使用せずにオルタネータ又はモータジェネレータを作動させ、オルタネータ又はモータジェネレータが発電したエネルギーにより車載用蓄電システム等に電力を供給する機能である。モータアシスト機能は、パラレル方式のマイルドハイブリッドシステムであり、モータがVベルトを介してエンジンのクランクシャフトに接続し、モータの回転力によりエンジントルクを増大させる機能である。なおモータとエンジンの連結形態は一例であり、エンジントルクを増大させることが可能な連結形態であればどのような連結形態でもよい。アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能のいずれの機能も燃費を向上させる効果がある。
アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、車載用蓄電システムにより駆動されるスタータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。またエネルギー回生機能が搭載された車両では、車両の減速時に集中的にオルタネータ又はモータジェネレータにより発電されるため、大容量で効率的な充電が可能な車載用蓄電システムが求められる。またモータアシスト機能が搭載された車両でも、大容量の車載用蓄電システムが求められる。
従来、車載用蓄電システムには鉛電池が多く使用されている。放電により鉛電池が放電下限電圧に到達した場合、オルタネータ又はモータジェネレータを稼動させ、鉛電池を充電する。これにより鉛電池の放電深度が深くなることを抑制し、鉛電池の劣化を抑制している。しかしながら、このような制御によりアイドリングストップ時間が短くなり、燃費改善効果が小さくなっている。
また地球環境保護の観点から、鉛フリーの蓄電システムが検討されており、車両用途の蓄電システムにおいても鉛電池の代替としてニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが検討されている。上述のようにニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、鉛電池と比較し、深い放電深度まで利用することができるが、0℃以下の低温になると放電特性が急激に低下するという問題がある。車載用途では、低温時のエンジン始動性能を十分に確保できなくなる。そこでメインバッテリとしてニッケル水素電池またはリチウムイオン電池を採用しつつ、サブバッテリとして容量の小さな鉛電池を残すシステム構成が考えられる
図1は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム(車載用電源装置)100を説明するための図である。当該車載用蓄電システム100が搭載される車両には、車載用蓄電システム100に関連する部材として、モータジェネレータ200、インバータ250スタータ300、電装品400、ECU(Electronic Control Unit)500が搭載される。
モータジェネレータ200は、モータとオルタネータを統合したものであり、モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードを切替可能な構成である。モータジェネレータ200は例えば、三相交流同期モータで構成される。
インバータ250は、ECU500から力行モードが指定されたとき、車載用蓄電システム100から供給される直流電力を交流電力に変換しモータジェネレータ200に供給する。ECU500から回生モードが指定されたとき、モータジェネレータ200により発電される交流電力を直流電力に変換し、車載用蓄電システム100及び電装品400に供給する。モータジェネレータ200が三相交流同期モータで構成される場合、インバータ250は三相ブリッジ回路で構成される。
本実施の形態では車載用蓄電システム100を12Vシステムで構成し、モータジェネレータ200の動作電圧も12Vに設定する。モータジェネレータ200の動作電圧を24V、36V、48Vなど高電圧に昇圧する構成も考えられるが、インバータ250と車載用蓄電システム100との間にDC−DCコンバータ、昇圧コンバータを設ける必要がある。モータジェネレータの動作電圧が低い場合、電流を大きくするかパワーを下げる必要がある。本実施の形態ではモータジェネレータ200のパワーを下げることにより、モータジェネレータ200の大型化を抑制しつつDC−DCコンバータ、昇圧コンバータを省略する構成を採用する。
スタータ300はエンジン始動専用のモータである。モータジェネレータ200によりエンジンを始動させることが可能であり、スタータ300を設けない構成も原理的には可能である。しかしながら寒冷地仕様の車両では、容量が増強されたスタータが用いられる。低温状態ではエンジンオイルの粘度が高く、エンジン内部の抵抗が大きくなるため、通常仕様のスタータやモータジェネレータではエンジンがかかりにくくなる場合がある。
またリモートエンジンスタータを使用する場合にも、モータジェネレータ200と別にスタータ300が設けられる。リモートエンジンスタータは、車両外から遠隔操作によりエンジンを始動、停止させる機能を有するスタータである。車両外からエンジンを始動させることにより、車両に乗り込む前にエアコンを稼働させて車内温度を調整できる。
電装品400は、ヘッドライト、エアコン、デフォッガ、オーディオ、メータ、ストップランプ、フォグランプ、ウィンカ、パワーステアリング、パワーウインドウ、エンジン電装品などの車両内に搭載される各種電気負荷を示す総称である。なお本実施の形態では説明の便宜上、モータジェネレータ200、インバータ250、スタータ300、ECU500は電装品400とは別に扱っている。電装品400は、モータジェネレータ200または車載用蓄電システム100から供給される電力により駆動される。
ECU500は車両内に搭載される各種の補機、センサ、スイッチに接続され、エンジン及び各種補機を電子制御する。アイドリングストップ機能を実行する場合、ECU500はブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の停止または設定速度以下への減速を検出する。ECU500は、それらを検出するとエンジンを停止させる。またECU500はブレーキ解除を検出すると車両走行開始と判定する。アイドリングストップ機能を実行してエンジンが停止した後に車両走行開始を検出すると、ECU500はエンジンを再始動させる。その際、モータジェネレータ200を力行モードに制御して、車載用蓄電システム100からモータジェネレータ200に電力が供給されるよう制御し、モータジェネレータ200を作動させる。以上の説明では、ブレーキ解除の検出をもって車両走行開始と判定したが、その判定方法は一例である。例えば、車速センサやアクセルの状態をもとに車両走行開始を判定してもよい。
ECU500は、アクセル、車速センサ等から入力される信号をもとに発進および加速を検出するとモータジェネレータ200を力行モードに制御し、モータジェネレータ200にエンジンアシストさせる。ブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の減速を検出するとモータジェネレータ200を回生モードに制御し、モータジェネレータ200に発電させる。それ以外の通常走行時は、原則的にモータジェネレータ200を停止させる。なお車載用蓄電システム100の蓄電エネルギーが設定下限値より低くなった場合、通常走行時でもモータジェネレータ200を回生モードに制御し、発電させる。エンジン走行中のモータジェネレータ200の発電時間を少なくするほど燃費が向上する。
車載用蓄電システム100は、メインバッテリ10、サブバッテリ20、第1温度センサ15、第2温度センサ25、第1スイッチS1、第1管理部30、第2管理部40を含む。メインバッテリ10には、低劣化で放電深度の深い領域まで利用できる電池を用いる。このような、鉛電池より推奨DODが広い電池として例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル・カドミウム電池が挙げられる。本実施の形態では、リチウムイオン電池より電圧・温度管理が簡単なニッケル水素電池を用いる例を考える。ニッケル水素電池は充放電上限温度が比較的高いため、エンジンルームへの設置も可能である。
車載用電源として一般的な12V系のシステムを構築する場合、例えば公称電圧1.2Vのニッケル水素電池を10個直列に接続し、その直列回路を複数並列に接続することによりメインバッテリ10を構成する。一つの直列回路の容量が6Ahとすると、8並列接続することにより48Ahのメインバッテリ10を構成できる。なお、さらに並列数を増やして容量を増強してもよい。メインバッテリ10の容量により車両放置時における車両補機への暗電流を確保できる。また、上述の説明では、直列接続するニッケル水素電池を並列接続する構成を例示したが、1個あたりの蓄電容量を向上させることでメインバッテリ10の蓄電容量を増やすこともできる。例えば電極に塗布される活物質量を増加させることで、1個あたりの蓄電容量を増やすことができる。
サブバッテリ20には鉛電池を用いる。後述するようにサブバッテリ20は基本的に、低温時のスタータ300を用いたエンジン始動にしか使用しない。従って当該鉛電池は、低温時のスタータ300に流れる電流に対応する容量を備えていれば足りる。即ち、スタータ300と電装品400に同時に電流を供給する使用形態を想定しないため、従来のメインバッテリとしての鉛電池より小型・軽量化できる。
サブバッテリ20と電源ラインL1の間に第1スイッチS1が設けられる。第1スイッチS1がオンの状態では、メインバッテリ10とサブバッテリ20は並列接続される。第1スイッチS1がオフの状態では、サブバッテリ20は電源ラインL1から電気的に切り離される。その状態ではサブバッテリ20は、メインバッテリ10及び電装品400とも電気的に切り離される。
サブバッテリ20は第2スイッチS2を介してスタータ300に接続される。第2スイッチS2は、サブバッテリ20と第1スイッチS1の接続点と、スタータ300の電流端子の間に挿入される。第1スイッチS1、第2スイッチS2にはリレー又は半導体スイッチを用いることができる。
第1温度センサ15はメインバッテリ10の近傍に配置され、メインバッテリ10の環境温度を検出して第1管理部30に出力する。第2温度センサ25はサブバッテリ20の近傍に配置され、サブバッテリ20の環境温度を検出して第2管理部40に出力する。なおメインバッテリ10とサブバッテリ20が近接した位置に配置される場合は、温度センサを共通にできる。
第1管理部30はメインバッテリ10を管理制御する。具体的にはメインバッテリ10から電圧値、電流値を取得し、第1温度センサ15から温度値を取得して、メインバッテリ10の残容量(SOC:State of Charge)および異常発生の有無を監視する。第2管理部40はサブバッテリ20を管理制御する。具体的にはサブバッテリ20から電圧値、電流値を取得し、第2温度センサ25から温度値を取得して、サブバッテリ20の残容量および異常発生の有無を監視する。
メインバッテリ10とサブバッテリ20が近接した位置に設置される場合、第1管理部30と第2管理部40は同一基板上に形成されてもよい。メインバッテリ10とサブバッテリ20の設置位置が離れている場合、図1に示すように第1管理部30と第2管理部40は別々の基板上に形成される。両者はCAN(Controller Area Network)により接続され、連携して動作する。以下、説明を簡略化するため第1管理部30と第2管理部40を一つの制御主体とみなし、両者を総称して管理部30、40と表記する。
管理部30、40及びECU500間はCANにより接続され、両者の間で通信される。管理部30、40は、メインバッテリ10及びサブバッテリ20の状態をECU500に通知する。例えば、正常/異常、残容量を通知する。また管理部30、40は、メインバッテリ10の残容量またはサブバッテリ20の残容量が設定下限値を下回ると、メインバッテリ10またはサブバッテリ20を充電するためにモータジェネレータ200の稼働指示をECU500に通知する。管理部30、400はECU500から車両情報を受領する。例えば、モータジェネレータ200の稼働状況を受領する。
運転者によりイグニッションスイッチがオンされると、その信号がECU500に通知され、ECU500はイグニッションオンを管理部30、40に指示する。管理部30、40は第1温度センサ15から温度値を取得する。メインバッテリ10の温度が設定温度より高いとき、管理部30、40はメインバッテリ10からモータジェネレータ200に給電してエンジンを始動させる。管理部30、40はECU500を介して、モータジェネレータ200を力行モードに制御する。この際、管理部30、40は第1スイッチS1及び第2スイッチS2をオフに制御する。即ち、メインバッテリ10のみでモータジェネレータ200及び電装品400を駆動する。上述の設定温度には常温より低い温度が設定される。例えば、10℃が設定される。
メインバッテリ10の温度が上記の設定温度以下のとき、管理部30、40はサブバッテリ20からスタータ300に給電してエンジンを始動させる。この際、管理部30、40は第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する。即ち、メインバッテリ10で電装品400を駆動し、サブバッテリ20でスタータ300を駆動する。
なお以上のエンジン始動の制御は初回始動時の制御である。アイドリングストップ状態からの復帰時にはスタータ300は使用されず、管理部30、40は専ら、メインバッテリ10からモータジェネレータ200に給電してエンジンを再始動させる。車両の走行後はエンジンルームの温度が上昇するため、メインバッテリ10の温度も通常、上述の設定温度より高くなっている。またアイドリングストップ状態からのエンジン再始動は回数が多いため、鉛電池を保護する趣旨からサブバッテリ20を使用しないように設計している。なお、寒冷地仕様の車両の場合、スタータ300を通常仕様より容量が増強された寒冷地仕様のスタータとし、モータジェネレータ200を通常仕様のモータジェネレータとすることができる。この構成では、エンジンの温度が低い状態では寒冷地仕様のスタータ300が使用され、アイドリングストップ状態からの復帰時には通常仕様のモータジェネレータ200が使用される。スタータ300が寒冷地仕様である場合、エンジン始動に必要な電流が大きくなるため、モータジェネレータ200を使用したほうが電流を節約できる。
管理部30、40は基本的に、サブバッテリ20からはスタータ300以外の負荷に給電しないよう制御する。例外としてメインバッテリ10が不具合などにより使用不可の状態では、電装品400及びモータジェネレータ200にも給電する。以下より具体的に説明する。管理部30、40は、サブバッテリ20からスタータ300に給電してエンジンを始動させるとき第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する。サブバッテリ20を充電するとき第1スイッチS1をオン、第2スイッチS2をオフに制御する。それ以外のとき第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオフに制御する。例外的にメインバッテリ10が使用不可の状態では、第1スイッチS1をオン、第2スイッチS2をオフ(初回エンジン始動時を除く)に制御する。
図2は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100の車両始動時の動作を説明するためのフローチャートである。運転者によりイグニッションスイッチがオンされると(S10のY)、管理部30、40は第1温度センサ15から温度値を取得し、その温度と設定温度を比較する(S11)。取得した温度が設定温度を超える場合(S11のN)、管理部30、40は第1スイッチS1及び第2スイッチS2をオフに制御し(S12)、モータジェネレータ200を力行モードに制御する(S13)。エンジンが始動し、加速期間が終了すると管理部30、40は、モータジェネレータ200を停止させるか、回生モードに遷移させて発電させる。
ステップS11に戻り、取得した温度が設定温度以下の場合(S11のY)、管理部30、40は第1スイッチS1をオフ、第2スイッチS2をオンに制御する(S14)。エンジン始動が確認されると(S15のY)、第2スイッチS2をオフに制御する(S16)。
図3は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100のサブバッテリ20の充電制御を説明するためのフローチャートである。前提として通常時、第1スイッチS1はオフであるとする。管理部30、40はサブバッテリ20の電圧が下限電圧以下になると(S20のY)、第1スイッチS1をオンに制御して(S21)、モータジェネレータ200からサブバッテリ20を充電する。なおモータジェネレータ200が停止している場合はモータジェネレータ200を回生モードに制御する。サブバッテリ20の電圧が上限電圧に到達すると(S22のY)、第1スイッチS1をオフに制御する(S23)。
以上説明したように本実施の形態によれば、ニッケル水素電池と鉛電池を並列接続し、鉛電池を基本的に、低温時のスタータ300を用いたエンジン始動にのみ使用することにより、鉛電池の負担を軽減でき、鉛電池を小型・軽量化できる。鉛電池の交換頻度も削減できる。アイドリングストップ状態からの復帰時には常にモータジェネレータ200を使用するため、鉛電池の使用頻度は少なく抑えることができる。このように鉛電池を小型化できれば、環境負荷の大きい鉛の使用量を減らすことができる。
またニッケル水素電池が不具合などにより使用できない場合は、鉛電池を電源ラインL1に接続して電装品400及びモータジェネレータ200に給電できる。このように鉛電池は、低温下でのエンジン始動時にスタータ300に給電する機能と、バックアップ電源としての機能を担う。
このように鉛電池を極力使用しない構成の蓄電システムは、鉛電池が過放電状態となるおそれが従来の構成と比べて、格段に少ない。仮にニッケル水素電池の電圧が低下していても、スタータ300を介してエンジン始動できれば、オルタネータが可動するため、ニッケル水素電池を充電することができる。
なお、以上の説明では、鉛電池をスタータ300の始動にのみ用いる構成に基づいて説明したが、鉛電池を車両停車中の車両補機へ電力供給させる構成とすることもできる。車両停車中の車両補機への電力供給(暗電流)は、車両の使用条件に左右されるため、消費電力が予測しにくい問題がある。この問題を解決するために、車両停車中は、第1スイッチS1をオンに制御し、鉛電池とニッケル水素電池の両方で車両補機へ電力供給するように構成することもできる。この時、イグニッションオフ時には、極力電力供給を停止することが望ましいため、第1スイッチS1は、ラッチ式のスイッチを用いることが好ましい。ラッチ式のスイッチは、電源供給が停止されても、オン状態を維持することができる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
また上述の実施の形態では蓄電システムを、アイドリングストップ機能、エネルギー回生機能、モータアシスト機能を有する車両に搭載する例を説明したが、これらの機能を有する車両への搭載に限定されるものではない。
100 車載用蓄電システム、 200 モータジェネレータ、 250 インバータ、 300 スタータ、 400 電装品、 500 ECU、 10 メインバッテリ、 15 第1温度センサ、 20 サブバッテリ、 25 第2温度センサ、 30 第1管理部、 40 第2管理部、 S1 第1スイッチ、 S2 第2スイッチ、 L1 電源ライン。

Claims (6)

  1. モータとして機能する力行モードと発電機として機能する回生モードとを切替可能なモータジェネレータと、エンジンを始動するためのスタータを含む車両に搭載される蓄電システムであって、
    ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池が用いられる第1の二次電池と、
    前記第1の二次電池と並列接続可能な、鉛電池が用いられる第2の二次電池と、
    イグニッションオンされると、前記第1の二次電池の温度が設定温度より高いとき、前記第1の二次電池から前記モータジェネレータに給電してエンジンを始動させ、前記第1の二次電池の温度が前記設定温度以下のとき、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させる管理部と、
    を備えることを特徴とする蓄電システム。
  2. 前記第2の二次電池は、前記スタータに給電する専用の二次電池であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  3. 前記第2の二次電池と電源ラインとの間に設けられる第1スイッチと、
    前記第2の二次電池と前記第1スイッチの間の接続点と、前記スタータの電流端子との間に設けられる第2スイッチと、をさらに備え、
    前記管理部は、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させるとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオンに、前記第2の二次電池を充電するとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、それ以外のとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオフに制御することを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電システム。
  4. 前記第2の二次電池と電源ラインとの間に設けられる第1スイッチと、
    前記第2の二次電池と前記第1スイッチの間の接続点と、前記スタータの電流端子との間に設けられる第2スイッチと、をさらに備え、
    前記管理部は、前記第2の二次電池から前記スタータに給電してエンジンを始動させるとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオンに、前記第2の二次電池を充電するとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、イグニッションオフされるとき前記第1スイッチをオン及び前記第2スイッチをオフに、それ以外のとき前記第1スイッチをオフ及び前記第2スイッチをオフに制御することを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  5. 前記第1スイッチは、ラッチ式のスイッチであることを特徴とする請求項4に記載の蓄電システム。
  6. 前記車両はアイドリングストップ機能を搭載しており、
    前記管理部は、アイドリングストップ状態から復帰するとき、前記第1の二次電池から前記モータジェネレータに給電してエンジンを再始動させることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の蓄電システム。
JP2015523846A 2013-06-28 2014-06-10 蓄電システム Pending JPWO2014208028A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013135955 2013-06-28
JP2013135955 2013-06-28
PCT/JP2014/003082 WO2014208028A1 (ja) 2013-06-28 2014-06-10 蓄電システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2014208028A1 true JPWO2014208028A1 (ja) 2017-02-23

Family

ID=52141400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015523846A Pending JPWO2014208028A1 (ja) 2013-06-28 2014-06-10 蓄電システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2014208028A1 (ja)
WO (1) WO2014208028A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109372675A (zh) * 2018-12-29 2019-02-22 神驰机电股份有限公司 电喷发动机控制***及方法
CN112693411A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种以氢燃料电池和锂离子电容的车用能量转换装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6421605B2 (ja) * 2015-01-13 2018-11-14 株式会社デンソー 内燃機関の制御装置
US9340197B1 (en) * 2015-01-23 2016-05-17 Robert Bosch Gmbh Vehicle and method of controlling
JP6519781B2 (ja) * 2015-03-25 2019-05-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 蓄電システム及び管理装置
JP6542601B2 (ja) * 2015-07-16 2019-07-10 古河電気工業株式会社 電源装置および電源装置の制御方法
WO2017086110A1 (ja) * 2015-11-17 2017-05-26 株式会社オートネットワーク技術研究所 充放電装置
JP6658314B2 (ja) * 2016-06-02 2020-03-04 日立化成株式会社 車両用電源システムおよび自動車
JP2018103747A (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 スズキ株式会社 ハイブリッド車両
JP6969357B2 (ja) * 2017-12-20 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 車両のハイブリッドシステム
JP6646703B2 (ja) * 2018-03-27 2020-02-14 株式会社Subaru 車両用電源装置
JP2022142492A (ja) 2021-03-16 2022-09-30 トヨタ自動車株式会社 自動車

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19951128A1 (de) * 1999-10-23 2001-04-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsregelung
JP3750608B2 (ja) * 2002-01-23 2006-03-01 トヨタ自動車株式会社 車両における蓄電装置の制御装置
JP4120418B2 (ja) * 2003-02-17 2008-07-16 株式会社デンソー 自動車用電源装置
JP3972906B2 (ja) * 2003-04-09 2007-09-05 株式会社デンソー 車両用電源システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109372675A (zh) * 2018-12-29 2019-02-22 神驰机电股份有限公司 电喷发动机控制***及方法
CN112693411A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种以氢燃料电池和锂离子电容的车用能量转换装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014208028A1 (ja) 2014-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014208028A1 (ja) 蓄電システム
JP5520629B2 (ja) 車両用電源装置
JP6367805B2 (ja) 車両用電源システム
JP6215221B2 (ja) 車両用電源装置
JP6246729B2 (ja) アイドリングストップする車両
WO2014068883A1 (ja) 車両用電源装置
JP6272291B2 (ja) 車両用電源装置
JP2016193634A (ja) 車両用電源装置
JP2015217919A (ja) 車両用電源装置、車両用回生システム
JP2014225942A (ja) 蓄電システム
JP2018166380A (ja) 車両用電源装置
JP2016193635A (ja) 車両用電源装置
JP2010207061A (ja) 車両用電源システム
JP6523747B2 (ja) 車両用電源装置
JP2015033859A (ja) 車両用電源システム
JP2020096402A (ja) 車両用電源装置
JP2015009654A (ja) 蓄電システム
JP2015196447A (ja) 車両用電源システム
JP2016194253A (ja) 車両用制御装置
JP2015168293A (ja) 車両用電源システム
JP6543069B2 (ja) 車両用電源装置
JP4968596B2 (ja) 車載用電源装置
JP2015180140A (ja) 車両用電源システム
JP6560713B2 (ja) 車両用電源装置
JP2015174533A (ja) 車両用電源供給装置