WO2014068900A1 - 車両用の電源装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power supply device for a vehicle that improves fuel efficiency by regenerative braking when the vehicle decelerates, and in particular, an auxiliary battery is connected in parallel with a lead battery to improve the charging efficiency of regenerative power generation.
- the present invention relates to a power supply device for a vehicle that achieves fuel efficiency.
- a vehicle that regeneratively brakes a vehicle to charge and brake the battery stores the kinetic energy of the traveling vehicle in the battery. Furthermore, when waiting for traffic lights, fuel efficiency can be further improved by stopping engine idling.
- a vehicle that performs regenerative power generation generates power by driving an alternator with the energy of vehicle motion when decelerating, and the alternator charges a battery.
- the battery charged by regenerative braking supplies electric power to the starter motor when restarting the engine that is idling stopped due to waiting for a signal or the like.
- a vehicle equipped with a lead battery with a rated voltage of 12 V is known, and power is supplied from the lead battery to the starter motor to restart the engine, and power is supplied to various electrical devices.
- the power supply device that charges the generated power during regenerative braking to the battery and restarts the engine that stops idling with the battery charged by regenerative braking can improve the fuel efficiency of the vehicle.
- the life of the lead battery is extremely shortened to a fraction of that of a system that does not regeneratively brake or stop idling. This is because every time the vehicle is regeneratively braked, the lead battery is frequently quickly charged by regenerative power generation, and is discharged with a large current when the engine is restarted.
- a power supply device in which a lead battery and a lithium ion battery are connected in parallel is known as an auxiliary battery for vehicles (see Patent Document 1).
- the life of a lead battery is reduced by charging and discharging due to a large current. According to this configuration, both the lead battery and the lithium-ion battery are charged with regenerative power. Can be small.
- power is supplied to the starter motor from both the lead battery and the lithium ion secondary battery, so that the life of the lead battery can be extended.
- an auxiliary battery mounted on a vehicle having an idling stop function has a lifetime that is significantly reduced in combination with a configuration that actively uses the power of the auxiliary battery, and has a lifetime that is a fraction of that of a lead battery that does not perform regenerative braking. And extremely short.
- Patent Document 1 Since the power supply device of Patent Document 1 is configured to actively use an auxiliary battery, there is a problem that the temperature rise of the lead battery cannot be suppressed and the life of the lead battery is reduced. In particular, when the battery is mounted on a vehicle having a configuration in which the power of the auxiliary battery is actively used, charging and discharging are frequently performed, so that there is a problem that the life of the lead battery is remarkably reduced.
- An important object of the present invention is to provide a power supply device for a vehicle that is mounted on a vehicle that performs regenerative braking and that can effectively prevent deterioration of a lead battery and extend its life.
- the power supply device for a vehicle is a power supply device for a vehicle that supplies power to the starter motor 22 and the electrical equipment 20 that start the engine 21 of the vehicle and is charged by regenerative braking power generation of the vehicle, A lead battery 1 and an auxiliary battery 2 connected in parallel with the lead battery 1 are provided.
- the auxiliary battery 2 is a battery that has a higher rate of discharge resistance reduction with respect to temperature rise than the lead battery 1. In addition, the battery has a smaller heat capacity than the heat capacity of the lead battery 1.
- the above-mentioned power supply device is characterized in that it can reduce the deterioration of the lead battery and extend its life considerably while being mounted on a vehicle that is regeneratively braked and stops idling. That is, the high-current discharge that restarts the engine that has stopped idling quickly raises the temperature of the auxiliary battery, and the temperature rise gradually reduces the discharge resistance of the auxiliary battery. This is because the discharge resistance of the lead battery can be increased by increasing the discharge resistance to increase the discharge current of the auxiliary battery, and the current of the lead battery can be gradually decreased. That is, by making the discharge resistance of the auxiliary battery smaller than that of the lead battery, power supply from the lead battery can be suppressed, and frequent charging / discharging of the lead battery can be suppressed.
- the above power supply device has a heat capacity of the auxiliary battery smaller than that of the lead battery, this is combined with a large amount of heat generated, and the temperature of the auxiliary battery rises more quickly.
- Increasing the discharge resistance further decreases the discharge current at the time of restart.
- the amount of heat generated by Joule heat that raises the temperature of the auxiliary battery increases in proportion to the square of the discharge current, and increases in inverse proportion to the discharge resistance.
- the auxiliary battery has a higher rate of decrease in discharge resistance due to temperature rise than the lead battery, and the amount of heat generated by Joule heat can be increased as the temperature rises.
- the auxiliary battery having a large calorific value and a small heat capacity rapidly rises in temperature due to a large current discharge that restarts the engine.
- the auxiliary battery gradually decreases in internal resistance. Therefore, in the above power supply device, as the engine that has been idling stopped is repeatedly restarted, the temperature of the auxiliary battery rises, the discharge resistance decreases, and the current increases. Since the auxiliary battery and the lead battery are connected in parallel and divert currents to each other, the current of the lead battery decreases as the current of the auxiliary battery increases. For this reason, the power supply device described above increases the current of the auxiliary battery and decreases the current of the lead battery as the vehicle travels and the idling stop and restart are frequently repeated. For this reason, the above power supply device implement
- the above-mentioned power supply device frequently causes restart of the engine, which causes deterioration of the lead battery because the temperature of the auxiliary battery rises and the discharge resistance decreases every time the engine that is idling stopped is restarted.
- the discharge current of the auxiliary battery increases and the discharge current of the lead battery gradually decreases at the same time. Therefore, in use conditions where the lead battery is likely to deteriorate, the auxiliary battery is more effective in reducing the deterioration of the lead battery. Can be prevented.
- the auxiliary battery tends to deteriorate when the storage temperature becomes high.
- the above power supply apparatus increases the temperature of the auxiliary battery by discharging to the starter motor in restart after idling stop, and prevents deterioration of the lead battery, that is, only in a state where the vehicle is driven.
- the temperature is raised, and the temperature of the auxiliary battery is not raised when the vehicle is stopped. Therefore, while the vehicle is running, the lead battery can be prevented from deteriorating, but when the vehicle is not running, the auxiliary battery can be prevented from deteriorating.
- the power supply device for a vehicle of the present invention can make the charging resistance of the auxiliary battery 2 smaller than the charging resistance of the lead battery 1.
- the charging resistance which is the resistance value at the time of charging the auxiliary battery, is made smaller than the charging resistance of the lead battery. Therefore, during regenerative braking, the charging current of the auxiliary battery is changed to the charging current of the lead battery. Can be bigger. For this reason, the amount of heat generated by the auxiliary battery can be made larger than that of the lead battery during regenerative braking.
- the auxiliary battery 2 can be a nickel metal hydride battery 2A. Since the nickel-metal hydride battery has a rated voltage of 1.2V and excellent constant voltage characteristics, ten of them can be connected in series to make the rated voltage of the auxiliary battery 12V. For this reason, this power supply device is characterized in that a lead battery and an auxiliary battery can be connected in parallel to charge and discharge in a well-balanced manner without using a voltage adjusting circuit such as a DC / DC converter.
- the auxiliary battery 2 can be a lithium ion secondary battery.
- the electrical resistance of the lead wire 3 connecting the lead battery 1 to the starter motor 22 is larger than the electrical resistance of the lead wire 4 connecting the auxiliary battery 2 to the starter motor 22. can do.
- the electrical resistance of the lead wire of the lead battery is made larger than the electrical resistance of the lead wire of the auxiliary battery, so that the charge current and discharge current of the lead battery are reduced by the lead wire, and the auxiliary battery The charging current and discharging current can be increased. For this reason, there exists the characteristic which can prevent deterioration of a lead battery more effectively, and can improve a lifetime characteristic more.
- the vehicle power supply apparatus for regenerative braking can arrange the lead battery 1 in the cabin 6 and the auxiliary battery 2 in the engine room 5.
- the lead battery is disposed in a cabin of, for example, a trunk room or a cabin, so that the lead wire can be lengthened and the electric resistance can be increased while improving the temperature environment of the lead battery. For this reason, there exists the characteristic which can prevent deterioration of a lead battery more effectively, and can improve a lifetime characteristic more.
- FIG. 1 It is a block diagram which shows the state mounted in the vehicle which carries out the regenerative braking of the vehicle-mounted power supply device concerning one Example of this invention. It is a graph which shows the temperature change of an auxiliary battery and a lead battery. It is the schematic which shows an example which mounts the vehicle-mounted power supply device shown in FIG. 1 in a vehicle.
- the power supply device includes a lead battery 1 and an auxiliary battery 2.
- the lead battery 1 and the auxiliary battery 2 are connected in parallel and charged by regenerative braking power generation with the alternator 23 of the vehicle.
- the regenerative power generation charges both the lead battery 1 and the auxiliary battery 2.
- the lead battery 1 and the auxiliary battery 2 connected in parallel supply power to the starter motor 22 and the electrical equipment 20 that start the engine 21 of the vehicle.
- the power supply device mounted on the vehicle that stops idling supplies power to the starter motor 22 from both the lead battery 1 and the auxiliary battery 2.
- the vehicle that is idling stopped improves the fuel efficiency by stopping the engine 21 when waiting for a signal or the like while the ignition switch that is the main switch is kept on. This vehicle travels with the engine 21 restarted when the signal changes. For this reason, electric power is supplied to the starter motor 22 every time idling is stopped.
- a vehicle that performs regenerative braking and stops idling has a large alternator.
- This alternator is also used as a motor for restarting the engine. Therefore, the alternator can be used as a motor for restarting the engine without depending on the starter motor. Therefore, in this specification, the starter motor is used in a broad sense including an alternator that is also used as a motor that restarts the engine.
- the regenerative braking vehicle rotates the alternator 23 with the energy of movement when decelerating.
- the wheel 24 rotates the engine
- the engine 21 rotates the alternator 23.
- the rotational torque of the alternator 23 brakes the vehicle via the engine 21 and decelerates.
- the electric power generated by the alternator 23 by regenerative braking increases in proportion to the energy of vehicle motion.
- the kinetic energy of the vehicle increases in proportion to the product of the vehicle weight and the square of the speed. For example, a 1 ton vehicle traveling at 60 Km / hr has a kinetic energy of about 40 Wh.
- the power supply device of FIG. 1 has an auxiliary battery 2 connected in parallel with the lead battery 1 in order to store regenerative power generation efficiently.
- the auxiliary battery 2 is a secondary battery having a charging resistance smaller than that of the lead battery 1 so as to be efficiently charged with a large current of regenerative power.
- This secondary battery is a nickel metal hydride battery 2A.
- the nickel hydride battery 2A Since the nickel hydride battery 2A has a rated voltage of 1.2V, ten of them can be connected in series to make the auxiliary battery 2 have a rated voltage of 12V. Since the auxiliary battery 2 of the nickel-metal hydride battery 2A can have the same rated voltage as the rated voltage of the lead battery 1, it can be connected in parallel with the lead battery 1 without interposing a circuit for adjusting the voltage such as a DC / DC converter. . However, a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery having a charging resistance smaller than that of the lead battery can be used as the auxiliary battery.
- the nickel-metal hydride battery 2A has extremely low charging resistance and excellent high-current charging characteristics, and non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are light and can increase the charge / discharge capacity.
- the auxiliary battery 2 having a charging resistance smaller than that of the lead battery 1 is connected in parallel with the lead battery 1 so that the charging current during regenerative power generation is larger than that of the lead battery 1.
- This power supply device reduces the charging resistance of the auxiliary battery 2, increases the charging current of the auxiliary battery 2 during regenerative braking, and decreases the charging current of the lead battery 1. Deterioration due to large current charging of the lead battery 1 can be reduced by increasing the charging current of the auxiliary battery 2 and decreasing the charging current of the lead battery 1. Therefore, the lead battery 1 can be reduced by reducing the charging resistance of the auxiliary battery 2. Can be reduced.
- the auxiliary battery 2 has a larger rate of discharge resistance reduction with respect to temperature rise than the lead battery 1. This is because the discharge resistance of the auxiliary battery 2 is reduced in a state where the vehicle is running to suppress a large current discharge from the lead battery 1 to the starter motor 22. Further, the auxiliary battery 2 has a heat capacity smaller than that of the lead battery 1 in order to quickly reduce the discharge resistance in a state where the ignition switch is turned on and the vehicle travels while repeating regenerative braking and idling stop. ing.
- the heat capacity is the amount of heat necessary to raise the temperature of the auxiliary battery 2 by 1 ° C., and is specified by the product of specific heat and weight.
- the auxiliary battery 2 having a heat capacity smaller than that of the lead battery 1 has a larger temperature rise than the lead battery 1 due to the amount of heat generation, and the temperature rise becomes large due to heat generation due to regenerative braking or restart.
- FIG. 2 is a graph showing temperature changes of the auxiliary battery 2 and the lead battery 1.
- the auxiliary battery 2 and the lead battery 1 are driven while the ignition switch is turned on and the vehicle is regeneratively braked or idling stopped, the battery temperature rises as time elapses.
- the curve A shows the temperature change of the auxiliary battery 2
- the curve B shows the temperature change of the lead battery 1.
- the auxiliary battery 2 generates a larger amount of heat than the lead battery 1 during restart after idling stop or during regenerative braking, and therefore generates a large amount of heat and has a small heat capacity, so that the temperature rises quickly and discharge resistance is reduced.
- the rise in temperature of the auxiliary battery 2 reduces not only the discharge resistance but also the charging resistance. Therefore, when the engine 21 is restarted, the discharge current to the starter motor 22 is gradually increased as time elapses, and the charging current due to regenerative braking is increased during regenerative braking of the vehicle. As the vehicle travels, the temperature of the auxiliary battery 2 increases, but the discharge amount increases as the temperature increases, so that the temperature reaches a constant temperature at a specific temperature. Further, the temperature of the auxiliary battery 2 quickly decreases when the ignition switch is turned off and the heat is not generated. In particular, since the auxiliary battery 2 has a heat capacity smaller than that of the lead battery 1, the temperature decreasing gradient is larger than that of the lead battery 1 and quickly decreases to the external environmental temperature.
- the temperature of the auxiliary battery 2 is maintained at the environmental temperature. Therefore, the temperature of the auxiliary battery 2 is kept low when the vehicle is not running. Deterioration of the auxiliary battery 2 is accelerated when the storage temperature is high. However, in a state where the vehicle is not driven, the auxiliary battery 2 is lowered to the environmental temperature. Therefore, when the engine 21 is restarted, the auxiliary battery 2 also rises in temperature, reduces the discharge resistance, restarts the engine 21 quickly with the starter motor 22, and is in a state where the regenerative power is charged. In a state where the charging resistance is reduced to increase the storage efficiency of the regenerative generated power, the regenerative braking and the restart are not performed, and the vehicle is not driven, deterioration due to temperature rise can be prevented.
- the lead battery 1 since the lead battery 1 has a discharge resistance larger than that of the auxiliary battery 2, the amount of heat generated at the time of restart after idling stop or during regenerative braking is smaller than that of the auxiliary battery 2, and the heat capacity is made larger than that of the auxiliary battery 2. Therefore, as shown by a curve B in FIG. 2, the gradient in which the temperature rises after the ignition switch is turned on is smaller than that of the auxiliary battery 2.
- the lead battery 1 with a small temperature rise has a small increase rate of the discharge resistance due to the temperature rise gradient, and the rate at which the discharge resistance decreases is smaller than that of the auxiliary battery 2 when the vehicle is running.
- the ratio of the discharge current of the auxiliary battery 2 and the lead battery 1 changes with time, and the discharge current of the lead battery 1 decreases. That is, in the lead battery 1, the discharge current in the restart state gradually decreases, and the deterioration due to the large current discharge is reduced. Also during regenerative braking, the amount of power stored in the auxiliary battery 2 increases and the amount of power stored in the lead battery 1 gradually decreases as the vehicle travels. That is, the lead battery 1 is reduced in current that can be charged in regenerative power generation, and deterioration due to a large current is prevented. After the ignition switch is switched to the OFF state, the temperature of the lead battery 1 gradually decreases to the environmental temperature. Since the lead battery 1 has a larger heat capacity than the auxiliary battery 2, the temperature of the lead battery 1 gradually decreases in a state where no heat is generated.
- the lead wire 3 for connecting the lead battery 1 to the starter motor 22 is made longer than the lead wire 4 for connecting the auxiliary battery 2 to the starter motor 22. Is made larger than the electrical resistance of the lead wire 4 of the auxiliary battery 2.
- the lead battery 1 can be disposed in the cabin 6 such as the trunk room 6 ⁇ / b> A or the cabin, and the auxiliary battery 2 can be disposed in the engine room 5.
- the lead battery 1 is disposed in the trunk room 6 ⁇ / b> A
- the auxiliary battery 2 is disposed in the engine room 5
- the lead wire 3 connecting the lead battery 1 to the starter motor 22 is connected to the auxiliary battery 2.
- the electrical resistance is increased by making it longer than the lead wire 4 connected to the starter motor 22. Since the electric resistance of the lead wire 3 of the lead battery 1 is larger than the electric resistance of the lead wire 4 of the auxiliary battery 2, this power supply device limits the large current of the lead battery 1 by the electric resistance of the lead wire 3. can do. Moreover, since this power supply device arrange
- the rated voltage of the lead battery 1 is 12V. However, the rated voltage of the lead battery can be 24V, 36V, and 48V.
- the auxiliary battery 2 of the nickel metal hydride battery 2A can be connected to the lead battery 1 without going through a DC / DC converter. The number of auxiliary batteries 2 connected in series is adjusted so that the rated voltage is equal to or approximately equal to the lead battery 1.
- the auxiliary battery 2 of the nickel metal hydride battery 2A connected in parallel to the 12V lead battery 1 is connected to the 10 nickel metal hydride batteries 2A in series to have a rated voltage of 12V.
- the power supply device for a vehicle according to the present invention can be suitably used for a power supply device that is mounted on a vehicle that performs regenerative braking and charges a lead battery and an auxiliary battery that are connected in parallel by regenerative braking of the vehicle.
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Abstract
回生制動する車両に搭載して、鉛バッテリの劣化を有効に防止してその寿命を長くする。車両用の電源装置は、車両のエンジン(21)を始動するスターターモータ(22)と電装機器(20)とに電力を供給すると共に、車両の回生制動発電で充電される。車両用の電源装置は、鉛バッテリ(1)と、この鉛バッテリ(1)と並列に接続してなる補助バッテリ(2)とを備えている。補助バッテリ(2)は、鉛バッテリ(1)よりも、温度上昇に対して放電抵抗が低下する割合が大きいバッテリであって、かつ、鉛バッテリ(1)の熱容量よりも熱容量が小さいバッテリとしている。
Description
本発明は、車両の減速時に回生制動して燃費効率を改善する車両用の電源装置に関し、とくに、鉛バッテリと並列に補助バッテリを接続して、回生発電電力の充電効率を改善して優れた燃費効率を実現する車両用の電源装置に関する。
車両を回生制動してバッテリを充電して制動する車両は、走行している車両の運動のエネルギーをバッテリに蓄える。さらに、信号待ちなどでは、エンジンのアイドリングをストップすることで燃費効率をさらに改善できる。回生発電する車両は、具体的には、減速するときに車両の運動のエネルギーでオルタネータを駆動して発電し、オルタネータがバッテリを充電する。回生制動で充電されたバッテリは、信号待ちなどでアイドリングストップしているエンジンを再始動するとき、スターターモータに電力を供給する。このようなバッテリとして、定格電圧を12Vとする鉛バッテリを搭載する車両が知られており、鉛バッテリからスターターモータに電力を供給してエンジンを再始動し、また種々の電装機器に電力を供給できるようになっている。このように、回生制動時の発電電力をバッテリに充電し、回生制動で充電されたバッテリでアイドリングストップするエンジンを再始動する電源装置は、車両の燃費効率を改善できるが、鉛バッテリの劣化が甚だしく、回生制動やアイドリングストップしない方式に比較すると、鉛バッテリの寿命が数分の1と極めて短くなる問題点がある。車両を回生制動する度に、鉛バッテリが、頻繁に回生発電により急速充電され、さらに、エンジンの再始動時には大電流で放電されるからである。
一方で、車両用の補助バッテリとして、鉛バッテリとリチウムイオン電池を並列に接続した電源装置が知られている(特許文献1参照)。鉛バッテリは、大電流による充放電により寿命が低下するが、この構成によると、回生発電電力で鉛バッテリとリチウムイオン電池の両方を充電する構成であるため、鉛バッテリの回生発電の充電電流を小さくすることができる。また、アイドリングストップしたエンジンの再始動時には、鉛バッテリとリチウムイオン二次電池の両方からスターターモータに電力を供給するので、鉛バッテリの寿命を長くできる特徴もある。
一方で近年、アイドリングストップ機能を有する車両など、比較的大きな電力で補助バッテリの充放電を行う構成の車両が知られており、補助バッテリの電力を積極的に使用する構成の車両が増えている。このような車両に搭載される補助バッテリは、頻繁に充放電されるため、補助バッテリの温度が上昇しやすいという問題がある。補助バッテリとして使用される鉛バッテリは、上述の大電流による充放電に加えて、高温状態での放電によっても寿命を低下する。そのため、アイドリングストップ機能を有する車両に搭載される補助バッテリは、補助バッテリの電力を積極的に使用する構成と相まって寿命が著しく低下し、回生制動しない鉛バッテリと比較して寿命が数分の1と極めて短くなる。
特許文献1の電源装置は、補助バッテリを積極的に使用する構成であるため、鉛バッテリの温度上昇を抑制することができず、鉛バッテリの寿命が低下する問題がある。特に、補助バッテリの電力を積極的に使用する構成の車両に搭載される場合は、頻繁に充放電が行われるため、鉛バッテリの寿命が著しく低下する問題がある。
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、回生制動する車両に搭載されて、鉛バッテリの劣化を有効に防止してその寿命を長くできる車両用の電源装置を提供することにある。
本発明の車両用の電源装置は、車両のエンジン21を始動するスターターモータ22と電装機器20とに電力を供給すると共に、車両の回生制動発電で充電される車両用の電源装置であって、鉛バッテリ1と、この鉛バッテリ1と並列に接続してなる補助バッテリ2とを備えており、補助バッテリ2は、鉛バッテリ1よりも温度上昇に対して放電抵抗が低下する割合が大きいバッテリであって、かつ、鉛バッテリ1の熱容量よりも熱容量が小さいバッテリとしている。
以上の電源装置は、回生制動し、またアイドリングストップする車両に搭載されながら、鉛バッテリの劣化を少なくして、寿命を相当に長くできる特徴がある。それは、アイドリングストップしたエンジンを再始動する大電流放電によって、補助バッテリの温度を速やかに上昇させると共に、温度上昇によって補助バッテリの放電抵抗を次第に小さくし、再始動する毎に、補助バッテリの温度を上昇させて放電抵抗をより小さくして、補助バッテリの放電電流を大きく、鉛バッテリの電流を次第に小さくできるからである。すなわち、補助バッテリの放電抵抗を、鉛バッテリよりも小さくすることで、鉛バッテリからの電力供給を抑制することができ、鉛バッテリが頻繁に充放電されることを抑制することができる。
さらに、以上の電源装置は、補助バッテリの熱容量を鉛バッテリよりも小さくしているので、このことが発熱量の大きいことと相乗して、補助バッテリは、より速やかに温度が上昇し、温度が上昇することでますます放電抵抗が減少して、再始動時の放電電流を増加させる。補助バッテリの温度を上昇させるジュール熱による発熱量は、放電電流の二乗に比例して増加し、また放電抵抗に反比例して大きくなる。補助バッテリは温度上昇によって放電抵抗が低下する割合が鉛バッテリよりも大きく、温度が上昇するにしたがって、ジュール熱による発熱量を大きくできる。発熱量が大きくて熱容量の小さい補助バッテリは、エンジンを再始動する大電流放電によって速やかに温度が上昇する。補助バッテリは、温度が上昇するにしたがってますます内部抵抗が低下する。したがって、以上の電源装置は、アイドリングストップしたエンジンの再始動を繰り返すにしたがって、補助バッテリの温度が上昇し、放電抵抗が減少して、電流を増加させる。補助バッテリと鉛バッテリとは並列に接続されて、電流を互いに分流するので、補助バッテリの電流が増加すると鉛バッテリの電流は減少する。このため、以上の電源装置は、車両を走行させて頻繁にアイドリングストップと再始動とを繰り返すにしたがって、補助バッテリの電流を大きく、鉛バッテリの電流を小さくする。このため、以上の電源装置は、鉛バッテリの大電流放電による劣化を少なくして、寿命特性を改善できる特徴を実現する。とくに、以上の電源装置は、アイドリングストップするエンジンを再始動する毎に、補助バッテリの温度が上昇して、放電抵抗を低下させるので、鉛バッテリを劣化させる原因となる、頻繁なエンジンの再始動において、補助バッテリの放電電流はますます増加し、これによって鉛バッテリの放電電流は次第に減少するので、鉛バッテリが劣化しやすい使用条件において、補助バッテリは、ますます鉛バッテリの劣化を効果的に防止できる。
ところで、補助バッテリは、保存温度が高くなると劣化しやすい性質がある。ところが、以上の電源装置は、アイドリングストップ後の再始動におけるスターターモータへの放電によって補助バッテリの温度を上昇させて、鉛バッテリの劣化を防止する、すなわち車両を走行させる状態に限って補助バッテリの温度を上昇させるのであって、車両を停止させる状態では補助バッテリの温度を上昇させない。したがって、車両を走行させる状態では、鉛バッテリの劣化を防止できるが、車両を走行させない状態においては、補助バッテリの劣化をも防止できる特徴がある。
本発明の車両用の電源装置は、補助バッテリ2の充電抵抗を、鉛バッテリ1の充電抵抗よりも小さくすることができる。
以上の電源装置は、補助バッテリの充電時の抵抗値である充電抵抗を、鉛バッテリの充電抵抗よりも小さくしているので、回生制動時においては、補助バッテリの充電電流を鉛バッテリの充電電流よりも大きくできる。このため、回生制動時に、補助バッテリの発熱量を鉛バッテリよりも大きくできる。
以上の電源装置は、補助バッテリの充電時の抵抗値である充電抵抗を、鉛バッテリの充電抵抗よりも小さくしているので、回生制動時においては、補助バッテリの充電電流を鉛バッテリの充電電流よりも大きくできる。このため、回生制動時に、補助バッテリの発熱量を鉛バッテリよりも大きくできる。
本発明の回生制動する車両用の電源装置は、補助バッテリ2をニッケル水素電池2Aとすることができる。
ニッケル水素電池は、定格電圧を1.2Vとし、かつ定電圧特性に優れるので、これを10個直列に接続して、補助バッテリの定格電圧を12Vにできる。このため、この電源装置は、DC/DCコンバータなどの電圧調整回路を介することなく、鉛バッテリと補助バッテリとを並列に接続して、バランスよく充電し、また放電できる特徴がある。
ニッケル水素電池は、定格電圧を1.2Vとし、かつ定電圧特性に優れるので、これを10個直列に接続して、補助バッテリの定格電圧を12Vにできる。このため、この電源装置は、DC/DCコンバータなどの電圧調整回路を介することなく、鉛バッテリと補助バッテリとを並列に接続して、バランスよく充電し、また放電できる特徴がある。
本発明の回生制動する車両用の電源装置は、補助バッテリ2をリチウムイオン二次電池とすることができる。
本発明の回生制動する車両用の電源装置は、鉛バッテリ1をスターターモータ22に接続するリード線3の電気抵抗を、補助バッテリ2をスターターモータ22に接続するリード線4の電気抵抗よりも大きくすることができる。
以上の電源装置は、鉛バッテリのリード線の電気抵抗を、補助バッテリのリード線の電気抵抗よりも大きくするので、リード線でもって、鉛バッテリの充電電流と放電電流を小さくして、補助バッテリの充電電流と放電電流を大きくできる。このため、鉛バッテリの劣化をより効果的に防止して、寿命特性をより改善できる特徴がある。
以上の電源装置は、鉛バッテリのリード線の電気抵抗を、補助バッテリのリード線の電気抵抗よりも大きくするので、リード線でもって、鉛バッテリの充電電流と放電電流を小さくして、補助バッテリの充電電流と放電電流を大きくできる。このため、鉛バッテリの劣化をより効果的に防止して、寿命特性をより改善できる特徴がある。
本発明の回生制動する車両用の電源装置は、鉛バッテリ1をキャビン6内に配置して、補助バッテリ2をエンジンルーム5内に配置することができる。
以上の電源装置は、鉛バッテリを、たとえばトランクルームや客室などのキャビン内に配置するので、鉛バッテリの温度環境を改善しながらリード線を長くして電気抵抗を大きくできる。このため、鉛バッテリの劣化をさらに効果的に防止して、寿命特性をより改善できる特徴がある。
以上の電源装置は、鉛バッテリを、たとえばトランクルームや客室などのキャビン内に配置するので、鉛バッテリの温度環境を改善しながらリード線を長くして電気抵抗を大きくできる。このため、鉛バッテリの劣化をさらに効果的に防止して、寿命特性をより改善できる特徴がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものには特定しない。さらに、この明細書は、請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
図1の電源装置は、好ましくは、回生制動とアイドリングストップする車両に搭載される。この電源装置は、鉛バッテリ1と補助バッテリ2とを備える。鉛バッテリ1と補助バッテリ2は、並列に接続されて、車両のオルタネータ23でもって、回生制動発電で充電される。回生発電電力は、鉛バッテリ1と補助バッテリ2の両方を充電する。さらに、並列に接続される鉛バッテリ1と補助バッテリ2は、車両のエンジン21を始動するスターターモータ22と電装機器20とに電力を供給する。アイドリングストップする車両に搭載される電源装置は、鉛バッテリ1と補助バッテリ2の両方からスターターモータ22に電力を供給する。
アイドリングストップする車両は、メインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに保持する状態において、信号待ちなどではエンジン21を停止させて燃費効率を改善する。この車両は、信号が変わるとエンジン21を再始動して走行する。このため、アイドリングストップする毎にスターターモータ22に電力が供給される。なお、回生制動し、かつアイドリングストップする車両は、大きなオルタネータを備えている。このオルタネータは、エンジンを再始動するモータにも兼用される。したがって、エンジンの再始動は、スターターモータによらず、このオルタネータをモータとして使用することもできる。したがって、本明細書において、スターターモータとは、エンジンを再始動するモータに兼用されるオルタネータを含む広い意味で使用する。
回生制動する車両は、減速するときの運動のエネルギーでオルタネータ23を回転する。回生制動状態において、車輪24がエンジンを回転し、エンジン21がオルタネータ23を回転する。オルタネータ23の回転トルクは、エンジン21を介して車両を制動して減速する。オルタネータ23が回生制動して発電する電力は、車両の運動のエネルギーに比例して大きくなる。車両の運動のエネルギーは、車両の重量と速度の自乗の積に比例して大きくなる。たとえば、60Km/時で走行する1トンの車両は、約40Whの運動のエネルギーを有する。運動のエネルギーの50%の効率でバッテリを充電できると仮定すれば、60Km/時で走行している普通車は、1回の信号待ちで停止する毎に、20Whもの電力でバッテリを充電できる。したがって、仮に60Km/時で走行している車両が、たとえば、20秒で停止して、一定の電流で12Vのバッテリを充電するとすれば、回生制動時のオルタネータ23の出力電流は300Aと極めて大きくなる。
以上のように、回生制動は、車両が停止するまでの極めて短い時間において、オルタネータ23の出力電流が極めて大きな電流となることから、回生制動で発電するオルタネータ23の出力をいかに効率よく蓄電できるかが大切である。図1の電源装置は、回生発電電力効率よく蓄電するために、鉛バッテリ1と並列に補助バッテリ2を接続している。補助バッテリ2は、回生発電電力の大電流で効率よく充電されるように、鉛バッテリ1よりも充電抵抗の小さい二次電池である。この二次電池はニッケル水素電池2Aである。ニッケル水素電池2Aは、定格電圧を1.2Vとするので、これを10個直列に接続して、補助バッテリ2の定格電圧を12Vにできる。ニッケル水素電池2Aの補助バッテリ2は、定格電圧を鉛バッテリ1の定格電圧と同じにできるので、DC/DCコンバータなどの電圧を調整する回路を介在することなく、鉛バッテリ1と並列に接続できる。ただ、補助バッテリには、鉛バッテリよりも充電抵抗の小さいリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池等の非水系電解液二次電池も使用できる。ニッケル水素電池2Aは、充電抵抗が極めて小さく、優れた大電流の充電特性を有し、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池は、軽くて充放電容量を大きくできる。
充電抵抗が鉛バッテリ1の充電抵抗よりも小さい補助バッテリ2は、鉛バッテリ1と並列に接続されて、回生発電時の充電電流を鉛バッテリ1よりも大きくする。この電源装置は、補助バッテリ2の充電抵抗を小さくして、回生制動時の補助バッテリ2の充電電流を大きくし、鉛バッテリ1の充電電流を小さくする。鉛バッテリ1の大電流充電による劣化は、補助バッテリ2の充電電流を大きくし、鉛バッテリ1の充電電流を小さくして少なくできるので、補助バッテリ2の充電抵抗を小さくすることで、鉛バッテリ1の劣化を少なくできる。
さらに、補助バッテリ2は、鉛バッテリ1よりも温度上昇に対して放電抵抗が低下する割合を大きくしている。車両を走行させる状態で補助バッテリ2の放電抵抗を小さくして鉛バッテリ1からのスターターモータ22への大電流放電を抑制するためである。さらに、補助バッテリ2は、イグニッションスイッチをオン状態として、車両が回生制動とアイドリングストップを繰り返しながら走行する状態で、速やかに放電抵抗を小さくするために、熱容量を鉛バッテリ1の熱容量よりも小さくしている。熱容量は、補助バッテリ2の温度を1℃上昇させるのに必要な熱量で、比熱と重量の積で特定される。熱容量が鉛バッテリ1より小さい補助バッテリ2は、発熱量に対する温度上昇が鉛バッテリ1よりも大きく、回生制動や再始動の大電流の発熱によって温度上昇が大きくなる。
図2は、補助バッテリ2と鉛バッテリ1の温度変化を示すグラフである。この図に示すように、補助バッテリ2と鉛バッテリ1は、イグニッションスイッチをオン状態として、車両を回生制動やアイドリングストップさせながら走行させるとき、時間が経過するにしたがって、バッテリ温度が上昇する。この図で曲線Aは補助バッテリ2の温度変化を示し、曲線Bは鉛バッテリ1の温度変化を示している。補助バッテリ2は、アイドリングストップ後の再始動時や回生制動時に鉛バッテリ1よりも大電流が流れるので発熱量が大きく、また熱容量が小さいので、速やかに温度上昇して放電抵抗を小さくする。補助バッテリ2の温度上昇は、放電抵抗のみでなく、充電抵抗も小さくする。したがって、エンジン21の再始動時にあっては、時間が経過するにしたがって次第にスターターモータ22への放電電流を大きくし、車両の回生制動時にあっては、回生制動による充電電流を増加させる。車両を走行させるにしたがって、補助バッテリ2の温度は上昇するが、温度が高くなるにしたがって放電量も増加するので、温度上昇した特定の温度で一定温度となる。さらに、補助バッテリ2の温度は、イグニッションスイッチがオフに切り換えられて、発熱しなくなると、速やかに低下する。とくに、補助バッテリ2は熱容量を鉛バッテリ1よりも小さくしているので、温度が低下する勾配は鉛バッテリ1よりも大きく、速やかに外部の環境温度まで低下する。車両を走行させない状態において、補助バッテリ2の温度は環境温度に保持される。したがって、車両を走行させない状態において、補助バッテリ2の温度は低く保持される。補助バッテリ2は、保存温度が高くなると劣化が加速されるが、車両を走行させない状態では、環境温度まで低下されるので、この状態で温度による劣化は少なくなる。したがって、補助バッテリ2は、エンジン21の再始動時においては、温度上昇して放電抵抗を小さくしてスターターモータ22で速やかにエンジン21を再始動し、また、回生発電電力を充電する状態においても、充電抵抗を小さくして回生発電電力の蓄電効率を高くし、回生制動も再始動もしない、車両を走行させない状態では、温度上昇による劣化を防止できる。
一方、鉛バッテリ1は、放電抵抗が補助バッテリ2よりも大きいために、アイドリングストップ後の再始動時や回生制動時における発熱量は補助バッテリ2よりも小さく、かつ熱容量を補助バッテリ2より大きくしているので、図2の曲線Bで示すように、イグニッションスイッチをオン状態に切り換えてから温度が上昇する勾配は補助バッテリ2よりも小さくなる。温度上昇の小さい鉛バッテリ1は、温度上昇勾配による放電抵抗の上昇率が小さく、車両を走行させる状態においては、放電抵抗が低下する割合は補助バッテリ2よりも小さくなる。このため、補助バッテリ2と鉛バッテリ1の放電電流の比率は、時間が経過するにしたがって変化し、鉛バッテリ1の放電電流が低下する。すなわち、鉛バッテリ1は、再始動状態における放電電流が次第に減少して、大電流放電による劣化が少なくなる。また、回生制動時においても、車両を走行させる時間が経過するにしたがって、補助バッテリ2の蓄電量がより多くなり、鉛バッテリ1の蓄電量が次第に小さくなる。すなわち、鉛バッテリ1は、回生発電において充電できる電流が減少して、大電流による劣化が防止される。イグニッションスイッチがオフ状態に切り換えられた後は、鉛バッテリ1の温度は緩やかに環境温度まで低下する。鉛バッテリ1は、熱容量が補助バッテリ2よりも大きいので、発熱しない状態において、鉛バッテリ1の温度は緩やかに低下する。
さらに、図3の電源装置は、鉛バッテリ1をスターターモータ22に接続するリード線3を、補助バッテリ2をスターターモータ22に接続するリード線4よりも長くして、鉛バッテリ1のリード線3の電気抵抗を補助バッテリ2のリード線4の電気抵抗よりも大きくしている。この電源装置は、鉛バッテリ1を、たとえばトランクルーム6Aや客室などのキャビン6内に配置して、補助バッテリ2をエンジンルーム5内に配置することができる。図3の電源装置は、鉛バッテリ1をトランクルーム6A内に配置して、補助バッテリ2をエンジンルーム5に配置して、鉛バッテリ1をスターターモータ22に接続するリード線3を、補助バッテリ2をスターターモータ22に接続するリード線4よりも長くして電気抵抗を大きくしている。この電源装置は、鉛バッテリ1のリード線3の電気抵抗を補助バッテリ2のリード線4の電気抵抗よりも大きくしているので、リード線3の電気抵抗によって、鉛バッテリ1の大電流を制限することができる。また、この電源装置は、鉛バッテリ1をトランクルーム6Aに配置するので、鉛バッテリ1の熱による劣化も少なくできる。以上の電源装置は、リード線の長さで電気抵抗を調整しているが、リード線の材質や太さ等で電気抵抗を調整することもできる。
鉛バッテリ1の定格電圧は12Vである。ただ、鉛バッテリは定格電圧を24V、36V、48Vとすることもできる。ニッケル水素電池2Aの補助バッテリ2は、DC/DCコンバータを介することなく鉛バッテリ1に接続できる。この補助バッテリ2は、直列に接続する個数を調整して、定格電圧を鉛バッテリ1に等しくし、あるいはほぼ等しくする。12Vの鉛バッテリ1に並列に接続されるニッケル水素電池2Aの補助バッテリ2は、10個のニッケル水素電池2Aを直列に接続して定格電圧を12Vとする。
本発明の車両用の電源装置は、回生制動する車両に搭載されて、並列に接続された鉛バッテリと補助バッテリとを車両の回生制動で充電する電源装置に好適に使用できる。
1…鉛バッテリ
2…補助バッテリ 2A…ニッケル水素電池
3…リード線
4…リード線
5…エンジンルーム
6…キャビン 6A…トランクルーム
20…電装機器
21…エンジン
22…スターターモータ
23…オルタネータ
24…車輪
2…補助バッテリ 2A…ニッケル水素電池
3…リード線
4…リード線
5…エンジンルーム
6…キャビン 6A…トランクルーム
20…電装機器
21…エンジン
22…スターターモータ
23…オルタネータ
24…車輪
Claims (6)
- 車両のエンジンを始動するスターターモータと電装機器とに電力を供給すると共に、車両の回生制動発電で充電される車両用の電源装置であって、
鉛バッテリと、
この鉛バッテリと並列に接続してなる補助バッテリとを備え、
前記補助バッテリは、
前記鉛バッテリよりも、温度上昇に対して放電抵抗が低下する割合が大きいバッテリであって、
かつ、前記鉛バッテリの熱容量よりも熱容量が小さいバッテリとすることを特徴とする車両用の電源装置。 - 前記補助バッテリの充電抵抗が、前記鉛バッテリの充電抵抗よりも小さい請求項1に記載される車両用の電源装置。
- 前記補助バッテリがニッケル水素電池である請求項1又は2に記載される車両用の電源装置。
- 前記補助バッテリがリチウムイオン二次電池である請求項1又は2に記載される車両用の電源装置。
- 前記鉛バッテリを前記スターターモータに接続するリード線の電気抵抗が、前記補助バッテリを前記スターターモータに接続するリード線の電気抵抗よりも大きい請求項1ないし4のいずれかに記載される車両用の電源装置。
- 前記鉛バッテリがキャビン内に配置されて、前記補助バッテリがエンジンルーム内に配置されてなる請求項1ないし5のいずれかに記載される車両用の電源装置。
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