JP2014033571A - Power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第1蓄電池及び第2蓄電池と、これら両蓄電池を充電する発電機とを備える電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system including a first storage battery and a second storage battery, and a generator that charges both the storage batteries.
例えば、車両に搭載される車両用電源システムとして、鉛蓄電池(第1蓄電池)とリチウムイオン蓄電池(第2蓄電池)といった2つの蓄電池を用い、これら各蓄電池を使い分けながら車載の各種電気負荷に対して電力を供給する構成が知られている(例えば特許文献1参照)。具体的には、発電機及び鉛蓄電池に対して開閉手段としての半導体スイッチ(接続スイッチ)を介してリチウムイオン蓄電池を電気的に接続する構成とする。 For example, as a vehicle power supply system mounted on a vehicle, two storage batteries such as a lead storage battery (first storage battery) and a lithium ion storage battery (second storage battery) are used. A configuration for supplying power is known (see, for example, Patent Document 1). Specifically, the lithium ion storage battery is electrically connected to the generator and the lead storage battery via a semiconductor switch (connection switch) as an opening / closing means.
回生発電時において、接続スイッチをオンとすることで、発電機からリチウムイオン蓄電池への電力供給を可能としている。また、非回生発電時において、接続スイッチをオフとすることで、接続スイッチに対してリチウムイオン蓄電池側に接続された電気負荷に対して、リチウムイオン蓄電池から電力を供給するようにしている。接続スイッチの制御を上記のように行うことで、回生発電時に発電された電気エネルギーを効率的に利用することが可能となる。 By turning on the connection switch during regenerative power generation, power can be supplied from the generator to the lithium ion storage battery. Further, by turning off the connection switch during non-regenerative power generation, electric power is supplied from the lithium ion storage battery to the electric load connected to the lithium ion storage battery side with respect to the connection switch. By controlling the connection switch as described above, it is possible to efficiently use the electric energy generated during regenerative power generation.
接続スイッチが導通状態とされている状態で、鉛蓄電池側の電気負荷の突然の駆動に伴い、その電気負荷の消費電力が短時間で急増した場合、リチウムイオン蓄電池からも鉛蓄電池側の電気負荷に電力が供給される。この場合、接続スイッチが導通状態とされているため、鉛蓄電池側の電気負荷の駆動に伴い、鉛蓄電池およびリチウムイオン蓄電池の出力電圧が低下するため、リチウムイオン蓄電池側の電気負荷の駆動状態が不安定になることが懸念される。 If the power consumption of the electrical load suddenly increases in a short time due to the sudden drive of the electrical load on the lead storage battery while the connection switch is in the conductive state, the electrical load on the lead storage battery side is also from the lithium ion storage battery. Is supplied with power. In this case, since the connection switch is in a conductive state, the drive voltage of the lead-acid battery and the lithium-ion battery decreases as the lead-acid battery-side electric load is driven. There is concern about becoming unstable.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第1蓄電池及び第2蓄電池とこれら両蓄電池を導通及び遮断する接続スイッチとを備える電源システムにおいて、電気負荷に対する電力供給を好適に実施できることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a power supply system including a first storage battery, a second storage battery, and a connection switch for connecting and disconnecting both the storage batteries, it is preferable to supply power to an electric load. The purpose is to be able to implement.
請求項1に記載の発明は、発電機(10)と、前記発電機に対してそれぞれ並列に接続される第1蓄電池(20)及び第2蓄電池(30)と、これら両蓄電池を電気的に接続する接続線(15)に設けられ、前記第1蓄電池及び前記発電機と前記第2蓄電池との導通及び遮断を切り替える接続スイッチ(50)と、前記第1蓄電池の出力電圧が充電実施電圧まで低下したことを条件として、発電機による発電を実施して前記第1蓄電池に充電を行う電源システムである。 The invention according to claim 1 electrically connects the generator (10), the first storage battery (20) and the second storage battery (30) connected in parallel to the generator, and both the storage batteries. A connection switch (50) provided on a connection line (15) to be connected, for switching between conduction and interruption between the first storage battery and the generator and the second storage battery, and an output voltage of the first storage battery up to a charge execution voltage It is a power supply system that performs power generation by a generator and charges the first storage battery on the condition that it has been reduced.
さらに、前記接続スイッチが導通状態とされている場合に、前記接続スイッチが遮断状態とされている場合に比べて、前記充電実施電圧を高く設定する電圧設定手段(80)とを備えることを特徴とする。 And a voltage setting means (80) for setting the charging execution voltage higher when the connection switch is in a conductive state than when the connection switch is in a cutoff state. And
上記構成では、接続スイッチが導通状態とされている場合に、接続スイッチが遮断状態とされている場合に比べて、第1蓄電池の充電実施電圧を高く設定する。そして、発電機による発電を実施して、第1蓄電池の出力電圧がその充電実施電圧以下とならないように充電を行う。この場合、第1蓄電池の出力電圧が予め高く維持されているため、第1蓄電池側の電気負荷が突然に駆動して、その電気負荷に対する供給電流が短時間で急増して第1蓄電池の出力電圧が降下する場合であっても、第2蓄電池側の電気負荷に供給される電圧の落ち込みを抑制することができる。このため、第2蓄電池側の電気負荷の駆動状態が不安定になることを抑制できる。 In the said structure, when the connection switch is made into the conduction | electrical_connection state, the charge implementation voltage of a 1st storage battery is set high compared with the case where a connection switch is made into the interruption | blocking state. Then, power is generated by the generator, and charging is performed so that the output voltage of the first storage battery does not become lower than the charging execution voltage. In this case, since the output voltage of the first storage battery is maintained high in advance, the electrical load on the first storage battery side is suddenly driven, and the supply current to the electrical load rapidly increases in a short time, and the output of the first storage battery Even when the voltage drops, it is possible to suppress a drop in the voltage supplied to the electric load on the second storage battery side. For this reason, it can suppress that the drive state of the electric load by the side of the 2nd storage battery becomes unstable.
また、接続スイッチが遮断状態とされている場合には、第1蓄電池が単独で第1蓄電池側の電気負荷への電力供給を行い、第2蓄電池が単独で第2蓄電池側の電気負荷への電力供給を行う。このため、第1蓄電池側の電気負荷の駆動状態によって、第2蓄電池側の電気負荷に供給される電圧が変化することはない。そこで、接続スイッチが遮断状態とされている場合には、接続スイッチが導通状態とされている場合に比べて、第1蓄電池の充電実施電圧を低く設定する。これにより、発電機における発電を抑制し、省電力化を図ることができる。 In addition, when the connection switch is in the cut-off state, the first storage battery alone supplies power to the first load of the first storage battery, and the second storage battery independently supplies the second load battery side of the electric load. Supply power. For this reason, the voltage supplied to the electrical load on the second storage battery side does not change depending on the driving state of the electrical load on the first storage battery side. Therefore, when the connection switch is in the cut-off state, the charging execution voltage of the first storage battery is set lower than in the case where the connection switch is in the conductive state. Thereby, the power generation in a generator can be suppressed and power saving can be achieved.
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは車両に搭載される車載電源システムであり、車両は、エンジン(内燃機関)を駆動源として走行するものである。エンジンの始動時にはスタータモータの駆動によりエンジンに初期回転が付与されるものとなっている。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The power supply system of the present embodiment is an on-vehicle power supply system mounted on a vehicle, and the vehicle travels using an engine (internal combustion engine) as a drive source. When the engine is started, initial rotation is applied to the engine by driving the starter motor.
図1に示すように、本電源システムは、オルタネータ10(発電機)、第1蓄電池としての鉛蓄電池20、第2蓄電池としてのリチウムイオン蓄電池30、各種の電気負荷41,42,43、接続スイッチとしてのMOSスイッチ50及び蓄電池スイッチとしてのSMRスイッチ60を備えている。鉛蓄電池20、リチウムイオン蓄電池30及び電気負荷41〜43は、接続線としての給電線15によりオルタネータ10に対して並列に電気接続されている。この給電線15により、上記の各電気要素について相互の給電経路が形成されている。
As shown in FIG. 1, this power supply system includes an alternator 10 (generator), a lead storage battery 20 as a first storage battery, a lithium
鉛蓄電池20は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池30は、鉛蓄電池20に比べて充放電のエネルギー効率、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池30は、複数の単電池を直列に接続してなる組電池により構成されている。なお、鉛蓄電池20の蓄電容量は、リチウムイオン蓄電池30の蓄電容量よりも大きく設定されている。
The lead storage battery 20 is a well-known general-purpose storage battery. On the other hand, the lithium
MOSスイッチ50は、MOSFETからなる半導体スイッチであり、オルタネータ10及び鉛蓄電池20と、リチウムイオン蓄電池30との間に設けられている。MOSスイッチ50は、オルタネータ10及び鉛蓄電池20に対するリチウムイオン蓄電池30の導通(オン)と遮断(オフ)を切り替えるスイッチとして機能する。
The
MOSスイッチ50のオン/オフは、ECU70(電子制御装置)により制御される。つまり、MOSスイッチ50のオン作動(導通作動)とオフ作動(遮断作動)との切替はECU70により実施される。
On / off of the
また、SMRスイッチ60は、MOSスイッチ50と同様に、MOSFETからなる半導体スイッチにより構成されており、MOSスイッチ50及び電気負荷43の接続点(図のX)とリチウムイオン蓄電池30との間に設けられている。SMRスイッチ60は、MOSスイッチ50及び電気負荷43の接続点に対するリチウムイオン蓄電池30の導通及び遮断を切り替えるスイッチとして機能する。
Similarly to the
SMRスイッチ60のオン作動(導通作動)とオフ作動(遮断作動)との切替はECU70により実施される。このSMRスイッチ60は非常時用の開閉手段でもあり、通常時には、ECU70からオン信号が常時出力されることでオン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、オン信号の出力が停止されてSMRスイッチ60がオフ作動される。このSMRスイッチ60のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池30の過充電及び過放電の回避が図られている。
Switching of the
例えば、オルタネータ10に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Vregが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池30が過充電の状態になることが懸念される。この場合にはSMRスイッチ60をオフ作動させる。また、オルタネータ10の故障やMOSスイッチ50の故障によりリチウムイオン蓄電池30への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池30が過放電になることが懸念される。この場合にもSMRスイッチ60をオフ作動させる。
For example, when the regulator provided in the
なお、SMRスイッチ60をノーマリオープン式の電磁リレーを用いて構成してもよい。この場合、ECU70が故障してSMRスイッチ60の作動を制御できなくなったとしても、SMRスイッチ60が自動的に開作動し、導通が遮断される。
The
リチウムイオン蓄電池30と、スイッチ50,60と、ECU70とは筐体(収容ケース)に収容されることで一体化され、電池ユニットUとして構成されている。電池ユニットU内のECU70は、リチウムイオン蓄電池30の出力電流、出力電圧、及び、温度を検出する。また、ECU70は、電池ユニット外のECU80(電子制御装置)に接続されている。つまり、これらECU70,80は、CAN等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、各ECU70,80に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。
The lithium
電気負荷41〜43のうち符号43に示す負荷は、供給電力の電圧が概ね一定であるか、又は電圧変動が所定範囲内であり安定していることが要求される定電圧要求電気負荷であり、MOSスイッチ50に対してリチウムイオン蓄電池30の側に電気接続されている。これにより、定電圧要求電気負荷である電気負荷43への電力供給は、主にリチウムイオン蓄電池30が分担することとなる。
The load indicated by
電気負荷43の具体例としてはナビゲーション装置やオーディオ装置が挙げられる。例えば、供給電力の電圧が一定ではなく大きく変動している場合、或いは前記所定範囲を超えて大きく変動している場合には、電圧が瞬時的に最低動作電圧よりも低下して、ナビゲーション装置等の作動がリセットする不具合が生じる。そこで、電気負荷43へ供給される電力は、電圧が最低動作電圧よりも低下することのない一定の値に安定していることが要求される。
Specific examples of the
また、電気負荷41〜43のうち符号41に示す負荷は、エンジンを始動させるスタータモータであり、符号42に示す負荷は、電気負荷43(定電圧要求電気負荷)及びスタータ41以外の一般的な電気負荷である。電気負荷42の具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。また、電気負荷42は、パワーステアリングや、パワーウィンドウなどの所定の駆動条件が成立した場合に駆動する駆動負荷を含む。これらのスタータ41及び電気負荷42は、MOSスイッチ50に対して鉛蓄電池20の側に電気接続されている。これにより、スタータ41及び電気負荷42への電力供給は主に鉛蓄電池20が分担することとなる。
Moreover, the load shown by the code |
オルタネータ10は、エンジンのクランク軸(出力軸)の回転エネルギにより発電するものである。オルタネータ10の構成等は周知であるため、ここでは図示を省略し、簡単に説明する。オルタネータ10のロータがクランク軸により回転すると、ロータコイルに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、整流器により直流電流に変換される。そして、ロータコイルに流れる励磁電流をレギュレータが調整することで、発電された直流電流の電圧を設定電圧Vregとなるよう調整する。オルタネータ10のレギュレータに対する制御はECU80により実施される。
The
オルタネータ10で発電した電力は、各種電気負荷41〜43へ供給されるとともに、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30へ供給される。エンジンの駆動が停止してオルタネータ10で発電が実施されていない場合には、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30から電気負荷41〜43へ電力供給される。鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30から電気負荷41〜43への放電量、及びオルタネータ10から各蓄電池20,30への充電量は、各蓄電池20,30のSOC(State of charge:満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合)が過充放電とならない範囲(適正範囲)となるよう制御される。つまり、上記のとおり過剰な充放電とならないように、ECU80により設定電圧Vregが調整されるとともに、ECU70によりMOSスイッチ50の作動が制御されるようになっている。
The electric power generated by the
また、ECU80は、鉛蓄電池20の出力電圧が所定の充電実施電圧まで低下したことを条件として、車両が回生状態であるか否かに関わらず、オルタネータ10における発電を実施する。この充電実施電圧は、鉛蓄電池20の出力電圧が、電気負荷42が安定して動作することが保証される最低動作電圧以上となるように設定される。これにより、鉛蓄電池20の出力電圧がその充電実施電圧より低くなることを抑制し、電気負荷42の動作が不安定になることを抑制する。
Further, the
また、本実施形態では、車両の回生エネルギによりオルタネータ10を発電させて両蓄電池20,30(主にはリチウムイオン蓄電池30)に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、エンジンへの燃料噴射をカットしていること等の条件が成立した時に実施される。
Further, in the present embodiment, deceleration regeneration is performed in which the
ここで、両蓄電池20,30は並列接続されているため、オルタネータ10により充電を実施する際には、MOSスイッチ50をオン作動させていれば、端子電圧の低い側の蓄電池に対してオルタネータ10の起電流が流れ込むこととなる。一方、電気負荷42,43へ電力供給(放電)する際には、非発電時にMOSスイッチ50をオン作動させていれば、端子電圧の高い側の蓄電池から電気負荷へ放電がなされることとなる。
Here, since the
ちなみに、回生充電時には、リチウムイオン蓄電池30の端子電圧が鉛蓄電池20の端子電圧より低くなる機会が多くなるようにして、鉛蓄電池20よりも優先してリチウムイオン蓄電池30に対する充電が実施されるようになっている。これらの設定は、両蓄電池20,30の開放電圧及び内部抵抗値を設定することで実現可能であり、開放電圧の設定は、リチウムイオン蓄電池30の正極活物質、負極活物質及び電解液を選定することで実現可能である。
By the way, at the time of regenerative charging, the lithium
本実施形態の車両は、所定の自動停止条件を満たした場合にエンジンを自動停止させ、エンジンが自動停止された状態で所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動で再始動させる、アイドリングストップ機能を有するものであり、ECU80によりアイドリングストップ制御が実施される。このアイドリングストップ制御においてエンジンの自動停止時には、MOSスイッチ50がオフ(遮断)状態に操作される。また、エンジンの再始動時には、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とを電気的に切り離した状態で、鉛蓄電池20によりスタータ(電気負荷41)を駆動させるべく、ECU70によりMOSスイッチ50がオフ(遮断)状態に操作される。
The vehicle according to this embodiment automatically stops the engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and automatically restarts the engine when the predetermined restart condition is satisfied with the engine being automatically stopped. The
また、エンジン回転速度の減少過程でリチウムイオン蓄電池30の充電(回生充電)を行うべく、回生充電時には、ECU70によりMOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオン状態に操作される。回生充電時以外の車両走行時において、ECU70により、MOSスイッチ50がオフ状態、SMRスイッチ60がオン状態に操作される。オルタネータ10及び鉛蓄電池20と電気負荷43との接続が遮断され、リチウムイオン蓄電池30と電気負荷43との接続が導通状態とされるため、リチウムイオン蓄電池30が単独で電気負荷43に対して電力供給がなされる。これにより、回生発電時には、その発電電力をリチウムイオン蓄電池30に積極的に充電させることができる。リチウムイオン蓄電池30は、鉛蓄電池20と比べて、充放電時のエネルギ効率が高いため、電源システム全体としての充放電効率を向上させることができる。
In addition, in order to charge the lithium ion storage battery 30 (regenerative charging) in the process of decreasing the engine speed, the
さらに、リチウムイオン蓄電池30における過放電を抑制するために、リチウムイオン蓄電池30のSOCが維持すべきSOC(SOC維持値)より低くなった場合に、ECU70は、MOSスイッチ50をオン、SMRスイッチ60をオンにする制御を行う。この制御により、オルタネータ10及び鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30との接続が導通状態となり、オルタネータ10または鉛蓄電池20からリチウムイオン蓄電池30に対して充電が行われる。
Further, in order to suppress overdischarge in the lithium
ここで、SOCは、ECU70によって、リチウムイオン蓄電池30の出力電圧、出力電流に基づいて算出される。また、SOC維持値は、エンジンの再始動期間(あらかじめ想定される最長期間)において、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが電気的に切り離された状態で、リチウムイオン蓄電池30が単独で電気負荷43に電力供給可能なように設定される。このため、エンジンの再始動期間において必要となる容量をリチウムイオン蓄電池30に確保することが可能となる。さらに、SOC維持値は、回生発電の電力を充電するための空き容量があるように設定される。これにより、通常走行時における発電などの回生発電以外の発電では、リチウムイオン蓄電池30に値する充電を制限し、その制限された空き容量分について、回生発電の電力をリチウムイオン蓄電池30に充電することができる。これは、充放電効率の高いリチウムイオン蓄電池30において、それを活用する上で有利な構成となっている。
Here, the SOC is calculated by the
また、リチウムイオン蓄電池30が電気負荷に対して供給可能な最大の電力(放電可能電力:Wout)は、リチウムイオン蓄電池30の温度が低下するほど低下する。このため、リチウムイオン蓄電池30のSOCをSOC維持値以上に保つ制御を行うことで残存容量が十分であったとしても、リチウムイオン蓄電池30のWoutが、リチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43の消費電力を下回る可能性がある。このため、リチウムイオン蓄電池30のWoutが電気負荷43の消費電力を下回っていれば、SOCがSOC維持値以上であったとしても、MOSスイッチ50をオフにすると、電力不足が生じ、電気負荷43の動作に異常が起こりうる。
Further, the maximum power (dischargeable power: Wout) that can be supplied to the electric load by the lithium
そこで、リチウムイオン蓄電池30のSOCと温度とからWoutを算出するとともに、リチウムイオン蓄電池30のWoutについて、リチウムイオン蓄電池30単独での電気負荷43への放電を禁止する単独放電禁止値を定めておく。単独放電禁止値は、電気負荷43の消費電力から設定される。そして、Woutがその単独放電禁止値を下回った場合に、MOSスイッチ50をオンとする制御を行う。これにより、電気負荷43に対して鉛蓄電池20から電力を供給することが可能となり、電気負荷43の動作異常を抑制することができる。さらに、リチウムイオン蓄電池30のWoutが単独放電禁止値を下回り、かつ、回生発電が行われていない場合には、MOSスイッチ50をオンとし、SMRスイッチ60をオフとする制御を行う。これにより、リチウムイオン蓄電池30からの放電を抑制する。
Therefore, Wout is calculated from the SOC and temperature of the lithium
ところで、電気負荷42は、パワーステアリングや、パワーウィンドウなどの所定の駆動条件が成立した場合に駆動する駆動負荷を含む。ここで、電気負荷42の駆動が開始されると、瞬間的に電気負荷42に対して突入電流が流れる。鉛蓄電池20から電気負荷42に対して突入電流が流れることで、鉛蓄電池20において電圧降下が生じる。この場合に、MOSスイッチ50がオン状態とされていると、鉛蓄電池20と電気負荷43とが接続されることとなるため、電気負荷43の入力電圧も一時的に低下する。このため、電気負荷43の入力電圧が、電気負荷43の最低動作電圧よりも低下するおそれが生じる。この場合、電気負荷43の作動がリセットする不具合が生じる。
By the way, the
例えば、パワーステアリングは、ドライバのハンドル操作に基づいて駆動し、パワーウィンドウは、ドライバなどによるスイッチ操作に基づいて駆動する。すなわち電気負荷42の駆動条件の成立は、偶発的なものであって、予測できるものではない。このため、電気負荷42に突入電流が流れるタイミングの前後で、MOSスイッチ50をオフ状態とすること、または、オルタネータ10の発電量を増加させることは困難である。
For example, the power steering is driven based on a driver's steering operation, and the power window is driven based on a switch operation by a driver or the like. That is, the establishment of the driving condition for the
そこで、本実施形態では、ECU80は、MOSスイッチ50が導通状態とされたことを条件の一つとして、オルタネータ10の充電実施電圧を上昇させる。すなわち、MOSスイッチ50が導通状態とされた場合に、鉛蓄電池20の出力電圧の下限値を上昇させる。これにより、電気負荷42の駆動に伴う突入電流が発生し、鉛蓄電池20の出力電圧が降下した場合であっても、鉛蓄電池20の出力電圧が電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制できる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、MOSスイッチ50が導通状態、SMRスイッチ60が遮断状態とされていると、鉛蓄電池20は単独で電気負荷41〜43へ電力供給を行う。この場合には、鉛蓄電池20およびリチウムイオン蓄電池30から電気負荷41〜43へ電力供給を行う場合に比べて、鉛蓄電池20から出力される電流量、すなわち、鉛蓄電池20に流れる電流量が増加する。このため、鉛蓄電池20の出力電力の降下量が増加する。そこで、MOSスイッチ50が導通状態であることに加えて、SMRスイッチ60が遮断状態とされている場合に、オルタネータ10の充電実施電圧を上昇させることで、鉛蓄電池20の出力電圧の下限値を上昇させる。
Further, when the
また、電気負荷41〜43への電力供給に伴う鉛蓄電池20の出力電圧の降下は、鉛蓄電池20に流れる電流と、鉛蓄電池20の内部抵抗との積として算出できる。すなわち、鉛蓄電池20の内部抵抗が大きくなるほど、鉛蓄電池20の出力電圧の降下は大きくなる。鉛蓄電池20の内部抵抗は、鉛蓄電池の劣化が進行するほど大きくなり、また、温度が低下するほど大きくなる。そこで、本実施形態では、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出し、算出された内部抵抗に基づいて、電気負荷42の駆動に伴う突入電流による鉛蓄電池20の出力電圧の降下量を予め算出しておく。そして、その算出された出力電圧の降下量を電気負荷43の最低動作電圧に対して加算した電圧値を、MOSスイッチ50が導通状態とされた場合における充電実施電圧として設定する。これにより、鉛蓄電池20の出力電圧が、電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制することができる。
Moreover, the fall of the output voltage of the lead storage battery 20 accompanying the power supply to the
また、蓄電池の出力電圧の低下は、内部抵抗に電流が流れることに伴う電圧降下の他に、分極現象による起電力の低下によっても生ずる。ここで、分極による起電力の低下は、鉛蓄電池20を流れる電流の向きおよび大きさによって変化するが、ある程度大きな電流を流したとき、この影響は無視できるほど小さくなるため考慮しなくてよい。特に、スタータ41に対して電力を供給するときに、鉛蓄電池20の分極の影響は考慮しなくても問題ない。そこで、アイドリングストップ再始動において鉛蓄電池20からスタータ41への電力供給の開始時に突入電流が生じる場合に、その突入電流に伴う鉛蓄電池20の出力電圧の瞬間的な低下量を取得する。その出力電圧の低下量に基づいて、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出することで、より正確に内部抵抗の抵抗値を算出することが可能となる。
In addition, the output voltage of the storage battery is reduced due to a decrease in electromotive force due to a polarization phenomenon in addition to a voltage drop caused by current flowing through the internal resistance. Here, the decrease in the electromotive force due to polarization changes depending on the direction and magnitude of the current flowing through the lead storage battery 20, but when a large current is passed to some extent, this influence is so small that it can be ignored. In particular, when power is supplied to the
なお、鉛蓄電池20からスタータ41への電力供給の開始時における鉛蓄電池20の出力電圧の瞬間的な低下量の取得に加えて、その電力供給時に鉛蓄電池20に流れる放電電流の電流値を取得する構成としてもよい。ここで、出力電圧の低下量を放電電流の電流値で割ることで、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出することができる。また、スタータ41への電力供給の開始時における鉛蓄電池20の出力電圧の瞬間的な低下量に換えて、鉛蓄電池20からスタータ41へ定常的な電流が流れる、出力電圧に対する分極現象の影響が飽和している状態での出力電圧の低下量を取得して、その出力電圧の低下量に基づいて内部抵抗を算出してもよい。
In addition to acquiring an instantaneous decrease in the output voltage of the lead storage battery 20 at the start of power supply from the lead storage battery 20 to the
図2は、鉛蓄電池20の内部抵抗算出処理を示すフローチャートであり、本処理は、ECU80によって所定時間周期で繰り返し実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing an internal resistance calculation process of the lead storage battery 20, and this process is repeatedly executed by the
図2において、ステップS11では、前回内部抵抗が算出されてから現在までにアイドリングストップ再始動が実施されたか否かを判断する。アイドリングストップ再始動が実施されていないと判断される場合(S11:NO)、処理を終了する。アイドリングストップ再始動が実施されたと判断される場合(S11:YES)、ステップS12において、その再始動時における鉛蓄電池20の出力電圧V(Pb)の低下量を取得する。ステップS13において、ステップS12で取得した鉛蓄電池20の出力電圧V(Pb)の低下量に基づいて、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出し、処理を終了する。 In FIG. 2, in step S <b> 11, it is determined whether or not idling stop restart has been performed since the previous calculation of the internal resistance. When it is determined that the idling stop restart has not been performed (S11: NO), the process ends. When it is determined that the idling stop restart has been performed (S11: YES), in step S12, the amount of decrease in the output voltage V (Pb) of the lead storage battery 20 at the time of the restart is acquired. In step S13, the internal resistance of the lead storage battery 20 is calculated based on the amount of decrease in the output voltage V (Pb) of the lead storage battery 20 acquired in step S12, and the process ends.
図3は、鉛蓄電池20の充電実施電圧設定処理を示すフローチャートであり、本処理は、ECU80によって所定時間周期で繰り返し実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing a charging execution voltage setting process of the lead storage battery 20, and this process is repeatedly executed by the
図3において、ステップS21では、MOSスイッチ50が導通状態、かつ、SMRスイッチ60が遮断状態であるか否かを判断する。MOSスイッチ50が遮断状態、または、SMRスイッチ60が導通状態である場合(S21:NO)、ステップS22において、充電実施電圧を鉛蓄電池20の劣化状態を考慮しない通常の充電実施電圧に設定して、処理を終了する。
In FIG. 3, in step S21, it is determined whether or not the
MOSスイッチ50が導通状態、かつ、SMRスイッチ60が遮断状態とされている場合(S21:YES)、ステップS23において、図2のステップS12において算出された鉛蓄電池20の内部抵抗を取得する。ステップS24において、取得した鉛蓄電池20の内部抵抗と、電気負荷42の駆動に伴い流れると予測される突入電流の最大値と、を積算することで、鉛蓄電池20の電圧降下量の最大値を算出する。ステップS25において、電気負荷43の最低動作電圧に、ステップS23で算出された鉛蓄電池20の電圧降下量の最大値を加算し、鉛蓄電池20の充電実施電圧を算出する。この算出された充電実施電圧は、通常の充電実施電圧より高い電圧値となる。そして、算出された充電実施電圧を新たな充電実施電圧として設定し、処理を終了する。
When the
図4は、リチウムイオン蓄電池30のSOC維持値の算出処理を示すフローチャートであり、本処理は、ECU70によって所定時間周期で繰り返し実行される。図4において、ステップS31では、図2のステップS12において算出された鉛蓄電池20の内部抵抗を取得する。ステップS32では、鉛蓄電池20の内部抵抗が大きいほど、リチウムイオン蓄電池30のSOC維持値を大きくするように設定し、処理を終了する。
FIG. 4 is a flowchart showing a calculation process of the SOC maintenance value of the lithium
図5に本実施形態における充放電制御の経過を表すタイミングチャートを示す。 FIG. 5 shows a timing chart showing the progress of charge / discharge control in this embodiment.
時刻T0において、鉛蓄電池20およびリチウムイオン蓄電池30の充放電制御が開始される。このT0では、鉛蓄電池20のSOCが、例えば自然放電により低下して、鉛蓄電池の出力電圧V(Pb)が充電実施電圧を下回っている。このため、オルタネータ10における発電を実施して、鉛蓄電池20を充電する。また、リチウムイオン蓄電池30のSOCはSOC維持値より高く、図示しないWoutは所定値より大きいため、ECU70は、MOSスイッチ50をオフ状態とし、SMRスイッチ60をオン状態とする。時刻T1において、V(Pb)が充電実施電圧に達するため、オルタネータ10における発電を停止する。
At time T0, charge / discharge control of the lead storage battery 20 and the lithium
時刻T2において、回生発電が開始される。回生発電が開始されることで、ECU70は、MOSスイッチ50をオン状態とする。回生発電によって、鉛蓄電池20およびリチウムイオン蓄電池30は充電され、V(Pb)と、リチウムイオン蓄電池30のSOC(LiSOC)は上昇する。時刻T2〜T3におけるいずれかのタイミングで、燃料カットが実施されて、ECU80により、アイドリングストップ自動停止制御が実施される。時刻T3において回生発電が終了し、ECU70は、MOSスイッチ50をオフ状態とする。
At time T2, regenerative power generation is started. When the regenerative power generation is started, the
時刻T4において、アイドリングストップ再始動制御が行われ、鉛蓄電池20からスタータ41に対して電力供給がなされる。スタータ41により消費される電力は、他の電気負荷42,43と比べて大きいため、鉛蓄電池20に大電流が流れ、V(Pb)が大きく低下する。時刻T5において、ECU80は、時刻T4におけるスタータ41の駆動に伴うV(Pb)の電圧降下量に基づいて、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出する。そして、算出された内部抵抗に基づいて、ECU70は、SOC維持値を新たに算出する。
At time T4, idling stop restart control is performed, and power is supplied from the lead storage battery 20 to the
時刻T6において、リチウムイオン蓄電池30のSOCが減少したことで、Woutが単独放電禁止値以下となり、リチウムイオン蓄電池30の単独放電が禁止される。回生発電が実施されていないため、ECU70は、MOSスイッチ50をオン状態、SMRスイッチ60をオフ状態にする。MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態とされたことで、ECU80は、鉛蓄電池20の内部抵抗に基づいて充電実施電圧を算出する。充電実施電圧は、通常時の充電実施電圧より高くなるため、ECU80は、オルタネータ10を制御して発電を実施し、V(Pb)が新たな充電実施電圧に達するまで、鉛蓄電池20を充電する。
At time T <b> 6, the SOC of the lithium
時刻T7において、電気負荷42のうちの駆動負荷(例えば、パワーステアリング)が駆動されて、当該駆動負荷に突入電流が流れる。突入電流が流れることで、鉛蓄電池20において電圧降下が生じて、V(Pb)が低下するが、V(Pb)が内部抵抗に基づいて算出された充電実施電圧より高い電圧値とされているため、電気負荷43の動作保証電圧を下回ることはない。そして、ECU80は、オルタネータ10における発電を実施して、V(Pb)が充電実施電圧より高い電圧値となるように鉛蓄電池20の充電を行う。
At time T7, the driving load (for example, power steering) of the
時刻T8において、回生発電が実施されるため、ECU70は、SMRスイッチ60をオン状態にする。これにより、オルタネータ10とリチウムイオン蓄電池30とが接続され、リチウムイオン蓄電池30が充電される。時刻T9において、回生発電が終了し、リチウムイオン蓄電池30のWoutが所定値以上の値となっているため、ECU70は、MOSスイッチ50をオフ状態として、リチウムイオン蓄電池30の単独放電を許可する。
Since regenerative power generation is performed at time T8, the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
(1)上記構成では、MOSスイッチ50が導通状態とされている場合に、MOSスイッチ50が遮断状態とされている場合に比べて、鉛蓄電池20の充電実施電圧を高く設定する。そして、オルタネータ10による発電を実施して、鉛蓄電池20の出力電圧がその充電実施電圧より高い電圧値となるように充電を行う。これにより、鉛蓄電池20の出力電圧が予め高く維持される。このため、鉛蓄電池20側の電気負荷42が駆動して、その電気負荷42に対する供給電流が増加して鉛蓄電池20の出力電圧が降下する場合であっても、鉛蓄電池20の出力電圧が、リチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制する。これにより、リチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43の駆動状態が不安定になることを抑制できる。
(1) In the above configuration, when the
また、MOSスイッチ50が遮断状態とされている場合には、鉛蓄電池20が単独で鉛蓄電池20側の電気負荷41,42への電力供給を行い、リチウムイオン蓄電池30が単独でリチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43への電力供給を行う。このため、鉛蓄電池20側の電気負荷41,42の駆動状態によって、リチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43の入力電圧が低下することはない。そこで、MOSスイッチ50が遮断状態とされている場合には、MOSスイッチ50が導通状態とされている場合に比べて、鉛蓄電池20の充電実施電圧を低く設定する。これにより、オルタネータ10における発電を抑制し、省電力化を図ることができる。
Further, when the
(2)SMRスイッチ60の通電・遮断状態を制御することで、リチウムイオン蓄電池30における過充電および過放電を防止することが可能となる。ここで、MOSスイッチ50が導通状態、SMRスイッチ60が遮断状態とされていると、鉛蓄電池20側の電気負荷41,42、リチウムイオン蓄電池30側の電気負荷43の双方に対して、鉛蓄電池20が電力供給を行うことになり、鉛蓄電池20を流れる電流は増加する。このため、SMRスイッチ60が遮断状態とされている場合、SMRスイッチ60が導通状態とされている場合に比べて、電気負荷42の駆動に伴う電圧降下が大きくなる。そこで、MOSスイッチ50が導通状態とされていることに加えて、SMRスイッチ60が遮断状態とされていることを条件として、鉛蓄電池20の充電実施電圧を高く設定する。これにより、適切な期間において、鉛蓄電池20の出力電圧を上昇させることとなる。このため、オルタネータ10における発電を抑制し、省電力化を図ることができる。
(2) By controlling the energization / shut-off state of the
(3)鉛蓄電池20の内部抵抗が大きくなるほど、電気負荷42の駆動に伴う鉛蓄電池20内部における電圧降下は大きくなる。この点、上記構成では、鉛蓄電池20の内部抵抗に基づいて、充電実施電圧を設定する。これにより、鉛蓄電池20の内部抵抗が増加したことに伴って、電気負荷42の駆動に伴う鉛蓄電池20内部における電圧降下が増大した場合であっても、鉛蓄電池20の出力電圧が、電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制できる。
(3) As the internal resistance of the lead storage battery 20 increases, the voltage drop inside the lead storage battery 20 accompanying the driving of the
(4)鉛蓄電池20の内部抵抗の増加に応じて、リチウムイオン蓄電池30のSOCの維持値であるSOC維持値を上昇させることで、リチウムイオン蓄電池30の出力電圧を上昇させる。これにより、鉛蓄電池20の内部抵抗の増加に伴って鉛蓄電池20の出力電圧が低下した場合であっても、電気負荷43への供給電圧が電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制できる。また、リチウムイオン蓄電池30のSOCをSOC維持値に維持することで、回生発電を充電するための空き容量を確保することが可能となる。
(4) The output voltage of the lithium
また、リチウムイオン蓄電池30のSOCの維持値が上昇することで、リチウムイオン蓄電池30のWoutも上昇することとなる。これにより、リチウムイオン蓄電池30のWoutが単独放電禁止値を下回ることを抑制し、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態となる状況の発生を抑制して、鉛蓄電池20側の電気負荷42の駆動に伴う、電気負荷43に供給される電圧の低下を抑制することができる。
Moreover, Wout of the lithium
(5)蓄電池の出力電圧は、蓄電池の内部抵抗による電圧降下の他に、蓄電池の分極による起電力の低下によっても低下する。ここで、電気負荷への電力供給に伴い蓄電池を流れる電流が増加する場合に、その増加量が所定の値以上であると、蓄電池の起電力に対する蓄電池の分極の影響は無視できるほど小さくなる。このため、駆動負荷の駆動に伴って鉛蓄電池20に電流が流れているときの鉛蓄電池20の出力電圧に基づいて、鉛蓄電池20の内部抵抗を算出することで、より正確に鉛蓄電池20の内部抵抗を算出することが可能となる。 (5) The output voltage of the storage battery is reduced not only by a voltage drop due to the internal resistance of the storage battery but also by a decrease in electromotive force due to polarization of the storage battery. Here, when the current flowing through the storage battery increases with the supply of electric power to the electric load, if the increase amount is equal to or greater than a predetermined value, the influence of the polarization of the storage battery on the electromotive force of the storage battery becomes so small that it can be ignored. For this reason, by calculating the internal resistance of the lead storage battery 20 based on the output voltage of the lead storage battery 20 when the current flows through the lead storage battery 20 as the drive load is driven, the lead storage battery 20 is more accurately calculated. The internal resistance can be calculated.
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
(Other embodiments)
You may change the said embodiment as follows, for example.
・上記実施形態の図3に示す充電実施電圧設定処理に換えて、ECU80が、図6に示す充電実施電圧設定処理を実施する構成としてもよい。図6のステップS41において、MOSスイッチ50がオン状態であるか否かを判断する。MOSスイッチ50がオフ状態である場合(S41:NO)、ステップS42において、充電実施電圧を通常の充電実施電圧(V0)に設定して、処理を終了する。MOSスイッチ50がオン状態である場合(S41:YES)、ステップS43において、SMRスイッチ60がオフ状態であるか否かを判断する。SMRスイッチ60がオン状態である場合(S43:NO)、ステップS44において、充電実施電圧を通常の充電実施電圧(V0)より高い所定の電圧V1に設定し、処理を終了する。SMRスイッチ60がオフ状態である場合(S43:YES)、ステップS45において、充電実施電圧を電圧V1より高い所定の電圧V2に設定し、処理を終了する。
In place of the charging execution voltage setting process shown in FIG. 3 in the above embodiment, the
MOSスイッチ50がオン状態ならば、鉛蓄電池20側の電気負荷42が駆動することで、電気負荷43の入力電圧が低下する。このため、充電実施電圧を電圧V0から上昇させて、鉛蓄電池20の出力電圧を上昇させることで、電気負荷43の入力電圧が電気負荷43の最低動作電圧を下回ることを抑制する。ここで、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態の場合、電気負荷42の駆動に伴う突入電流は、鉛蓄電池20のみから放電されることとなる。このため、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態の場合と、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオン状態の場合とを比べると、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態の場合の電圧降下量が大きくなる。そのため、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオフ状態の場合における充電実施電圧V2を、MOSスイッチ50がオン状態、SMRスイッチ60がオン状態の場合の充電実施電圧V1と比較して、高く設定する。これにより、電気負荷43の入力電圧が電気負荷43の最低動作電圧を下回る状況の発生を好適に抑制できる。なお、電圧V1、V2を内部抵抗に基づいて算出する構成としてもよい。
If the
・上記実施形態では、MOSスイッチ50がオン、SMRスイッチ60がオフとされたときの鉛蓄電池20の充電実施電圧を鉛蓄電池20の内部抵抗により算出する構成としたが、鉛蓄電池の開放端電圧、出力電圧、出力電流から内部抵抗を算出してもよい。
In the above embodiment, the charging execution voltage of the lead storage battery 20 when the
・また、アイドリングストップ再始動におけるスタータ41への電力供給に伴う鉛蓄電池20の電圧降下量に基づいて、ECU80が、鉛蓄電池20の劣化状態を算出し、その劣化状態に基づいて内部抵抗を算出し、その内部抵抗に基づいて充電実施電圧を算出する構成としてもよい。ここで、鉛蓄電池20の劣化状態は、鉛蓄電池20の使用時間など他の方法によって算出してもよい。
In addition, the
・鉛蓄電池20の内部抵抗が算出された時点における鉛蓄電池20の温度と、MOSスイッチ50がオン、SMRスイッチ60がオフとされた時点における鉛蓄電池20の温度とに基づいて、ECU80が、鉛蓄電池20の内部抵抗を補正する構成としてもよい。これにより、鉛蓄電池20の電圧降下量の最大値をより正確に推定することが可能となる。
Based on the temperature of the lead storage battery 20 when the internal resistance of the lead storage battery 20 is calculated and the temperature of the lead storage battery 20 when the
・上記実施形態の図3ステップS23〜S25では、鉛蓄電池20の内部抵抗に基づいて、充電実施電圧を算出し設定したが、これを変更し、充電実施電圧を、通常の充電実施電圧に比べて、所定の電圧値分高くする構成としてもよい。 In FIG. 3 steps S23 to S25 of the above embodiment, the charging execution voltage is calculated and set based on the internal resistance of the lead storage battery 20, but this is changed and the charging execution voltage is compared with the normal charging execution voltage. Thus, the voltage may be increased by a predetermined voltage value.
10…オルタネータ、15…給電線、20…鉛蓄電池、50…MOSスイッチ、80…ECU。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記発電機に対してそれぞれ並列に接続される第1蓄電池(20)及び第2蓄電池(30)と、
これら両蓄電池を電気的に接続する接続線(15)に設けられ、前記第1蓄電池及び前記発電機と前記第2蓄電池との導通及び遮断を切り替える接続スイッチ(50)と、
前記第1蓄電池の出力電圧が所定の充電実施電圧まで低下したことを条件として、発電機による発電を実施して前記第1蓄電池に充電を行う電源システムにおいて、
前記接続スイッチが導通状態とされている場合に、前記接続スイッチが遮断状態とされている場合に比べて、前記充電実施電圧を高く設定する電圧設定手段(80)を備えることを特徴とする電源システム。 A generator (10);
A first storage battery (20) and a second storage battery (30) respectively connected in parallel to the generator;
A connection switch (50) provided on a connection line (15) for electrically connecting both the storage batteries, and for switching between conduction and disconnection between the first storage battery and the generator and the second storage battery;
On the condition that the output voltage of the first storage battery has decreased to a predetermined charge execution voltage, in the power supply system that performs power generation by a generator and charges the first storage battery,
A power supply comprising voltage setting means (80) for setting the charge execution voltage higher when the connection switch is in a conductive state than when the connection switch is in a cutoff state. system.
前記接続線において、前記第2蓄電池と前記電気負荷とが接続される接続点と、前記第2蓄電池との間に設けられ、前記接続点と前記第2蓄電池との導通及び遮断を切り替える蓄電池スイッチ(60)を備え、
前記電圧設定手段は、前記接続スイッチが導通状態、前記蓄電池スイッチが遮断状態とされている場合に、前記接続スイッチが導通状態、前記蓄電池スイッチが導通状態とされている場合に比べて、前記充電実施電圧を高く設定することを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 An electric load is connected to the second storage battery side across the connection switch to the connection line,
A storage battery switch that is provided between the connection point at which the second storage battery and the electrical load are connected to the second storage battery in the connection line, and switches between conduction and disconnection between the connection point and the second storage battery. (60)
When the connection switch is in a conductive state and the storage battery switch is in a cut-off state, the voltage setting means is more charged than in the case where the connection switch is in a conductive state and the storage battery switch is in a conductive state. The power supply system according to claim 1, wherein the working voltage is set high.
前記電圧設定手段は、前記内部抵抗算出手段によって算出された第1蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記充電実施電圧を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の電源システム。 An internal resistance calculating means (80) for calculating an internal resistance of the first storage battery;
The power supply system according to claim 1, wherein the voltage setting unit sets the charging execution voltage based on an internal resistance of the first storage battery calculated by the internal resistance calculation unit.
前記内部抵抗算出手段によって算出される前記第1蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記維持容量を設定する維持容量設定手段(70)とを備えることを特徴とする請求項3に記載の電源システム。 When the remaining capacity of the second storage battery is equal to or less than a predetermined maintenance capacity, the connection switch is turned on to charge the second storage battery from the first storage battery or the generator, Switch control means (70) for controlling the remaining capacity of the second storage battery to be equal to or higher than the maintenance capacity;
The power supply system according to claim 3, further comprising: a maintenance capacity setting means (70) for setting the maintenance capacity based on an internal resistance of the first storage battery calculated by the internal resistance calculation means.
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