JP2017131002A

JP2017131002A - 車両の充放電装置

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Publication number: JP2017131002A
Application number: JP2016007510A
Authority: JP
Inventors: 晃義大野; Akiyoshi Ono
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN106981895B; CN106981895A; DE102017200623A1; JP6583009B2; DE102017200623B4

Abstract

【課題】乗員に与える違和感を抑制することができる車両の充放電装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＭは、鉛電池とリチウムイオン電池との２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ以上であるか否かを判断し（ステップＳ１）、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ以上であると判断した場合には、鉛電池にかかる電気負荷を上げ（ステップＳ２）、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ以上でないと判断した場合には、２つのバッテリを接続する（ステップＳ３）。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の充放電装置に関する。

ハイブリッドシステムを搭載した車両には、ＥＶ走行モードにおいて車両の駆動力を発生するモータジェネレータへの電力供給用バッテリと、車両に搭載された電気負荷への電力供給用バッテリの少なくとも２系統のバッテリが搭載されている。さらに電気負荷用のバッテリとして２種類のバッテリが搭載される場合もある。

特許文献１では、電気負荷に対する電力供給を好適に実施するために、２種類のバッテリと両バッテリ間の導通状態を切り替えるスイッチを備えた構成が記されている。

特開２０１４−０３３５７１号公報

特許文献１に記された構成において、両バッテリ間が切替えスイッチによって遮断された状態では、個々のバッテリ単独でそれぞれの電気負荷へ電力供給するため、バッテリ間の電圧に差が生じる。電圧の差が大きいと、両バッテリが接続された際に２つのバッテリ電圧が同電圧になるため、電圧が急激に変化する。

バッテリ電圧が変化すると電気負荷に対する供給電圧も変化するので、灯器類の輝度及びファンの駆動音が変化する。この変化によっては、乗員に違和感を与える可能性がある。

本発明は、バッテリの充電状態や放電状態を制御することにより、バッテリに接続された灯器類の輝度及びファンの駆動音の変化を抑制し、乗員に与える違和感を抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る車両の充放電装置の一態様は、充電特性が異なる２つのバッテリを備える車両の充放電装置であって、前記２つのバッテリの少なくとも一方にかかる電気負荷量を制御する負荷量制御部と、前記２つのバッテリを電気的に接続又は遮断させる接続スイッチと、を備え、前記負荷量制御部は、前記２つのバッテリの電圧の差が所定値を超えた状態で前記２つのバッテリを電気的に接続する場合には、前記２つのバッテリの電圧の差が所定値未満に収まるように前記電気負荷量を段階的に変化させてから、前記２つのバッテリを接続する。

本発明は、乗員に与える違和感を抑制することができる車両の充放電装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置を適用した車両の要部を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置のバッテリ接続動作を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置の充電動作を示すフローチャートである。図４は、図２に示すバッテリ接続動作の作用を説明するためのタイミングチャートである。図５は、図３に示す充電動作の作用を説明するためのタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置を適用した車両について図面を参照して説明する。

図１に示すように、車両１は、内燃機関型のエンジン２と、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）３と、一般負荷４と、被保護負荷５と、鉛電池６と、バッテリパック７と、ＥＣＭ（Engine Control Module）８とを含んで構成される。

エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施の形態において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うように構成されている。

ＩＳＧ３は、ベルトなどを介してエンジン２の出力軸に連結されている。ＩＳＧ３は、電力が供給されることで回転する電動機として機能し、図示しない駆動輪又はエンジン２によって回転させられることで後述する２つのバッテリを充電する電力を発電する発電機として機能する。

一般負荷４は、供給される電力の変動を許容する負荷であり、例えば、空調装置用のブロワファン１０、エンジン２の冷却水を冷却するためのラジエタファン１１、エンジン２の冷却水を循環させるための電動水ポンプ１２、制動装置を補助する負圧を生成する電動負圧ポンプ１３、及び、室内灯１４などを含む。

被保護負荷５は、安定した電力の供給が要求される負荷であり、例えば、ナビゲーションシステム２０、オーディオ装置２１、メータ類２２、空調パネル２３、ヘッドランプ２４、ステアリング角センサ２５及び車載カメラ２６などを含む。

鉛電池６は、充電可能な１２Ｖの二次電池であり、一般負荷４に常に電力を供給するように設けられている。鉛電池６は、電動機として機能しているＩＳＧ３に電力を供給する一方で、発電機として機能しているＩＳＧ３によって充電される。

バッテリパック７は、リチウムイオン電池３０と、スイッチ３１ないし３３と、接続スイッチ３４と、ＢＭＳ（Battery Management System）３５とを含んで構成される。バッテリパック７は、入力端部３６と、出力端部３７とを有する。

入力端部３６は、ヒューズ３８を介してＩＳＧ３、一般負荷４及び鉛電池６に接続されている。出力端部３７は、被保護負荷５に接続されている。出力端部３７は、スイッチ３１がオンにされた状態で、被保護負荷５に接続される第１端子３７ａと、スイッチ３１及びスイッチ３２がオンにされた状態で、被保護負荷５に接続される第２端子３７ｂと、スイッチ３１及びスイッチ３３がオンにされた状態で、被保護負荷５に接続される第３端子３７ｃとを含む。

リチウムイオン電池３０は、充電可能な１２Ｖの二次電池である。車両１には、図示しないモータジェネレータが設けられている。モータジェネレータへ電力供給するバッテリは、図示しない１００Ｖのリチウムイオン電池である。

以下、鉛電池６及びリチウムイオン電池３０を総称して「２つのバッテリ」ともいう。リチウムイオン電池３０には、電圧センサ３９が設けられている。

スイッチ３１は、ＢＭＳ３５の制御によりオン又はオフにされる。スイッチ３１がオフにされると、リチウムイオン電池３０は、入力端部３６及び出力端部３７から完全に遮断された状態となる。スイッチ３１がオンにされると、リチウムイオン電池３０は、入力端部３６及び出力端部３７に接続される状態となる。

スイッチ３２は、アクセサリスイッチ（以下、単に「ＡＣＣ」と記す）４０の状態に応じたＢＭＳ３５の制御によりオン又はオフにされる。スイッチ３１又はスイッチ３２がオフにされると、リチウムイオン電池３０は、第２端子３７ｂから完全に遮断された状態となる。

スイッチ３１及びスイッチ３２がオンにされると、リチウムイオン電池３０は、第２端子３７ｂに接続された状態となり、ＡＣＣ４０がオンにされたときに作動する被保護負荷５に電力が供給される。

スイッチ３３は、イグニッションスイッチ（以下、単に「ＩＧ」と記す）４１の状態に応じたＢＭＳ３５の制御によりオン又はオフにされる。スイッチ３１又はスイッチ３３がオフにされると、リチウムイオン電池３０は、第３端子３７ｃから完全に遮断された状態となる。

スイッチ３１及びスイッチ３３がオンにされると、リチウムイオン電池３０は、第３端子３７ｃに接続された状態となり、ＩＧ４１がオンにされたときに作動する被保護負荷５に電力が供給される。

接続スイッチ３４は、充電特性が異なる２つのバッテリを電気的に接続又は遮断する。接続スイッチ３４は、ＥＣＭ８からの指示に応じたＢＭＳ３５の制御によりオン又はオフにされる。

スイッチ３１又は接続スイッチ３４がオフにされると、鉛電池６とリチウムイオン電池３０とは、完全に遮断された状態となる。スイッチ３１及び接続スイッチ３４がオンにされると、鉛電池６とリチウムイオン電池３０とは、並列に接続された状態となる。なお、本実施の形態においては、スイッチ３１は、常にオンになっているものとして説明する。

ＢＭＳ３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＢＭＳ３５として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、本実施の形態におけるＢＭＳ３５として機能する。

ＢＭＳ３５は、ネットワークモジュールに接続されたＣＡＮ（Controller Area Network）又はフレックスレイ等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を介してＥＣＭ８などの他のコントローラと相互に通信を行う。

本実施の形態において、ＢＭＳ３５は、ＡＣＣ４０、ＩＧ４１の状態及びＥＣＭ８からの指示などに応じて、スイッチ３１ないし３３及び接続スイッチ３４の各状態をオン又はオフに制御するようになっている。

ＥＣＭ８は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭと、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＭ８として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、本実施の形態におけるＥＣＭ８として機能する。ＥＣＭ８は、ネットワークモジュールに接続された車内ＬＡＮを介してＢＭＳ３５などの他のコントローラと相互に通信を行う。

本実施の形態において、ＥＣＭ８の入力ポートには、エンジン２及びＩＳＧ３に設けられたセンサ類が接続されている。ＥＣＭ８の出力ポートには、エンジン２の各部、ＩＳＧ３及び一般負荷４を含む各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＭ８は、各種センサ類と、ＢＭＳ３５などの他コントローラとから得られる情報に基づいて、各種制御対象類と、ＢＭＳ３５などの他コントローラとを制御するようになっている。

本実施の形態において、ＥＣＭ８は、鉛電池６の電圧を検出する電圧センサ５０としての機能と、２つのバッテリの電気負荷量を制御する負荷量制御部５１としての機能とを有する。

ＥＣＭ８は、２つのバッテリの電圧の差が所定値を超えた状態で２つのバッテリを電気的に接続する場合には、２つのバッテリの電圧の差が所定値ＴＨｖ未満に収まるように電気負荷量を段階的に変化させてから、２つのバッテリを接続する。所定値ＴＨｖは、予め実験的に定められた適合値である。

モータジェネレータのみの動力で車両１を駆動しているときには、エンジン２が停止しており、２つのバッテリ間の接続も遮断される。この間、一般負荷４と被保護負荷５は、鉛電池６及びリチウムイオン電池３０によって、それぞれ電力が供給される。

鉛電池６若しくはリチウムイオン電池３０の残容量の低下、空調装置の駆動又は暖機などの要因によって、エンジン２が再始動されると、ＩＳＧ３により発電し、２つのバッテリ間を接続する。ＥＣＭ８は、２つのバッテリ間の充電状態の差が、所定値ＴＨｖ以上であれば、電圧が高いバッテリに繋がる電気負荷の負荷量を段階的に増加させることで、他方のバッテリの電圧に近づける。このときに、ＥＣＭ８は、乗員に与える違和感を与えない範囲で負荷量を徐々に上げる。この範囲は、ＥＣＭ８のＲＯＭに事前に記憶されている。

例えば、ＥＣＭ８は、電圧センサ５０の検出値と電圧センサ３９の検出値との差、すなわち、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ以上であるか否かを判断する。ＥＣＭ８は、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ未満となるまで、ラジエタファン１１、電動水ポンプ１２及び電動負圧ポンプ１３などの一般負荷４の駆動量を段階的に変化させることにより、鉛電池６にかかる電気負荷を上げる。

ＥＣＭ８は、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ未満に収まったことを契機として、接続スイッチ３４をオンにするようにＢＭＳ３５に指示をする。

ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３の発電トルクを制御する発電制御部５２としての機能を有する。ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３によって発電する際は、発電トルクの増加率を所定値以内に収めながら周期的に変化させる。

２つのバッテリ間が接続された後には、ＩＳＧ３の発電により２つのバッテリが充電される。ＥＣＭ８は、鉛電池６及びリチウムイオン電池３０の電圧が目標値となるまで、電圧の変化率が小さい期間と、電圧の変化率が大きい期間とを、周期的に組み合わせながら発電トルクを上昇させる。ＥＣＭ８は、乗員に与える違和感を与えない範囲で負荷量を変化させる。この範囲は、ＥＣＭ８のＲＯＭに事前に記憶されている。

例えば、ＥＣＭ８は、２つのバッテリの残容量が目標量となるまで、第１期間Ｔ１と、第１期間Ｔ１よリ長い第２期間Ｔ２とに１つの周期を分けて、ＩＳＧ３の発電トルクを周期的に増加させる。

ＥＣＭ８は、第１期間Ｔ１におけるＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ１で上昇し、第２期間Ｔ２におけるＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ１より低い増加率ｄ２で上昇するように制御する。第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、増加率ｄ１及び増加率ｄ２は、それぞれ予め定められた値である。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置のバッテリ接続動作について図２を参照して説明する。なお、以下に説明するバッテリ接続動作は、エンジン２が再始動してから２つのバッテリの接続が完了するまで、繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＭ８は、２つのバッテリの間の電圧の差が所定値ＴＨｖ以上であるか否かを判断する。すなわち、ＥＣＭ８は、電圧センサ５０の検出値（以下、「Ｐｂ電池電圧」ともいう）から電圧センサ３９の検出値（以下、「Ｌｉ電池電圧」ともいう）を引いた値が所定値ＴＨｖ以上であるか否かを判断する。

Ｐｂ電池電圧からＬｉ電池電圧を引いた値が所定値ＴＨｖ以上であると判断した場合には、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作をステップＳ２に進める。Ｐｂ電池電圧からＬｉ電池電圧を引いた値が所定値ＴＨｖ以上でないと判断した場合には、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作をステップＳ３に進める。

ステップＳ２において、ＥＣＭ８は、鉛電池６にかかる電気負荷を上げる。ステップＳ２の処理を実行した後、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作を終了する。ステップＳ３において、ＥＣＭ８は、２つのバッテリを接続する。ステップＳ３の処理を実行した後、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作を終了する。

本発明の実施の形態に係る車両の充放電装置の充電動作について図３を参照して説明する。なお、以下に説明する充電動作は、バッテリ接続動作によって２つのバッテリが接続された後に、２つのバッテリの充電が開始されてから２つのバッテリの充電が完了するまで、繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１において、ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３が発電を開始していなければ、ＩＳＧ３が発電を開始するように制御する。ステップＳ１１の処理を実行した後、ＥＣＭ８は、充電動作をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、ＥＣＭ８は、第１期間Ｔ１であるか否かを判断する。第１期間Ｔ１であると判断した場合には、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作をステップＳ１３に進める。第１期間Ｔ１でない、すなわち、第２期間Ｔ２であると判断した場合には、ＥＣＭ８は、バッテリ接続動作をステップＳ１４に進める。

ステップＳ１３において、ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３の発電トルクを増加率ｄ１で上昇させる。ステップＳ１３の処理を実行した後、ＥＣＭ８は、充電動作を終了する。ステップＳ１４において、ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３の発電トルクを増加率ｄ２で上昇させる。ステップＳ１４の処理を実行した後、ＥＣＭ８は、充電動作を終了する。

リチウムイオン電池は、鉛電池より内部抵抗が低いので、充電性能が高いことが特徴の１つであり、リチウムイオン電池と鉛電池を接続した状態で充電すると、先にリチウムイオン電池の充電が完了する。

したがって、上述した充電動作において、ＥＣＭ８は、リチウムイオン電池３０の充電が完了した場合には、接続スイッチ３４をオフにするようにＢＭＳ３５に指示する。その後、鉛電池６の充電が完了した場合には、ＩＳＧ３に発電を停止させる。

以上で説明したバッテリ接続動作の作用について図４を参照して説明する。図４において、横軸は、時刻を表し、縦軸は、上から、エンジン２の作動状態と、接続スイッチ３４の状態と、鉛電池６（図中、「Ｐｂ」と記す）及びリチウムイオン電池３０（図中、「Ｌｉ」と記す）の電圧と、一般負荷４の負荷量とを表している。

時刻ｔ１において、エンジン２が停止され、モータジェネレータのみの動力で車両１が駆動される。時刻ｔ２において、鉛電池６又はリチウムイオン電池３０の少なくとも一方の充電が必要になると、ＥＣＭ８は、２つのバッテリの電圧の差が所定値ＴＨｖ未満に収まるように一般負荷４の駆動量を段階的に変化させる。

時刻ｔ３において、エンジン２が作動する。時刻ｔ４において、２つのバッテリの電圧の差が所定値ＴＨｖ未満になると、ＥＣＭ８によって制御されたＢＭＳ３５により接続スイッチ３４がオンにされ、鉛電池６とリチウムイオン電池３０とが接続される。

以上で説明した充電動作の作用について図５を参照して説明する。図５において、横軸は、時刻を表し、縦軸は、上から、エンジン２の作動状態と、接続スイッチ３４の状態と、ＩＳＧ３の発電トルクと、鉛電池６（図中、「Ｐｂ」と記す）及びリチウムイオン電池３０（図中、「Ｌｉ」と記す）の電圧とを表している。

時刻ｔ４において、鉛電池６とリチウムイオン電池３０とが接続され、時刻ｔ５において、鉛電池６とリチウムイオン電池３０との充電が開始される。時刻ｔ５から第１期間Ｔ１が経過する時刻ｔ６までは、ＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ１で上昇する。時刻ｔ６から第２期間Ｔ２が経過する時刻ｔ７までは、ＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ２で上昇する。

時刻ｔ７から第１期間Ｔ１が経過する時刻ｔ８までは、ＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ１で上昇する。時刻ｔ８から第２期間Ｔ２が経過する時刻ｔ９までは、ＩＳＧ３の発電トルクが増加率ｄ２で上昇する。

このように、ＩＳＧ３の発電トルクは、増加率を所定範囲内に収めながら周期的に変化する。その後、リチウムイオン電池３０の充電が完了した場合には、接続スイッチ３４がオフにされ、鉛電池６の充電が完了した場合には、ＩＳＧ３による発電が停止する。

以上のように、本実施の形態は、２つのバッテリを電気的に接続するときに、電気負荷にかかる電圧が急激に変化することを防止できる。したがって、本実施の形態は、灯器類の輝度及びファンの駆動音の変化を抑制し、乗員に与える違和感を抑制することができる。

また、本実施の形態は、発電トルクの増加率を周期的に変化させながら増加させることで、より短時間で目標の発電量に到達させることができる。

また、本実施の形態は、発電トルクの増加率を一定範囲内に収めることで、灯器類の輝度及びファンの駆動音の変化を乗員に感じさせない程度に抑えることができる。

なお、本実施の形態において、２つのバッテリの電圧の差が所定値ＴＨｖ以上である例として、Ｐｂ電池電圧がＬｉ電池電圧よりも高い場合について説明したが、Ｐｂ電池電圧がＬｉ電池電圧よりも低い場合がある。この場合には、ＥＣＭ８は、ＩＳＧ３の駆動量を増加させることで、Ｐｂ電池電圧を上昇させていく。

また、本実施の形態において、本発明に係る発電機としてＩＳＧを適用した例について説明したが、オルタネータなど発電が可能なものであれば、本発明に係る発電機として適用することができる。

以上、本発明の実施の形態について開示したが、本発明の範囲を逸脱することなく本実施の形態に変更を加えられ得ることは明白である。本発明の実施の形態は、このような変更が加えられた等価物が特許請求の範囲に記載された発明に含まれることを前提として開示されている。

１車両
３ＩＳＧ（発電機）
４一般負荷（電気負荷）
６鉛電池（バッテリ）
３４接続スイッチ
３９電圧センサ
５０電圧センサ
５１負荷量制御部
５２発電制御部

Claims

充電特性が異なる２つのバッテリを備える車両の充放電装置であって、
前記２つのバッテリの少なくとも一方にかかる電気負荷量を制御する負荷量制御部と、
前記２つのバッテリを電気的に接続又は遮断させる接続スイッチと、を備え、
前記負荷量制御部は、前記２つのバッテリの電圧の差が所定値を超えた状態で前記２つのバッテリを電気的に接続する場合には、前記２つのバッテリの電圧の差が所定値未満に収まるように前記電気負荷量を段階的に変化させてから、前記２つのバッテリを接続することを特徴とする車両の充放電装置。
前記２つのバッテリを充電する電力を発電する発電機と、
前記発電機の発電トルクを制御する発電制御部と、を備え、
前記発電制御部は、前記発電機によって発電する場合には、発電トルクの増加率を所定値以内に収めながら周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両の充放電装置。