(57)【要約】【課題】電力変換器を起動可能にするタイミングを変えることにより、補機系負荷に電力を供給する電池への負荷を分散し、該電池の劣化を抑制とシステムダウン回避する充電制御装置および充電制御方法を提供する。【解決手段】補機系の第１の負荷に電力を供給する第１の電池２０と、第２の負荷に電力を供給する第２の電池１４と、第１の電池２０から第２の電池１４への充電をする際に用いる第１の電力変換器２１と、第２の負荷に電力を供給する際に用いる第２の電力変換器１３と、第２の電池１４の充電率が予め決められた充電率閾値より大きいと判定された場合に第１の電力変換器２１を起動させず、充電率が充電率閾値以下と判定された場合に第１の電力変換器２１を起動可能な状態にさせる、起動判定制御をする制御部７と、を備える充電制御装置である。【選択図】図１
2015120463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補機系の第１の負荷に電力を供給する第１の電池と、
第２の負荷に電力を供給する第２の電池と、
前記第１の電池から前記第２の電池への充電をする際に用いる第１の電力変換器と、
前記第２の負荷に電力を供給する際に用いる第２の電力変換器と、
前記第２の電池の充電率が予め決められた充電率閾値より大きいと判定された場合に前記第１の電力変換器を起動させず、前記充電率が前記充電率閾値以下と判定された場合に前記第１の電力変換器を起動可能な状態にさせる、起動判定制御をする制御部と、
を備えることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電制御装置であって、
前記制御部は、前記第１の電池から前記第１の負荷へ電力供給を開始する際に、前記起動判定制御を行う、ことを特徴とする充電制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の充電制御装置であって、
前記制御部は、前記第１の電池から前記第１の負荷へ電力供給を開始する際に、前記充電率が前記充電率閾値より大きいと判定された場合で、前記第１の電池の電圧が予め決められた電圧閾値以上である場合に、前記第１の電力変換器を起動可能にさせる、ことを特徴とする充電制御装置。
【請求項４】
補機系の第１の負荷に電力を供給する第１の電池と、第２の負荷に電力を供給する第２の電池と、前記第１の電池から前記第２の電池への充電をする際に用いる第１の電力変換器と、前記第２の負荷に電力を供給する際に用いる第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の起動判定制御を行う制御部と、を備える充電制御装置の充電制御方法であって、
前記制御部が、前記第２の電池の充電率が予め決められた充電率閾値より大きいと判定された場合に前記第１の電力変換器を起動させず、前記充電率が前記充電率閾値以下と判定された場合に前記第１の電力変換器を起動可能な状態にさせる、処理を実行することを特徴とする充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池への充電を制御する充電制御装置および充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気を過給する過給機の補助に用いられる電動過給機に電力を供給するリチウムイオン電池への充電は、車両に搭載されている補機やシステムなどの補機系負荷に電力を供給する鉛電池からＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換器を介して行われている。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータを起動させた場合、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に設けられているコンデンサなどを有する入力側回路の影響により、鉛電池からＤＣ／ＤＣコンバータの入力側回路へ電流が流れて鉛電池の電圧が低下してしまうことがある。また、車両に搭載されている補機やシステムを起動する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータを起動した場合には、鉛電池からＤＣ／ＤＣコンバータへ電流が流れるとともに、補機系負荷へも電流が流れるため、鉛電池の電圧がさらに低下することになる。その結果として、鉛電池の電圧が過放電電圧を下回った場合には鉛電池の劣化の原因となる。また、鉛電池の電圧低下により補機やシステムの制御ができなくなることがある（システムダウン）。
【０００３】
関連する技術として、内燃機関のアイドル回転の安定を図りつつ、低温下におけるＤＣ／ＤＣコンバータ起動時において蓄電池（例えば鉛電池）からの放電を抑制して、蓄電池の一時的な電圧低下を防止することができるハイブリット車両とその制御方法が提案されている。例えば、特許文献１を参照。
【０００４】
しかしながら、上記提案を実施したとしても、補機やシステムを起動する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータが起動された場合に、鉛電池の電圧低下に伴う鉛電池の劣化やシステムダウンという問題は依然として解決されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電力変換器を起動可能にするタイミングを変えることにより、補機系負荷に電力を供給する電池への負荷を分散し、該電池の劣化を抑制するとともにシステムダウンを回避する充電制御装置および充電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の態様のひとつである充電制御装置は、第１の電池、第２の電池、第１の電力変換器、第２の電力変換器、制御部を有する。
第１の電池は補機系の第１の負荷に電力を供給する。第２の電池は第２の負荷に電力を供給する。
【０００８】
第１の電力変換器は第１の電池から第２の電池への充電をする際に用いられる。第２の電力変換器は第２の負荷に電力を供給する際に用いられる。
制御部は、第２の電池の充電率が予め決められた充電率閾値より大きいと判定された場合に第１の電力変換器を起動させず、充電率が充電率閾値以下と判定された場合に第１の電力変換器を起動可能な状態にさせる、起動判定制御をする。
【発明の効果】
【０００９】
本実施の形態によれば、電力変換器を起動可能にするタイミングを変えることにより、補機系負荷に電力を供給する電池への負荷を分散し、該電池の劣化を抑制するとともにシステムダウンを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、電動過給機を有する車両に搭載される装置の一実施例を示す図である。
【図２】図２は、起動判定制御について説明するための図である。
【図３】図３は、制御部の動作の一実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面に基づいて実施形態について詳細に説明する。
図１は、電動過給機を有する車両に搭載される装置の一実施例を示す図である。図１に示す装置１は内燃機関２、過給機３、電動過給機４、電池パック５、電力供給部６、制御部７などを有する。
【００１２】
内燃機関２は出力軸８を備え、本例ではその出力軸８に駆動輪９が連結されている。過給機３は内燃機関２に強制的に空気を送り込む装置で、内燃機関２の出力をより大きくさせる。なお、配管１０（網掛け点パターン部分）は過給に用いられる配管などである。
【００１３】
電動過給機４は、圧縮機１１、電動機１２（第２の負荷）を有し、内燃機関２に強制的に空気を送り込む装置で、過給機３の補助などをするものである。圧縮機１１を駆動する電動機１２への電力はインバータ１３（第２の電力変換器）から供給される。
【００１４】
インバータ１３は制御部７からの指示に基づいて電動機１２へ電力を供給する。
電池パック５は、第２の電池１４、温度検出部１５、電流検出部１６、充電状態算出部１７、記憶部１８を備え、電動過給機４に電力を供給する。第２の電池１４は１つ以上の二次電池を有する組電池で、電力供給部６から供給される電力により充電される。第２の電池１４で用いる二次電池はリチウムイオン電池などの短時間での充放電が可能な二次電池であることが望ましい。なお、二次電池はリチウムイオン電池に限定されるものではなく、ニッケル・水素充電池（Ｎｉ−ＭＨ）、鉛電池、キャパシタなどの蓄電素子を用いてもよい。温度検出部１５は第２の電池１４の温度または電池パック５の周辺温度を検出するセンサや素子などで、例えば、サーミスタを用いて計測することが考えられる。電流検出部１６は第２の電池１４に流れる電流を検出するセンサや素子などで、シャント抵抗やカレントトランスを用いて計測することが考えられる。また、本例では電池パック５は、第２の電池１４、温度検出部１５、電流検出部１６、充電状態算出部１７、記憶部１８を備えているが、各部１４〜１８はパック（一体構造）にしなくてもよい。
【００１５】
充電状態算出部１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いた回路が考えられ、記憶部１８に記憶されている後述する充電率などの充電状態を表す値を算出などするプログラムを、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵまたはプログラマブルなデバイスが読み出して実行する。充電状態算出部１７は、第２の電池１４の電圧、温度検出部１５により検出される温度、電流検出部１６により検出される電流などを用いて、第２の電池１４の充電率（第２の電池１４の満充電容量［Ａｈ］に対する現在の充電容量［Ａｈ］の割合［％］を示す値：State of Charge（ＳＯＣ））を求める。例えば、第２の電池１４の電圧［Ｖ］と第２の電池１４の充電率とが対応付けられた情報を記憶部１８から読み出し、その情報を参照することにより、第２の電池１４の電圧［Ｖ］に対応する第２の電池１４の充電率を取得する。また、（電流検出部１６により検出される電流を時間経過とともに積算した電流量［Ａｈ］）／（第２の電池１４の満充電容量［Ａｈ］）×１００［％］を計算することによって、第２の電池１４の充電率を求める。なお、第２の電池１４の満充電容量は、実際の容量あるいは製品の公称値などを用いることが考えられる。記憶部１８はRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリで、パラメータ値、変数値などのデータを記憶してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。なお、記憶部１８の替わりに充電状態算出部１７に設けられている記憶部を用いてもよい。また、記憶部１８は電池パック５の外部に設けてもよい。
【００１６】
電力供給部６は、オルタネータ１９（発電機）、第１の電池２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１（第１の電力変換器）を有している。オルタネータ１９（発電機）は出力軸８に連結され、出力軸８の回転エネルギー（動力）を利用して発電をし、発電された電力は二次電池である第１の電池２０に充電される。また、オルタネータ１９により発電される電力は、ブレーキ回生として発電される電力も含む。なお、オルタネータ１９により発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して電池パック５の第２の電池１４に供給してもよい。第１の電池２０は車両に搭載されている補機やシステム（図２に示す補機・システム２２：第１の負荷）に電力を供給するための二次電池で、鉛電池などが考えられる。ただし、第１の電池２０は鉛電池に限定されるものではない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、第１の電池２０から出力される電圧を電池パック５の第２の電池１４に充電可能な電圧に変換し、第１の電池２０から第２の電池１４に充電をさせる。なお、本例ではＤＣ／ＤＣコンバータ２１を用いて説明をしたが、第１の電池２０から第２の電池１４に充電可能な電力変換器であればよい。
【００１７】
制御部７は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤなど）を用いた回路で、制御部７の有する記憶部に記憶されている各部を制御するプログラムを読み出して実行する。なお、本例においては制御部７を用いて説明をするが、制御部７が実行する制御を車両に搭載されている複数のElectronic Control Unit（ＥＣＵ）に行わせてもよい。記憶部はＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリで、パラメータ値、変数値などのデータを記憶してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。なお、記憶部は制御部７と別に設けてもよい。
【００１８】
制御部７は、第１の電池２０の電圧、充電状態算出部１７で求めた第２の電池１４の充電率などに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御し、第１の電池２０から電池パック５に電力を供給させる。また、外部から電動過給機４を駆動させるための指示を受信すると、充電状態算出部１７から取得した第２の電池１４の充電率や記憶部１８に記憶されている情報などに基づいて、インバータ１３の出力制御をする。
【００１９】
制御部７のＤＣ／ＤＣコンバータの起動判定制御について説明する。
図２は、起動判定制御について説明するための図である。第１の電池２０から車両に搭載されている補機やシステム（補機・システム２２）へ電力供給を開始する際、例えば、システム起動時（イグニッションスイッチのオン時）などに、第１の電池２０と第２の電池１４が十分に充電されている場合には、制御部７がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動または起動可能にさせても、第１の電池２０の電圧が過放電電圧を下回ることによる第１の電池２０の劣化や、第１の電池２０の電圧低下による補機やシステムの制御ができなくなる（システムダウン）といった問題は発生しない。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動して、第１の電池２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して出力された電力と、第２の電池１４から出力された電力と、を用いて、インバータ１３を介して電動機１２を駆動することができる。
【００２０】
なお、第１の電池２０が十分に充電されている場合とは、例えば、第１の電池２０の電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１起動時と同タイミングで補機やシステムへ電力供給をしてもシステムダウンしない電圧（電圧閾値）以上の場合である。第２の電池１４が十分に充電されている場合とは、例えば、第２の電池１４の充電率がインバータ１３を介して電動機１２を駆動するのに必要な電力に対応する充電率（充電率閾値）より大きい場合である。充電率閾値と電圧閾値は、例えば、記憶部に記憶されている。
【００２１】
また、起動可能とは、制御部７から出力された起動可能信号を受信したＤＣ／ＤＣコンバータ２１がレディー状態になったことを示している。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力側に突入電流防止用の平滑コンデンサなどがある場合に起動可能信号を受信するとこのコンデンサにプリチャージがされ、起動信号を受信すればいつでもＤＣ／ＤＣコンバータ２１が駆動できる状態である。起動とは、制御部７から出力された起動信号を受信したＤＣ／ＤＣコンバータ２１を駆動させることで、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１にスイッチング動作などを開始させることである。
【００２２】
続いて、第２の電池１４の充電の不足により第２の電池１４が電動機１２およびインバータ１３を駆動できなくなることは回避しなければならない。そのため、第２の電池１４の充電が不足している場合（第２の電池１４の充電率が充電率閾値以下の場合）には、制御部７がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動させ、第１の電池２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して第２の電池１４に充電ができるようにさせる。
【００２３】
また、第２の電池１４の充電が、インバータ１３を介して電動機１２を駆動可能にされている場合には、補機やシステムへ電力供給を開始する際に、第２の電池１４への充電をしなくてもよいので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動可能にさせるタイミングをずらすことができる。すなわち、第１の電池２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２１へ電力を供給する（または電流２３が流れる）タイミングと補機やシステムへ電力を供給する（または電流２４が流れる）タイミングとをずらすことにより、第１の電池２０への負荷を分散することができる。
【００２４】
さらに、第２の電池１４の充電が、インバータ１３を介して電動機１２を駆動可能にされている場合に、補機やシステムへ電力供給を開始する際に、第１の電池２０の電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１起動時に、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧に達していないときは、制御部７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動するタイミングを、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧に達したのちにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動させる。従って、第１の電池２０の電圧が低下したとしても過放電電圧を下回ることによる劣化を抑制できるとともに、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧に達しているのでシステムダウンを回避することができる。
【００２５】
なお、第１の電池２０の電圧が電圧閾値以上で且つ第２の電池１４の充電率が充電率閾値より大きい場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動した場合は、第１の電池２０から第２の電池１４への充電を徐々に行うように、制御部７が電力供給部６の各部を制御してもよい。例えば、第１の電池２０の電圧と第２の電池１４の充電率とに基づいて、なるべく第１の電池２０の電圧が電圧閾値以上で且つ第２の電池１４の充電率が充電率閾値より大きくなるように、充電電流と充電時間を決めて充電をしてもよい。なお、充電電流は定電流でもよい。
【００２６】
制御部の起動判定制御について説明する。
図３は、制御部の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ１では、第１の電池２０から補機・システム２２などの負荷へ電力供給を開始する際に、制御部７が第２の電池１４の充電率が決められた充電率閾値以下であるか否を判定し、充電率が充電率閾値以下と判定された場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ３に移行する。すなわち、第２の電池１４の充電不足により第２の電池１４が電動機１２およびインバータ１３を駆動できなくなることは回避しなければならないため、第２の電池１４の充電が不足している場合には、制御部７がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動可能にさせるためにステップＳ３に移行する。また、ステップＳ１で充電率が充電率閾値より大きいと判定された場合（Ｎｏ）にはステップＳ２に移行する。
【００２７】
ステップＳ１において、第２の電池１４の充電が、インバータ１３を介して電動機１２を駆動可能にされている場合であれば、補機やシステムへ電力供給を開始する際に、第２の電池１４への充電をしなくてもよいので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動可能にさせるタイミングをずらすことができる。すなわち、第１の電池２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２１へ電力を供給する（または電流２３が流れる）タイミングと補機やシステムへ電力を供給する（または電流２４が流れる）タイミングとをずらすことにより、第１の電池２０への負荷を分散することができる。
【００２８】
ステップＳ２では、制御部７が第１の電池２０の電圧が予め決められた電圧閾値以上であるか否かを判定し、第１の電池２０の電圧が電圧閾値以上と判定された場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ３に移行し、第１の電池２０の電圧が電圧閾値より低いと判定された場合（Ｎｏ）にはステップＳ１に移行する。第２の電池１４の充電がインバータ１３を介して電動機１２を駆動可能な場合に、補機やシステムへ電力供給を開始する際に、第１の電池２０の電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１起動時に、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧に達していないと判定したときは、制御部７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動するタイミングを、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１起動時に、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧と判定したのちにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動させる。従って、第１の電池２０の電圧が低下したとしても過放電電圧を下回ることによる劣化を抑制できるとともに、補機やシステムを駆動するのに十分な電圧に達しているのでシステムダウンを回避することができる。
【００２９】
ステップＳ３では、制御部７がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動可能な状態にする。
なお、ステップＳ２において、第１の電池２０の電圧が電圧閾値以上で且つ第２の電池１４の充電率が充電率閾値より大きい場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を起動した場合は、第１の電池２０から第２の電池１４への充電を徐々に行うように、制御部７が電力供給部６の各部を制御してもよい。例えば、第１の電池２０の電圧と第２の電池１４の充電率とに基づいて、なるべく第１の電池２０の電圧が電圧閾値以上で且つ第２の電池１４の充電率が充電率閾値より大きくなるように、充電電流と充電時間を決めて充電をしてもよい。なお、充電電流は定電流でもよい。
【００３０】
本実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１などの第１の電力変換器を起動可能にするタイミングを変えることにより、補機系負荷に電力を供給する電池への負荷を分散して、該電池の劣化を抑制するとともにシステムダウンを回避することができる。
【００３１】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  装置、
２  内燃機関、
３  過給機
４  電動過給機
５  電池パック
６  電力供給部、
７  制御部、
８  出力軸、
９  駆動輪、
１０  配管、
１１  圧縮機、
１２  電動機、
１３  インバータ、
１４  第２の電池
１５  温度検出部
１６  電流検出部
１７  充電状態算出部、
１８  記憶部、
１９  オルタネータ、
２０  第１の電池、
２１  ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２２  補機・システム、
【図２】
2015120463.tif 000003
【図３】
2015120463.tif 000004
【図１】
2015120463.tif 000005