(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機類の定格電圧に維持しつつ、ドライバビリティの低下を抑制することのできる電源制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】電源制御装置はＰＭＣＵ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ１８を備えている。ＰＭＣＵ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度上昇に応じて二次電池１２の出力電圧のカットオフ値（下限値）を引き上げる。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１６の高温時であってもその出力電圧を補機類３２の定格電圧に維持することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の低温時においてはカットオフ値を引き上げないことから、低温時においてもドライバビリティを悪化させることはない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された回転電機及び補機類の電源となる二次電池の出力制御を行う電源制御装置であって、
前記二次電池の出力電圧の下限値を設定し、前記出力電圧が前記下限値を下回らないように前記二次電池の出力電力を制御する制御部と、
前記二次電池と前記補機類との間に接続され前記二次電池の出力電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータの温度を検知し、前記検知した温度を前記制御部に送る温度センサと、
を備え、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度に応じて前記二次電池の出力電圧の下限値を設定することを特徴とする、電源制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源制御装置であって、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度上昇に応じて前記二次電池の出力電圧の下限値を引き上げることを特徴とする、電源制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源制御装置であって、
前記二次電池の温度を検知し、前記検知した温度を前記制御部に送る二次電池用温度センサを備え、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度及び前記二次電池の温度に応じて前記二次電池の出力電圧の下限値を設定することを特徴とする、電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を駆動源とする電池車両や、内燃機関と回転電機を駆動源とするハイブリッド車両においては、回転電機に電力を供給したり回転電機からの回生電力を蓄積する二次電池が設けられている。二次電池は例えば複数個のセルを積層したモジュールとして構成されている。
【０００３】
二次電池は出力電力量や充電状態（ＳＯＣ）に応じて電圧値が変動する。電圧値が低下したまま放電が継続されるといわゆる過放電の状態となり二次電池の劣化につながる。そこで例えば特許文献１、２においては二次電池の出力電圧値に対して予め制御下限値（カットオフ値）を設定し、二次電池の出力電圧がこのカットオフ値を下回らないように出力状態を制御している。ここで、予め実験等により二次電池の出力電圧の過放電領域が求められ、さらにこの過放電領域に基づいて二次電池が出力し得る許容最低値が定められる。従来技術においてはこの許容最低値がカットオフ値となる。
【０００４】
二次電池の出力電圧の制御は以下のようにして行われる。すなわち、図７上段に示されているように、車両の急加速時等の高負荷運転状態においては二次電池から回転電機に大量の電力が供給され、これに伴って二次電池の出力電圧が低下してカットオフ値を割り込む場合がある。このような場合において二次電池の出力状態を制御する電源制御装置は、図７下段に示すように二次電池の出力電力を絞る、つまり回転電機に供給する電力を要求電力から所定割合減少させる。出力電力を絞ることにより、二次電池の出力電圧値はカットオフ値以上に回復する。この、カットオフ値を割り込んだ二次電池の出力電圧値をカットオフ値以上に回復させる制御を以下では「カットオフ制御」と呼ぶ。
【０００５】
また、二次電池は回転電機に電力を供給する他にも車両の補機類にも電力を供給している。補機類とは、車両を走行させる動力となる機器（主機）以外の電気機器であって、車両のランプやオーディオ等のいわゆるアクセサリや、車両始動時にこれらの機器に電力を送る補器用バッテリを含む。ここで、補機類の定格電圧（例えば１０〜２０Ｖ）は二次電池の出力電圧（例えば２００Ｖ〜３００Ｖ）よりも低く設定されており、二次電池と補機類との間には二次電池の出力電圧を降下させるＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータはいわゆる絶縁型であり、スイッチング素子およびトランスが設けられている。例えば特許文献３−５に示されているように、ＤＣ／ＤＣコンバータはスイッチング素子のオン・オフの比率（デューティ）及びトランスの巻数比に応じて二次電池の出力電圧を補機類の定格電圧まで降下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８４４７６号公報
【特許文献２】特開２００９−１６６５１３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２８８２５号公報
【特許文献４】特開２００６−２８８０４７号公報
【特許文献５】特開平１１−１３６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータは高温になるとスイッチング素子の抵抗（いわゆるオン抵抗）が高くなって回路損失が増加し、出力電圧が低下することが知られている。また、近年、二次電池の小型化、軽量化の要請を受けて、セルの個数を従来より減らした小出力の二次電池が開発されている。
【０００８】
小型化された二次電池はセル数が減る分許容最低値が低減する。この場合において、二次電池の出力電圧が許容最低値であって、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータが高温であると、ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧率を最小にしても出力電圧が降下され過ぎて補機類の定格電圧を下回ってしまう場合がある。これを解決するための手段として、二次電池の許容最低値よりも所定割合増加させた電圧値を出力電圧のカットオフ値として設定し、つまりカットオフ値を嵩上げし、高温時であってもＤＣ／ＤＣコンバータが二次電池の出力電圧を補機類の定格電圧に降下できるように制御することが考えられる。
【０００９】
一方、カットオフ値を許容最低値より嵩上げすると、カットオフ制御が頻繁に実行され、ドライバビリティ（運転特性）が低下するという別の問題が生じる。カットオフ値を二次電池の許容最低値よりも高い値に設定すると、カットオフ値を許容最低値に設定した場合よりも二次電池の出力電圧値がカットオフ値を割り込む頻度が高くなる。その結果カットオフ制御の実行頻度が高くなってしまう。前述した様にカットオフ制御によって二次電池から回転電機に供給される電力は要求電力よりも少なくなる。カットオフ制御の頻度が高くなると回転電機の出力が不足して加速が鈍くなるなど、運転者の出力要求への追従性が低下する、すなわちドライバビリティが低下してしまう。
【００１０】
そこで本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機類の定格電圧に維持しつつ、ドライバビリティの低下を抑制することのできる電源制御装置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】
【００１１】
本発明は、車両に搭載された回転電機及び補機類の電源となる二次電池の出力制御を行う電源制御装置に関するものである。電源制御装置は、二次電池の出力電圧の下限値を設定し、出力電圧が下限値を下回らないように二次電池の出力電力を制御する制御部と、二次電池と補機類との間に接続され二次電池の出力電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータの温度を検知し、検知した温度を制御部に送る温度センサと、を備える。制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度に応じて二次電池の出力電圧の下限値を設定する。
【００１２】
また、上記発明において、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度上昇に応じて二次電池の出力電圧の下限値を引き上げることが好適である。
【００１３】
また、上記発明において、二次電池の温度を検知し、検知した温度を制御部に送る二次電池用温度センサを備え、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度及び二次電池の温度に応じて二次電池の出力電圧の下限値を設定することが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を補機類の定格電圧に維持しつつ、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電源制御装置およびその周辺機器を例示するブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電源制御装置による二次電池制御を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る電源制御装置による二次電池制御を実行するフローチャートを例示する図である。
【図４】本実施形態に係る電源制御装置による二次電池制御を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る電源制御装置による二次電池制御を説明する図である。
【図６】二次電池の出力電力制限について説明する図である。
【図７】カットオフ制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態に係る電源制御装置およびその周辺機器のブロック図を図１に示す。図１に示された機器は図示しない車両に搭載される。車両は好適には内燃機関および回転電機を駆動源とするいわゆるハイブリッド車両である。
【００１７】
本実施形態に係る電源制御装置は、パワーマネジメントコントロールユニット１０（以下、ＰＭＣＵと呼ぶ）と、二次電池１２の温度を検知し、検知した温度をＰＭＣＵ１０に送る二次電池用温度センサ１４とを含んで構成されている。さらに好適には、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度を検知し、検知した温度をＰＭＣＵ１０に送るＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ１８を含んで構成されている。
【００１８】
ＰＭＣＵ１０は例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータから構成されている。  また、二次電池１２は好適にはニッケル水素電池のセルを積層したバッテリーモジュールから構成されている。また、本実施形態においては二次電池１２の小型化のため従来のセルの積層数（例えば１６８セル）から所定数のセルを（例えば１２セル）差し引いている。この結果、二次電池の出力電圧は従来の出力電圧範囲（例えば許容最低値２０４〜許容最高値３３０Ｖ）よりも低く（例えば許容最低値１９２Ｖ〜許容最高値３１８Ｖ）なっている。
【００１９】
また、ＰＭＣＵ１０はモータ／ジェネレータエレクトニックコントロールユニット２０（以下、ＭＧＥＣＵと呼ぶ）と通信可能に接続されている。さらに、二次電池１２には平滑コンデンサ２２、昇圧コンバータ２４、インバータ２６が電気的に接続され、さらにインバータ２６には回転電機ＭＧ１およびＭＧ２が接続されている。また、ＰＭＣＵ１０に二次電池１２の電流値及び電圧値を送るため、電流センサと電圧センサ（図示せず）が二次電池１２の周囲に設けられている。
【００２０】
ＭＧＥＣＵ２０はＰＭＣＵ１０と同様、ＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータから構成されている。また、回転電機ＭＧ１は内燃機関の出力により発電を行い、またエンジン始動時にはスタータの役割を持つジェネレータとして機能する。また、回転電機ＭＧ２は内燃機関の出力を補助し、また図示しない回生ブレーキによる発電を行うモータとして機能する。なお、回転電機ＭＧ１およびＭＧ２は好適には永久磁石モータまたはリラクタンスモータから構成される。
【００２１】
また、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２やインバータ２６と並列に、補機類３２が二次電池１２に接続されている。補機類３２とは車両を走行させる動力となる機器（主機）以外の電気機器であって、好適には、照明機器、ドアロックシステム、パワーウィンドウシステム、オーディオや車両始動時にこれらの機器に電力を送る補器用バッテリを含む。また、補機類の定格電圧（例えば１０〜２０Ｖ）は二次電池の出力電圧（例えば１９２Ｖ〜３１８Ｖ）よりも低く設定されている。そのため、二次電池の出力電圧を補機類の定格電圧まで降下させるために、二次電池１２と補機類３２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１６が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、好適にはフルブリッジ・コンバータから構成されている。
【００２２】
さらに、前述したＤＣ／ＤＣコンバータ１６、昇圧コンバータ２４、インバータ２６を冷却するため、これらの機器を経路に含む冷却流路２８と、冷却流路２８に冷却流体（好適には冷却液）を循環させる循環ポンプ３０が設けられている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６よりも上流側の冷却流路２８における冷却流体の温度を測定し、この測定値をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度とみなしている。しかし、この形態に限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度を直接測定してもよく、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の周囲のいわゆる雰囲気温度をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度とみなしてもよい。
【００２４】
次に、前述した各構成のうち、ＰＭＣＵ１０、ＭＧＥＣＵ２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の作用について説明する。ＰＭＣＵ１０は、図示しない車両のアクセル開度に応じて運転者の要求出力を演算し、当該要求出力を回転電機ＭＧ２の出力と図示しない内燃機関の出力とに分配する。この出力分配にあたり、ＰＭＣＵ１０は二次電池１２の状態（ＳＯＣ、電圧値、電流値、温度等）を参照して二次電池１２が出力可能な電力量を算出し、その上で回転電機ＭＧ２の出力、すなわち二次電池１２が回転電機ＭＧ２に供給すべき電力（要求電力）を算出する。
【００２５】
また、ＰＭＣＵ１０は、二次電池１２の出力電圧についてカットオフ値（制御下限値）を設定している。なお本実施形態においては、ＰＭＣＵ１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度に応じてカットオフ値を変更している。これについては後述する。
【００２６】
また、ＰＭＣＵ１０は前述したカットオフ制御を行う。車両の急加速時等の高負荷運転状態においては二次電池１２に対する要求電力が大きくなり、これに伴って二次電池１２から大電流が流れる。その結果二次電池１２の内部抵抗が増加して出力電圧（端子電圧）が低下する。このときＰＭＣＵ１０は、二次電池１２の出力電圧がカットオフ値を下回らないように二次電池１２の出力電力を制限する。具体的には、二次電池１２の出力電圧がカットオフ値を割り込むと、ＰＭＣＵ１０は電力量を絞る、つまり要求電力から所定割合減らした電力を二次電池１２の出力電力とする。これにより二次電池１２の電流量が減って内部抵抗が低減し、二次電池１２の出力電圧がカットオフ値以上に回復する。
【００２７】
また、ＰＭＣＵ１０は、出力の分配や電源の制御の他にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６におけるスイッチング素子のオン・オフ制御や、ＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ１８からの温度情報に基づく循環ポンプ３０の運転制御も行っている。
【００２８】
また、ＭＧＥＣＵ２０はＰＭＣＵ１０から受信した電力値（要求電力値）に応じて昇圧コンバータ２４及びインバータ２６の制御を行う。二次電池１２から出力された電力は昇圧コンバータ２４及びインバータ２６の駆動により昇圧・変換されて回転電機ＭＧ２に供給される。
【００２９】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、図示しないＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子のオン・オフの比率（デューティ）及びトランスの巻数比に応じて二次電池１２の出力電圧を補機類３２の定格電圧まで降下させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の伝達関数は下記のように示される。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
ここで、ＶOはＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧、ＶINは入力電圧、Ｎ1は入力側のトランスの巻数、Ｎ2は出力側のトランスの巻数、ｔONはスイッチング素子のオン時間、Ｔはスイッチング周期を表わしている。数式１より、トランスの巻数比（Ｎ2／Ｎ1）およびデューティ（ｔON／Ｔ）に応じて降圧率が定められることが理解される。
【００３２】
また、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子にはいわゆるオン抵抗（ドレイン電極とソース電極間の抵抗）が生じる。オン抵抗はＤＣ／ＤＣコンバータ１６が高温になるにしたがって増加する。これに伴って回路損失が増加し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧はその損失分低下する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御するＰＭＣＵ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ１８からＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度を受信し、これに応じてデューティを変化させている。具体的には、温度が高くなるに従ってデューティを増加させて降圧の割合を小さくし、オン抵抗の増加に伴う出力電圧の低下を補償している。
【００３３】
なお、本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、低温時（例えば５５℃以下）においては二次電池１２の出力電圧が最低許容値（１９２Ｖ）であっても補機類３２の定格電圧（１０Ｖ）に降圧することができるものの、高温時（５５℃超）になるとオン抵抗の増加のため、二次電池１２の出力電圧が最低許容値であるときには降圧率を最小にしても出力電圧が補記類３２の定格電圧を下回るという特性を備えている。
【００３４】
次に、本実施形態に係る電源制御装置が行う二次電池１２の出力制御について説明する。本実施形態においては、ＰＭＣＵ１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度に応じて二次電池１２の出力電圧のカットオフ値を変更している。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が高温になるとカットオフ値を引き上げる。
【００３５】
ＰＭＣＵ１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度について閾値を定め、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が閾値Ａ℃以下であればカットオフ値を第一の電圧値Ｖlowに設定し、閾値Ａ℃を越えていればカットオフ値を第一の電圧値よりも高い第二の電圧値Ｖhighに引き上げる。ここで、第一の電圧値Ｖlowは、二次電池１０の許容最低値であることが好適である。なお、前述したように二次電池１０の出力電圧が許容最低値であって、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の高温時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧は補機類３２の定格電圧を割り込む。そこで、第二の電圧値Ｖhighは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が閾値Ａ℃を越えている時であってもＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を補機類３２の定格電圧に降圧できるような電圧値であることが好適である。具体的には、閾値Ａ℃を５５℃とすると、第一の電圧値Ｖlowを１９２Ｖ、第二の電圧値Ｖhighを１９７Ｖに設定することが好適である。
【００３６】
このように、本実施形態に係る電源制御装置においてはＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度に応じてカットオフ値を定めるようにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の高温時にはカットオフ値を許容最低値より高い値に引き上げている。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の高温時であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を補機類３２の定格電圧に維持することが可能となる。さらに、低温時においてはカットオフ値の引き上げは行われずに許容最低値に維持されるから、少なくとも低温時においてはドライバビリティの低下は抑制される。
【００３７】
前述のカットオフ値の切り替え制御のフローチャートを図３に示す。ＰＭＣＵ１０は、イグニッションがオン状態である、つまり車両を駆動させるハイブリッドシステムが起動されているか否かを確認する（Ｓ１）。イグニッションがオン状態であれば、ＰＭＣＵ１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が閾値Ａ℃を超えているか否かを確認する（Ｓ２）。閾値Ａ℃以下である場合、二次電池１２のカットオフ値を第一の電圧値Ｖlowに設定する（Ｓ３）。また、閾値を越えている場合、二次電池１２のカットオフ値を第二の電圧値Ｖhighに設定する（Ｓ４）。さらにイグニッションがオフ状態、つまりハイブリッドシステムが停止されているか否かを確認し（Ｓ５）、オフ状態でなければ再びＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が閾値Ａ℃を超えているか否かを確認する（Ｓ２）。オフ状態であれば制御を停止する（Ｓ６）。
【００３８】
なお、前述においてはカットオフ値としてＶhighとＶlowの２つの値を設定したが、この形態に限られない。例えば図４のように第一の電圧値Ｖlowと第二の電圧値Ｖhighとの中間値Ｖmidを設定するなど、カットオフ値を３以上設定して段階的にカットオフ値を引き上げてもよい。また、図５上段に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が上昇したときのＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧の低下の割合を予め取得しておき、この変化を補償するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力低下に応じて連続的にカットオフ値を引き上げてもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては電源制御装置はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の高温時にカットオフ値を第二の電圧値Ｖhighに引き上げている。このカットオフ値の引き上げを、二次電池１２の電力制御と連動して行ってもよい。二次電池１２の電力制御と連動させることで、カットオフ値の引き上げ後もドライバビリティの低下を抑制することが可能となる。
【００４０】
二次電池１２が高温（例えば５５℃以上）になると、ＰＭＣＵ１０はそれ以上の温度上昇を抑制するために図６に示すように二次電池１２の出力電力の上限値を所定割合で低減させる。出力電力の上限値が低減されることに伴い、ＰＭＣＵ１０は運転者からの出力要求の分配に際し、内燃機関に分配する出力の割合を増加させるとともに、回転電機ＭＧ２に分配する出力の割合を低下させる。このような状態において、二次電池１２への要求電力は二次電池１２の低温時よりも減少する。要求電力が減少することで二次電池１２から大電流が流れる機会が減り、したがって二次電池１２の出力電圧の低下も抑制される。このことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が高温になり、かつ、二次電池１２も高温になったときにカットオフ値の引き上げを行えば、カットオフ制御の実行頻度の増加は抑制され、ドライバビリティの低下が抑制される。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度に加えて二次電池１２の温度をカットオフ値引き上げの基準としてもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の温度が閾値Ａを超え、かつ、二次電池１２の温度が出力電力の制限を行う基準温度Ｃを越えた時にカットオフ値を引き上げるようにしてもよい。
【００４１】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と二次電池１２の冷却系等が共通している場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と二次電池１２とが互いの発熱の影響を受けるため、温度上昇の傾向はほぼ一致したものとなる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と二次電池１２の温度は等しいものと見ることができる。この場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に対する閾値Ａを二次電池１２の出力電力制限の基準温度Ｃに設定するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の温度のみを監視するようにしてもよい。二次電池１２の温度計測を省略することにより、制御システムを簡素化することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  パワーマネジメントコントロールユニット（ＰＭＣＵ）、１２  二次電池、１４  二次電池用温度センサ、１６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８  ＤＣ／ＤＣコンバータ用温度センサ、２０  モータ／ジェネレータエレクトニックコントロールユニット（ＭＧＥＣＵ）、２２  平滑コンデンサ、２４  昇圧コンバータ、２６  インバータ、２８  冷却流路、３０  循環ポンプ、３２  補機類。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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