(57)【要約】【課題】第２蓄電池のＳＯＣ使用幅を拡大して、第２蓄電池を効率よく利用することと、小型化及びコストダウンとの両立を実現した電源システムを提供する。【解決手段】発電機と、発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池及び第２蓄電池と、第２蓄電池と発電機の少なくとも一方の電圧の昇圧を行うためのＤＣ／ＤＣコンバータと、発電機と第２蓄電池及びＤＣ／ＤＣコンバータ間の回路の導通及び遮断を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする車両用電源システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、前記発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池及び第２蓄電池と、前記第２蓄電池と前記発電機の少なくとも一方の電圧の昇圧を行うためのＤＣ／ＤＣコンバータと、前記発電機と前記第２蓄電池及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ間の回路の導通及び遮断を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする車両用電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機と第１蓄電池と第２蓄電池を備えた車両用電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、内燃機関を走行駆動源とする車両、特に車両の回生エネルギによりオルタネータを発電させて充電する車両においては、スタータモータ等の各種電気負荷へ電力供給するために安価な鉛蓄電池と頻繁な充放電に対する耐久性の高いニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等の高性能蓄電池の両方を、並列接続して搭載し、発電機及び鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間に半導体スイッチを設け、回生せずに内燃機関を運転させている通常運転時にはリチウム蓄電池の充電量をできるだけ少なくするように半導体スイッチを作動させることによりリチウム蓄電池の空き容量を大きくし、回生充電量を増大させることが一般的であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８０７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図３に示したようにリチウム蓄電池の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）の適正範囲（Ｌｉ）はリチウム蓄電池と鉛蓄電池の起電力の関係からＳＯＣ３５％〜８０％である。また、充電時に発電機の発電する電圧よりもリチウム蓄電池の電圧が高くなるような場合には充電が行われないため効率よく利用することはできなかった。これは、リチウム蓄電池をニッケル・水素蓄電池（Ｎｉ−ＭＨ）に変更した場合においても同様であった。
【０００５】
別の手段として、図４に示したようにＤＣ／ＤＣコンバータによりニッケル・水素蓄電池のＳＯＣを鉛蓄電池に合わせることが考えられるが常時、ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧を行う場合、ＤＣ／ＤＣコンバータによるエネルギ変換ロスが生じ、発熱が大きくなるためヒートシンクやファンなどの冷却機構が必要となり、大幅なコストアップ及び装置の大型化を招く。
【０００６】
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、その目的はリチウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池といった第２蓄電池のＳＯＣ使用幅を拡大して、第２蓄電池を効率よく利用することと、小型化及びコストダウンとの両立を実現した電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、発電機と、前記発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池及び第２蓄電池と、前記第２蓄電池と前記発電機の少なくとも一方の電圧の昇圧を行うためのＤＣ／ＤＣコンバータと、前記発電機と前記第２蓄電池及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ間の回路の導通及び遮断を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明によれば、制御器がＤＣ／ＤＣコンバータと第２蓄電池と発電機の接続を変更することにより、第２蓄電池の電圧に応じて回路を組み替えることができるため、ＳＯＣの使用幅の拡大と小型化及びコストダウンとの両立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる電源システムを示す電気ブロック図。
【図２】本発明のニッケル・水素蓄電池のＳＯＣと鉛蓄電池、オルタネータの電圧の変化の関係を示す図。
【図３】従来のリチウム蓄電池のＳＯＣと鉛蓄電池、オルタネータの電圧の変化の関係を示す図。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータを常時稼動させた場合におけるニッケル・水素蓄電池のＳＯＣと鉛蓄電池、オルタネータの電圧の変化の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【実施例１】
【００１２】
本実施形態にかかる電源装置が搭載される車両は、内燃機関（エンジン）を走行駆動源とした車両であり、回生エネルギにより発電して充電する回生充電機能を有する。
【００１３】
図１に示すように、当該車両には、以下に説明するオルタネータ（発電機）１０、ＥＢＳ（エレクトロニック  バッテリー  センサ）１３、鉛蓄電池（第１蓄電池）１１、ニッケル・水素蓄電池（第２蓄電池）２７、ＭＩＣＵ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１７，被保護負荷２３，一般負荷２６が搭載されており、これら鉛蓄電池１１、ニッケル・水素蓄電池（Ｎｉ−ＭＨ）２７及び一般負荷２６、はオルタネータ１０に対して並列に電気接続されている。また、ニッケル・水素蓄電池２７は電流センサ２４及びＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム）２５と直列に接続されている。これにより、ＢＭＳ２５はニッケル・水素蓄電池２７の電圧を測定することができる。なお、被保護負荷２３はＥＴＣやオーディオに接続されており、ＭＩＣＵ１７はルームランプ、ドアロック、ワイパ、各種メータに接続されている。
【００１４】
本実施形態はオルタネータ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、第２蓄電池２７の導通及び遮断を行うために第1のスイッチ１８、第２のスイッチ１９、第３のスイッチ２１、第４のスイッチ２２を備え、オルタネータ１０又は第２蓄電池の電圧を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータ２０を備える。
【００１５】
第１のスイッチ１８はオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１と、ニッケル・水素蓄電池２７及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間に配置され通電（オン）と遮断（オフ）を切り替える開閉手段として機能する。
【００１６】
また、第２のスイッチ１９は第１のスイッチ１８とニッケル・水素蓄電池２７との間に配置され通電（オン）と遮断（オフ）を切り替える開閉手段として機能する。
【００１７】
第３のスイッチ２１はＤＣ／ＤＣコンバータ２０に対して並列に接続され通電（オン）と遮断（オフ）を切り替える開閉手段として機能する。
【００１８】
第４のスイッチ２２は被保護負荷２３とニッケル・水素蓄電池２７の間に配置され通電（オン）と遮断（オフ）を切り替える開閉手段として機能する。
【００１９】
また、第１のスイッチ１８、第２のスイッチ１９、第３のスイッチ２１、第４のスイッチ２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の通電（オン）動作と遮断（オフ）動作はＢＭＳ２５により切り替えられるように制御される。ＢＭＳ２５はＦＩ−ＥＣＵ２６及びオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１のＥＢＳ（エレクトロニック  バッテリー  センサ）１３とＬＩＮバス１４で接続されており、内燃機関の状態に合わせて接続を切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を切り替えることができる。鉛蓄電池１１の電圧とニッケル・水素蓄電池２７の電圧を比較してＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作と第１〜４のスイッチ１８、１９、２１、２２の通電（オン）と遮断（オフ）を決定することができる。
【００２０】
本実施形態はニッケル・水素蓄電池２７から放電が行われている場合のものであり、ニッケル・水素蓄電池２７の電圧は鉛蓄電池１１の電圧以下である。第１のスイッチ１８を開いてニッケル・水素蓄電池２７とオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１を遮断し、第２のスイッチ１９を閉じることによってニッケル・水素蓄電池２７とＤＣ／ＤＣコンバータ２０が直列に接続され、ニッケル・水素蓄電池２７からの電流が第２のスイッチ１９とＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して被保護負荷２３やＭＩＣＵ１７に流れる。
【００２１】
このとき、図２に示したようにニッケル・水素蓄電池２７の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって昇圧されることにより鉛蓄電池１１の電圧と一致するためニッケル・水素蓄電池２７を効率よく利用することができ、ＳＯＣを拡大させることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０によってニッケル・水素蓄電池２７の電圧が昇圧されるためニッケル・水素蓄電池のメモリー効果による起電力の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、第３のスイッチ２１を開くことによってニッケル・水素蓄電池２７の電圧を確実に昇圧させることができ、第４のスイッチ２２を開くことによってニッケル・水素蓄電池２７の電圧を確実に昇圧させることができると同時に昇圧された電流がニッケル・水素蓄電池２７に流れることを防止することができる。
【実施例２】
【００２３】
本実施形態はニッケル・水素蓄電池２７の電圧が鉛蓄電池１１の電圧以上であり、かつオルタネータ１０の発電する電圧の上限以下であってニッケル・水素蓄電池２７とオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１が接続され、ニッケル・水素蓄電池２７が充電状態にある場合を示している。
【００２４】
このとき、第１のスイッチ１８、第２のスイッチ１９を閉じて回路を接続することにより、オルタネータ１０とニッケル・水素蓄電池２７を接続してニッケル・水素蓄電池２７を充電する。
【００２５】
次に、ニッケル・水素蓄電池２７が放電状態にある場合を示す。
【００２６】
このとき、第１のスイッチ１８を開いてオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１とニッケル・水素蓄電池２７を遮断し、第２のスイッチ１９及び第３のスイッチ２１を閉じることによりニッケル・水素蓄電池２７と被保護負荷２３とＭＩＣＵ１７を接続する。なお、充電時においてはオルタネータ１０からの電流は第１のスイッチ１８及び第２のスイッチ１９及び電流センサ２４及びＢＭＳ２５を介してニッケル・水素蓄電池２７に流れる。一方、放電時においてはニッケル・水素電池２７からの電流はＢＭＳ２５及び電流センサ２４及び第２のスイッチ１９及び第３のスイッチ２１を通って被保護負荷２３とＭＩＣＵ１７に流れる。
【００２７】
ニッケル・水素蓄電池２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介することなく被保護負荷２３及びＭＩＣＵ１７と接続している。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は機能を停止している。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のエネルギ変換ロスによる発熱を防ぐことができ、ヒートシンクやファンなどの冷却機構が不要となり、小型化・コストダウンを両立させることができる。なお、本発明はこれに限定されることなく第３のスイッチ２１を閉じる代わりに第４のスイッチ２２を閉じることとしてもよい。この場合、放電時においては第２のスイッチ１９を開いてもよい。この場合、充電時においてはオルタネータ１０からの電流は第１のスイッチ１８及び第２のスイッチ１９及び電流センサ２４及びＢＭＳ２５を介してニッケル・水素蓄電池２７に流れ、放電時においてはニッケル・水素蓄電池２７からの電流はＢＭＳ２５及び電流センサ２４及び第４のスイッチ２２を介して被保護負荷２３とＭＩＣＵ１７に流れる。
【実施例３】
【００２８】
本実施形態はニッケル・水素蓄電池２７とオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１が接続され、ニッケル・水素蓄電池２７が充電状態にあり、ニッケル・水素電池２７の電圧がオルタネータ１０の発電する電圧の上限以上の場合を示している。
【００２９】
このとき、第１のスイッチ１８、第４のスイッチ２２を閉じて回路を接続し、オルタネータ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ニッケル・水素蓄電池２７の順に直列になるように接続し、オルタネータ１０の電流が第１のスイッチ１８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、第４のスイッチ２２、ニッケル・水素蓄電池２７の順に流れるようにする。
【００３０】
これによって、オルタネータ１０の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって昇圧されることにより、オルタネータ１０の発電する電圧の上限をニッケル・水素蓄電池２７の電圧以上に上昇させることができ、図２に示したようにＳＯＣの範囲が拡大する。
【００３１】
なお、第２のスイッチ１９及び第３のスイッチ２１は開いておく。オルタネータ１０の電圧を確実に昇圧するためである。
【００３２】
また、上記各実施形態では第２電池としてニッケル・水素蓄電池２７を採用しているが、本発明の第２蓄電池はニッケル・水素蓄電池に限定されるものではなく、例えば、リチウム蓄電池を採用しても良く、上記各実施形態ではニッケル・水素蓄電池１０個を直列につないだものを想定しているが１０個を直列につないだものを２つ並列につないでも良い。上記各実施形態において第１〜４のスイッチ（１８，１９，２１，２２）は半導体スイッチを想定しているが実際にはこれに限らずリレースイッチとしても良い。上記各実施形態においてＢＭＳ２５はＦＩ−ＥＣＵ２６及びオルタネータ１０及び鉛蓄電池１１のＥＢＳ１３とＬＩＮバス１４で接続されているものを想定しているがＣＡＮや無線などのその他の通信手段でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
スイッチによってＤＣ／ＤＣコンバータ、発電機、第２蓄電池の接続を変更させることにより、効率的に第２電池を利用することができ、小型化・コストダウンの両立を実現することができるようになる。また、ヒートシンクやファンといった冷却機構が不要になるため小型化・コストダウンを両立させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・電源システム、１０・・・ＡＬＴ（オルタネータ（発電機））、１１・・・鉛蓄電池（第１蓄電池）、１８・・・第１のスイッチ、１９・・・第２のスイッチ、２０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１・・・第３のスイッチ、２２・・・第４のスイッチ、２７・・・ニッケル・水素蓄電池（第２蓄電池）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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