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JP2021065021A - 車両用給電制御システム - Google Patents

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JP2021065021A JP2019188017A JP2019188017A JP2021065021A JP 2021065021 A JP2021065021 A JP 2021065021A JP 2019188017 A JP2019188017 A JP 2019188017A JP 2019188017 A JP2019188017 A JP 2019188017A JP 2021065021 A JP2021065021 A JP 2021065021A
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雄真 宮本
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Abstract

【課題】補機バッテリが過充電になったり上がってしまうことを抑制する。
【解決手段】補機系統22のHV ECU24は、補機系統22の消費電力を取得する。ソーラーECU16は、駆動用バッテリ18および補機系統22へ電力を供給する第1の給電モードにおいて、HV ECU24によって取得された補機系統22の消費電力が所定値以上の場合に、補機系統22の消費電力が所定値未満の場合に比べて補機系統22への給電量が大きくなるように、駆動用バッテリ18および補機系統22への給電割合を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は車両用給電制御システムに関する。
特許文献1には、太陽光パネルの発電電力を補機バッテリに一旦充電し、補機バッテリの充電電力が規定量以上となることで、補機バッテリの端子電圧を昇圧回路によって昇圧して主機バッテリに充電する技術が開示されている。
特開2014−7937号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、補機バッテリが電力を供給する補機系統の消費電力を考慮せずに補機バッテリへの充電を行うため、例として図15に示すように、給電電力と補機系統の消費電力とに乖離が生じることで、補機バッテリが過充電になったり上がってしまう虞がある。
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、補機バッテリが過充電になったり上がってしまうことを抑制できる車両用給電制御システムを得ることが目的である。
請求項1記載の発明に係る車両用給電制御システムは、補機バッテリから電力が供給される補機系統の消費電力を取得する取得部と、駆動用バッテリおよび前記補機系統へ給電する第1の給電モードにおいて、前記取得部によって取得された前記補機系統の消費電力が所定値以上の場合に、前記補機系統の消費電力が所定値未満の場合に比べて前記補機系統への給電量が大きくなるように、前記駆動用バッテリおよび前記補機系統への給電割合を制御する制御部と、を含んでいる。
請求項1記載の発明では、第1の給電モードにおいて、補機バッテリから電力が供給される補機系統の消費電力に応じて補機系統への給電量を変化させる。これにより、補機系統の消費電力が小さい場合は補機バッテリが過充電になることを抑制でき駆動用バッテリを効率的に充電できると共に、補機系統の消費電力が大きい場合は補機バッテリが上がってしまうことを抑制できる。従って、請求項1記載の発明によれば、補機バッテリが過充電になったり上がってしまうことを抑制することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1の給電モードにおいて、ソーラーパネルで発電された電力を用いて、前記駆動用バッテリおよび前記補機系統への給電を行う。
請求項2記載の発明によれば、ソーラーパネルで発電された電力を、駆動用バッテリおよび補機バッテリへの給電に有効活用することができる。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、第2の給電モードにおいて、前記ソーラーパネルで発電された電力をソーラーバッテリへ給電し、前記第1の給電モードにおいて、前記ソーラーバッテリから前記駆動用バッテリおよび前記補機系統へ給電する
請求項3記載の発明では、ソーラーパネルで発電された電力をソーラーバッテリに一旦給電した後に、ソーラーバッテリから駆動用バッテリおよび補機系統へ給電するので、第1の給電モードにおいて駆動用バッテリおよび補機系統への電力供給の安定化を図ることができる。
請求項4記載の発明は、請求項1〜請求項3の何れか1項記載の発明において、前記取得部は、前記補機系統の消費電力を、温度、湿度および前記補機系統の経年数の少なくとも1つに基づいて推定する。
補機系統の消費電力は、例えば、補機系統への給電電力、補機バッテリの入出力電流および電圧の各パラメータから算出可能であるが、請求項4記載の発明によれば、上記各パラメータを検出しない構成であっても、補機系統の消費電力を推定により取得することができる。
請求項5記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れか1項記載の発明において、前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が上限閾値α以下でかつ下限閾値β以上の場合に、前記補機系統への給電電力が前記補機系統の消費電力になるように制御する。
請求項5記載の発明によれば、前記制御部は、補機バッテリの電圧が上限閾値α以下でかつ下限閾値β以上の場合に、補機系統の消費電力通りに補機系統へ給電するので、補機バッテリの充電状態を維持することができる。
請求項6記載の発明は、請求項1〜請求項5の何れか1項記載の発明において、前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が上限閾値αよりも高い場合に、前記補機系統への給電電力が、前記補機系統の消費電力から所定値Xを減算した値となるように制御する。
請求項6記載の発明では、補機バッテリの電圧が上限閾値αよりも高い場合に、補機バッテリから放電されるように補機系統への給電が制御されるので、補機バッテリが過充電になることを抑制することができる。
請求項7記載の発明は、請求項1〜請求項6の何れか1項記載の発明において、前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が下限閾値βよりも低い場合に、前記補機系統への給電電力が、前記補機系統の消費電力に所定値Yを加算した値となるように制御する。
請求項7記載の発明によれば、補機バッテリの電圧が下限閾値βよりも低い場合に、補機バッテリを充電するように補機系統への給電が制御されるので、補機バッテリが上がってしまうことを抑制することができる。
本発明は、補機バッテリが過充電になったり上がってしまうことを抑制できる、という効果を有する。
第1実施形態に係る車両用給電システムの概略構成を示すブロック図である。 ソーラーECUの概略構成を示すブロック図である。 ソーラーECUの機能ブロック図である。 HV ECUの概略構成を示すブロック図である。 HV ECUの機能ブロック図である。 第1実施形態に係る給電制御処理を示すフローチャートである。 第2の給電モードにおける電力の流れを示す概略図である。 第1の給電モードにおける電力の流れを示す概略図である。 給電制御処理の概略を示すイメージ図である。 消費電力に応じた給電電力の制御を説明するためのイメージ図である。 第2実施形態に係る給電制御処理を示すフローチャートである。 第3実施形態に係る車両用給電システムの概略構成を示すブロック図である。 第3実施形態に係る給電制御処理を示すフローチャートである。 第4実施形態に係るマップの一例を示す図表である。 従来技術で給電電力と消費電力とに乖離が生じる場合を説明するためのイメージ図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、第1実施形態に係る車両用給電システム10Aは、車両に搭載されており、ソーラールーフ12、ソーラーバッテリ14、ソーラーECU(Electronic Control Unit)16、駆動用バッテリ18、補機バッテリ20および補機系統22を含んでいる。ソーラールーフ12、ソーラーバッテリ14、駆動用バッテリ18および補機バッテリ20は電気配線を介してソーラーECU16に接続されており、補機系統22は、ソーラーECU16と補機バッテリ20とを接続する電気配線の途中に接続されている。なお、車両の一例はHV(Hybrid Vehicle)であるがEV(Electric Vehicle)でもよい。
ソーラールーフ12は、車両のルーフに設置され太陽光により発電する。ソーラールーフ12はソーラーパネルの一例である。ソーラーバッテリ14は、ソーラールーフ12によって発電された電力を一時的に蓄積する。
図2に示すように、ソーラーECU16は、CPU(Central Processing Unit)30と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などのメモリ32と、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などの不揮発性の記憶部34と、通信制御部38と、を含んでいる。CPU30、メモリ32、記憶部34および通信制御部38は内部バス40を介して互いに通信可能に接続されている。
記憶部34には制御プログラム36が記憶されている。ソーラーECU16は、制御プログラム36が記憶部34から読み出されてメモリ32に展開され、メモリ32に展開された制御プログラム36がCPU30によって実行されることで、図3に示す制御部42として機能する。
制御部42は、ソーラーバッテリ14へ給電する第2の給電モードにおいて、ソーラールーフ12によって発電された電力でソーラーバッテリ14へ給電する。また制御部42は、ソーラーバッテリ14から駆動用バッテリ18および補機系統22へ給電する第1の給電モードにおいて、補機系統22の消費電力が所定値以上の場合に、補機系統22の消費電力が所定値未満の場合に比べて補機系統22への給電量が大きくなるように、駆動用バッテリ18および補機系統22への給電割合を制御する。
駆動用バッテリ18は、図示しないパワー・コントロール・ユニット(以下「PCU」という)に接続されており、PCUには図示しないモータ・ジェネレータ(以下「MG」という)が接続されている。PCUは、交流電力の直流電力への変換及び直流電力の交流電力への変換が可能なインバータを含んでおり、MGは車両を走行させるモータとして動作したり発電機として動作する。MGがモータとして動作する場合には、駆動用バッテリ18からPCUを経由してMGへ電力が供給され、MGが発電機として動作する場合には、MGで発電された電力がPCUを経由して駆動用バッテリ18に供給されることで、駆動用バッテリ18が充電される。
補機バッテリ20は、補機系統22に電力を供給する。補機系統22は複数の電力負荷を含んでいる。図1では、補機系統22に含まれる複数の電力負荷の一例として、HV ECU24および電池ECU26を示している。HVECU24は、通信線を介してソーラーECU16と接続されている。
図4に示すように、HV ECU24は、CPU46と、ROMやRAMなどのメモリ48と、HDDやSSDなどの不揮発性の記憶部50と、通信制御部54と、を含んでいる。CPU46、メモリ48、記憶部50および通信制御部54は内部バス56を介して互いに通信可能に接続されている。また、HV ECU24は、補機バッテリ20の入出力電流および電圧を検出する補機バッテリセンサ60が接続されている。
記憶部50には取得プログラム52が記憶されている。HVECU24は、取得プログラム52が記憶部50から読み出されてメモリ48に展開され、メモリ48に展開された取得プログラム52がCPU46によって実行されることで、図5に示す取得部62として機能する。取得部62は、補機系統22の消費電力を取得する。
なお、ソーラーECU16およびHV ECU24は、車両用給電制御システムの一例として機能する。
次に第1実施形態の作用として、ソーラーECU16およびHVECU24が協働して行う給電制御処理について、図6を参照して説明する。
ステップ100において、ソーラーECU16の制御部42は、ソーラーバッテリ14の容量(SOC: State Of Charge)が、駆動用バッテリ18の充電終了の閾値A以下か否か判定する。ステップ100の判定が肯定された場合はステップ118へ移行する。ステップ118において、制御部42は、ソーラーバッテリ14から駆動用バッテリ18などへの充電を終了して第2の給電モードへ移行させ、ソーラールーフ12によって発電された電力でソーラーバッテリ14を充電させる(図7も参照)。
また、ステップ100の判定が否定された場合はステップ102へ移行し、ステップ102以降において、ソーラーバッテリ14に蓄電された電力(およびソーラールーフ12で発電された電力)で駆動用バッテリ18および補機系統22へ給電する第1の給電モードを実行する(図8も参照)。
すなわち、ステップ102において、HV ECU24の取得部62は、ソーラーECU16から補機系統22への給電電力をソーラーECU16より取得すると共に、補機バッテリ20の入出力電流および電圧の検出値を補機バッテリセンサ60から取得する。
次のステップ104において、取得部62は、ステップ102で取得したソーラーECU16から補機系統22への給電電力W1、補機バッテリ20の入出力電流Iおよび電圧Vに基づいて、補機系統22の実際の消費電力W2を次の(1)式に従って算出する(図9に示す(1)も参照)。
W2=W1+I・V …(1)
なお、入出力電流Iの符号は、補機バッテリ20から補機系統22へ向かう方向を「正」とする。
ステップ106において、取得部62は、補機系統22の実際の消費電力W2および補機バッテリ20の電圧VをソーラーECU16にフィードバックする(図9に示す(2)も参照)。
ステップ112において、制御部42は、ソーラーバッテリ14に蓄電された電力を、ソーラーECU16から駆動用バッテリ18および補機系統22(補機バッテリ20)へ時分割により給電する。また、制御部42は、補機系統22へ給電している期間における補機系統22への給電電力が、HV ECU24からフィードバックされた補機系統22の消費電力に一致するように制御する(図9に示す(3)も参照)ことで、駆動用バッテリ18と補機系統22との給電割合を制御する。
ステップ112の処理を行うと、ステップ100に戻る。ステップ112の処理により、例として図10にも示すように、補機系統22の消費電力の変化に応じて補機系統22への給電電力が変化される。すなわち、補機系統22の消費電力が所定値以上の場合に、補機系統22の消費電力が所定値未満の場合に比べて補機系統22への給電量が大きくなるように、駆動用バッテリ18と補機系統22との給電割合が制御される。
これにより、補機系統22(補機バッテリ20)への不必要な給電を削減することができる。従って、駆動用バッテリ18への充電量を向上できると共に、補機バッテリ20への不必要な充電を排除することができ、補機バッテリ20が上がってしまうことも抑制することができる。また、補機バッテリ20の電圧に応じて給電電力を変化させることにより、補機バッテリ20の電圧を任意の値に調整することも可能となる。
また、第1の給電モードにおいて、ソーラールーフ12で発電された電力を用いて、駆動用バッテリ18および補機系統22への給電を行うので、ソーラールーフ12で発電された電力を、駆動用バッテリ18および補機系統22への給電に有効活用することができる。また、ソーラールーフ12で発電された電力をソーラーバッテリ14に一旦給電した後に、ソーラーバッテリ14から駆動用バッテリ18および補機系統22へ給電するので、第1の給電モードにおいて、駆動用バッテリ18および補機系統22への電力供給の安定化を図ることができる。
〔第2実施形態〕
次に本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態は第1実施形態と同一の構成であるので、各部分に同一の符号を付して構成の説明を省略し、以下図11を参照し、第2実施形態に係る給電制御処理について、第1実施形態と異なる部分について説明する。
第2実施形態に係る給電制御処理は、ステップ106の処理を行うと、ステップ108へ移行する。ステップ108において、制御部42は、補機バッテリ20の電圧Vが、所定の補機バッテリ電圧上限閾値α以下か否か判定する。ステップ108の判定が肯定された場合はステップ110へ移行する。ステップ110において、制御部42は、補機バッテリ20の電圧Vが、所定の補機バッテリ電圧下限閾値β以上か否か判定する。ステップ110の判定が肯定された場合はステップ112へ移行する。
ステップ112において、制御部42は、ソーラーバッテリ14に蓄電された電力を、ソーラーECU16から駆動用バッテリ18および補機系統22(補機バッテリ20)へ時分割により給電する。また、制御部42は、補機系統22へ給電している期間における補機系統22への給電電力が、HV ECU24からフィードバックされた補機系統22の消費電力に一致するように制御する(図9に示す(3)も参照)ことで、駆動用バッテリ18と補機系統22との給電割合を制御する。
また、ステップ110の判定が否定された場合はステップ114へ移行する。ステップ114において、制御部42は、ソーラーバッテリ14に蓄電された電力を、ソーラーECU16から駆動用バッテリ18および補機系統22(補機バッテリ20)へ時分割により給電する。また、制御部42は、補機系統22へ給電している期間における補機系統22への給電電力が、HV ECU24からフィードバックされた補機系統22の消費電力に固定定数Yを加算した値に一致するように制御する(図9に示す(3)も参照)ことで、駆動用バッテリ18および補機系統22への給電割合を制御する。なお、固定定数Yは所定値Yの一例である。
また、ステップ108の判定が否定された場合はステップ116へ移行する。ステップ116において、制御部42は、ソーラーバッテリ14に蓄電された電力を、ソーラーECU16から駆動用バッテリ18および補機系統22(補機バッテリ20)へ時分割により給電する。また、制御部42は、補機系統22へ給電している期間における補機系統22への給電電力が、HV ECU24からフィードバックされた補機系統22の消費電力より固定定数Xを減算した値に一致するように制御する(図9に示す(3)も参照)ことで、駆動用バッテリ18と補機系統22との給電割合を制御する。なお、固定定数Xは所定値Xの一例である。
上述したステップ112〜ステップ116の何れかの処理を行うと、ステップ100に戻る。ステップ112〜ステップ116の何れかの処理により、例として図10にも示すように、補機系統22の消費電力の変化に応じて補機系統22への給電電力が変化される。すなわち、補機系統22の消費電力が所定値以上の場合に、補機系統22の消費電力が所定値未満の場合に比べて補機系統22への給電量が大きくなるように、駆動用バッテリ18と補機系統22との給電割合が制御される。
これにより、補機系統22(補機バッテリ20)への不必要な給電を削減することができる。従って、駆動用バッテリ18への充電量を向上できると共に、補機バッテリ20への不必要な充電を排除することができ、補機バッテリ20が上がってしまうことも抑制することができる。また、補機バッテリ20の電圧に応じて給電電力を変化させることにより、補機バッテリ20の電圧を任意の値に調整することも可能となる。
また、補機バッテリ20の電圧Vが、所定の補機バッテリ電圧上限閾値α以下で、かつ所定の補機バッテリ電圧下限閾値β以上の場合、ステップ112において、補機系統22への給電電力が、補機系統22の消費電力に一致するように制御するので、補機バッテリ20の充電状態を維持することができる。
また、補機バッテリ20の電圧Vが所定の補機バッテリ電圧下限閾値β未満の場合、ステップ114において、補機系統22への給電電力が、補機系統22の消費電力に固定定数Yを加算した値に一致するように制御するので、補機バッテリ20を充電するように補機系統22への給電が制御されることになり、補機バッテリ20が上がってしまうことを抑制することができる。
また、補機バッテリ20の電圧Vが所定の補機バッテリ電圧上限閾値α未満の場合、ステップ116において、補機系統22への給電電力が、補機系統22の消費電力から固定定数Xを減算した値に一致するように制御するので、補機バッテリ20から放電されるように補機系統22への給電が制御されることになり、補機バッテリ20が過充電になることを抑制することができる。
〔第3実施形態〕
次に本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一の部分に同一の符号を付し、説明を省略する。
図12に示すように、第3実施形態に係る車両用給電システム10Bは、第1実施形態で説明した車両用給電システム10Aと比較して、ソーラーバッテリ14が省略されている。このため、第3実施形態では、第2の給電モードが設けられておらず、第1の給電モードにおいて、ソーラールーフ12で発電された電力が、ソーラールーフ12から駆動用バッテリ18および補機系統22へ直接供給される。
図13に示すように、第3実施形態に係る給電制御処理は、ステップ100に代えて、ステップ120において、日射があるか否かを判定する。ステップ120の判定が否定された場合はステップ118へ移行し、ソーラールーフ12から駆動用バッテリ18などへの給電を終了する。また、ステップ120の判定が肯定された場合はステップ102へ移行し、ソーラールーフ12で発電された電力で駆動用バッテリ18および補機系統22へ給電する第1の給電モードを実行する。
このように、第3実施形態では、ソーラーバッテリ14が省略されていることで、車両用給電システム10Bの構成が簡単になる。
〔第4実施形態〕
次に本発明の第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一の部分に同一の符号を付し、説明を省略する。
先に説明した第1実施形態〜第3実施形態では、ソーラーECU16から補機系統22への給電電力、補機バッテリ20の入出力電流および電圧に基づいて、補機系統22の実際の消費電力を算出する態様を説明した。これに対して、第4実施形態は、補機系統22の消費電力を推定する。
すなわち、第4実施形態では、補機系統22に含まれる複数の電力負荷について、図14に示すような消費電力のマップ66を各々作成しておく。図14は、電力負荷の一例として電池ECU26の消費電力のマップ66を示しており、温度、湿度および経年数の各パラメータが各値のときの電池ECU26の消費電力が各々設定されている。なお、マップ66に設定される各パラメータが各値のときの消費電力は、例えば実験などによって求められる。
補機系統22の消費電力を推定する場合は、まず、補機系統22に含まれる電力負荷のうち起動中の電力負荷を把握する。次に、把握した起動中の電力負荷について、消費電力のマップ66を各々読み込み、そのときの温度、湿度および経年数の各パラメータの値に対応する消費電力をマップ66から各々取得する。そして、補機系統22の起動中の電力負荷についてマップ66から各々取得した消費電力の総計を、補機系統22の消費電力の推定値として算出する。
このように、第4実施形態では、補機系統22への給電電力、補機バッテリ20の入出力電流および電圧の各パラメータを検出しない構成であっても、補機系統の消費電力を推定により取得することができ、例えばセンサの数を減らすことが可能となる。
なお、第4実施形態では、起動中の電力負荷の消費電力として、温度、湿度および経年数の各パラメータの値に対応する消費電力を推定する(マップ66から取得する)態様を説明した。しかし、これに限定されるものではなく、温度、湿度および経年数のうちの何れか1つのパラメータ、または、温度、湿度および経年数の中から選択した2つのパラメータに基づいて、対応する消費電力を推定するようにしてもよい。また、消費電力の推定はマップ66を用いて行うことに限られるものではなく、例えば、パラメータと消費電力との関係を数式などの他の形態で規定しておき、当該数式などを用いて消費電力の推定を行うようにしてもよい。
また、図6、11、12に示した固定定数X,Yは、固定値とすることに限られるものではなく、例えば、補機バッテリ20の電圧に応じて値を変更するようにしてもよい。
12 ソーラールーフ
14 ソーラーバッテリ
16 ソーラーECU
18 駆動用バッテリ
20 補機バッテリ
22 補機系統
24 HV ECU
42 制御部
62 取得部

Claims (7)

  1. 補機バッテリから電力が供給される補機系統の消費電力を取得する取得部と、
    駆動用バッテリおよび前記補機系統へ給電する第1の給電モードにおいて、前記取得部によって取得された前記補機系統の消費電力が所定値以上の場合に、前記補機系統の消費電力が所定値未満の場合に比べて前記補機系統への給電量が大きくなるように、前記駆動用バッテリおよび前記補機系統への給電割合を制御する制御部と、
    を含む車両用給電制御システム。
  2. 前記第1の給電モードにおいて、ソーラーパネルで発電された電力を用いて、前記駆動用バッテリおよび前記補機系統への給電を行う請求項1記載の車両用給電制御システム。
  3. 第2の給電モードにおいて、前記ソーラーパネルで発電された電力をソーラーバッテリへ給電し、前記第1の給電モードにおいて、前記ソーラーバッテリから前記駆動用バッテリおよび前記補機系統へ給電する請求項2記載の車両用給電制御システム。
  4. 前記取得部は、前記補機系統の消費電力を、温度、湿度および前記補機系統の経年数の少なくとも1つに基づいて推定する請求項1〜請求項3の何れか1項記載の車両用給電制御システム。
  5. 前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が上限閾値α以下でかつ下限閾値β以上の場合に、前記補機系統への給電電力が前記補機系統の消費電力になるように制御する請求項1〜請求項4の何れか1項記載の車両用給電制御システム。
  6. 前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が上限閾値αよりも高い場合に、前記補機系統への給電電力が、前記補機系統の消費電力から所定値Xを減算した値となるように制御する請求項1〜請求項5の何れか1項記載の車両用給電制御システム。
  7. 前記制御部は、前記補機バッテリの電圧が下限閾値βよりも低い場合に、前記補機系統への給電電力が、前記補機系統の消費電力に所定値Yを加算した値となるように制御する請求項1〜請求項6の何れか1項記載の車両用給電制御システム。
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