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JP3615445B2 - ハイブリッドカーの電源装置 - Google Patents
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JP3615445B2 - ハイブリッドカーの電源装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドカーを走行させる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドカーは、エンジンとモーターで車輪を駆動して走行する。モーターを駆動するための電源として、駆動電池を搭載している。この駆動電池は、発電機で充電される。発電機は、エンジンで駆動され、あるいは、回生ブレーキとして、自動車を停止させるときの慣性力で駆動される。駆動電池は充電量と放電量を電池制御回路で制御して、残存容量を所定の範囲に制御している。過充電と過放電が駆動電池の電気特性を急激に低下させるからである。駆動電池の充放電を制御する電池制御回路は、駆動電池と共にバッテリーシステムに内蔵される。
【０００３】
この電源装置は、自動車が正常な状態で使用されるかぎり、駆動電池が過放電されることはない。しかしながら、自動車を使用しない期間が長くなると、駆動電池が放電されて、自動車のモーターを駆動できなくなることがある。ハイブリッドカーは、車輪を走行させるモーターをエンジンのセルモーターに併用しているので、駆動電池が放電されるとエンジンを始動できなくなる。
【０００４】
この状態は、駆動電池を外部から充電して解消できる。ただ、駆動電池は、１００個以上の二次電池を内蔵して出力電圧を相当に高くしているので、専用の充電器で充電する必要がある。駆動電池が放電されて自動車が走行できなくなるのは、極めて希なことであるから、この状態を解消するために、専用の充電器を用意することは、実際に不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この弊害は、電装用電池でエンジンを始動して解消できる。ただ、電装用電池の出力電圧は、ほとんど例外なく１２Ｖであるから、エンジンの始動には専用のセルモーターを使用するか、あるいは、１２Ｖの直流を走行用のモーターの駆動電圧まで昇圧するインバータを必要とする。セルモーターを使用するには、エンジンに、ほとんど使用されないセルモーターを内蔵させる必要があって、製造コストが高くなる。また、インバータを使用するには、インバータの出力を極めて大きくする必要があり、これも製造コストが極めて高くなる欠点がある。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、低コストなシステムでもって電装用電池で駆動電池を充電でき、駆動電池が過放電された状態でエンジンを始動できるハイブリッドカーの電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリーシステム１と、バッテリーシステム１に内蔵される駆動電池２の出力をモーター３に供給するインバータ４と、自動車の電装品の電源に使用される電装用電池５とを備える。バッテリーシステム１は、走行用のモーター３を駆動する駆動電池２と、この駆動電池２の充放電を制御する電池制御回路６を備える。さらに、バッテリーシステム１は、電装用電池５で駆動電池２を充電する充電回路７を内蔵している。充電回路７は、駆動電池２の残存容量が設定値よりも少なくなると、電装用電池５の電力で駆動電池２を充電する。充電された駆動電池２は、モーター３を駆動してエンジン８を始動させる。
【０００８】
バッテリーシステム１は、好ましくは、電池制御回路６でもって、駆動電池２と電装用電池５の残存容量を検出し、駆動電池２の残存容量が設定値よりも少なく、かつ、電装用電池５の残存容量が設定値よりも大きいときに、電装用電池５で駆動電池２を充電する。
【０００９】
また、バッテリーシステム１の充電回路７は、駆動電池２で電装用電池５を充電する回路を内蔵させることもできる。このバッテリーシステム１は、電池制御回路６で駆動電池２と電装用電池５の残存容量を検出し、駆動電池２の残存容量が設定値よりも大きく、かつ、電装用電池５の残存容量が設定値よりも小さいと、駆動電池２で電装用電池５を充電する。
【００１０】
さらに、バッテリーシステム１は、駆動電池２の冷却ファン１０を備えると共に、この冷却ファン１０を電装用電池５で駆動して、駆動電池２の加熱を防止することができ。さらに、バッテリーシステム１は、電装用電池５を電池制御回路６のバックアップ電源に使用することもできる。そして、電池制御回路６は、駆動電池２の残存容量が設定値よりも小さくなると、駆動電池２からの電力供給を停止して、バックアップ電源として電装用電池５から電力を供給する。
また、駆動電池２をニッケルーカドミウム電池、ニッケルー水素電池又はリチウムイオン二次電池とし、電装用電池５を鉛バッテリーとしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１３】
図１に示すハイブリッドカーの電源装置は、走行用のモーター３を駆動する駆動電池２を備えるバッテリーシステム１と、このバッテリーシステム１に内蔵される駆動電池２の出力をモーター３に供給するインバータ４と、自動車の電装品の電源に使用される電装用電池５とを備える。
【００１４】
バッテリーシステム１は、駆動電池２と、この駆動電池２の過放電や過充電を防止しながら充放電させる電池制御回路６と、電装用電池５で駆動電池２を充電する充電回路７と、駆動電池２の冷却ファン１０とを備えている。
【００１５】
駆動電池２は、多数の電池モジュールを直列に接続している。電池モジュールは、ひとつまたは複数個の二次電池を内蔵している。電池モジュールの二次電池は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、またはリチウムイオン二次電池等である。
【００１６】
電池制御回路６は、駆動電池２の電圧と、流れる電流と、温度を検出する。電池の温度は温度センサーで検出される。温度センサーは、各々の電池モジュール電池に接近して配設され、あるいは各々の電池モジュールに接触して設けられる。電池に流れる電流は、電池と直列に接続している電流検出抵抗（図示せず）に発生する電圧を増幅して検出する。充電電流と放電電流は、電流検出抵抗に発生する電圧の＋−の陰極が逆になるので、＋−の極性で充電と放電を識別できる。複数の二次電池を直列に接続している駆動電池２は、各々の二次電池の電圧と温度とを別々に検出し、あるいは、複数の二次電池を直列に接続した電池モジュールを１ユニットとして、電圧と温度を検出する。
【００１７】
電池制御回路６は、充電容量から放電容量を減算して、駆動電池２の残存容量を演算する。充電容量は、充電電流の積算値と充電効率との積で演算される。放電容量は放電電流の積算値で演算できる。電池制御回路６は、自動車のコントロールユニット１１に制御されて、駆動電池２の残存容量が設定範囲となるように、充放電を制御する。
【００１８】
さらに、電池制御回路６は、電装用電池５の電圧を検出して、電装用電池５の残存容量も検出する。電装用電池５の残存容量は、充放電した容量の差からではなく電池電圧から検出する。電装用電池５の電圧が設定電圧よりも低いと、残存容量が設定値よりも小さいと判定する。
【００１９】
電池制御回路６は、駆動電池２から供給される電力をインバータ（図示せず）で降圧して電源に使用する。ただ、電池制御回路６は、駆動電池２の残存容量が設定値よりも小さくなると、駆動電池２からの電力供給を停止して、バックアップ電源として電装用電池５から電力を供給する。この回路は、駆動電池２の残存容量が少なくなった状態においても、電池制御回路６を電装用電池５で動作状態にできる。
【００２０】
さらに、電池制御回路６は、充電回路７を制御して、電装用電池５で駆動電池２を充電し、さらに、駆動電池２で電装用電池５を充電する。駆動電池２の残存容量が設定値よりも少なくなって、駆動電池２でモーター３を回転させてエンジン８を始動できなくなるとき、電池制御回路６は、充電回路７でもって、電装用電池５で駆動電池２を充電する。このとき、駆動電池２を充電する充電容量は、駆動電池２がモーター３を駆動してエンジン８を始動できる容量である。したがって、駆動電池２の残存容量がエンジン８を始動できる容量になると、駆動電池２の充電を停止させる。さらに、電装用電池５の残存容量が少なくなって、駆動電池２の残存容量が設定値よりも大きいときは、駆動電池２の電圧が設定電圧になって残存容量が設定値になるまで電装用電池５を充電する。
【００２１】
充電回路７は、電装用電池５で駆動電池２を充電できるように電圧を変換する。駆動電池２は電装用電池５に比較して電圧が高い。したがって、充電回路７は、電装用電池５の直流電圧を、駆動電池２を充電できる直流電圧まで昇圧するインバータ回路を内蔵している。
【００２２】
充電回路７は、速やかに駆動電池２を充電できるのが望ましい。ただ、通常の自動車に搭載されるセルモーターがエンジンを始動する程度の短時間、たとえば、数秒で駆動電池を充電する必要はない。充電時間を短くするためには、充電回路の充電電流を大きくする必要があるからである。また、電装用電池は、瞬時に大電流で放電させると、実質的な出力容量が減少する。電装用電池の出力で効率よく駆動電池を充電するためには、充電回路の出力電流を小さく設定するのがよい。
【００２３】
充電回路７の出力電流は、電装用電池５が駆動電池２を充電するタイミングを考慮して最適値に設定される。自動車のイグニッションスイッチをオンにしたときに、電装用電池で駆動電池の充電を開始する電源装置は、充電回路の出力電流を大きくする。それは、駆動電池が充電されるまで待って、エンジンが始動されるからである。この方式は、イグニッションスイッチをオンにしたときに、駆動電池の残存容量が設定値よりも小さくてモーターを駆動できないことが検出されると、電装用電池で駆動電池の充電を開始する。駆動電池がモーターでエンジンを始動できるまで充電されると、充電を停止して、駆動電池でモーターを回転してエンジンを始動する。
【００２４】
この方式は、イグニッションスイッチをオンにしてから、駆動電池が充電されるまで、モーターは回転されず、この時間、ドライバーに待時間を要求するので、充電回路の出力電流を大きくして充電時間を短くする。ただ、電装用電池で駆動電池を充電する時間は、セルモーターがエンジンを始動させる時間に比較すると、相当に長く設定される。この方式は、イグニッションスイッチをオフにする状態では、駆動電池の残存容量が設定値よりも少なくなっても、電装用電池で駆動電池を充電しない。
【００２５】
これに対して、イグニッションスイッチがオフになった状態においても、駆動電池の残存容量が設定値よりも少なくなると、電装用電池で駆動電池を充電する方式においては、充電回路の出力電流を極めて小さくできる。駆動電池を充電するのに時間がかかっても、ドライバーにエンジンを始動するための待時間を要求しないからである。したがって、この方式は、極めて出力電流の小さい充電回路で、駆動電池を充電できる特長がある。
【００２６】
さらに、充電回路７は、駆動電池２の出力を電装用電池５の充電電圧に変換する回路も内蔵している。この充電回路７は、たとえば、電装品を使用して電装用電池５の残存容量が少なくなったときに、駆動電池２で電装用電池５を充電する。駆動電池２で電装用電池５を充電する充電回路７は、駆動電池２の電圧を電装用電池５の充電電圧まで低下させるインバータである。この方式は、通常の自動車に搭載されるダイナモに比較して、極めて効率よく電装用電池５を充電できる特長がある。充電回路７が、ダイナモに比較して極めて効率よく電装用電池５を充電できるからである。
【００２７】
通常の自動車は、エンジンのクランク軸にベルト掛けして回転される専用のダイナモで電装用電池を充電する。この方式は、大出力のダイナモで電装用電池を充電するので、充電効率が極めて低くなる。ダイナモの効率が、低出力において著しく低下するからである。
【００２８】
冷却ファン１０は、駆動電池２の温度が異常に高くなったときに、駆動電池２に強制送風して冷却する。したがって、冷却ファン１０の運転は電池制御回路６に制御される。冷却ファン１０は、電装用電池５から電力が供給される。この冷却ファン１０は、電装用電池５で駆動される市販のモーターを使用できる。ただ、冷却ファンは、駆動電池で駆動することもできる。
【００２９】
インバータ４は、駆動電池２の直流電力を、たとえば三相交流に変換して、駆動電池２でモーター３を駆動する。また、インバータ４は、発電機９の出力を駆動電池２の充電電圧の直流に変換して、発電機９の出力で駆動電池２を充電する。したがって、インバータ４は、駆動電池２とモーター３との間に接続され、さらに、発電機９と駆動電池２との間にも接続される。
【００３０】
電装用電池５は、１２Ｖの鉛バッテリーである。ただ、本発明は電装用電池をこのバッテリーには特定せず、たとえば、出力電圧を２４Ｖとするもの、さらに、鉛バッテリー以外の二次電池も使用できる。ただ、いかなるものであっても、電装用電池５は、駆動電池２のように大電力を取り出す必要がないので、出力電圧は駆動電池２に比較して相当に低いものが使用される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のハイブリッドカーの電源装置は、低コストなシステムで、駆動電池が過放電された状態で自動車を始動できる特長がある。それは、駆動電池を備えるバッテリーシステムに、電装用電池で駆動電池を充電する充電回路を内蔵しているからである。バッテリーシステムに内蔵される充電回路が、電装用電池の電力で駆動電池を充電し、充電された駆動電池でモーターを駆動してエンジンを始動する方式は、充電回路を低コストに、しかも高信頼性にできる特長がある。それは、所定の時間をかけて電装用電池で駆動電池を充電し、充電された駆動電池でモーターを駆動するために、充電回路の出力電流を比較的小さくして、駆動電池を充電できるからである。
【００３２】
この方式によらず、駆動電池の残存容量が少なくなったときに、電装用電池で直接にモーターを駆動してエンジンを始動することもできるが、この方式は電装用電池でモーターを駆動するために、極めて大出力の専用のインバータを使用する必要がある。このインバータは、モーターを回転させる瞬間に極めて大きな電流が流れるので、大出力に設計する必要があって、高価になる。
【００３３】
ところが、本発明の電源装置は、電装用電池で直接にモーターを回転させることなく、電装用電池で駆動電池を充電して、駆動電池でモーターを回転させるために、モーターを回転させるインバータは、ハイブリッドカーに装備されるインバータが使用できる。電装用電池で駆動電池を充電する充電回路を必要とするが、この充電回路は、瞬時に駆動電池を充電する必要がなく、充電電流を小さくして低コストにできる。また、大電流を瞬間に流すことがないので、信頼性も高く、寿命を長くしてメンテナンスも簡単にできる。
【００３４】
さらに、電装用電池で駆動電池を充電する充電回路を、バッテリーシステムに装備させるので、電装用電池をハイブリッドカーに接続するだけで、駆動電池を充電して、残存容量が少なくなったときにもモーターでエンジンを始動できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるハイブリッドカーの電源装置を示すブロック図
【符号の説明】
１…バッテリーシステム
２…駆動電池
３…モーター
４…インバータ
５…電装用電池
６…電池制御回路
７…充電回路
８…エンジン
９…発電機
１０…冷却ファン
１１…コントロールユニット

Claims (4)

  1. 走行用のモーター(3)を駆動する駆動電池(2)およびこの駆動電池(2)の充放電を制御する電池制御回路(6)を備えるバッテリーシステム(1)と、このバッテリーシステム(1)に内蔵される駆動電池(2)の出力をモーター(3)に供給するインバータ(4)と、自動車の電装品の電源に使用される電装用電池(5)とを備えるハイブリッドカーの電源装置において、
    バッテリーシステム(1)が、電装用電池(5)で駆動電池(2)を充電する充電回路(7)を内蔵しており、この充電回路(7)でもって、駆動電池(2)の残存容量が設定値よりも少なくなる状態で、電装用電池(5)の電力で駆動電池(2)を充電するようにし、
    バッテリーシステム (1) の電池制御回路 (6) が駆動電池 (2) と電装用電池 (5) の残存容量を検出し、駆動電池 (2) の残存容量が設定値よりも少なく、かつ、電装用電池 (5) の残存容量が設定値よりも大きいと、電装用電池 (5) で駆動電池 (2) を充電し、
    電装用電池 (5) を電池制御回路 (6) のバックアップ電源に使用し、
    電池制御回路 (6) は、駆動電池 (2) の残存容量が設定値よりも小さくなると、駆動電池 (2) からの電力供給を停止して、バックアップ電源として電装用電池 (5) から電力を供給することを特徴とするハイブリッドカーの電源装置。
  2. バッテリーシステム(1)の充電回路(7)が、駆動電池(2)で電装用電池(5)を充電する回路を内蔵しており、バッテリーシステム(1)の電池制御回路(6)が駆動電池(2)と電装用電池(5)の残存容量を検出し、駆動電池(2)の残存容量が設定値よりも大きく、かつ、電装用電池(5)の残存容量が設定値よりも小さいと、駆動電池(2)で電装用電池(5)を充電する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
  3. バッテリーシステム(1)が駆動電池(2)の冷却ファン(10)を備え、この冷却ファン(10)が電装用電池(5)で駆動される請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
  4. 走行用のモーター (3) を駆動するニッケルーカドミウム電池、ニッケルー水素電池又はリチウムイオン二次電池である駆動電池 (2) およびこの駆動電池 (2) の充放電を制御する電池制御回路 (6) を備えるバッテリーシステム (1) と、このバッテリーシステム (1) に内蔵される駆動電池 (2) の出力をモーター (3) に供給するインバータ (4) と、自動車の電装品の電源に使用される鉛バッテリーである電装用電池 (5) とを備えるハイブリッドカーの電源装置において、
    バッテリーシステム (1) が、電装用電池 (5) で駆動電池 (2) を充電する充電回路 (7) を内蔵しており、この充電回路 (7) でもって、駆動電池 (2) の残存容量が設定値よりも少なくなる状態で、電装用電池 (5) の電力で駆動電池 (2) を充電するようにしてなることを特徴とするハイブリッドカーの電源装置。
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