JP5842907B2 - 電源制御装置、電源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源の制御に関する。

主電源に加え、補助電源を備えることで鉛蓄電池の劣化抑制とコストダウンとの両立を図りつつ、補助電源の過充電と過放電とを回避することを目指した手法が知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１１−２３４４７９号公報

上記先行技術が有する課題は、補助電源の活用に改善の余地があることである。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、電源制御装置が提供される。この電源制御装置は、負荷に給電する第１の電源と；前記第１の電源による給電が正常にできない場合に、前記負荷に給電する第２の電源と；前記第１の電源による給電が正常にできる場合に、前記第１の電源の劣化度が第１の度合いのときは、前記第２の電源のＳＯＣの下限値を第１の値に設定し、前記劣化度が前記第１の度合いよりも進行した第２の度合いのときは、前記下限値を前記第１の値よりも高い第２の値に設定する設定部とを備える。この形態によれば、第２の電源をより活用できる。第１の電源の劣化が進んでいない場合（第１の度合いの場合）、第１の電源による給電が正常に実行できなくなる可能性は低いので、第２の電源のＳＯＣが低くても問題ないことが多い。よって、この場合、第２の電源のＳＯＣの下限値（以下「下限ＳＯＣ」ともいう）を下げても問題ないことが多い。下限ＳＯＣを下げれば、第２の電源の充放電の自由度が高くなり、上記効果を得ることができる。

（２）上記形態において、前記設定部は、前記第１の電源の劣化度が前記第１の度合いのとき、前記下限値を外部からの指示に基づき設定する。この形態によれば、下限ＳＯＣを外部からの指示に基づき設定できる。

（３）上記形態において、前記外部からの指示の内容は、前記下限値を前記第２の値に設定することを含む。この形態によれば、外部からの指示に基づき、下限ＳＯＣを第２の値に設定できる。

（４）上記形態において、前記第２の電源は、前記第１の電源よりも内部抵抗が小さい。
この形態によれば、第２の電源に対する充電を効率的に実行できる。

本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、電源の制御方法、この制御方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。

電源制御装置の構成図。 下限ＳＯＣ設定処理を示すフローチャート。 サブバッテリの下限ＳＯＣと、メインバッテリの劣化度との関係を示すグラフ。

図１は、電源制御装置１０の構成を示す。電源制御装置１０は、自動車に搭載される。本実施形態における自動車は、ガソリンエンジンを動力源とするガソリン車であり、アイドリングストップと回生ブレーキによる充電とを実施する。アイドリングストップとは、停車時にエンジンを停止させ、走行を開始する前にエンジンを再始動させることである。

電源制御装置１０は、補機群Ｈ１〜Ｈ３と、メインバッテリＢｔ１と、サブバッテリＢｔ２と、オルタネータＡｌｔと、スタータＳｔと、電気回路上にリレーによって構成されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ３とを備える。

補機群Ｈ１は、走行用のアクチュエータやエアコンなどの負荷である。走行用のアクチュエータには、ステアリング用アクチュエータ、サスペンション用アクチュエータなどが含まれる。

補機群Ｈ２は、給電される電圧の変動を小さくすることが、補機群Ｈ１よりも望まれる負荷である。例えば、オーディオ、安全装置、カーナビゲーションシステム、アイドリングストップ制御用のＥＣＵなどが挙げられる。

補機群Ｈ３は、常に受電可能であることが、補機群Ｈ１，Ｈ２よりも望まれる負荷である。例えば、図１に示されたシフトバイワイヤ機構ＳＢＷや、電子制御ブレーキシステム、無線通信システムなどが挙げられる。

オルタネータＡｌｔは、エンジンが発生するトルク、又は回生ブレーキによって発電をする。オルタネータＡｌｔによって発電された電力は、メインバッテリＢｔ１及びサブバッテリＢｔ２に充電される。

スタータＳｔは、エンジン始動用のモータである。スタータＳｔは、給電を受けて回転し、エンジンにトルクを付与する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、各補機群へ給電する電源の切り替えを行うスイッチである。

メインバッテリＢｔ１は、鉛蓄電池である。サブバッテリＢｔ２は、リチウムイオン二次電池である。回生ブレーキによる充電は、主にサブバッテリＢｔ２に対して実行される。リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池よりも内部抵抗が小さく、充電受入性に優れるからである。

メインバッテリＢｔ１及びサブバッテリＢｔ２は、補機群Ｈ１〜Ｈ３、オルタネータＡｌｔ、スタータＳｔ等に給電する。補機群Ｈ１〜Ｈ３に対する給電は、主にメインバッテリＢｔ１によって実行される。サブバッテリＢｔ２は、メインバッテリＢｔ１による正常な給電ができない場合に給電を実施する補助電源として機能する。但し、エンジン再始動時における補機群Ｈ２に対する給電は、電圧の変動を抑制するため、主にサブバッテリＢｔ２によって実行される。

サブバッテリＢｔ２は、内部に制御部２０を備える。制御部２０は、ＩＣチップによって構成されている。制御部２０は、メインバッテリＢｔ１及びサブバッテリＢｔ２の出力電圧の監視、並びにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の動作制御を実行する。制御部２０は、この実行のためにセンサ群を備える。

メインバッテリＢｔ１及びサブバッテリＢｔ２は、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）の上下限値がそれぞれ定められている。以下、上限値や下限値という場合、ＳＯＣに関する値のことを意味する。上下限値は、各バッテリの寿命への影響などを考慮しつつ、できるだけ使用範囲が広くなるように決定される。例えば、サブバッテリＢｔ２の下限値は２０％であり、上限値は８０％である。但し、本実施形態における以下の開示においては、実際の２０％を０％、実際の８０％を１００％に換算した値を用いて説明する。つまり、以下においては、サブバッテリＢｔ２の下限値を０％と表現する。

サブバッテリＢｔ２は、ＳＯＣができるだけ低い値になるように、給電が制御される。これは、回生ブレーキによる充電をできるだけ実行し、エンジントルクによる充電を避け、燃費を改善するためである。

但し、サブバッテリＢｔ２のＳＯＣは、補機群Ｈ３への給電能力を確保するために、先述した下限値（以下「緊急下限値」という）とは別に、通常時における下限値（以下「下限ＳＯＣ」という）が定められている。つまり、サブバッテリＢｔ２のＳＯＣは、メインバッテリＢｔ１から補機群Ｈ３への給電が正常に実行できる通常の場合、下限ＳＯＣを下回らないように制御される。下限ＳＯＣは、後述する下限ＳＯＣ設定処理によって設定される可変値であり、緊急下限値から最大値まで間の値を取り得る。最大値は、補助電源として機能するために十分な値として、予め定められている。

一方、メインバッテリＢｔ１から補機群Ｈ３への給電が正常に実行できない場合に、サブバッテリＢｔ２から補機群Ｈ３へ給電するときは、下限ＳＯＣは無視され、緊急下限値に達するまでの給電が許可される。

図２は、下限ＳＯＣ設定処理を示すフローチャートである。この処理は、サブバッテリＢｔ２の下限ＳＯＣを設定するための処理であり、自動車が始動したことを契機に、制御部２０が実行を開始する。ここでいう始動とは、駐車状態から復帰することを意味し、アイドリングストップからの復帰のことではない。

まず、メインバッテリＢｔ１が劣化しているかを判定する（ステップＳ１０２）。具体的には、メインバッテリＢｔ１の電圧が基準値未満の場合、劣化していると判定される。この基準値は、メインバッテリＢｔ１の電圧値と、メインバッテリＢｔ１の交換の目安の時期との関係に基づき予め決定されている。

メインバッテリＢｔ１が劣化していない場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、モード選択画面を表示する（ステップＳ１０４）。モード選択画面とは、燃費優先モードと、バランスモードと、機能優先モードとの何れかをユーザに選択させるための画面である。これらのモードについては後述する。この画面は、カーナビゲーション等のために搭載された液晶パネルに表示される。

選択されたモードが燃費優先モードの場合（ステップＳ１０６、燃費優先）、下限ＳＯＣを緊急下限値に一致させる（ステップＳ１０８）。選択されたモードがバランスモードの場合（ステップＳ１０６、バランス）、緊急下限値と最大値との間の値に、下限ＳＯＣを設定する（ステップＳ１１０）。この値の決定については後述する。選択されたモードが機能優先モードの場合（ステップＳ１０６、機能優先）、下限ＳＯＣを最大値に設定する（ステップＳ１１２）。

一方、メインバッテリＢｔ１が劣化している場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、ユーザに選択させることなく、下限ＳＯＣを最大値に設定する（ステップＳ１１２）。このようにして何れかのステップで下限ＳＯＣを設定した後、下限ＳＯＣ設定処理を終える。

先述した燃費優先モードとは、燃費を改善するために、回生ブレーキによる充電をできるだけ実施するためのモードである。このために、先述したように下限ＳＯＣをできるだけ小さい値に、具体的には緊急下限値に一致させる。下限ＳＯＣが緊急下限値に一致する場合、下限ＳＯＣが最大値である場合に比べて、サブバッテリＢｔ２のＳＯＣが低くなっている可能性が高い。ＳＯＣが低くなっていれば、先述した通り、燃費が改善される。

一方、メインバッテリＢｔ１が劣化している場合、メインバッテリＢｔ１による給電が正常に実行されなくなる可能性が高まっている。サブバッテリＢｔ２は、先述したように、このような場合に機能する補助電源として備えられている。補助電源として機能するためには、ＳＯＣが所定値以上であることが好ましい。よって、メインバッテリＢｔ１が劣化している場合は、下限ＳＯＣを最大値に設定するのが好ましい。燃費の改善よりも補助電源機能を優先する場合においても（ステップＳ１０６、機能優先）、下限ＳＯＣを最大値に設定する。

先述したバランスモードとは、燃費優先モードと機能優先モードとの中間的なモードである。つまり、下限ＳＯＣを、緊急下限値よりも大きく、最大値よりも小さい値に設定する。具体的には、次の式によって算出する。
Ｓｂ＝｛（Ｓｍ−Ｓｅ）×（Ｖｉ−Ｖｎ）／（Ｖｉ−Ｖｅ）｝＋Ｓｅ
Ｓｂはバランスモードにおいて設定される下限ＳＯＣ、Ｓｅは緊急下限値、Ｓｍは下限ＳＯＣの最大値、Ｖｉは新品時のメインバッテリＢｔ１の電圧値、Ｖｎは現在のメインバッテリＢｔ１の電圧値、ＶｅはメインバッテリＢｔ１を交換する目安となる電圧値である。なお、本実施形態においてはＳｅ＝０％なので、これを上の式に代入すると、次の式になる。Ｓｂ＝Ｓｍ×（Ｖｉ−Ｖｎ）／（Ｖｉ−Ｖｅ）

図３は、下限ＳＯＣとメインバッテリＢｔ１の劣化度との関係を示すグラフである。図３に示されるように、劣化度が基準度合い以上の場合、下限ＳＯＣは、最大値（特許請求の範囲の「第２の値」の一例）に固定される。基準度合いとは、メインバッテリＢｔ１の交換の目安となる劣化度である。特許請求の範囲における第２の度合いは、図３において、基準度合い以上の或る度合いとして例示される。

一方、劣化度が基準度合い未満の場合、図２と共に説明したように、ユーザの選択に基づき３通りの値を取り得る。ステップＳ１０６で燃費優先モードが選択された場合、下限ＳＯＣは０％（特許請求の範囲の「第１の値」の一例）に設定される。ステップＳ１０６でバランスモードが選択された場合、下限ＳＯＣは劣化度に応じた値に設定される。ステップＳ１０６で機能優先モードが選択された場合、下限ＳＯＣは最大値に設定される。

先述したように、第２の度合いが基準度合いよりも大きい値であることは例示に過ぎない。つまり、第２の度合いを第１の度合いよりも大きく、基準度合いよりも小さい値として捉えてもよい。この場合においてもバランスモードであれば、第２の度合いのときは、第１の度合いのときに比べて大きな下限ＳＯＣが設定されるので、本願発明の技術的範囲に属する。

同様に、第１の値を緊急下限値（０％）に一致する値として捉えることは例示に過ぎない。バランスモードの場合における第１の値は、緊急下限値以上の値であるものの、第２の度合いのときに設定される下限ＳＯＣに比べて小さいので、本願発明の技術的範囲に属する。

以上に説明した実施形態によれば、サブバッテリＢｔ２の下限ＳＯＣを劣化度に基づき決定することによって、サブバッテリＢｔ２をより活用できるようになり、ひいては燃費が改善される。さらに、下限ＳＯＣを、メインバッテリの劣化度やユーザの希望に基づき決定することによって、燃費の改善と補助電源機能とのバランスを取ることができる。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

バランスモードを採用せず、第１の値（例えば０％）と第２の値（例えば最大値）との何れかを、下限ＳＯＣとして選択してもよい。
燃費優先モードを採用せず、バランスモード又は機能優先モードによって下限ＳＯＣを設定してもよい。
基準度合い未満の場合は、ユーザの指示に関わらず自動的にバランスモードによる下限ＳＯＣに設定してもよい。
バランスモードにおける下限ＳＯＣと劣化度との関係は、線形でなくてもよい。例えば、単調増加になる関数（例えば２次曲線）でもよい。
劣化度の全範囲において、下限ＳＯＣを、メインバッテリの劣化度に応じた値に設定してもよい。
サブバッテリの緊急下限値は、０％より大きい値でも小さい値でもよい。
メインバッテリ及びサブバッテリの少なくとも１つは、コンデンサに置換してもよい。
メインバッテリは鉛蓄電池でなくてもよいし、サブバッテリはリチウムイオン次電池でなくてもよい。例えば、ニッケル水素電池などを採用してもよい。

下限ＳＯＣの設定は、例えば、定期的に実行してもよい。例えば、自動車の運転時間（始動から駐車までの時間）が長い場合（例えば、商用車の場合）、運転時間がメインバッテリの劣化の進行に対して十分に短いとはいえないことが考えられる。このような場合に鑑み、運転中にモードを切り替えるために、下限ＳＯＣ設定処理を定期的に実行してもよい。この場合、ユーザの指示に基づかずに実行してもよい。
本発明による電源制御装置は、電源を搭載する他の自動車（例えば、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車）に適用されてもよいし、他の輸送用機器（例えば、二輪車、電車など）に適用されてもよい。或いは、輸送用機器以外で電源を制御する装置（例えば発電装置など）に適用されてもよい。

１０…電源制御装置
２０…制御部
Ｈ１〜Ｈ３…補機群
Ｓｔ…スタータ
ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ
ＳＢＷ…シフトバイワイヤ機構
Ｂｔ１…メインバッテリ
Ｂｔ２…サブバッテリ
Ａｌｔ…オルタネータ

Claims (5)

1. 負荷に給電するメインバッテリと、
   前記メインバッテリによる給電が正常にできない場合に、前記負荷に給電するサブバッテリと、
   前記メインバッテリによる給電が正常にできる場合に、前記メインバッテリの劣化度が第１の度合いのときは、前記サブバッテリのＳＯＣの下限値を第１の値に設定し、前記劣化度が前記第１の度合いよりも進行した第２の度合いのときは、前記下限値を前記第１の値よりも高い第２の値に設定する設定部と
   を備える電源制御装置。
2. 前記設定部は、前記メインバッテリの劣化度が前記第１の度合いのとき、前記下限値を外部からの指示に基づき設定する
   請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記外部からの指示の内容は、前記下限値を前記第２の値に設定することを含む
   請求項２に記載の電源制御装置。
4. 前記サブバッテリは、前記メインバッテリよりも内部抵抗が小さい
   請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の電源制御装置。
5. メインバッテリによる負荷への給電が正常にできない場合に、サブバッテリによって前記負荷に給電し、
   前記メインバッテリによる給電が正常にできる場合に、前記メインバッテリの劣化度が第１の度合いのときは、前記サブバッテリのＳＯＣの下限値を第１の値に設定し、前記劣化度が前記第１の度合いよりも進行した第２の度合いのときは、前記下限値を前記第１の値よりも高い第２の値に設定する
   電源制御方法。

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