WO2013031615A1 - ハイブリッドカーのバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備えるハイブリッドカー - Google Patents

Abstract

【課題】走行用バッテリで電装用バッテリを充電して、電装用バッテリの過放電状態における車両の走行を実現しながら、極低温状態における走行用バッテリの寿命低下を防止する。 【解決手段】ハイブリッドカーのバッテリシステムは、車両を走行させるモータ１１に電力を供給する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧された電圧で充電される電装用バッテリ２と、走行用バッテリ１による電装用バッテリ２の充電を制御するコントロール回路４と、走行用バッテリ１の温度又は周囲温度を検出する温度センサ５とを備えている。コントロール回路４は、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流を、温度センサ５の検出温度が設定温度よりも低い状態において、設定温度よりも高い状態の充電電流よりも小さく制御している。

Description

ハイブリッドカーのバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備えるハイブリッドカー

　本発明は、ハイブリッドカーに搭載されるバッテリシステムに関し、とくに、車両を走行させる高電圧の走行用バッテリでもって、低電圧の電装用バッテリを充電するハイブリッドカーのバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備えるハイブリッドカーに関する。

　ハイブリッドカーのバッテリシステムは、車両を走行させるモータに電力を供給する高電圧の走行用バッテリと、低電圧の電装用バッテリとを備えている。走行用バッテリは、出力電圧を２００Ｖ～３００Ｖとするニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等が使用される。電装用バッテリには１２Ｖの鉛バッテリが使用される。電装用バッテリは、走行用バッテリの充電を制御する回路や車両の電装品に電力を供給する。

　このバッテリシステムがハイブリッドカーに搭載されて、電装用バッテリをエンジンで回転される発電機で充電することなく、走行用バッテリの出力電圧を降圧して電装用バッテリを充電する方式が開発されている。（特許文献１参照）

　このバッテリシステムは、電装用バッテリの発電機に代わって、走行用バッテリの出力電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。発電機に代わって電装用バッテリを充電するＤＣ／ＤＣコンバータは、電装用バッテリをより好ましい状態で充電できる。それは、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで、電装用バッテリの充電電流を精密にコントロールできるからである。さらに、このバッテリシステムは、ハイブリッドカーに搭載されて、電装用バッテリの電力効率を高くできる特徴もある。それは、電装用バッテリの発電機が、ほとんどの状態において相当に軽い負荷で充電されて、総合的な発電効率が相当に低くなるのに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が高く、また走行用バッテリの充電効率も高くできるからである。

特開２０１０－３６５９４号公報

　さらに、特許文献１のバッテリシステムは、車両を走行させない状態が続いて電装用バッテリが過放電された状態となっても、走行用バッテリで電装用バッテリを充電できる。このため、電装用バッテリが過放電された状態となっても、走行用バッテリで電装用バッテリを充電して、走行できる状態にできる。ハイブリッドカーは、走行用バッテリと電装用バッテリの何れかが過放電されると走行できなくなる。ハイブリッドカーのエンジンを始動できなくなるからである。ハイブリッドカーは、電装用バッテリが過放電されると、スタートさせるエンジンを回転できなくなるが、それは、電装用バッテリが過放電されると、スタートさせるための電気回路を動作できなくなるからである。このため、車両が相当に長い期間使用されない状態が続いて、電装用バッテリが過放電された状態になると、ハイブリッドカーにあっては、エンジンを始動できなくなるが、この状態において、走行用バッテリで電装用バッテリを充電することで、エンジンを始動して、走行できる状態にできる。

　ところが、車両が極寒の地方で使用される状態において、走行用バッテリで電装用バッテリを充電すると、走行用バッテリの放電特性が低下する状態で電装用バッテリを充電することになって、走行用バッテリの寿命を著しく低下させる原因となる。とくに、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は極低温において放電特性が相当に低下することから、この傾向が甚だしくなる欠点がある。この欠点は、極低温の状態においては、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電を禁止して解消できる。しかしながら、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電を禁止すると、電装用バッテリが過放電された状態になると、エンジンが始動できなかったり、走行用バッテリの充放電をコントロールできなくなって、車両を全く使用できなくなる欠点がある。

　本発明は、この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、走行用バッテリで電装用バッテリを充電して、電装用バッテリの過放電状態における車両の走行を実現しながら、極低温状態における走行用バッテリの寿命低下を防止できるハイブリッドカーのバッテリシステムとこのバッテリシステムを備えるハイブリッドカーを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、車両を走行させるモータに電力を供給する走行用バッテリと、この走行用バッテリの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータで降圧された電圧で充電される電装用バッテリと、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電を制御するコントロール回路と、走行用バッテリの温度又は周囲温度を検出する温度センサとを備えている。コントロール回路は、走行用バッテリで電装用バッテリを充電する充電電流を、温度センサの検出温度が設定温度よりも低い状態において、設定温度よりも高い状態の充電電流よりも小さく制御している。

　以上のバッテリシステムは、走行用バッテリで電装用バッテリを充電することで、電装用バッテリの過放電状態における車両の走行を実現しながら、極低温状態における走行用バッテリの寿命低下を防止できる特徴がある。それは、走行用バッテリの電気特性が低下する低温状態で、走行用バッテリで電装用バッテリを充電する電流を小さくして、走行用バッテリの放電電流を小さく制限するからである。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、走行用バッテリを、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池とすることができる。
　以上のバッテリシステムは、走行用バッテリをリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池とすることで、重量に対する充放電容量を大きくしながら、これ等の走行用バッテリの低温における電気特性の低下を有効に防止できる。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、コントロール回路が、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電電流を減少させる設定温度を記憶し、この設定温度を－１０℃ないし－３５℃とすることができる。
　以上のバッテリシステムは、－１０℃ないし－３５℃と極低温における走行用バッテリの劣化を防止しながら、走行用バッテリで電装用バッテリを充電できる特徴がある。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、コントロール回路が、温度センサの検出温度が設定温度よりも低温状態と、検出温度が設定温度よりも常温状態における電装用バッテリの充電電流を記憶し、低温状態における電装用バッテリの充電電流を、常温状態の充電電流の１／１０ないし１／２とすることができる。
　以上のバッテリシステムは、低温状態における電装用バッテリの充電電流を制限することで、走行用バッテリの放電電流を１／１０～１／２と相当に小さくするので、走行用バッテリの低温状態における劣化を防止しながら、走行用バッテリで電装用バッテリを充電できる。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、コントロール回路が、温度センサの検出温度に対する電装用バッテリの充電電流をルックアップテーブルとして記憶し、ルックアップテーブルに記憶される検出温度に対応して電装用バッテリの充電電流をコントロールすることができる。
　以上のバッテリシステムは、コントロール回路に記憶されるルックアップテーブルにしたがって、検出温度に対する電装用バッテリの充電電流を制限するので、低温状態において電装用バッテリの充電電流、すなわち走行用バッテリの放電電流を正確にコントロールして、走行用バッテリの劣化を有効に防止できる。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、コントロール回路が、温度センサの検出温度に対する電装用バッテリの充電電流を関数として記憶し、記憶される関数に基づいて電装用バッテリの充電電流をコントロールすることができる。
　以上のバッテリシステムは、コントロール回路に記憶される関数に基づいて、検出温度に対する電装用バッテリの充電電流を制限するので、低温状態において電装用バッテリの充電電流、すなわち走行用バッテリの放電電流を正確にコントロールして、走行用バッテリの劣化を有効に防止できる。

　本発明のハイブリッドカーのバッテリシステムは、コントロール回路が、走行用バッテリの放電電流をコントロールして、電装用バッテリの充電電流を制御することができる。
　以上のバッテリシステムは、走行用バッテリの放電電流をコントロールして、電装用バッテリの充電電流をコントロールするので、低温状態においては、走行用バッテリを有効に保護して電装用バッテリを充電できる。このため、低温状態における走行用バッテリの劣化を有効に防止しながら、これで電装用バッテリを充電できる。

　本発明のハイブリッドカーは、上記のいずれかのバッテリシステムを備えることができる。

本発明の一実施例にかかるバッテリシステムのブロック図である。 図１に示すバッテリシステムを搭載するハイブリッド自動車の一例を示すブロック図である。

　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バッテリシステム及びこのバッテリシステムを備えるハイブリッドカーを例示するものであって、本発明はバッテリシステムとハイブリッドカーを以下のものに特定しない。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」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。

　本発明のバッテリシステムは、ハイブリッドカーに搭載される。このバッテリシステムは、車両を走行させるモータ１１に電力を供給する走行用バッテリ１と、走行用バッテリ１の電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧された電圧で充電される電装用バッテリ２と、走行用バッテリ１による電装用バッテリ２の充電を制御するコントロール回路４と、走行用バッテリ１の温度又は周囲温度を検出する温度センサ５とを備える。

　図１に示すように、ハイブリッドカーは、エンジン１３で駆動され、さらに、回生制動で駆動される発電機１２を備えており、この発電機１２で走行用バッテリ１を充電する。

　走行用バッテリ１は、１００Ｖ～３００Ｖの高電圧バッテリで、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池などの充電できる複数の二次電池６を直列に接続して出力電圧を高くしている。さらに、走行用バッテリは、複数の二次電池を並列して容量を大きくすることもできる。走行用バッテリ１は、ＤＣ／ＡＣインバータ１０を介して車両を走行させるモータ１１に電力を供給する。ＤＣ／ＡＣインバータ１０は、コントロールユニット１４に制御されて、モータ１１に供給する電力、すなわち走行用バッテリ１の放電電流をコントロールして、車両を走行させる。コントロールユニット１４は、アクセル、ブレーキなどの入力される情報でＤＣ／ＡＣインバータ１０を制御して、走行用バッテリ１からモータ１１に供給する電力をコントロールする。

　さらに、ハイブリッドカーに搭載される走行用バッテリ１は、車両を走行させるエンジン１３、あるいは充電専用のエンジン１３に駆動される発電機１２で充電される。コントロールユニット１４は、走行用バッテリ１の充電と放電をコントロールして、所定の残容量、たとえば、５０±２０％の範囲に保持される。

　電装用バッテリ２は１２Ｖの鉛バッテリで、車両に搭載している電装品に電力を供給し、さらに、走行用バッテリ１の充放電をコントロールするコントロールユニット１４やコントロール回路４の電源回路に電力を供給する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、走行用バッテリ１の直流電圧を、電装用バッテリ２を充電する電圧に降圧して、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する。コントロール回路４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力をコントロールして、電装用バッテリ２を一定の電圧範囲に保持する。ただし、コントロール回路４は、車両を走行させるときにオンに切り換えられるメインスイッチ、すなわちイグニッションスイッチ１５をオンとする状態で、電装用バッテリ２の電圧を一定の電圧範囲に保持する。したがって、コントロール回路４は、電装用バッテリ２の電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備えている。このコントロール回路４は、電圧検出回路で検出される電装用バッテリ２の検出電圧を一定の電圧範囲とするようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御して、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する。電装用バッテリ２は放電されると電圧が低下するので、充電して電圧を上昇させて、一定の電圧範囲に制御する。コントロール回路４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御して、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流をコントロールして、電装用バッテリ２を一定の電圧範囲に保持する。

　さらに、コントロール回路４は、車両に搭載しているコントロールユニット１４からの信号でＤＣ／ＤＣコンバータ３をコントロールして、電装用バッテリ２を一定の電圧範囲とすることもできる。このコントロール回路４は、たとえば、車両のブレーキが踏まれて回生制動されるときに、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する。

　コントロール回路４は、走行用バッテリ１の温度や周囲温度によっても、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する電流をコントロールする。このことを実現するために、走行用バッテリ１の温度、又は周囲温度を検出する温度センサ５を備えている。温度センサ５は、好ましくは走行用バッテリ１の温度を検出する。ただ、周囲温度が低下しても走行用バッテリ１の温度が低下するので、周囲温度を検出して走行用バッテリ１の充電電流をコントロールすることもできる。

　コントロール回路４は、温度センサ５の検出温度によって、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流、すなわち、走行用バッテリ１の放電電流を制御する。このコントロール回路４は、温度センサ５の検出温度が設定温度よりも低い状態において、設定温度よりも高い状態よりも電装用バッテリ２の充電電流を小さく制限する。温度が低い状態で電気特性が低下している走行用バッテリ１を保護するためである。

　コントロール回路４は、設定温度の上下で走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流を切り換えて、たとえば、検出温度が設定温度よりも低い状態において走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流を、設定温度よりも高い状態の充電電流よりも小さくするように制限する。このコントロール回路４は、たとえば、設定温度を－３０℃として、検出温度がこの設定温度よりも低い低温状態で、走行用バッテリ１による電装用バッテリ２の充電電流を、検出温度が設定温度よりも高い常温状態の充電電流よりも小さくする。常温状態における電装用バッテリ２の充電電流は、大きくして速やかに電装用バッテリ２を充電でき、低温状態における電装用バッテリ２の充電電流は、小さくして低温状態における走行用バッテリ１の劣化を少なくできる。したがって、低温状態における電装用バッテリ２の充電電流は、走行用バッテリ１の劣化を防止しながら電装用バッテリ２をできるかぎり速やかに充電できるように、好ましくは、常温状態における充電電流の１／１０～１／２とする。

　コントロール回路４は、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する充電電流を、走行用バッテリ１の電圧によって変化させることもできる。たとえば、走行用バッテリ１の電圧が低い状態での充電電流を、電圧が高い状態での充電電流よりも小さくすることができる。この場合、コントロール回路４は、電池の電圧が低い状態における充電電流の最大値を、検出温度で特定される充電電流よりも小さく制限する。電圧が低下して電気特性の低下した走行用バッテリ１の劣化を防止するためである。

　以上のように電装用バッテリ２の充電電流を検出温度で設定するコントロール回路４は、最も簡単に充電電流を制御できる。だたし、コントロール回路４は複数の設定温度を記憶し、設定温度の上下で充電電流を変化させることで、検出温度が低い状態で走行用バッテリ１による電装用バッテリ２の充電電流を小さくすることもできる。

　コントロール回路４は、以上のように検出温度で電装用バッテリ２の充電電流をコントロールするために、温度センサ５の検出温度に対する電装用バッテリ２の充電電流をルックアップテーブルとして記憶し、あるいは関数として記憶している。このコントロール回路４は、ルックアップテーブルに記憶され、あるいは関数として記憶している検出温度に対応して電装用バッテリ２の充電電流をコントロールする。

　車両に搭載されるバッテリシステムは、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチ１５がオンに切り換えられている状態で、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電して、電装用バッテリ２を一定の電圧範囲に保持する。電装用バッテリ２は、イグニッションスイッチ１５がオンに切り換えられて、走行用バッテリ１で充電できる状態で一定の電圧範囲に保持される。イグニッションスイッチ１５をオフに切り換えて、車両を走行させない状態で、電装用バッテリ２は走行用バッテリ１で充電されなくなる。したがって、イグニッションスイッチ１５をオフに切り換えた後における電装用バッテリ２の電圧は、イグニッションスイッチ１５をオンに切り換えている状態よりも低くなる。イグニッションスイッチ１５をオフとする状態、すなわち車両が使用されない状態において、電装用バッテリ２の電圧は、自己放電によって、さらに、車両に搭載している電装機器が消費しているわずかな電力消費によって次第に低下する。したがって、車両が長期間使用されず、さらに電装用バッテリ２が充分に充電されていない状態で、あるいは又、電装用バッテリ２が劣化して充電容量が低下している状態においては、イグニッションスイッチ１５をオンに切り換えた直後で電装用バッテリ２の電圧が相当に低下している。イグニッションスイッチ１５をオンに切り換えた状態で、電装用バッテリ２が過放電された状態となって、コントロールユニット１４などの電源に電力供給できない状態にあると、車両を走行できなくなるので、コントロール回路４は、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を充電する。このとき、温度センサ５の検出温度が設定温度よりも高い状態にあると、コントロール回路４は常温状態と判定して、走行用バッテリ１で電装用バッテリ２を所定の電流で充電する。しかしながら、検出温度が設定温度よりも低い状態にあると、コントロール回路４は走行用バッテリ１による電装用バッテリ２の充電電流を小さく制限して、走行用バッテリ１の劣化を防止する。低温で電気特性の低下している走行用バッテリ１を保護しながら、電装用バッテリ２を充電するためである。走行用バッテリ１で電装用バッテリ２が充電されると、電装用バッテリ２からコントロールユニット１４の電源に電力を供給できる状態となって、走行用バッテリ１でエンジン１３を始動できる状態となる。エンジン１３を始動して、走行用バッテリ１が充電される状態になると、走行用バッテリ１は発電機１２で充電される状態となり、この状態の走行用バッテリ１で電装用バッテリ２も充電されて一定の電圧範囲に保持される。

　以上のバッテリシステムは、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車用の電源として利用できる。図２は、ハイブリッド自動車にバッテリシステム１００を搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステム１００を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン１３及び走行用のモータ１１と、モータ１１に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の電池を充電する発電機１２とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ１０を介してモータ１１と発電機１２に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の電池を充放電しながらモータ１１とエンジン１３の両方で走行する。モータ１１は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ１１は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機１２は、エンジン１３で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の電池を充電する。

１００…バッテリシステム
　　１…走行用バッテリ
　　２…電装用バッテリ
　　３…ＤＣ／ＤＣコンバータ
　　４…コントロール回路
　　５…温度センサ
　　６…二次電池
　１０…ＤＣ／ＡＣインバータ
　１１…モータ
　１２…発電機
　１３…エンジン
　１４…コントロールユニット
　１５…イグニッションスイッチ
　ＨＶ…車両

Claims (8)

1. 　車両を走行させるモータに電力を供給する走行用バッテリと、この走行用バッテリの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータで降圧された電圧で充電される電装用バッテリと、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電を制御するコントロール回路と、前記電装用バッテリの温度又は周囲温度を検出する温度センサとを備え、
   　前記コントロール回路が、走行用バッテリで電装用バッテリを充電する充電電流を、温度センサの検出温度が設定温度よりも低い状態において、設定温度よりも高い状態の充電電流よりも小さく制御するハイブリッドカーのバッテリシステム。
2. 　前記走行用バッテリがリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である請求項１に記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
3. 　前記コントロール回路が、走行用バッテリによる電装用バッテリの充電電流を減少させる設定温度を記憶しており、この設定温度を－１０℃ないし－３５℃としている請求項１又は２に記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
4. 　前記コントロール回路が、温度センサの検出温度が設定温度よりも低温状態と、検出温度が設定温度よりも常温状態における電装用バッテリの充電電流を記憶しており、低温状態における電装用バッテリの充電電流を、常温状態の充電電流の１／１０ないし１／２としている請求項１ないし３のいずれかに記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
5. 　前記コントロール回路が、温度センサの検出温度に対する電装用バッテリの充電電流をルックアップテーブルとして記憶しており、ルックアップテーブルに記憶される検出温度に対応して電装用バッテリの充電電流をコントロールする請求項１ないし４のいずれかに記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
6. 　前記コントロール回路が、温度センサの検出温度に対する電装用バッテリの充電電流を関数として記憶しており、記憶される関数に基づいて電装用バッテリの充電電流をコントロールする請求項１ないし４のいずれかに記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
7. 　前記コントロール回路が、走行用バッテリの放電電流をコントロールして、電装用バッテリの充電電流を制御する請求項１ないし６のいずれかに記載されるハイブリッドカーのバッテリシステム。
8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載のバッテリシステムを備えるハイブリッドカー。

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