特開 2024-171575 車両用電力システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171575

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】車両用電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20241205BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241205BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20241205BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241205BHJP

   B60L 8/00 20060101ALI20241205BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241205BHJP

   B60L 58/18 20190101ALI20241205BHJP

   B60L 53/20 20190101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H02J7/35 K

H02J7/00 P

B60L1/00 L

B60L3/00 S

B60L8/00

B60L50/60

B60L58/18

B60L53/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088653

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤井 逸人

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA06

5G503BA04

5G503BB01

5G503CA10

5G503CC02

5G503DA07

5G503DA08

5G503FA06

5G503GB03

5H125AA01

5H125AC09

5H125AC12

5H125AC24

5H125BB05

5H125BB07

5H125BB09

5H125BC25

5H125DD01

5H125EE23

5H125EE70

(57)【要約】

【課題】車両が停車している状況において補機バッテリを効率的に充電するための技術を提供する。
【解決手段】車両用電力システムは、メインバッテリと、補機バッテリと、ソーラパネルと、メインバッテリの出力電力を降圧して補機バッテリに供給する降圧動作を実行可能な第１コンバータと、ソーラパネルの発電電力を昇圧してメインバッテリに供給する昇圧動作と、メインバッテリの出力電力を降圧して補機バッテリに供給する降圧動作と、を実行可能に構成されている第２コンバータと、制御装置と、を備え、制御装置は、車両が走行している場合に、第１コンバータに降圧動作を実行させて、メインバッテリから補機バッテリに充電電力を供給する動作と、車両が停車しており、かつ、複数個の補機が所定の電力消費をしている場合に、第２コンバータに降圧動作を実行させて、メインバッテリから補機バッテリに充電電力を供給する動作と、を実行可能である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行用モータに電力を供給するメインバッテリと、
複数個の補機に電力を供給する補機バッテリと、
ソーラパネルと、
前記メインバッテリの出力電力を降圧して前記補機バッテリに供給する降圧動作を実行可能な第１コンバータと、
前記ソーラパネルの発電電力を昇圧して前記メインバッテリに供給する昇圧動作と、前記メインバッテリの出力電力を降圧して前記補機バッテリに供給する降圧動作と、を実行可能に構成されている第２コンバータと、
前記第１コンバータ及び前記第２コンバータの動作を制御して、前記補機バッテリの充電レベルを管理する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、少なくとも、
前記走行用モータによって車両が走行している場合に、前記第１コンバータに降圧動作を実行させて、前記メインバッテリから前記補機バッテリに充電電力を供給する動作と、
前記車両が停車しており、かつ、前記複数個の補機が所定の電力消費をしている場合に、前記第２コンバータに降圧動作を実行させて、前記メインバッテリから前記補機バッテリに充電電力を供給する動作と、を実行可能である、
車両用電力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、車両に搭載される電力システムである車両用電力システムを開示する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、駆動用バッテリと、補機バッテリと、ソーラパネルと、を備える車両用電力システムが開示されている。ソーラパネルの発電電力は補機バッテリに充電される。また、当該システムは、さらに、駆動用バッテリと補機バッテリの間に配置された昇降圧コンバータを備える。当該昇降圧コンバータは、車両の走行中において補機バッテリの残量が閾値を超える場合に、補機バッテリの出力電力を駆動用バッテリに供給する。また、当該昇降圧コンバータは、車両の走行中において補機バッテリの残量が閾値を下回る場合に、駆動用バッテリの出力電力を補機バッテリに供給する。また、当該昇降圧コンバータは、車両が走行していない状態において補機バッテリの残量が閾値を超える場合に、補機バッテリの出力電力を駆動用バッテリに供給する。また、車両が走行していない状態において補機バッテリの残量が閾値を下回る場合に、当該昇降圧コンバータは停止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０９２３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術において、車両の停止中においてソーラパネルによる発電量が良好でない状況で、車両内のユーザが補機を利用することが想定される。ソーラパネルによる発電量が良好でないので、補機バッテリの残量が減少し続ける可能性がある。補機バッテリの残量が減少すると、車両内のユーザが補機を利用できない可能性がある

【0005】

特許文献１の技術において、車両の停止中においてソーラパネルによる発電量が良好でない状況で補機バッテリの残量を維持することを想定する。例えば、当該状況において、上記の昇降圧コンバータを動作させれば、駆動用バッテリの電力が補機バッテリに供給されて、補機バッテリの残量が維持され得る。しかし、上記の昇降圧コンバータは、車両の走行中に動作するものであり、車両の走行中における補機の消費電力は、車両の停車中における補機の消費電力よりも高い。一般的に、昇降圧コンバータを高い消費電力に適して設計すると、昇降圧コンバータの電力変換効率は、低い消費電力において低下する。このため、特許文献１の技術において補機バッテリの残量を維持しようとすると、低い電力変換効率で昇降圧コンバータを動作させることとなる。

【0006】

本明細書では、車両が停車している状況において補機バッテリを効率的に充電するための技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書で開示する車両用電力システムは、走行用モータに電力を供給するメインバッテリと、複数個の補機に電力を供給する補機バッテリと、ソーラパネルと、前記メインバッテリの出力電力を降圧して前記補機バッテリに供給する降圧動作を実行可能な第１コンバータと、前記ソーラパネルの発電電力を昇圧して前記メインバッテリに供給する昇圧動作と、前記メインバッテリの出力電力を降圧して前記補機バッテリに供給する降圧動作と、を実行可能に構成されている第２コンバータと、前記第１コンバータ及び前記第２コンバータの動作を制御して、前記補機バッテリの充電レベルを管理する制御装置と、を備え、前記制御装置は、少なくとも、前記走行用モータによって車両が走行している場合に、前記第１コンバータに降圧動作を実行させて、前記メインバッテリから前記補機バッテリに充電電力を供給する動作と、前記車両が停車しており、かつ、前記複数個の補機が所定の電力消費をしている場合に、前記第２コンバータに降圧動作を実行させて、前記メインバッテリから前記補機バッテリに充電電力を供給する動作と、を実行可能である。

【0008】

上記の構成によれば、第２コンバータの機能として、ソーラパネルの発電電力をメインバッテリへ供給する機能に加えて、メインバッテリの出力電力を補機バッテリへ供給する機能が追加される。そして、メインバッテリから補機バッテリへの電力供給において、車両が走行している場合に第１コンバータが利用され、車両が停車している場合に第２コンバータが利用される。即ち、車両が停車している場合には、車両の走行中に利用される第２コンバータに代えて、第１コンバータが利用される。車両の停車中において電力変換効率の低い第２コンバータを利用しなくてもよい。第２コンバータに代えて、第１コンバータを利用することにより、車両が停車している状況において補機バッテリを効率的に充電することができる。

【0009】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】車両用電力システムのブロック図である。

【図2】制御装置の処理を示すフローチャート図である。

【図3】制御装置の動作モードを示すテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（車両用電力システム４の構成；図１）
車両用電力システム４は、車両２に搭載される。車両２は、外部の電源によって充電される充電式の車両、及び、エンジンを併せ持つハイブリッド車等である。車両用電力システム４は、ソーラパネル１０と、ソーラコンバータ１２と、ソーラＤＣ／ＤＣ１４と、補機バッテリ１６と、複数個の補機１８と、メインバッテリ２０と、メインＤＣ／ＤＣ２２と、充電プラグ２４と、制御装置３０と、を備える。

【0012】

メインバッテリ２０は、図示省略の走行用モータに電力を供給する。車両２は、当該走行用モータによって走行する。補機バッテリ１６は、複数個の補機１８に電力を供給する。複数個の補機１８は、例えば、エアコン、オーディオ機器、カーナビ、ドライブレコーダ等である。

【0013】

ソーラパネル１０は、太陽光を電力に変換するモジュールである。ソーラパネル１０は、車両２の外面、例えば、ルーフに露出している。ソーラコンバータ１２は、ソーラパネル１０に接続されている。ソーラコンバータ１２は、ソーラパネル１０によって発電された電力（以下では、「発電電力」と記載）をソーラＤＣ／ＤＣ１４に適した電力に変換する。ソーラコンバータ１２は、例えば、Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）制御を実行する。

【0014】

メインＤＣ／ＤＣ２２は、メインバッテリ２０と補機バッテリ１６の間に接続されている昇降圧コンバータである。メインＤＣ／ＤＣ２２は、メイン降圧動作と補機昇圧動作とを実行可能に構成されている。メイン降圧動作は、メインバッテリ２０から出力される電力（以下では「メインバッテリ２０の出力電力」と記載）を降圧して補機バッテリ１６に供給する動作である。補機昇圧動作は、補機バッテリ１６から出力される電力を昇圧してメインバッテリ２０に供給する動作である。メインＤＣ／ＤＣ２２は、例えば、複数個のスイッチング素子を含み、複数個のスイッチング素子を制御することにより、メイン降圧動作と補機昇圧動作が実現される。なお、変形例では、メインＤＣ／ＤＣ２２は、メイン降圧動作を実行し、補機昇圧動作を実行しなくてもよい。

【0015】

ソーラＤＣ／ＤＣ１４は、ソーラコンバータ１２、補機バッテリ１６、及び、メインバッテリ２０の三者に接続されている昇降圧コンバータである。ソーラＤＣ／ＤＣ１４は、ソーラ昇圧動作と、ソーラ降圧動作と、バッテリ降圧動作と、を実行可能に構成されている。ソーラ昇圧動作は、ソーラパネル１０の発電電力を昇圧してメインバッテリ２０に供給する動作である。ソーラ降圧動作は、ソーラパネル１０の発電電力を降圧して補機バッテリ１６に供給する動作である。バッテリ降圧動作は、メインバッテリ２０の出力電力を降圧して補機バッテリ１６に供給する動作である。ソーラＤＣ／ＤＣ１４は、例えば、複数個のスイッチング素子を含み、複数個のスイッチング素子を制御することにより、ソーラ降圧動作、ソーラ昇圧動作、及び、バッテリ昇圧動作が実現される。

【0016】

制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４及びメインＤＣ／ＤＣ２２の動作を制御して、補機バッテリ１６及びメインバッテリ２０の充電レベルを管理する。なお、制御装置３０も、補機であり、補機バッテリ１６から出力される電力によって動作する。

【0017】

充電プラグ２４は、メインバッテリ２０を外部電源（例えば、商用電源）に接続するためのプラグである。外部電源から出力される電力は、充電プラグ２４を介して、メインバッテリ２０に供給される。これにより、メインバッテリ２０が外部電源によって充電される。

【0018】

（制御装置の処理；図２、図３）
図２及び図３を参照して、制御装置３０が実行する処理について説明する。Ｓ１０では、制御装置３０は、車両２が現在走行しているのか否かを判断する。Ｓ１０の判断は、例えば、車両２の現在の速度に基づいて判断される。制御装置３０は、車両２が現在走行していると判断する場合（Ｓ１０でＹＥＳ）に、Ｓ１２に進む。

【0019】

Ｓ１２では、制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値以上であるのか否かを判断する。例えば、天候が晴れである場合には、ソーラパネル１０の発電量は所定の閾値以上であり、天候が曇りである場合には、ソーラパネル１０の発電量は所定の閾値未満である。制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値以上であると判断する場合（Ｓ１２でＹＥＳ）に、Ｓ１４に進む。

【0020】

Ｓ１４では、制御装置３０は、第１モードで動作することを決定する。図３に示すように、第１モードでは、制御装置３０は、メインＤＣ／ＤＣ２２にメイン降圧動作を実行させ、ソーラＤＣ／ＤＣ１４にソーラ昇圧動作を実行させる。これにより、ソーラパネル１０の発電電力でメインバッテリ２０が充電され、メインバッテリ２０の出力電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0021】

また、制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値未満であると判断する場合（Ｓ１２でＮＯ）に、Ｓ１６に進む。Ｓ１６では、制御装置３０は、第２モードで動作することを決定する。図３に示すように、第２モードでは、制御装置３０は、メインＤＣ／ＤＣ２２にメイン降圧動作を実行させる。さらに、制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４に停止を指示する。これにより、メインバッテリ２０の出力電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0022】

また、制御装置３０は、車両２が現在停止していると判断する場合（Ｓ１０でＮＯ）に、Ｓ２０に進む。Ｓ２０では、制御装置３０は、充電プラグ２４を利用した充電が現在実行されているのか否かを判断する。Ｓ２０の判断は、例えば、充電プラグ２４に現在流れる電流の電流値に基づいて判断される。制御装置３０は、充電プラグ２４を利用した充電が現在実行されていると判断する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）に、Ｓ２２に進む。

【0023】

Ｓ２２は、Ｓ１２と同様である。制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値以上であると判断する場合（Ｓ２２でＹＥＳ）に、Ｓ２４に進む。Ｓ２４では、制御装置３０は、第７モードで動作することを決定する。図３に示すように、第７モードでは、制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４にソーラ降圧動作を実行させる。さらに、制御装置３０は、メインＤＣ／ＤＣ２２に停止を指示する。これにより、充電プラグ２４から出力される電力でメインバッテリ２０が充電され、ソーラパネル１０の発電電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0024】

また、制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値未満であると判断する場合（Ｓ２２でＮＯ）に、Ｓ２６に進む。Ｓ２６では、制御装置３０は、第８モードで動作することを決定する。図３に示すように、第８モードでは、制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４にバッテリ降圧動作を実行させる。さらに、制御装置３０は、メインＤＣ／ＤＣ２２に停止を指示する。これにより、充電プラグ２４から出力される電力でメインバッテリ２０が充電され、メインバッテリ２０の出力電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0025】

また、制御装置３０は、充電プラグ２４を利用した充電が現在実行されていないと判断する場合（Ｓ２０でＮＯ）に、Ｓ３０に進む。Ｓ３０では、制御装置３０は、車両２の現在の状態がサービスＯＮであるのか否かを判断する。サービスＯＮは、車両２の停車中において何らかの補機が動作し、複数個の補機１８が所定の電力消費をしている状態である。サービスＯＮは、例えば、ユーザが車内でエアコン等を利用している状態、ユーザが車内にいない状態でドライブレコーダが動作している状態である。Ｓ３０の判断は、例えば、補機バッテリ１６を流れる電流の電流値に基づいて判断される。制御装置３０は、車両２の現在の状態がサービスＯＮであると判断する場合（Ｓ３０でＹＥＳ）に、Ｓ３２に進む。

【0026】

Ｓ３２は、Ｓ１２と同様である。制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値以上であると判断する場合（Ｓ３２でＹＥＳ）に、Ｓ３４に進む。Ｓ３４では、制御装置３０は、第３モードで動作することを決定する。図３に示すように、第３モードでは、第７モードと同様に、ソーラＤＣ／ＤＣ１４がソーラ降圧動作を実行する。これにより、ソーラパネル１０の発電電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0027】

また、制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値未満であると判断する場合（Ｓ３２でＮＯ）に、Ｓ３６に進む。Ｓ３６では、制御装置３０は、第４モードで動作することを決定する。図３に示すように、第４モードでは、第８モードと同様に、ソーラＤＣ／ＤＣ１４がバッテリ降圧動作を実行する。これにより、メインバッテリ２０の出力電力で補機バッテリ１６が充電される。

【0028】

また、制御装置３０は、車両２の現在の状態がサービスＯＮでなく、完全停止であると判断する場合（Ｓ３０でＮＯ）に、Ｓ４２に進む。完全停止では、補機バッテリ１６には暗電流が流れており、複数個の補機１８は所定の電力消費をしていない。

【0029】

Ｓ４２は、Ｓ１２と同様である。制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値以上であると判断する場合（Ｓ４２でＹＥＳ）に、Ｓ４４に進む。Ｓ４４では、制御装置３０は、第５モードで動作することを決定する。図３に示すように、第５モードでは、制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４にソーラ昇圧動作を実行させる。さらに、制御装置３０は、メインＤＣ／ＤＣ２２に停止を指示する。これにより、ソーラパネル１０の発電電力でメインバッテリ２０が充電される。

【0030】

また、制御装置３０は、ソーラパネル１０の発電量が所定の閾値未満であると判断する場合（Ｓ４２でＮＯ）に、Ｓ４６に進む。Ｓ４６では、制御装置３０は、第８モードで動作することを決定する。図３に示すように、第８モードでは、制御装置３０は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４とメインＤＣ／ＤＣ２２の双方に停止を指示する。第８モードでは、メインバッテリ２０及び補機バッテリ１６は充電されない。

【0031】

制御装置３０は、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ３４、Ｓ３６、Ｓ４４及びＳ４６のうちのいずれかの処理が実行されると、Ｓ５０に進む。Ｓ５０では、制御装置３０は、決定済みのモードで動作する。Ｓ５０の処理が終了すると、図２の処理が終了する。

【0032】

（本実施例の効果）
図３に示すように、複数個の補機１８の消費電力は、車両２の走行中においてレベル「中」以上であり、サービスＯＮの状態において、レベル「中」よりも低いレベル「小」である。また、当該消費電力は、完全停止の状態において、レベル「小」よりも低いレベル「微小」であり、充電プラグ２４で充電中において、レベル「小」以下である。

【0033】

メインＤＣ／ＤＣ２２は、車両２の走行中に動作するコンバータであり、メインＤＣ／ＤＣ２２は、レベル「中」以上の消費電力に適して設計される。このため、メインＤＣ／ＤＣ２２の電力変換効率は、レベル「中」以上において高効率であり、レベル「小」以下では低効率である。

【0034】

例えば、サービスＯＮの状態において、ソーラＤＣ／ＤＣ１４を動作させず、メインＤＣ／ＤＣ２２にメイン降圧動作を実行させて、補機バッテリ１６を充電する比較例が想定される。この比較例では、補機バッテリ１６を充電することができるものの、低い電力変換効率でメインＤＣ／ＤＣ２２を動作させることとなる。

【0035】

これに対して、本実施例の構成によれば、制御装置３０は、サービスＯＮの状態においてソーラＤＣ／ＤＣ１４にバッテリ降圧動作を実行させて、補機バッテリ１６を充電する（図２のＳ３６）。即ち、サービスＯＮの状態において電力変換効率の低いメインＤＣ／ＤＣ２２を利用しなくてもよい。メインＤＣ／ＤＣ２２に代えて、ソーラＤＣ／ＤＣ１４を利用することにより、サービスＯＮの状態において補機バッテリ１６を効率的に充電することができる。また、本実施例の構成は、ソーラＤＣ／ＤＣ１４にバッテリ降圧動作の機能を追加すればよく、バッテリ降圧動作を実行する専用のＤＣ／ＤＣを別途に設ける必要がない。

【0036】

（対応関係）
車両用電力システム４、車両２が、それぞれ、「車両用電力システム」、「車両」の一例である。ソーラパネル１０が、「ソーラパネル」の一例である。補機バッテリ１６、複数個の補機１８が、それぞれ、「補機バッテリ」、「複数個の補機」の一例である。メインバッテリ２０が、「メインバッテリ」の一例である。メインＤＣ／ＤＣ２２、ソーラＤＣ／ＤＣが、それぞれ、「第１コンバータ」、「第２コンバータ」の一例である。制御装置３０が、「制御装置」の一例である。

【0037】

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。車両用電力システム４は、充電プラグ２４を備えず、図２のＳ２０～Ｓ２６の処理は実行されなくてもよい。

【符号の説明】

【0038】

２：車両、 ４：車両用電力システム、 １０：ソーラパネル、 １２：ソーラコンバータ、 １４：ソーラＤＣ／ＤＣ、 １６：補機バッテリ、 １８：複数個の補機、 ２０：メインバッテリ、 ２２：メインＤＣ／ＤＣ、 ２４：充電プラグ、 ３０：制御装置

【図1】

【図2】

【図3】