特開 2025-1097 車両用電源システム

(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】P2025001097

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】車両用電源システム

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/00 20160101AFI20241225BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20241225BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20241225BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20241225BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20241225BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241225BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20241225BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241225BHJP

   H02P 101/45 20150101ALN20241225BHJP

【ＦＩ】

B60W20/00 ZHV

B60W10/06 900

B60W10/08 900

H02P9/04 L

B60L1/00 L

B60L3/00 J

B60L50/16

B60L50/60

H02P101:45

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100491

(22)【出願日】2023-06-20

(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】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千葉 雅人

(72)【発明者】

【氏名】伊東 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】井上 真一

【テーマコード（参考）】

3D202

5H125

5H590

【Ｆターム（参考）】

3D202BB00

3D202BB24

3D202BB43

3D202CC45

3D202CC59

3D202DD47

3D202EE00

3D202EE02

5H125AA01

5H125AC08

5H125AC12

5H125BB09

5H125BC25

5H125BC29

5H125EE13

5H125EE23

5H125EE31

5H590AA02

5H590CA07

5H590CB10

5H590CE05

5H590GA02

5H590GB05

5H590HA02

5H590HA06

5H590JA02

5H590KK04

(57)【要約】

【課題】エンジンの間欠運転におけるエンジンの停止中に、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを用いることなく、補機の消費電力に対するＤＣＤＣコンバータの供給電力の大小を算出することができる車両用電源システムを提供する。
【解決手段】補機系負荷１２と、補機系負荷に電力を供給する補機用バッテリ１３と、を含む補機１１と、エンジン１４の回転によって発電した電力を補機１１に供給するオルタネータ１５と、オルタネータ１５と並列に接続され、駆動用バッテリ１６の電力の電圧を変換して補機１１に供給するＤＣＤＣコンバータ１７と、を備え、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力の電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差に基づいて、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

補機系負荷と、前記補機系負荷に電力を供給する補機用バッテリと、を含む補機と、
エンジンの回転によって発電した電力を前記補機に供給するオルタネータと、
前記オルタネータと並列に接続され、駆動用バッテリの電力の電圧を変換して前記補機に供給するＤＣＤＣコンバータと、
を備え、
前記エンジンの間欠運転における前記エンジンの停止中に、前記ＤＣＤＣコンバータの供給電力の電圧値と前記補機用バッテリの電圧値との差に基づいて、前記補機系負荷の消費電力よりも前記ＤＣＤＣコンバータの供給電力が小さい場合を判別する、
車両用電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載される車両用電源システムは、駆動用バッテリの電力の電圧を変換して補機に供給するＤＣＤＣコンバータと、エンジンの回転によって発電した電力を補機に供給するオルタネータとを有する。なお、補機には、補機系負荷と、補機用バッテリとが含まれる。

【0003】

ところで、ＨＥＶまたはＰＨＥＶでは、燃費性能の向上および排気ガスの低減を目的として、車両の走行中にエンジンの間欠運転が行われる。車両用電源システムでは、エンジンの間欠運転におけるエンジンの停止中に、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合には、エンジンを起動してオルタネータによって発電された電力を補機に供給している。

【0004】

例えば、特許文献１に記載の車両用電源システムでは、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別するために、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを用いてＤＣＤＣコンバータの供給電力を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１９５２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを用いることなく、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータの供給電力が小さい場合を判別することができれば、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを設けることなくコストを削減することができる。

【0007】

そこで、本発明は、エンジンの間欠運転におけるエンジンの停止中に、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを用いることなく、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータの供給電力が小さい場合を判別することができる車両用電源システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る車両用電源システムは、補機系負荷と、補機系負荷に電力を供給する補機用バッテリと、を含む補機と、エンジンの回転によって発電した電力を補機に供給するオルタネータと、オルタネータと並列に接続され、駆動用バッテリの電力の電圧を変換して補機に供給するＤＣＤＣコンバータと、を備え、エンジンの間欠運転におけるエンジンの停止中に、ＤＣＤＣコンバータの供給電力の電圧値と補機用バッテリの電圧値との差に基づいて、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータの供給電力が小さい場合を判別することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の車両用電源システムによれば、エンジンの間欠運転におけるエンジンの停止中に、ＤＣＤＣコンバータを監視する電流センサを用いることなく、補機の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータの供給電力が小さい場合を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の一例である車両用電源システムを示す模式図である。

【図2】実施形態の一例であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。

【図3】実施形態の一例であるエンジン間欠運転制御の流れを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

【0012】

［車両用電源システム］
図１を用いて、車両用電源システム１０について説明する。

【0013】

車両用電源システム１０は、車両に搭載される。車両は、エンジン１４およびモータ（図示なし）を駆動して走行するＨＥＶである。車両は、エンジン１４およびモータを駆動して走行し、コンセントから差込プラグを用いて駆動用バッテリ１６に充電可能なＰＨＥＶであってもよい。

【0014】

車両用電源システム１０によれば、詳細は後述するが、エンジン１４の間欠停止中において、ＤＣＤＣコンバータ１７を監視する電流センサを用いることなく、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別することができる。

【0015】

車両用電源システム１０は、補機系負荷１２と、補機用バッテリ１３とが含まれる補機１１と、エンジン１４の回転によって発電した電力を補機１１に供給するオルタネータ１５と、オルタネータ１５と並列に接続され、駆動用バッテリ１６の電力の電圧を変換して補機１１に供給するＤＣＤＣコンバータ１７と、詳細は後述するエンジン間欠運転制御を実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０とを備える。

【0016】

補機系負荷１２は、車両における電装品、電装品を制御する制御装置、走行に関する制御装置、自動運転を制御する制御装置等の電力を消費する機器であって、例えばブレーキモータ、パワーステアリングモータ等である。

【0017】

補機用バッテリ１３は、補機系負荷１２に電力を供給し、後述する駆動用バッテリ１６と比較して低電圧かつ小容量のバッテリである。補機用バッテリ１３は、鉛バッテリ、リチウムイオン電池等が好適に用いられる。補機用バッテリ１３には、補機用バッテリ１３の電圧値を検出するバッテリ電圧センサ１８が設けられる。

【0018】

オルタネータ１５は、エンジン１４の回転によって発電する発電機であって、補機１１に電力を供給する。オルタネータ１５は、エンジン１４のクランクシャフトにベルトによって接続されてもよい。オルタネータ１５は、補機１１に対してＤＣＤＣコンバータ１７と並列に接続されている。

【0019】

駆動用バッテリ１６は、車両を駆動するモータに電力を供給する。駆動用バッテリ１６は、リチウムイオン電池等が好適に用いられる。

【0020】

ＤＣＤＣコンバータ１７は、駆動用バッテリ１６の直流の高圧電力の電圧を直流の低圧電力の電圧に降圧して補機１１に供給する。ＤＣＤＣコンバータ１７は、補機１１に対してオルタネータ１５と並列に接続されている。

【0021】

車両用電源システム１０では、通常、ＤＣＤＣコンバータ１７によって駆動用バッテリ１６の電力の電圧を変換して補機１１に供給し、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合には、エンジン１４を駆動してオルタネータ１５によって発電された電力を補機１１に供給する。

【0022】

［ＥＣＵ］
図２を用いて、ＥＣＵ２０について説明する。

【0023】

ＥＣＵ２０は、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７の電圧指示値と補機用バッテリ１３の電圧値との差に基づいて、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別する。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１７を監視する電流センサを用いることなく、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別することができる。

【0024】

ＥＣＵ２０は、車両の機器を制御する複数のＥＣＵから構成されていてもよい。ＥＣＵ２０は、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部を有し、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。

【0025】

ＥＣＵ２０は、エンジン１４と、オルタネータ１５と、ＤＣＤＣコンバータ１７とに接続されている。ＥＣＵ２０は、エンジン１４に対して始動または停止を指示することができる。また、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１５に対して発電抑制を指示することができる。さらに、ＥＣＵ２０は、ＤＣＤＣコンバータ１７に対して変換後の電圧値を指示することができる。

【0026】

ＥＣＵ２０には、バッテリ電圧センサ１８が接続されている。ＥＣＵ２０は、バッテリ電圧センサ１８によって検出される補機用バッテリ１３の電圧値を取得する。

【0027】

ＥＣＵ２０は、それぞれ詳細は後述する、エンジン間欠運転部２１と、供給電力判別部２２と、エンジン起動部２３と、エンジン停止部２４とを有する。エンジン間欠運転部２１、供給電力判別部２２と、エンジン起動部２３およびエンジン停止部２４は、ＣＰＵがＲОＭまたはＲＡＭに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

【0028】

エンジン間欠運転部２１は、車両の走行中において所定時間毎にエンジン１４の運転と停止とを繰り返す。エンジン間欠運転部２１によれば、車両の燃費性能を向上させると共に排気ガスを低減させることができる。

【0029】

供給電力判別部２２は、エンジン間欠運転部２１によるエンジン１４の間欠運転中におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７の供給電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差に基づいて、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別する。

【0030】

ここで、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合、すなわち、補機系負荷１２の消費電力をＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力だけでは賄えていない場合には、補機用バッテリ１３から補機系負荷１２に電力が供給されるため、補機用バッテリ１３が放電状態となり、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値に対し補機用バッテリ１３の電圧値が小さくなる。

【0031】

そこで、供給電力判別部２２は、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値に対し補機用バッテリ１３の電圧値が小さく、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差が所定電圧値以上である状態が所定時間継続した場合には、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さいと判別する。

【0032】

なお、供給電力判別部２２は、ＤＣＤＣコンバータ１７の電圧指示値と補機用バッテリ１３の電圧値との差を所定時間継続して監視することによって、過渡的な補機用バッテリ１３の電圧値の変動を拾うことなく、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別することができる。過渡的な補機用バッテリ１３の電圧値の変動としては、急ブレーキ時のブレーキモータの消費電力、急旋回時のパワーステアリングモータの消費電力等が挙げられる。

【0033】

他方、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が大きい場合、すなわち、補機系負荷１２の消費電力をＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力によって賄えている場合には、ＤＣＤＣコンバータ１７から補機用バッテリ１３に電力が供給されるため、補機用バッテリ１３が充電状態となり、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値とがほぼ同じとなる。

【0034】

そこで、供給電力判別部２２は、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値とがほぼ同じであって、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差が所定電圧値以内である状態が所定時間継続した場合には、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が大きいと判別する。

【0035】

エンジン起動部２３は、エンジン間欠運転部２１によるエンジン１４の間欠運転中におけるエンジン１４の停止中に、供給電力判別部２２によって、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さいと判別された場合には、エンジン１４を起動して運転する。これにより、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合には、オルタネータ１５の発電によって補機系負荷１２に電力を供給することができる。

【0036】

エンジン停止部２４は、エンジン起動部２３によってエンジン１４が運転されている間に、供給電力判別部２２によって、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が大きい場合には、エンジン１４を停止する。これにより、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止を再開して、車両の燃費性能の向上および排気ガスの低減させることができる。

【0037】

図３を用いて、エンジン間欠運転制御の流れについて説明する。

【0038】

エンジン間欠運転制御は、以下の手順に従って上述したＥＣＵ２０の各機能に基づいて、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止中に、ＤＣＤＣコンバータ１７の電圧指示値と補機用バッテリ１３の電圧値との差に基づいて、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さい場合を判別する。

【0039】

ステップＳ１１において、エンジン間欠運転部２１によってエンジン１４が間欠運転中であるかどうかを確認する。エンジン１４が間欠運転中の場合には、ステップＳ１２へ移行する。

【0040】

ステップＳ１２において、エンジン１４の間欠運転中においてエンジン１４が停止中であるかどうかを確認する。エンジン１４が間欠運転中における停止中の場合には、ステップＳ１３へ移行する。

【0041】

ステップＳ１３において、供給電力判別部２２によって、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差が所定電圧値以上かどうかを確認する。所定電圧値以上の場合には、補機用バッテリ１３から補機系負荷１２に電力が供給されており、補機用バッテリ１３が放電状態であって、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が小さいことになるため、補機系負荷１２の消費電力をＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力だけでは賄えていない。この場合には、ステップＳ１４へ移行する。

【0042】

ステップＳ１４において、エンジン起動部２３によって、エンジン１４が起動されて運転され、オルタネータ１５の発電によって補機系負荷１２に電力を供給する。

【0043】

ステップＳ１５において、ＤＣＤＣコンバータ１７およびオルタネータ１５によって補機系負荷１２に電力を供給している状態で所定時間経過したかどうかを確認する。所定時間経過した場合には、ステップＳ１６へ移行する。

【0044】

ステップＳ１６において、エンジン１４は運転したままオルタネータ１５の発電を抑制して、ＤＣＤＣコンバータ１７のみによって補機系負荷１２に電力を供給している状態とする。

【0045】

ステップＳ１７において、供給電力判別部２２によって、ＤＣＤＣコンバータ１７へ指示した電圧値と補機用バッテリ１３の電圧値との差が所定電圧値以内かどうかを確認する。所定電圧値以内の場合には、ＤＣＤＣコンバータ１７から補機用バッテリ１３に電力が供給されており、補機用バッテリ１３が充電状態であって、補機系負荷１２の消費電力よりもＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力が大きいことになるため、補機系負荷１２の消費電力をＤＣＤＣコンバータ１７の供給電力によって賄えている。この場合には、ステップＳ１８へ移行する。

【0046】

ステップＳ１８において、エンジン停止部２４によって、エンジン１４が停止され、エンジン１４の間欠運転におけるエンジン１４の停止が再開される。

【0047】

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変よって更や改良が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0048】

１０ 車両用電源システム、１１ 補機、１２ 補機系負荷、１３ 補機用バッテリ、１４ エンジン、１５ オルタネータ、１６ 駆動用バッテリ、１７ ＤＣＤＣコンバータ、１８ バッテリ電圧センサ、２０ ＥＣＵ、２１ エンジン間欠運転部、２２ 供給電力判別部、２３ エンジン起動部、２４ エンジン停止部

【図1】

【図2】

【図3】