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技術 異なる公称電圧の車両用バッテリーの対を再充電するための方法および関連システム

出願人 ルノーエス.ア.エス.
発明者 サン-レジェ,ジェラールブイヨン,ディノ
出願日 2012年5月15日 (8年7ヶ月経過) 出願番号 2014-511931
公開日 2014年9月18日 (6年3ヶ月経過) 公開番号 2014-524224
状態 特許登録済
技術分野 車両の電気的な推進・制動 発電機による充電制御 ハイブリッド電気車両 電池等の充放電回路 直流の給配電 駆動装置の関連制御、車両の運動制御
主要キーワード 電動デバイス 蓄電バッテリー セットポイント値 バランスレベル ネットワーク電圧 電子管理 初期走行 減速段階
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課題・解決手段

車両に電力を供給するためのシステムは、最大ネットワーク電圧(Vmax_network)以下の電圧の範囲内で電力供給されることが可能な電気消費ユニットネットワークと、ネットワークに接続されて、最大ネットワーク電圧(Vmax_network)よりも低い第1の無負荷最大電圧(V0max_Batt1)を示す第1の蓄電バッテリーと、ネットワークに接続された第2の蓄電バッテリーであって、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも高い第2の無負荷時最大電圧(V0max_Batt2)、および最大ネットワーク電圧(Vmax_network)を下回る許容無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)を示す第2の蓄電バッテリーと、ネットワークに接続されて、様々なセットポイント値(Valt_low、Valt_high)に駆動可能なセットポイント電圧下で、第2のバッテリーに電気エネルギー送達することができる駆動可能な交流発電機とを備える。本システムは、車両が走っているとき、交流発電機上の少なくとも2つの異なるセットポイント電圧、すなわち、第1のバッテリーの第1の無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも厳密に高くなる低交流発電機電圧(Valt_low)と、第2のバッテリーの無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)及び低交流発電機電圧(Valt_low)の両方よりも厳密に高くなる交流発電機電圧(Valt_high)を連続して課するように構成された電子管理設備をさらに備える。

概要

背景

実際には、たとえば、コールドスタートのための電力を提供する鉛蓄電池能力を利用するために、かつ、リチウムイオン電池充電放電サイクルの点で高い比エネルギーおよびより高い耐久性を利用するために、様々なタイプのバッテリー並列に使用することができる。

米国特許出願公開第2011/001352号は、両方のタイプのバッテリーを組み込んだシステムについて記載しており、2つのバッテリーの無負荷電圧および内部抵抗は、発電機電圧が一定の場合、好ましくは、リチウム電池放電し、次いで再充電し、したがって、鉛蓄電池の充電/放電サイクルが少なくなるように選択される。

その場合、鉛蓄電池の使用は、好ましくは、車両始動段階のために温存される。

そのような構成を可能にするために、リチウム電池の無負荷最大電圧は、鉛蓄電池の無負荷時最大電圧に比較的近いままでなければならず、それにより、リチウム電池の最大エネルギー容量が制限される。

そのようなシステムにより、鉛蓄電池の寿命延ばすことが可能になるが、使用されるリチウム電池の性能は、必然的に制限される。さらに、発電機からの定電圧は、鉛蓄電池とリチウム電池とを同時に再充電することが可能になるように十分に高く設定しなければならず、それにより、鉛蓄電池のみを組み込んだシステムと比較して燃料消費量が増大する。

概要

車両に電力を供給するためのシステムは、最大ネットワーク電圧(Vmax_network)以下の電圧の範囲内で電力供給されることが可能な電気消費ユニットネットワークと、ネットワークに接続されて、最大ネットワーク電圧(Vmax_network)よりも低い第1の無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)を示す第1の蓄電バッテリーと、ネットワークに接続された第2の蓄電バッテリーであって、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも高い第2の無負荷時最大電圧(V0max_Batt2)、および最大ネットワーク電圧(Vmax_network)を下回る許容無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)を示す第2の蓄電バッテリーと、ネットワークに接続されて、様々なセットポイント値(Valt_low、Valt_high)に駆動可能なセットポイント電圧下で、第2のバッテリーに電気エネルギー送達することができる駆動可能な交流発電機とを備える。本システムは、車両が走っているとき、交流発電機上の少なくとも2つの異なるセットポイント電圧、すなわち、第1のバッテリーの第1の無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも厳密に高くなる低交流発電機電圧(Valt_low)と、第2のバッテリーの無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)及び低交流発電機電圧(Valt_low)の両方よりも厳密に高くなる交流発電機電圧(Valt_high)を連続して課するように構成された電子管理設備をさらに備える。

目的

実際には、たとえば、コールドスタートのための電力を提供する

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請求項1

車両の電力供給システム(1)であって、−最大ネットワーク電圧(Vmax_reseau)を超えない範囲の電圧によって電力供給することができる、少なくとも1つの電動デバイス(6)の直流ネットワーク(2)と、−前記ネットワーク(2)に接続されて、最大ネットワーク電圧(Vmax_reseau)よりも低い第1の無負荷最大電圧(V0max_Batt1)を有する第1の蓄電バッテリー(4)と、−前記ネットワーク(2)に接続された第2の蓄電バッテリー(7)であって、前記第1のバッテリーの前記無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも高い第2の無負荷時最大電圧(V0max_Batt2)、および前記最大ネットワーク電圧(Vmax_reseau)よりも低い許容無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)を有する第2の蓄電バッテリー(7)と、−前記ネットワーク(2)に接続された調整可能な発電機(3)であって、異なるセットポイント値(Valt_basse、Valt_haute)に調整可能なセットポイント電圧下で、前記第2のバッテリー(7)に電気エネルギーを供給することができる調整可能な発電機(3)とを含み、前記車両が駆動されているとき、少なくとも2つの異なるセットポイント電圧に、詳細には、前記第1のバッテリーの前記第1の無負荷時最大電圧(V0max_Batt1)よりも必ず高くなる低発電機電圧(Valt_basse)と、前記第2のバッテリーの前記無負荷時最小電圧(V0mini_Batt2)および前記低発電機電圧(Valt_basse)の両方よりも必ず高くなる高発電機電圧(Valt_haute)とに、前記発電機(3)を連続して設定するように構成された電子管理ユニット(10)も含むことを特徴とするシステム

請求項2

前記第2のバッテリー(7)によって前記ネットワークに供給される電圧を低下させることが可能なDC/DC変圧器(8)も含み、前記第2のバッテリー(7)の前記第2の無負荷時最大電圧(V0max_Batt2)が前記最大ネットワーク電圧(Vmax_reseau)よりも高い、請求項1に記載のシステム。

請求項3

前記変圧器(8)は、双方向性であり、前記発電機(3)が前記高発電機電圧(Valt_haute)下で電流を供給しているときには前記最大ネットワーク電圧(Vmax_reseau)よりも高い電圧で前記第2のバッテリー(7)に電力供給することができる、請求項2に記載のシステム。

請求項4

前記第1のバッテリー(4)が鉛蓄電池であり、前記第2のバッテリー(7)がリチウム電池である、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。

請求項5

前記電子管理ユニット(10)は、前記車両の内燃機関が停止しているときには前記第2のバッテリー(7)のスイッチ(11)を開き、前記第1のバッテリー(4)の電圧が第1のしきい値を下回るまで降下し、同時に前記第2のバッテリーの電圧が第2のしきい値よりも高い場合には、前記車両が次に始動するまで所定の時間期間にわたってこのスイッチ(11)を閉じるように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。

請求項6

電気エネルギーを供給する第1のバッテリー(4)および第2のバッテリー(7)が取り付けられた自動車管理方法であって、前記2つのバッテリーが、異なる無負荷時最大電圧(V0max_Batt12、V0max_Batt2)を有し、単一の発電機(3)と前記自動車の単一の直流電気ネットワーク(2)とに接続される方法において、初期車両走行段階について低発電機電圧(Valt_basse)を設定し、前記初期段階よりも少ない燃料消費する回生制動段階のような後続の車両走行段階について前記低発電機電圧よりも高い高発電機電圧(Valt_haute)を設定することを特徴とする、自動車の管理方法。

請求項7

前記自動車が回生減速段階にあるときには前記高発電機電圧(Valt_haute)を設定し、前記車両がエンジン加速段階であるときは前記低発電機電圧(Valt_basse)を設定する、請求項6に記載の方法。

請求項8

第2のバッテリー(7)の充電レベルがしきい値電荷を下回ったとき、および/または、減速モード以外の前記自動車の特定の走行モードが検出されたとき、および/または、前記第2のバッテリー(7)によって前記ネットワークに供給される電流が所与のしきい値を超えた場合、必ず前記低発電機電圧(Valt_basse)よりも高く、かつ前記高発電機電圧(Valt_haute)以下になる中間発電機電圧(ValtMid)を設定する、請求項6または7に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、熱機関または熱/電気ハイブリッド車両推進によって駆動される自動車における電力供給システムに関し、詳細には、いくつかの異なるタイプのバッテリーを有する電力供給システムに関する。

背景技術

0002

実際には、たとえば、コールドスタートのための電力を提供する鉛蓄電池能力を利用するために、かつ、リチウムイオン電池充電放電サイクルの点で高い比エネルギーおよびより高い耐久性を利用するために、様々なタイプのバッテリーを並列に使用することができる。

0003

米国特許出願公開第2011/001352号は、両方のタイプのバッテリーを組み込んだシステムについて記載しており、2つのバッテリーの無負荷電圧および内部抵抗は、発電機電圧が一定の場合、好ましくは、リチウム電池放電し、次いで再充電し、したがって、鉛蓄電池の充電/放電サイクルが少なくなるように選択される。

0004

その場合、鉛蓄電池の使用は、好ましくは、車両始動段階のために温存される。

0005

そのような構成を可能にするために、リチウム電池の無負荷最大電圧は、鉛蓄電池の無負荷時最大電圧に比較的近いままでなければならず、それにより、リチウム電池の最大エネルギー容量が制限される。

0006

そのようなシステムにより、鉛蓄電池の寿命延ばすことが可能になるが、使用されるリチウム電池の性能は、必然的に制限される。さらに、発電機からの定電圧は、鉛蓄電池とリチウム電池とを同時に再充電することが可能になるように十分に高く設定しなければならず、それにより、鉛蓄電池のみを組み込んだシステムと比較して燃料消費量が増大する。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、2つのバッテリーを組み込んだ車両のための電力供給システムを提案することを目的とし、本システムにより、鉛蓄電池の寿命を延ばすことだけでなく、車両の平均燃料消費量を低減することも可能になる。

課題を解決するための手段

0008

この目的のために、車両の電力供給システムは、
− 少なくとも1つの電動デバイス直流ネットワークであって、この直流ネットワークには、最大ネットワーク電圧を超えない範囲の電圧によって電力供給することができる、直流ネットワークと、
ネットワークに接続され、最大ネットワーク電圧よりも低い第1の無負荷時最大電圧を有する、第1の蓄電バッテリーと、
− ネットワークに接続された第2の蓄電バッテリーであって、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高い第2の無負荷時最大電圧、および最大ネットワーク電圧よりも低い許容無負荷時最小電圧を有する、第2の蓄電バッテリーと、
− ネットワークに接続された調整可能な発電機であって、異なるセットポイント値に調整可能なセットポイント電圧よりも下で、第2のバッテリーに電気エネルギーを供給することができる調整可能な発電機と
を含む。

0009

本システムは、また、車両が駆動されているとき、少なくとも2つの異なるセットポイント電圧に、詳細には、第1のバッテリーの第1の無負荷時最大電圧よりも必ず高くなる低発電機電圧、および、第2のバッテリーの無負荷時最小電圧と低発電機電圧の両方よりも必ず高くなる高発電機電圧に、発電機を連続して設定するように構成された電子管理ユニットも含む。ある特定の代替実施形態によれば、発電機は、直流/直流(DC/DC)変換器と組み合わされた発電機を備える発電機システムとすることができる。この場合、発電機辞退の電圧が調整可能である。別の実施形態によれば、セットポイント電圧は、DC/DC変圧器セットポイントのみを変更することによって調整可能であり得、発電機の電圧は調整可能ではない。別の実施形態によれば、セットポイント電圧は、発電機によって供給される電圧およびDC/DC変圧器のセットポイントを変更することによって調整可能であり得る。

0010

改良型の実施形態によれば、本システムは、また、第2のバッテリーによってネットワークに供給される電圧を低下させることが可能なDC/DC変圧器を含む。第2のバッテリーの第2のフル充電動作電圧は、次いで、最大ネットワーク電圧よりも大きくなることができる。

0011

有利には、変圧器は、双方向性であり、発電機が高発電機電圧下で電流を供給しているときには、最大ネットワーク電圧よりも高い電圧で第2のバッテリーに電力供給することが可能である。

0012

第1のバッテリーは鉛蓄電池とすることができ、第2のバッテリーは、リチウム電池、詳細には、リチウムイオン電池とすることができる。第2のバッテリーは、また、第1のバッテリーとは異なる特性を有する従来型強化された制御弁式鉛蓄(VRLA)電池とすることができる。

0013

電子管理ユニットは、駐車モード時、すなわち、車両の内燃機関が停止しているときには第2のバッテリーのスイッチを開き、第1のバッテリーの電圧が第1のしきい値の下に降下し、同時に第2のバッテリーの電圧が第2のしきい値よりも高い場合には、車両が次に始動するまで所定の時間期間にわたってこのスイッチを閉じるように構成され得る。この所定の時間期間により、第1のバッテリーを部分的に再充電することが可能になる。

0014

別の態様では、2つのバッテリーが、異なる無負荷時最大電圧を有し、単一の発電機と自動車の単一の直流z電気ネットワークとに接続される、電気エネルギーを供給する第1のバッテリーおよび第2のバッテリーが取り付けられた自動車の管理方法において、初期車両走行段階について、低発電機電圧が設定され、初期段階よりも少ない燃料消費する回生制動段階のような後続の車両走行段階について、低発電機電圧よりも高い高発電機電圧が設定される。初期走行段階は、減速のない走行段階に対応する。有利には、本方法は、第1のバッテリーと第2のバッテリーと発電機とが並列に接続された自動車に適用することができる。

0015

好ましくは、自動車が回生減速段階であるときには、高発電機電圧が設定され、車両がエンジン加速段階であるときは、低発電機電圧が設定される。

0016

第2のバッテリーの充電レベルがしきい値電荷を下回ったとき、および/または、減速モード以外の自動車の特定の走行モードが検出されたとき、および/または、第2のバッテリーによってネットワークに供給される電流が所与のしきい値を超えた場合、必ず、低発電機電圧よりも高くなり、高発電機電圧以下になる中間発電機電圧が設定される。交流発電機中間電圧レベルは、引用される様々なケースごとに異なり得る。

0017

たとえば、車両の回生減速段階中にバッテリーの端子における電圧15V〜17Vの値、DC/DC変圧器を使用して第2のバッテリーに電力供給することができる。

0018

本システムは、ネットワークに接続された、車両のオンボードソーラーパネルを含み得る。

0019

本システムは、また、車両の外のネットワークから第2のバッテリーを再充電するのに適した電気的接続を含み得る。

0020

好適な実施形態によれば、第2のバッテリーは、自動車推進のための動力を提供するために以前から使用される再調整されたリチウム電池とすることができる。典型的には、第2のリチウム電池は、電気自動車用トラクションバッテリーの2つの(使用される)モジュールから構成され、すなわち、その初期容量の70%〜80%の充電状態を有する。本発明によるシステムは、その初期容量の5%〜30%の充電状態に対応する電圧範囲でこれらのモジュールを使用する。これらのモジュールがその使用可能な充電状態を下回って放電されないことを保証するために、リチウム電池とシステムの他の構成要素との間にスイッチが配置され、このスイッチは、バッテリーの充電状態が5%に達し、本発明によるシステムによってはもはや再充電されないときに、したがって、典型的には駐車モード時、すなわち、車両のモータが停止しているときに開かれる。

0021

電子管理モジュールは、たとえば、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧の1.05倍以下である、または第1のバッテリーの無負荷時最大電圧の1.035倍未満である低発電機電圧を設定するように構成され得る。

0022

低発電機電圧は、たとえば、12.8〜13.5Vであり得、高発電機電圧は、14〜15Vであり得る。

0023

有利な実施形態によれば、車両の回生減速段階中にバッテリーの端子における電圧を15V〜17Vの値にすることによって、DC/DC変圧器を使用して第2のバッテリーに電力供給することができる。

0024

本発明の他の目的、特徴および利点について、単に非限定的な例として添付の図面を参照して与えられる以下の記述において説明する。

図面の簡単な説明

0025

本発明による電力供給システムの概略図である。
図1の電力供給システムの動作中に必要とされる異なる電圧の相対レベルを示すグラフである。
図1の電力供給システムの考えられる管理モードを示すアルゴリズムである。

実施例

0026

図1に示すように、車両の電力供給システム1は、電気ネットワーク2と、発電機3と、第1のバッテリー4、たとえば、鉛蓄電池と、第2のバッテリー7、たとえば、リチウムイオン電池と、電子管理ユニット10とを含む。第2のバッテリー7は、ネットワーク2を接続解除することを可能するスイッチ11と嵌合されている。交流発電機3は、熱機関(図示せず)に接続されたシャフトから引き出された機械エネルギーを、電気ネットワーク2上で送られる電気エネルギーに変換することが可能である。

0027

空調機照明手段および暖房手段のような電動デバイス6は、電気ネットワーク2上に配列される。発電機3は、第1のバッテリー4の端子に接続される。第2のバッテリー7は、第1のバッテリー4に並列に接続される。電動デバイス6は、ネットワーク2上に並列に接続される。ネットワーク2は、車両のシャシー上のアース5への接続を含む。また、ネットワーク2は、第1の燃焼サイクルを開始するために車両の熱機関を始動させることが可能なスターターに電力供給する。

0028

代替実施形態によれば、第2のバッテリー7を、バッテリー7に直列に接続されたDC/DC変圧器8に接続にしてもよく、それにより、第2のバッテリー7の端子における電圧を最大ネットワーク電圧2よりも高くすることができる。

0029

第2のバッテリー7がDC/DC変圧器8に関連付けられている代替実施形態では、ソーラーパネル9のようなエネルギー発生手段を第2のバッテリー7の端子に接続してもよく、それにより、これらのソーラーパネル9によって供給される最大電圧を、最大ネットワーク電圧2よりも高くすることができる。可変セットポイント電圧を設定することを可能とするための、詳細には、2つの異なるセットポイント値、第1の値Valt_basseと第1の値よりも高い第2の値Valt_hauteを設定することを可能とするための電子管理ユニットが発電機3に接続される。

0030

また、電子管理ユニット10は、機械式電磁スイッチまたは電子スイッチ(たとえば、トランジスタ)とすることができるスイッチ11に接続される。スイッチ11を開くことによって、電子管理ユニット10は、ネットワークから第2のバッテリー7を接続解除することができ、この第2のバッテリー7の適時でないの放電を防ぐことができる。

0031

第1のバッテリーは、好ましくは、特に第1のバッテリーが鉛蓄電池である場合に、車両の熱機関を始動させるときにスターターモーターに電力供給するために使用され得る。車両が「駐車」モードになると、電子管理ユニット10は、スイッチ11を使用して第2のバッテリー7、たとえば、リチウム電池、より詳細には、リチウムイオン電池を接続解除する。これにより、バッテリー7が放電することが防止される。その場合、第2のバッテリー7は、次に車両の内燃機関を始動させるまで、ネットワークから接続解除されたままとなる。

0032

鉛蓄電池は優れたコールドスタート容量を有するので、車両の熱機関を始動させるときには、第1の鉛蓄電池4が使用される。

0033

リチウム電池は、サイクルの点でより優れた耐久性を有し、したがって、第2のバッテリーは、車両が駆動しているときに車両のオンボードネットワークに電力供給するために使用される。ネットワークの電圧、すなわち、第1のバッテリー4の端子間で測定可能な電圧は、DC/DC変圧器に関連付けられ得る3つのエレメント、すなわち、発電機3と第1のバッテリー4と第2のバッテリー7とのうち、2つの端子間で最も高い電圧を有するものはどれかによって判断される。

0034

エレメントの各々の「端子」とは、そのエレメントのネットワーク2への2つの接続ポイントを意味する。

0035

システムが、図1に記載するように接続されたDC/DC変圧器8を含む場合、ユニットの端子[第2のバッテリー7、DC/DC変圧器8]における電圧は、ネットワーク2へのこのユニットの2つの接続ポイントの間の電圧を指す。

0036

発電機3が回転していないときには、たとえば、車両を始動させるとき、および、スイッチ11によって第2のバッテリー7を接続解除するときには、第1のバッテリー4がネットワーク2上の電圧を判断する。

0037

車両が駆動され、発電機3が作動しているとき、発電機3のセットポイント電圧は、第1のバッテリー4の無負荷時最大電圧を上回るように設定される。これは、第1のバッテリー4が回路2の電気エネルギーを供給していないことを意味する。発電機3の電圧が第2のバッテリー7の電圧よりも高いか、またはそれよりも低いかに応じて、発電機3または第2のバッテリー7のいずれかが、あるいは、その両方が同時に、ネットワーク2の電力を供給する。

0038

本発明の範囲内では、2つの動作モードを交互に選択することができるように、第1のバッテリー4の無負荷時最大電圧よりも十分に大きい無負荷時最大電圧をもつ第2のバッテリー7が選択される。第1の動作モードでは、発電機電圧は、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧「V0max_batt1」よりも高い低値「Valt_basse」に設定され、それにより、発電機電圧は、ネットワークによって許容される最大電圧「Vmax_reseau」よりも低くなる。発電機電圧「Valt_basse」は、第2のバッテリー7の無負荷時最大電圧「V0max_batt2」よりも低い。第2の動作モードでは、発電機電圧は、高交流発電機電圧値「Valt_haute」に等しくなり、それにより、発電機電圧は、低交流発電機電圧よりも高く、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低くなる。

0039

したがって、低発電機電圧を供給するように発電機3が設定され、第2のバッテリー7の電圧が低発電機電圧よりも高くなるように十分に第2のバッテリー7が充電されたときには、第2のバッテリー7は、ネットワーク2に電力を供給するために使用される。この動作モードでは、第2のバッテリー7の動作電圧が低交流発電機電圧のレベルまで降下したときに、ネットワーク2の電力の一部は第2のバッテリー7によって供給され、ネットワーク2の電力の一部は発電機3によって供給される。

0040

高発電機電圧が印加される第2の動作モードを電子管理ユニット10が起動したとき、第2のバッテリーの無負荷電圧が高発電機電圧よりも低い場合、発電機は、電気エネルギーをネットワークに供給し、同時に、第2のバッテリー7を再充電するためのエネルギーを供給するために使用される。

0041

発電機3が、第2のバッテリー7を再充電するために提供される唯一の手段である場合、第2のバッテリー7は、高発電機電圧が印加される段階中に再充電することができ、その電圧が低発電機電圧を上回っているままである限り、電子管理ユニット10が低発電機電圧を印加する段階中に、ネットワークにエネルギーを提供することができる。

0042

好ましくは、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧よりもわずか高い低発電機電圧が印加され、それにより、発電機は、低発電機電圧が印加される段階中に、熱機関によって駆動されるドライブシャフトからできる限り小さな機械エネルギーを引き出す。したがって、発電機は、第1のバッテリーが常に完全に充電されたままであることを保証しながら、燃料消費量をほんのわずか増加させる。

0043

第1の動作モードでは、第2のバッテリー7が十分に充電されている場合(すなわち、第2のバッテリー7の電圧が低発電機電圧よりも高い場合)、第2のバッテリー7が、ネットワーク2に電気エネルギーを供給する。

0044

第2のバッテリー7を再充電するために高発電機電圧が印加される段階は、好ましくは、低燃費走行段階、たとえば、回生減速段階であり、すなわち、車両が減速モードである場合、発電機を回転させるために、エンジンブレーキとドライブシャフトの機械エネルギーの一部とを使用することが可能になる。この目的のために、たとえば、車両のペダルにおけるセットポイントは、単純に、エンジン減速段階に対応する必要がある。

0045

次いで、車両の運動ブレーキエネルギーの一部が、第2のバッテリー7を再充電するために使用される。制動段階中に回復されるこのエネルギーは、第1の動作モードに対応する走行段階中に設定される発電機電圧を制限することによって、燃料を節約することに役立つ。

0046

図2に、電力供給システム1に関する説明で前述した異なる電圧値の相対的な位置の例を示す。図2に示した様々なレベルは、第1のバッテリー4の無負荷時最小電圧、すなわち、V0mini_batt1と、第1のバッテリー4の無負荷時最大電圧、すなわち、V0max_batt1と、第2のバッテリー7の無負荷時最小電圧V0mini_batt2と、第2のバッテリーの無負荷時最大電圧V0max_batt2と、低発電機電圧Valt_basseと、高発電機電圧Valt_hauteと、ネットワーク2を破損させることなく耐えることが可能である最大電圧Vmax_reseauとを示す。

0047

典型的には、第1のバッテリー4として鉛蓄電池を用い、第2のバッテリーとして、電気自動車またはハイブリッド自動車を推進させるために使用済みの回復したリチウムイオン電池を用いて動作するとき、第1の鉛蓄電池の無負荷時最小電圧V0mini_batt1は約12ボルトであり、第2のリチウム電池の無負荷時最小電圧V0mini_batt2に実質的に対応する(または、わずかにそれを下回る)。

0048

第1の鉛蓄電池の無負荷時最大電圧V0max_batt1は約12.8ボルトであり、この無負荷時最大電圧をわずかに上回るように設定された低発電機電圧Valt_basseは約13.2ボルトである。

0049

第2のリチウム電池の無負荷時最大電圧V0max_batt2は約16.8ボルトであり得、高発電機電圧Valt_hauteは、ネットワークによって許容される最大値Vmax_reseau(約16ボルト)を下回ったままとするためには、約15ボルトであり得る。

0050

第1のバッテリーおよび第2のバッテリーに他のタイプのバッテリーを使用することが可能であり、第2のバッテリーの最大電圧は、必ずしも、ネットワークの最大電圧よりも高くなる必要はない。低発電機電圧は、好ましくは、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高くなければならない。低発電機電圧が第1のバッテリーの無負荷時最大電圧よりもごくわずか低い実施形態が潜在的に存在するが、この場合、不必要な充電/放電サイクルが第1のバッテリーに印加され、それにより、第1のバッテリーの寿命が短くなる。

0051

2つのバッテリーのこれらの2つの無負荷時最大電圧値の間に低発電機電圧値を規定することが可能になるように、第2のバッテリーの最大電圧は、必ず、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧よりも高くなければならない。

0052

高発電機電圧は、たとえば、第2のバッテリーの最大電圧がネットワークによって許容される最大電圧よりも低い場合、第2のバッテリーの無負荷時最大電圧に等しいかまたはそれよりも高くなり得る。

0053

高発電機電圧での動作段階中に第2のバッテリー7の少なくとも部分的な充電を可能にするために、第2のバッテリーの無負荷時最小電圧は、高発電機電圧よりも低くなければならない。

0054

第2のバッテリー7は、それ発電機がその高電圧値で回転している段階中に加えて、ソーラーパネル9のような追加の発電手段によって再充電することができる。第2のバッテリーの無負荷時最大電圧が、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低い場合、または、システムが、第2のバッテリーによって供給される電圧を、ネットワークによって許容される最大電圧よりも低い電圧まで低下させることが可能なDC/DC変圧器を含む場合、たとえば、駐車場にある車両の外のネットワークから第2のバッテリー7を再充電することも可能となり得る。

0055

第2のバッテリー7の無負荷時最大電圧、すなわち、V0max_batt2は、ネットワーク2によって許容される最大電圧よりも低くても、あるいはそれよりも高くてもよい。第2のバッテリーの無負荷時最大電圧が、ネットワークによって許容される最大電圧Vmax_reseauよりも高い場合、第1の実施形態によれば、第2のバッテリー7の動作範囲の一部、たとえば、低発電機電圧と高発電機電圧との間のみが使用される。

0056

第2の動作変形態によれば、たとえば、システムが、第2のバッテリー7によって供給される電圧をネットワークによって許容される最大電圧を超えない値まで低下させることが可能なDC/DC変圧器8と嵌合している場合、第2のバッテリー7は、より広い範囲で、たとえば、第2のバッテリー7によって許容される低発電機電圧と無負荷時最大電圧との間の範囲で使用することができる。

0057

この場合、たとえば、第2のバッテリー7は、車両を停車させたときには車両の外のネットワークから、その無負荷時最大電圧で充電され得る。このエネルギーリザーブは次いで、車両が駆動させるときに使用され、車両が回生充電モードであるときには、高発電機電圧でバッテリーを部分的に再充電することによってエネルギーが補充される。

0058

DC/DC変圧器が双方向性である場合、第2のバッテリーはまた、回生減速段階中に高発電機電圧に関して第2のバッテリー7の端子における電圧を上げることによって、その無負荷時最大電圧で充電され得る。

0059

安全上の目的で、第1のバッテリー4の一様な部分放電を防ぐために、低発電機電圧は、第1のバッテリー4の無負荷時最大電圧をわずかに上回るように設定される。

0060

車両が、電子管理ユニット10によって低発電機電圧が設定される走行モードであるとき、第2のバッテリー7の電圧が降下したときには、発電機によって供給されるエネルギーが第2のバッテリー7によって供給されるエネルギーを自動的に補充するように、第2のバッテリー7の無負荷時最小電圧は低発電機電圧よりも低いことが好ましい。これにより、第2のバッテリー7の電圧が最小許容電圧V0mini_batt2まで降下しないように防止される。

0061

第2のバッテリーの無負荷時最小電圧が低発電機電圧よりも高くなる代替実施形態を実施することができ、その場合、電子管理ユニット10は、第2のバッテリー7の電圧がその最小値を下回る前に、高発電機電圧を設定しなければならない。いずれの場合も、第2のバッテリー7の無負荷時最小電圧は、高発電機電圧よりも低くなければならない。

0062

低発電機電圧は、第2のバッテリー7の無負荷時最大電圧よりも低いことが好ましい。低発電機電圧はまた、第1のバッテリーの無負荷時最大電圧にできる限り近接しており、かつ、それよりも高く、それにより、低発電機電圧に設定される発電機がこの最小値V0max_batt1を上回ったままであることを保証にするために、偏差マージンが保持される。

0063

無負荷時最大電圧V0max_batt2がネットワーク2の最大電圧Vmax_reseauよりも高い第2のバッテリー7を使用することが有利であり、それにより、低発電機電圧および高発電機電圧の値は、第1のバッテリーV0max_batt1の無負荷時最大電圧とネットワークによって許容される最大電圧Vmax_reseauとの間の電圧範囲全体から選択することが可能になる。

0064

この構成は、具体的には、最大許容電圧が約15〜16ボルトである車両ネットワーク2で見られ、このネットワークにおいて、第1のバッテリー4は、無負荷時最大電圧が約12.8ボルトである鉛蓄電池あり、第2のバッテリー7は、リチウムイオン電池、たとえば、電気自動車推進のために以前から使用される再調整されたリチウムイオン電池である。そのような再調整されたバッテリーは、たとえば、約16.8ボルトの無負荷時最大電圧および約12ボルトの最小許容無負荷電圧を有する。

0065

車両減速段階中に高発電機電圧に切り替えることに加えて、回生減速段階の頻度が高くない場合および/または回生減速段階が十分に長くない場合に第2のバッテリー7の過剰な放電を防止するために、電子管理ユニット10において追加の方策を使用することができる。

0066

次いで、低発電機電圧と高発電機電圧との間の、すなわち必然的に、低発電機電圧よりも高く、高発電機電圧以下の中間発電機電圧を設定することができる。次いで、減速が直ぐには生じないであろうことを示唆するある特定の走行段階中に、1つまたは複数の中間電圧を設定することができる。これらの走行段階は、ハイウェイ走行段階を含み得る。これらの走行モードについての内燃機関の動作ポイントは、他の走行モードよりも少ない燃料を消費するので、電子管理ユニットにおいて、あらかじめプログラムされた走行モードについて1つまたは複数の中間電圧が設定され得る。

0067

また、所与の走行モードと、充電状態が第2のバッテリー7のしきい値充電状態以下であることとを同時に検出することによって、中間発電機電圧への切り替えをトリガすることができる。

0068

図3に、本発明によれば電力供給システムの電子管理ユニット10にインストールすることができるアルゴリズム1を示す。初期インスタント21において、たとえば、バッテリーの変更の後の車両のコミッショニングまたはそのリコミッショニングに対応して、電子管理ユニット10は、ステップ22において、車両が駐車モードであるかどうかをテストする。

0069

車両が駐車モードである場合、ステップ23において、電子管理ユニット10は、ネットワーク2から第2のバッテリー7が接続解除されていない場合には、スイッチ11を使用して、第2のバッテリー7を接続解除する。

0070

次いで、ステップ24において、第2のバッテリー7の端子における電圧が電圧Vminを下回っているかどうかをテストする。この電圧Vminは、たとえば、第2のバッテリーの無負荷時最小電圧V0mini_batt2に等しいかまたはわずかにこの無負荷時最小電圧よりも高くなり得る。

0071

測定された電圧がしきい値電圧Vminよりも低い場合、電子管理ユニット10はステップ25において、運転者が第2のバッテリー7を変更する必要があることを運転者に警告するメッセージを表示する。測定された電圧がしきい値電圧Vminよりも高い場合、電子管理ユニットはステップ22に戻る。

0072

テスト22により、車両がもはや駐車構成ではないことが示された場合、電子管理ユニット10は、ステップ26において、第2のバッテリー7の健全性をテストする。この健全性テストは、たとえば、第2のバッテリー7がすでに経た充電/放電サイクルの回数が充電および放電のしきい値数Nmaxよりも少ないかどうか、バッテリーの異なるセルが十分に平衡化されているかどうか、および、バッテリーの端子における電圧がしきい値電圧Vminよりも高いかどうかを検査することを含み得る。

0073

応答否定的である場合、電子管理ユニット10は、ステップ25に対応する警告メッセージを表示する。テスト26の結果が肯定的である場合、電子管理ユニットは、車両の熱機関が動作中かどうかを判断するためにテスト27を実行する。車両の熱機関が動作中でない場合、電子管理ユニット10は、ステップ22に戻る前に、第1のバッテリーから、または第2のバッテリーから、または2つのバッテリーから一緒にネットワーク2に電力供給するための方策28を実装する。

0074

テスト27により、車両の熱機関が動作中であることが示された場合、電子管理ユニットは、ステップ29において、車両が回生充電モードであるかどうかを、すなわち車両が、エンジンブレーキの使用が可能になり、発電機を回転させるためにドライブシャフトから機械エネルギーの一部が引き出される減速モードであるかどうかをテストする。この目的のために、車両のペダルにおけるセットポイントは、エンジン減速段階にのみ対応しなければならない。

0075

車両が回生充電モードである場合、電子管理ユニット10は、ステップ31において、発電機を高発電機電圧、たとえば、15ボルトに設定し、車両が減速している限り、テスト29をループし、高発電機電圧31を制御し続ける。

0076

テストステップ29の終了時に車両が回生充電モードではない場合、電子管理ユニット10は、ステップ30において、低発電機電圧で、たとえば13ボルトで動作するように発電機3を設定する。

0077

ステップ30の後に、電子管理ユニット10は、車両および第2のバッテリー7が「強制充電」構成であるかどうかをテストする。そのような強制充電構成は、たとえば、第2のバッテリー7の端子における電圧がしきい値V1よりも下まで降下したときに生じ得、同時に、時間カウンタΔtが、最後の減速がしきい値Δt1を超えた後に経過した時間を計る。

0078

この場合、第2のバッテリーの電圧は不十分になり始め、検出された走行モードが、十分な頻度の減速を含む走行モードではないと見なすることができる。

0079

このテスト32により、強制実行構成であることが分かった場合、電子管理ユニット10は、ステップ33において、発電機3を電圧Valt Mid、たとえば、14.5ボルトに設定し、ステップ34でテストされるバッテリーの再充電レベルが満足のいく最小レベルSOCminに達しない限り、この強制充電モードを設定し続ける。

0080

この最小充電レベルは、たとえば、第2のバッテリー7に入る再充電電流の降下によって検出することができる。

0081

ステップ34のテストにより、第2のバッテリーの再充電レベルが十分であることが分かった場合、電子管理ユニット10は、ステップ35において、たとえば、バッテリーの温度が最高温度Tmaxを超えないことを検査することによって、異なるセルの間のバランスレベルが十分であるか、またはこのレベルが異なるセルをなおも再平衡化することができることができないことを検査することによって、ならびに、第2のバッテリーの端子における電圧Vがしきい値電圧Vminよりも高いことをチェックすることによって、第2のバッテリー7の健全性をテストする。

0082

ステップ35で検出された健全性のレベルが不十分である場合、電子管理ユニット10は、ステップ25による警告メッセージを表示する。検出された健全性のレベルが不十分でない場合、電子管理ユニット10はステップ36において、第2のバッテリー7の異なるセルが十分に平衡化されているどうかをテストする。十分に平衡化されている場合、電子管理ユニットは、車両がその間に駐車モードに入ったかどうかを検査するために、テストステップ22に戻る。

0083

十分に平衡化されていない場合、電子管理ユニットはステップ37において、セルの平衡化をトリガし、同様にステップ22に戻る。

0084

本発明の主題は、記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、システム1の異なるエレメントの配列、電子管理ユニット10にインストールされる動作アルゴリズム、ならびに/あるいはバッテリータイプまたは他のタイプのアキュムレータの選択のすべての点において、多数の変形形態を対象とし得る。

0085

発電機によって供給される電圧を2つの異なるレベルに調整すること、または、DC/DC変圧器を使用して第2のバッテリーの端子における電圧を上げることによって、第2のバッテリー7の端子における低電圧セットおよび高電圧セットを取得することができる。また、高電圧は、発電機の端子におけるセットポイント電圧を上げることと、この電圧を、DC/DC変圧器を使用して、第2のバッテリーの端子における均一なより高い電圧へと変換することとを同時に行うことによっても取得され得る。

0086

動作アルゴリズムは、一例が図3に示されているが、詳細には、所与の瞬間において、または、1つまたは複数の強制充電モードの定義において設定すべき発電機電圧を判断するための連続する異なるテストに関して、多数の変形態に適応することができる。これらの強制充電モードは、そのモードに応じて、異なる発電機電圧Valt Midを用いて規定され得る。たとえば、第2のバッテリーの異なる充電レベル状態ならびに検出された内燃機関の異なる駆動タイプおよび/または動作ポイント状態に応じて、異なる強制充電モードが規定され得る。

0087

第1バッテリーおよび第2のバッテリーと呼ばれる電気アキュムレータは、電気化学蓄電池、たとえば第1の鉛蓄電池および第2のリチウムイオン電池とすることができる。リチウムイオン電池以外の他のタイプのリチウム電池、他の電気化学バッテリー、あるいはさらには、1つまたは複数のスーパーキャパシタが、第2のバッテリーに使用され得る。

0088

本発明は、熱機関によって駆動される車両の電力供給システムに使用することができる。本発明はまた、ハイブリッド電気自動車の電力供給システムに使用することができる。ハイブリッド電気自動車の場合には、リチウム電池は、たとえば、車両を始動するための、まれに車両を駆動するための第1のバッテリーとして使用することができ、スーパーキャパシタは、たとえば、減速段階中にエネルギーを蓄積する第2のバッテリーとして使用することができる。したがって、「蓄電バッテリー」という用語は、スーパーキャパシタ貯蔵システム包含するので、本出願では最も広義に解すべきである。

0089

本発明によるシステムにより、車両の燃料消費量全体を低減すること、第1のバッテリーの寿命を延長すること、および、再調整されたリチウム電池が第2のバッテリーとして使用される場合には、システムのコストおよびエコロジカルフットプリントを低減することが可能になる。

0090

異なる目的のために2つのバッテリーを使用するという概念は、3つ以上のバッテリーに拡げることができることを理解されたい。実際には、DC/DC変換器を用いてオンボードネットワークに接続された第3のバッテリーとスイッチとを使用することが可能であり、このスイッチは、「駐車」モードでは、すなわち、内燃機関が停止しているときは、オンボードネットワークの電気的デバイスによって必要とされる電気エネルギーを提供するために閉じている。有利には、この第3のバッテリーは、電気自動車用トラクションバッテリーから回復されたモジュールを備え、(たとえば、第2のリチウム電池と同様に減速するときに)再充電についての内燃機関および発電機の最高効率点を使用し、ソーラーパネルのような相補型再充電システムを有する。

0091

その上、車両を始動させるために使用される第1の鉛蓄電池は、スイッチを用いてオンボードネットワークに接続することができ、それにより、第1の鉛蓄電池の使用をさらに特化させることができるようになり、このスイッチは、たとえば、始動時にのみ閉じられ、その充電状態が所与のしきい値を下回ったときに、内燃機関および発電機の最高効率点となる。

0092

第1に、第1のバッテリーとオンボードネットワークとの間で、第2に、第2のバッテリーとオンボードネットワークとの間でスイッチを使用することにより、これらの2つのバッテリーを、中間DC/DC変換器なしに発電機と並列に接続された同等の鉛蓄電池とすることができるようになり、2つのバッテリーには特定の役割が(一方には始動させる役割が、もう一方にはオンボードネットワークに電力供給する役割が)割り振られ、内燃機関および発電機の最高効率点で再充電される。

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