JP2004129463A - アイドルストップ車両用電源制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリの充電時にインバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れるのを防ぐ。
【解決手段】バッテリ７０とインバータ６０との間に、バッテリ７０からインバータ６０に電流が流れる向きにダイオード５００を設ける。エンジン１０の始動時には、コンデンサ８０からモータ２０に電力を供給することによりエンジン１０を始動するとともに、エンジン始動後には、モータ２０を回生運転することにより発生する電力をコンデンサ８０に蓄える。コンデンサ８０の充電完了後には、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５の電力をモータ２０を駆動することにより消費させる。この時、ダイオード５００の存在により、インバータ６０の電圧とバッテリ７０の電圧とは同一に保たれる。その後、モータ２０による発電電力をバッテリ７０に充電する。
【選択図】図１
【解決手段】バッテリ７０とインバータ６０との間に、バッテリ７０からインバータ６０に電流が流れる向きにダイオード５００を設ける。エンジン１０の始動時には、コンデンサ８０からモータ２０に電力を供給することによりエンジン１０を始動するとともに、エンジン始動後には、モータ２０を回生運転することにより発生する電力をコンデンサ８０に蓄える。コンデンサ８０の充電完了後には、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５の電力をモータ２０を駆動することにより消費させる。この時、ダイオード５００の存在により、インバータ６０の電圧とバッテリ７０の電圧とは同一に保たれる。その後、モータ２０による発電電力をバッテリ７０に充電する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドルストップ車両に設けられるコンデンサおよびバッテリの電源を制御するアイドルストップ車両用電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリおよびコンデンサをインバータと並列に接続し、バッテリおよびコンデンサのそれぞれに直列にスイッチを接続するとともに、バッテリおよびコンデンサをインバータを介してモータと接続する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されている車両用電源調整回路では、車両の始動時には、コンデンサからインバータを介してモータに電力を供給してモータを駆動し、モータの回生運転時には、モータで発電された電力をインバータを介してコンデンサおよびバッテリに蓄電している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２７１２０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用電源調整回路では、モータの回生運転時にコンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行う構成となっているので、コンデンサとバッテリとの間の電圧差に起因して、インバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れることがある。この突入電流により平滑コンデンサや、インバータのスイッチング素子、バッテリ等の寿命劣化や故障を招く可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、バッテリの充電時にインバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れるのを防ぐアイドルストップ車両用電源制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置は、少なくともエンジンを始動させるためにインバータを介してモータに電力を供給するとともに、エンジン始動に用いられた電力を補うためにモータで発電された電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサおよびインバータと並列に接続されてインバータを介して充放電を行うバッテリと、インバータとコンデンサ、および、インバータとバッテリとの間の接続／非接続を制御する接続制御装置と、バッテリとインバータとの間にバッテリからインバータに電流を流すことが可能な方向に接続されるダイオードと、インバータを制御するインバータ制御装置とを備える。インバータ制御装置は、エンジン始動後にコンデンサの充電が完了すると、インバータ内に設けられている平滑コンデンサの放電を行い、接続制御装置は、バッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧とが一致したとみなされた後にインバータとバッテリとを接続してバッテリの充電を開始する。これにより、上記目的を達成する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、バッテリとインバータとの間にバッテリからインバータに電流を流すことが可能な方向に接続されるダイオードを設けて、コンデンサの充電完了後に、バッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧とが一致したとみなされた後にインバータとバッテリとを接続してバッテリの充電を開始するので、インバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第１の実施の形態における構成を示す図である。このアイドルストップ車両は、エンジン１０の駆動力が自動変速機３０および減速機４０を介して駆動輪５０ａ，５０ｂに伝達されることにより走行する。
【０００９】
一般に、電動機（モータ）は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機（ジェネレータ）は、駆動力を電力に変換して発電運転（回生運転と同等）するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。つまり、電動機（モータ）と発電機（ジェネレータ）とは基本的に同一構造であり、どちらも駆動（力行）と発電（回生）とが可能である。したがって、本明細書では、電気エネルギー（電力）を回転エネルギー（駆動力）に変換する電動機（モータ）の機能と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）の機能を合わせ持つ回転電機を、モータジェネレータまたは単にモータと呼ぶ。一方、内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃やしたときに発生する燃焼エネルギーを回転エネルギー（駆動力）に変換するものであり、この明細書ではこれらの内燃機関をエンジンと総称する。
【００１０】
モータ２０は、エンジン１０と直結されており、その回転力によりエンジン１０を始動するために用いられるとともに、発電電力により補機３００を駆動する。補機３００は、例えば、エアコンや車載オーディオであり、バッテリ７０によっても駆動される。エンジン１０およびモータ２０は、コントローラ１００により制御される。コントローラ１００は、ＣＰＵ１００ａ、ＲＯＭ１００ｂ、ＲＡＭ１００ｃ、タイマ１００ｄを備え、エンジン１０、モータ２０、および、インバータ６０を制御するとともに、後述するスイッチＳＷ１，ＳＷ２を接続する。
【００１１】
コントローラ１００には、車両の速度を検出する車速センサ２００、図示しないブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ２１０、図示しないアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ２２０が接続されている。コントローラ１００は、各センサ２００〜２２０で検出された検出値に基づいてエンジントルク指令値を算出し、不図示のスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御することによりエンジン１０の制御を行う。
【００１２】
コントローラ１００には、さらに、バッテリ７０の電圧を検出するバッテリ電圧センサ７５と、コンデンサ８０の電圧を検出するコンデンサ電圧センサ８５が接続されている。コントローラ１００は、各センサ７５，２００〜２２０で検出された検出値に基づいて、アイドルストップの実施／解除を決定する。具体的には、車速センサ２００で検出した車速が０ｋｍ／ｈであり、アクセルペダル操作量が０、ブレーキ操作量が所定操作量以上、かつ、バッテリ７０の電圧が所定電圧以上の全ての条件が満たされた時に、アイドルストップを実施する。また、アイドルストップしている状態から、上述したいずれかの条件が満たされなくなった時、すなわち、アクセルペダル操作量が０より大きいか、ブレーキ操作量が所定操作量未満であるか、バッテリ電圧が所定電圧未満となるかのいずれかの条件が成立した場合に、アイドルストップを解除する。
【００１３】
インバータ６０は、コントローラ１００にて算出される電圧指令値に基づいて、バッテリ７０の直流電力を３相交流電力に変換してモータ２０に供給し、モータ２０を駆動（力行）運転する。また、モータ２０は、コントローラ１００からの指令に基づいて、エンジン１０を動力源とする回生運転により発電を行う。発電された電力は、インバータ６０で直流電力に変換されて、バッテリ７０またはコンデンサ８０に蓄電される。インバータ６０には、電圧変換の際に電圧を平滑化するための平滑コンデンサ６５が設けられている。
【００１４】
バッテリ７０とコンデンサ８０は、ともにインバータ６０と並列に接続されている。スイッチＳＷ１は、バッテリ７０と直列に接続されており、スイッチＳＷ２は、コンデンサ８０と直列に接続されている。モータ２０の回生運転時に、コントローラ１００により、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンにされると、回生運転により発電された電力はコンデンサ８０に蓄えられる。逆に、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフに制御されると、発電された電力はバッテリ７０に蓄えられる。
【００１５】
本実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置では、コンデンサ８０に蓄えられた電力を用いてモータ２０を駆動することにより、エンジン１０を始動させる。エンジン始動後、エンジン始動時に消費された電力を補うためにモータ２０を回生運転させて、発電された電力をコンデンサ８０に蓄える。コンデンサ８０の充電完了後、スイッチＳＷ２をオフにするとともに、平滑コンデンサ６５に蓄えられた電力を用いて、所定時間の間、モータ２０を力行運転させる。これにより、平滑コンデンサ６５の電圧が低下する。平滑コンデンサ６５を放電させる所定時間は、平滑コンデンサ６５の電圧とバッテリ７０の電圧とが同じになるために十分な時間であり、予め求めておく。
【００１６】
スイッチＳＷ１には、バッテリ７０からインバータ６０に電流が流れる向きにダイオード５００が並列に接続されているので、平滑コンデンサ６５の放電により平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧より低くなると、ダイオード５００が通電する。これにより、平滑コンデンサ６５の放電が停止するため、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とを同電位に保つことができる。その後、上述した所定時間経過後に、スイッチＳＷ１をオン（スイッチＳＷ２はオフに維持）にすることにより、モータ２０の回生運転による発電電力をバッテリ７０に蓄える。この時、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とが同電位に保たれた状態からバッテリ７０とインバータ６０とを接続するので、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れることはない。
【００１７】
図２および図３は、コントローラ１００にて行われる制御プログラムを示す一実施の形態のフローチャートである。以下では、図２および図３のフローチャートを用いて、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容について説明する。ステップＳ１０では、イグニッションスイッチ４００がオンされているか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオンされていると判定するとステップＳ２０に進み、オンされていないと判定するとオンされるまでステップＳ１０で待機する。
【００１８】
ステップＳ２０では、スイッチＳＷ１をオフにするとともに、スイッチＳＷ２をオンにする。これにより、コンデンサ８０とインバータ６０とが接続される。次のステップＳ３０では、インバータ６０を制御することにより、コンデンサ８０に蓄えられている電力を用いてモータ２０を駆動して、エンジン１０を始動させる。エンジン１０を始動させるとステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、エンジン１０を駆動源としてモータ２０を回生運転させて発電を行わせる。すなわち、ステップＳ３０においてエンジン１０を始動させるために放電したコンデンサ８０の電力を充電するために、モータ２０により発電を行い、発電した３相交流電力をインバータ６０で直流電力に変換して、コンデンサ８０を充電させる。なお、モータ２０を回生運転させることによりエンジントルクが落ち込むため、コントローラ１００は、落ち込むエンジントルクを補償するためのエンジントルク指令値をエンジン１０に対して出力する。
【００１９】
ステップＳ４０に続くステップＳ５０では、コンデンサ電圧センサ８５により検出されたコンデンサ８０の電圧Ｖｃを読み込む。コンデンサ電圧Ｖｃを読み込むと、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、ステップＳ５０で検出したコンデンサ電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｃｏ以上であるか否かを判定する。コンデンサ電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｃｏ以上であると判定するとステップＳ７０に進み、所定電圧Ｖｃｏ未満であると判定するとステップＳ４０に戻って、再度コンデンサ８０の充電を行う。
【００２０】
コンデンサ８０の充電完了後のステップＳ７０では、スイッチＳＷ２をオフにする。スイッチＳＷ１は、ステップＳ２０でオフに制御されているので、インバータ６０はバッテリ７０およびコンデンサ８０のいずれとも接続されていない状態となる。スイッチＳＷ２をオフにするとステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、タイマ１００ｄをスタートさせてステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、車速センサ２００により検出される車両の速度を読み込んで、ステップＳ１００に進む。ステップＳ１００では、アクセルセンサ２２０により検出されるアクセル操作量を読み込んで、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、ブレーキセンサ２１０により検出されるブレーキ操作量を読み込んで、ステップＳ１２０に進む。
【００２１】
ステップＳ１２０では、ステップＳ９０〜ステップＳ１１０で検出した検出値に基づいて、ドライバの要求する駆動トルクを算出する。駆動トルクを算出すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、予め定められたトルクをモータ２０で発生するように、インバータ６０を制御する。すなわち、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５に蓄えられた電力を用いて、モータ２０を駆動する。
【００２２】
次のステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で算出した駆動トルクから、ステップＳ１３０でモータ２０が発生するトルクを引いた値をエンジントルク指令値としてエンジン１０に出力する。すなわち、ドライバの要求する駆動トルクをエンジン１０およびモータ２０にて発生させる。エンジントルク指令値をエンジン１０に出力するとステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、タイマ１００ｄがカウントアップしたか否か、すなわち、所定時間が経過したか否かを判定する。タイマ１００ｄがカウントアップしたと判定すると、ステップＳ１６０に進み、カウントアップしていないと判定するとステップＳ９０に戻る。ステップＳ１６０では、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにする。
【００２３】
ステップＳ１６０でスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御すると、図３のステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、バッテリ電圧センサ７５により検出されたバッテリ７０の電圧Ｖｂを読み込む。バッテリ電圧Ｖｂを読み込むとステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、車速センサ２００により検出される車両の速度を読み込んで、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１９０では、アクセルセンサ２２０により検出されるアクセル操作量を読み込んで、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、ブレーキセンサ２１０により検出されるブレーキ操作量を読み込んで、ステップＳ２１０に進む。
【００２４】
ステップＳ２１０では、ステップＳ１７０〜ステップＳ２００で検出した検出値に基づいて、上述したアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。アイドルストップ条件が成立したと判定するとステップＳ２２０に進み、アイドルストップ条件が成立していないと判定するとステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では、イグニッションスイッチ４００がオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオフされたと判定すると、本制御プログラムを終了し、オフされていないと判定すると、ステップＳ１７０に戻る。
【００２５】
一方、ステップＳ２２０では、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにして、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、エンジン１０を停止させてステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、エンジン１０の再始動条件が成立したか否かを判定する。すなわち、ブレーキが解除されるか、アクセルが操作されるか、バッテリ電圧Ｖｂが所定電圧より低くなったかのうちのいずれかの条件が成立した場合に、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定する。エンジン１０の再始動条件が成立したと判定すると、ステップＳ３０に戻ってエンジン１０の再始動を行う。一方、エンジン１０の再始動条件が成立していないと判定するとステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、イグニッションスイッチ４００がオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオフされたと判定すると、本制御プログラムを終了し、オフされていないと判定するとステップＳ２４０に戻る。
【００２６】
第１の実施の形態における車両用電源制御装置で行われる制御内容についてまとめておく。コンデンサ８０に蓄えられた電力を用いてモータ２０を駆動することによりエンジン１０を始動させた後、モータ２０を回生運転させることによりコンデンサ８０を充電する（ステップＳ１０〜Ｓ４０）。コンデンサ８０の充電完了後、スイッチＳＷ２をオフにして、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５に蓄えられている電力を用いて、モータ２０を力行運転させる（ステップＳ５０〜Ｓ１３０）とともに、モータで発生するトルクを考慮したエンジントルク指令値をエンジン１０に出力する（ステップＳ１４０）。
【００２７】
平滑コンデンサ６５の放電は所定時間行うが（ステップＳ１５０）、スイッチＳＷ１と並列にダイオード５００が接続されているので、平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧まで低下するとダイオード５００が通電することにより、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０が同電位に保たれる。その後、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにすることにより、モータ２０の回生運転により発電される電力はバッテリ７０に充電される（ステップＳ１６０）。平滑コンデンサ６５とバッテリ７０の電圧を同じレベルに保った状態にしてから、インバータ６０とバッテリ７０とを接続するので、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【００２８】
その後、バッテリ電圧Ｖｂ、車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量を検出することにより、アイドルストップ条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１７０〜Ｓ２１０）。アイドルストップ条件が成立したと判定すると、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにしてエンジン１０の再始動に備えるとともに、エンジン１０を停止する（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）。エンジン１０の再始動条件が成立すると、コンデンサ８０の電力を用いてモータ２０を駆動することにより、エンジン１０を再始動させる（ステップＳ２４０，Ｓ３０）。
【００２９】
図４，図５は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置を用いて、コンデンサ８０の充電が完了してからバッテリ７０の充電を行った場合のインバータ電圧の変化と平滑コンデンサ６５に流入する電流の変化をそれぞれ示す図である。なお、図５において、平滑コンデンサ６５に電流が流入する方向を正とする。図４，図５ともに、時刻ｔ３にてコンデンサ８０と接続されているスイッチＳＷ２をオフにし（スイッチＳＷ１はオフ）、所定時間経過後の時刻ｔ５にてスイッチＳＷ１をオンにしている。時刻ｔ４は、平滑コンデンサ６５の放電を行うことにより、平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧まで下がって、ダイオード５００が通電したときの時刻である。
【００３０】
時刻ｔ５にて、ダイオード５００が通電していることによるダイオード５００の電圧分の電位差に基づく突入電流が発生しているが、この突入電流は小さいので、平滑コンデンサ６５やバッテリ７０の寿命劣化等に対する影響は小さい。
【００３１】
これに対して、従来の車両用電源調整回路では、大きい突入電流が発生する。図９，図１０は、従来の車両用電源調整回路を用いて、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化と平滑コンデンサに流入する電流の変化をそれぞれ示す図である。図中、従来例１とあるのは、時刻ｔ１にてコンデンサと直列に接続されたスイッチをオフにするとともに、バッテリと直列に接続されたスイッチをオンにした場合であり、従来例２とあるのは、時刻ｔ１にてコンデンサと直列に接続されたスイッチをオフにし、時刻ｔ２にてバッテリと直列に接続されたスイッチをオンにした場合である。
【００３２】
図１０に示すように、従来例１の場合には、時刻ｔ１にて平滑コンデンサとバッテリとの電位差分の突入電流が平滑コンデンサからバッテリに流れる。従来例２の場合には、時刻ｔ２にてバッテリと平滑コンデンサとの電位差分の突入電流がバッテリから平滑コンデンサに流れる。また、従来例２の場合には、インバータ電圧が下がりすぎることにより、時刻ｔ２でバッテリと直列に接続されたスイッチをオンにする前にインバータ制御が停止してしまう可能性がある。
【００３３】
第１の実施の形態における車両用電源制御装置によれば、モータ２０の回生運転により発電された電力をコンデンサ８０とバッテリ７０に充電する際に、コンデンサ８０の充電が完了した後、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５の電力を放電させて、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とが同電位となってからバッテリ７０の充電を行う。平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とを同電位に保つために、バッテリ７０とインバータ６０とを接続するためのスイッチＳＷ１と並列にダイオード５００を設けたので、確実に両電位を同一に保つことができ、バッテリ７０とインバータ６０とを接続したときに、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【００３４】
また、ダイオード５００が設けられることにより、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とをそれぞれ検出して両電圧の一致を確認してから、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換えを行う必要もなくなる。さらに、ダイオード５００の存在により、スイッチＳＷ１に故障が発生してスイッチＳＷ１をオンすることができなくなったような場合でも、インバータ６０の電圧はバッテリ電圧より下がることがないので、ダイオード５００は、インバータ６０のフェールセーフとしての機能をも果たす。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図６は、第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成を示す図である。第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成に加えて、平滑コンデンサ６５の電圧を検出する平滑コンデンサ電圧センサ９０を備える。なお、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成要素と同じ構成要素については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００３６】
図７および図８は、第２の実施の形態における車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャートである。図２および図３に示すフローチャートにより行われる処理と同一の処理については、同一の符合を付して詳しい説明は省略する。なお、ステップＳ１０から始まる処理は、コントローラ１００にて行われる。
【００３７】
コントローラ１００は、ステップＳ１０からステップＳ７０までの処理を行うと、ステップＳ９０にて、車速センサ２００にて検出された車速を読み込む。車速を読み込むと、ステップＳ１００からステップＳ１４０までの処理を行う。ステップＳ１４０において、エンジントルク指令値をエンジン１０に出力すると、ステップ３００に進む。ステップＳ３００では、平滑コンデンサ電圧センサ９０にて検出された平滑コンデンサ６５の電圧と、バッテリ電圧センサ７５にて検出されたバッテリ電圧とを読み込んで、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０では、ステップＳ３００で読み込んだバッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とが一致したか否かを判定する。一致していないと判定するとステップＳ９０に戻り、一致したと判定するとステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０以後の処理は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置で行われる処理と同じであるので、説明を省略する。
【００３８】
第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、コンデンサ８０の充電完了後に、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とをそれぞれ検出して、両電圧が一致したことを確認してからバッテリ７０の充電を開始するので、バッテリ７０とインバータ６０とを接続したときに、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置と同様に、スイッチＳＷ１と並列にダイオード５００が接続されているので、バッテリ電圧センサ７５および平滑コンデンサ電圧センサ９０の電圧検出精度はそれほど高くなくてもよい。すなわち、ダイオード５００が設けられることにより、平滑コンデンサ６５の放電開始後に平滑コンデンサ電圧が低下してバッテリ電圧と等しくなると、バッテリ電圧と同電圧に保たれてバッテリ電圧以下に下がることはない。この場合も、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置と同様に、ダイオード５００は、インバータ６０のフェールセーフとしての機能をも果たす。
【００３９】
第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置では、平滑コンデンサ６５の放電を開始してから所定時間経過後にスイッチＳＷ１をオンすることにより、バッテリ７０の充電を行ったので、ダイオード５００が通電したときに電流損失が発生していた。しかし、第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とが一致したことを確認して、ダイオード５００が通電する前にバッテリ７０の充電を行うので、ダイオード５００における電流損失が発生するのを防ぐことができる。
【００４０】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、図２および図７に示すフローチャートのステップＳ１３０では、平滑コンデンサ６５の放電を行うために、モータ２０を駆動したが、インバータ６０を無負荷で運転させてもよい。この場合、平滑コンデンサ６５の放電時間ｔは、平滑コンデンサ６５の容量をＣ、コンデンサ８０の充電完了電圧からバッテリ７０の最低電圧を引いた値をΔＶ、モータ無負荷運転時のインバータ６０の最低消費電流をｉとすると、式（１）の関係より、次式（２）で表せる値に設定することができる。
Ｑ＝Ｃ・ΔＶ＝ｉ・ｔ …（１）
ｔ＝Ｃ・ΔＶ／ｉ …（２）
【００４１】
また、車両の走行駆動源としてエンジンとモータとを備え、車両の停止時にエンジンを停止させるハイブリッド車両にも本発明を適用することができる。すなわち、所定の条件が満たされた時にエンジンを停止する車両を総称してアイドルストップ車両と呼ぶ。
【００４２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、コンデンサ８０がコンデンサを、バッテリ７０がバッテリを、スイッチＳＷ１，ＳＷ２およびコントローラ１００が接続制御装置を、ダイオード５００がダイオードを、コントローラ１００がインバータ制御装置を、バッテリ電圧センサ７５がバッテリ電圧センサを、平滑コンデンサ電圧センサ９０が平滑コンデンサ電圧センサをそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第１の実施の形態における構成を示す図
【図２】第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャート
【図３】図２に示すフローチャートに続くフローチャート
【図４】コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化を示す図
【図５】コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合の平滑コンデンサに流入する電流の変化を示す図
【図６】本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第２の実施の形態における構成を示す図
【図７】第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャート
【図８】図７に示すフローチャートに続くフローチャート
【図９】従来技術による車両用電源制御装置を用いた場合に、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化を示す図
【図１０】従来技術による車両用電源制御装置を用いた場合に、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合の平滑コンデンサに流入する電流の変化を示す図
【符号の説明】
１０…エンジン、２０…モータジェネレータ、３０…トランスミッション、４０…減速機、５０…駆動輪、６０…インバータ、６５…平滑コンデンサ、７０…バッテリ、７５…バッテリ電圧センサ、８０…コンデンサ、８５…コンデンサ電圧センサ、９０…平滑コンデンサ電圧センサ、１００…コントローラ、１００ａ…ＣＰＵ、１００ｂ…ＲＯＭ、１００ｃ…ＲＡＭ、１００ｄ…タイマ、２００…車速センサ、２１０…ブレーキセンサ、２２０…アクセルセンサ、３００…補機、４００…イグニッションスイッチ、５００…ダイオード、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドルストップ車両に設けられるコンデンサおよびバッテリの電源を制御するアイドルストップ車両用電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリおよびコンデンサをインバータと並列に接続し、バッテリおよびコンデンサのそれぞれに直列にスイッチを接続するとともに、バッテリおよびコンデンサをインバータを介してモータと接続する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されている車両用電源調整回路では、車両の始動時には、コンデンサからインバータを介してモータに電力を供給してモータを駆動し、モータの回生運転時には、モータで発電された電力をインバータを介してコンデンサおよびバッテリに蓄電している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２７１２０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用電源調整回路では、モータの回生運転時にコンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行う構成となっているので、コンデンサとバッテリとの間の電圧差に起因して、インバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れることがある。この突入電流により平滑コンデンサや、インバータのスイッチング素子、バッテリ等の寿命劣化や故障を招く可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、バッテリの充電時にインバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れるのを防ぐアイドルストップ車両用電源制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置は、少なくともエンジンを始動させるためにインバータを介してモータに電力を供給するとともに、エンジン始動に用いられた電力を補うためにモータで発電された電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサおよびインバータと並列に接続されてインバータを介して充放電を行うバッテリと、インバータとコンデンサ、および、インバータとバッテリとの間の接続／非接続を制御する接続制御装置と、バッテリとインバータとの間にバッテリからインバータに電流を流すことが可能な方向に接続されるダイオードと、インバータを制御するインバータ制御装置とを備える。インバータ制御装置は、エンジン始動後にコンデンサの充電が完了すると、インバータ内に設けられている平滑コンデンサの放電を行い、接続制御装置は、バッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧とが一致したとみなされた後にインバータとバッテリとを接続してバッテリの充電を開始する。これにより、上記目的を達成する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、バッテリとインバータとの間にバッテリからインバータに電流を流すことが可能な方向に接続されるダイオードを設けて、コンデンサの充電完了後に、バッテリの電圧と平滑コンデンサの電圧とが一致したとみなされた後にインバータとバッテリとを接続してバッテリの充電を開始するので、インバータ内の平滑コンデンサからバッテリに突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明によるアイドルストップ車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第１の実施の形態における構成を示す図である。このアイドルストップ車両は、エンジン１０の駆動力が自動変速機３０および減速機４０を介して駆動輪５０ａ，５０ｂに伝達されることにより走行する。
【０００９】
一般に、電動機（モータ）は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機（ジェネレータ）は、駆動力を電力に変換して発電運転（回生運転と同等）するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。つまり、電動機（モータ）と発電機（ジェネレータ）とは基本的に同一構造であり、どちらも駆動（力行）と発電（回生）とが可能である。したがって、本明細書では、電気エネルギー（電力）を回転エネルギー（駆動力）に変換する電動機（モータ）の機能と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）の機能を合わせ持つ回転電機を、モータジェネレータまたは単にモータと呼ぶ。一方、内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃やしたときに発生する燃焼エネルギーを回転エネルギー（駆動力）に変換するものであり、この明細書ではこれらの内燃機関をエンジンと総称する。
【００１０】
モータ２０は、エンジン１０と直結されており、その回転力によりエンジン１０を始動するために用いられるとともに、発電電力により補機３００を駆動する。補機３００は、例えば、エアコンや車載オーディオであり、バッテリ７０によっても駆動される。エンジン１０およびモータ２０は、コントローラ１００により制御される。コントローラ１００は、ＣＰＵ１００ａ、ＲＯＭ１００ｂ、ＲＡＭ１００ｃ、タイマ１００ｄを備え、エンジン１０、モータ２０、および、インバータ６０を制御するとともに、後述するスイッチＳＷ１，ＳＷ２を接続する。
【００１１】
コントローラ１００には、車両の速度を検出する車速センサ２００、図示しないブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ２１０、図示しないアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ２２０が接続されている。コントローラ１００は、各センサ２００〜２２０で検出された検出値に基づいてエンジントルク指令値を算出し、不図示のスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御することによりエンジン１０の制御を行う。
【００１２】
コントローラ１００には、さらに、バッテリ７０の電圧を検出するバッテリ電圧センサ７５と、コンデンサ８０の電圧を検出するコンデンサ電圧センサ８５が接続されている。コントローラ１００は、各センサ７５，２００〜２２０で検出された検出値に基づいて、アイドルストップの実施／解除を決定する。具体的には、車速センサ２００で検出した車速が０ｋｍ／ｈであり、アクセルペダル操作量が０、ブレーキ操作量が所定操作量以上、かつ、バッテリ７０の電圧が所定電圧以上の全ての条件が満たされた時に、アイドルストップを実施する。また、アイドルストップしている状態から、上述したいずれかの条件が満たされなくなった時、すなわち、アクセルペダル操作量が０より大きいか、ブレーキ操作量が所定操作量未満であるか、バッテリ電圧が所定電圧未満となるかのいずれかの条件が成立した場合に、アイドルストップを解除する。
【００１３】
インバータ６０は、コントローラ１００にて算出される電圧指令値に基づいて、バッテリ７０の直流電力を３相交流電力に変換してモータ２０に供給し、モータ２０を駆動（力行）運転する。また、モータ２０は、コントローラ１００からの指令に基づいて、エンジン１０を動力源とする回生運転により発電を行う。発電された電力は、インバータ６０で直流電力に変換されて、バッテリ７０またはコンデンサ８０に蓄電される。インバータ６０には、電圧変換の際に電圧を平滑化するための平滑コンデンサ６５が設けられている。
【００１４】
バッテリ７０とコンデンサ８０は、ともにインバータ６０と並列に接続されている。スイッチＳＷ１は、バッテリ７０と直列に接続されており、スイッチＳＷ２は、コンデンサ８０と直列に接続されている。モータ２０の回生運転時に、コントローラ１００により、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンにされると、回生運転により発電された電力はコンデンサ８０に蓄えられる。逆に、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフに制御されると、発電された電力はバッテリ７０に蓄えられる。
【００１５】
本実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置では、コンデンサ８０に蓄えられた電力を用いてモータ２０を駆動することにより、エンジン１０を始動させる。エンジン始動後、エンジン始動時に消費された電力を補うためにモータ２０を回生運転させて、発電された電力をコンデンサ８０に蓄える。コンデンサ８０の充電完了後、スイッチＳＷ２をオフにするとともに、平滑コンデンサ６５に蓄えられた電力を用いて、所定時間の間、モータ２０を力行運転させる。これにより、平滑コンデンサ６５の電圧が低下する。平滑コンデンサ６５を放電させる所定時間は、平滑コンデンサ６５の電圧とバッテリ７０の電圧とが同じになるために十分な時間であり、予め求めておく。
【００１６】
スイッチＳＷ１には、バッテリ７０からインバータ６０に電流が流れる向きにダイオード５００が並列に接続されているので、平滑コンデンサ６５の放電により平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧より低くなると、ダイオード５００が通電する。これにより、平滑コンデンサ６５の放電が停止するため、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とを同電位に保つことができる。その後、上述した所定時間経過後に、スイッチＳＷ１をオン（スイッチＳＷ２はオフに維持）にすることにより、モータ２０の回生運転による発電電力をバッテリ７０に蓄える。この時、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とが同電位に保たれた状態からバッテリ７０とインバータ６０とを接続するので、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れることはない。
【００１７】
図２および図３は、コントローラ１００にて行われる制御プログラムを示す一実施の形態のフローチャートである。以下では、図２および図３のフローチャートを用いて、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容について説明する。ステップＳ１０では、イグニッションスイッチ４００がオンされているか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオンされていると判定するとステップＳ２０に進み、オンされていないと判定するとオンされるまでステップＳ１０で待機する。
【００１８】
ステップＳ２０では、スイッチＳＷ１をオフにするとともに、スイッチＳＷ２をオンにする。これにより、コンデンサ８０とインバータ６０とが接続される。次のステップＳ３０では、インバータ６０を制御することにより、コンデンサ８０に蓄えられている電力を用いてモータ２０を駆動して、エンジン１０を始動させる。エンジン１０を始動させるとステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、エンジン１０を駆動源としてモータ２０を回生運転させて発電を行わせる。すなわち、ステップＳ３０においてエンジン１０を始動させるために放電したコンデンサ８０の電力を充電するために、モータ２０により発電を行い、発電した３相交流電力をインバータ６０で直流電力に変換して、コンデンサ８０を充電させる。なお、モータ２０を回生運転させることによりエンジントルクが落ち込むため、コントローラ１００は、落ち込むエンジントルクを補償するためのエンジントルク指令値をエンジン１０に対して出力する。
【００１９】
ステップＳ４０に続くステップＳ５０では、コンデンサ電圧センサ８５により検出されたコンデンサ８０の電圧Ｖｃを読み込む。コンデンサ電圧Ｖｃを読み込むと、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、ステップＳ５０で検出したコンデンサ電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｃｏ以上であるか否かを判定する。コンデンサ電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｃｏ以上であると判定するとステップＳ７０に進み、所定電圧Ｖｃｏ未満であると判定するとステップＳ４０に戻って、再度コンデンサ８０の充電を行う。
【００２０】
コンデンサ８０の充電完了後のステップＳ７０では、スイッチＳＷ２をオフにする。スイッチＳＷ１は、ステップＳ２０でオフに制御されているので、インバータ６０はバッテリ７０およびコンデンサ８０のいずれとも接続されていない状態となる。スイッチＳＷ２をオフにするとステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、タイマ１００ｄをスタートさせてステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、車速センサ２００により検出される車両の速度を読み込んで、ステップＳ１００に進む。ステップＳ１００では、アクセルセンサ２２０により検出されるアクセル操作量を読み込んで、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、ブレーキセンサ２１０により検出されるブレーキ操作量を読み込んで、ステップＳ１２０に進む。
【００２１】
ステップＳ１２０では、ステップＳ９０〜ステップＳ１１０で検出した検出値に基づいて、ドライバの要求する駆動トルクを算出する。駆動トルクを算出すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、予め定められたトルクをモータ２０で発生するように、インバータ６０を制御する。すなわち、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５に蓄えられた電力を用いて、モータ２０を駆動する。
【００２２】
次のステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で算出した駆動トルクから、ステップＳ１３０でモータ２０が発生するトルクを引いた値をエンジントルク指令値としてエンジン１０に出力する。すなわち、ドライバの要求する駆動トルクをエンジン１０およびモータ２０にて発生させる。エンジントルク指令値をエンジン１０に出力するとステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、タイマ１００ｄがカウントアップしたか否か、すなわち、所定時間が経過したか否かを判定する。タイマ１００ｄがカウントアップしたと判定すると、ステップＳ１６０に進み、カウントアップしていないと判定するとステップＳ９０に戻る。ステップＳ１６０では、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにする。
【００２３】
ステップＳ１６０でスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御すると、図３のステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、バッテリ電圧センサ７５により検出されたバッテリ７０の電圧Ｖｂを読み込む。バッテリ電圧Ｖｂを読み込むとステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、車速センサ２００により検出される車両の速度を読み込んで、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１９０では、アクセルセンサ２２０により検出されるアクセル操作量を読み込んで、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、ブレーキセンサ２１０により検出されるブレーキ操作量を読み込んで、ステップＳ２１０に進む。
【００２４】
ステップＳ２１０では、ステップＳ１７０〜ステップＳ２００で検出した検出値に基づいて、上述したアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。アイドルストップ条件が成立したと判定するとステップＳ２２０に進み、アイドルストップ条件が成立していないと判定するとステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では、イグニッションスイッチ４００がオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオフされたと判定すると、本制御プログラムを終了し、オフされていないと判定すると、ステップＳ１７０に戻る。
【００２５】
一方、ステップＳ２２０では、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにして、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、エンジン１０を停止させてステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、エンジン１０の再始動条件が成立したか否かを判定する。すなわち、ブレーキが解除されるか、アクセルが操作されるか、バッテリ電圧Ｖｂが所定電圧より低くなったかのうちのいずれかの条件が成立した場合に、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定する。エンジン１０の再始動条件が成立したと判定すると、ステップＳ３０に戻ってエンジン１０の再始動を行う。一方、エンジン１０の再始動条件が成立していないと判定するとステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、イグニッションスイッチ４００がオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチ４００がオフされたと判定すると、本制御プログラムを終了し、オフされていないと判定するとステップＳ２４０に戻る。
【００２６】
第１の実施の形態における車両用電源制御装置で行われる制御内容についてまとめておく。コンデンサ８０に蓄えられた電力を用いてモータ２０を駆動することによりエンジン１０を始動させた後、モータ２０を回生運転させることによりコンデンサ８０を充電する（ステップＳ１０〜Ｓ４０）。コンデンサ８０の充電完了後、スイッチＳＷ２をオフにして、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５に蓄えられている電力を用いて、モータ２０を力行運転させる（ステップＳ５０〜Ｓ１３０）とともに、モータで発生するトルクを考慮したエンジントルク指令値をエンジン１０に出力する（ステップＳ１４０）。
【００２７】
平滑コンデンサ６５の放電は所定時間行うが（ステップＳ１５０）、スイッチＳＷ１と並列にダイオード５００が接続されているので、平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧まで低下するとダイオード５００が通電することにより、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０が同電位に保たれる。その後、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにすることにより、モータ２０の回生運転により発電される電力はバッテリ７０に充電される（ステップＳ１６０）。平滑コンデンサ６５とバッテリ７０の電圧を同じレベルに保った状態にしてから、インバータ６０とバッテリ７０とを接続するので、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【００２８】
その後、バッテリ電圧Ｖｂ、車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量を検出することにより、アイドルストップ条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１７０〜Ｓ２１０）。アイドルストップ条件が成立したと判定すると、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにしてエンジン１０の再始動に備えるとともに、エンジン１０を停止する（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）。エンジン１０の再始動条件が成立すると、コンデンサ８０の電力を用いてモータ２０を駆動することにより、エンジン１０を再始動させる（ステップＳ２４０，Ｓ３０）。
【００２９】
図４，図５は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置を用いて、コンデンサ８０の充電が完了してからバッテリ７０の充電を行った場合のインバータ電圧の変化と平滑コンデンサ６５に流入する電流の変化をそれぞれ示す図である。なお、図５において、平滑コンデンサ６５に電流が流入する方向を正とする。図４，図５ともに、時刻ｔ３にてコンデンサ８０と接続されているスイッチＳＷ２をオフにし（スイッチＳＷ１はオフ）、所定時間経過後の時刻ｔ５にてスイッチＳＷ１をオンにしている。時刻ｔ４は、平滑コンデンサ６５の放電を行うことにより、平滑コンデンサ６５の電圧がバッテリ７０の電圧まで下がって、ダイオード５００が通電したときの時刻である。
【００３０】
時刻ｔ５にて、ダイオード５００が通電していることによるダイオード５００の電圧分の電位差に基づく突入電流が発生しているが、この突入電流は小さいので、平滑コンデンサ６５やバッテリ７０の寿命劣化等に対する影響は小さい。
【００３１】
これに対して、従来の車両用電源調整回路では、大きい突入電流が発生する。図９，図１０は、従来の車両用電源調整回路を用いて、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化と平滑コンデンサに流入する電流の変化をそれぞれ示す図である。図中、従来例１とあるのは、時刻ｔ１にてコンデンサと直列に接続されたスイッチをオフにするとともに、バッテリと直列に接続されたスイッチをオンにした場合であり、従来例２とあるのは、時刻ｔ１にてコンデンサと直列に接続されたスイッチをオフにし、時刻ｔ２にてバッテリと直列に接続されたスイッチをオンにした場合である。
【００３２】
図１０に示すように、従来例１の場合には、時刻ｔ１にて平滑コンデンサとバッテリとの電位差分の突入電流が平滑コンデンサからバッテリに流れる。従来例２の場合には、時刻ｔ２にてバッテリと平滑コンデンサとの電位差分の突入電流がバッテリから平滑コンデンサに流れる。また、従来例２の場合には、インバータ電圧が下がりすぎることにより、時刻ｔ２でバッテリと直列に接続されたスイッチをオンにする前にインバータ制御が停止してしまう可能性がある。
【００３３】
第１の実施の形態における車両用電源制御装置によれば、モータ２０の回生運転により発電された電力をコンデンサ８０とバッテリ７０に充電する際に、コンデンサ８０の充電が完了した後、インバータ６０内の平滑コンデンサ６５の電力を放電させて、平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とが同電位となってからバッテリ７０の充電を行う。平滑コンデンサ６５とバッテリ７０とを同電位に保つために、バッテリ７０とインバータ６０とを接続するためのスイッチＳＷ１と並列にダイオード５００を設けたので、確実に両電位を同一に保つことができ、バッテリ７０とインバータ６０とを接続したときに、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。
【００３４】
また、ダイオード５００が設けられることにより、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とをそれぞれ検出して両電圧の一致を確認してから、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換えを行う必要もなくなる。さらに、ダイオード５００の存在により、スイッチＳＷ１に故障が発生してスイッチＳＷ１をオンすることができなくなったような場合でも、インバータ６０の電圧はバッテリ電圧より下がることがないので、ダイオード５００は、インバータ６０のフェールセーフとしての機能をも果たす。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図６は、第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成を示す図である。第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成に加えて、平滑コンデンサ６５の電圧を検出する平滑コンデンサ電圧センサ９０を備える。なお、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の構成要素と同じ構成要素については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００３６】
図７および図８は、第２の実施の形態における車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャートである。図２および図３に示すフローチャートにより行われる処理と同一の処理については、同一の符合を付して詳しい説明は省略する。なお、ステップＳ１０から始まる処理は、コントローラ１００にて行われる。
【００３７】
コントローラ１００は、ステップＳ１０からステップＳ７０までの処理を行うと、ステップＳ９０にて、車速センサ２００にて検出された車速を読み込む。車速を読み込むと、ステップＳ１００からステップＳ１４０までの処理を行う。ステップＳ１４０において、エンジントルク指令値をエンジン１０に出力すると、ステップ３００に進む。ステップＳ３００では、平滑コンデンサ電圧センサ９０にて検出された平滑コンデンサ６５の電圧と、バッテリ電圧センサ７５にて検出されたバッテリ電圧とを読み込んで、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０では、ステップＳ３００で読み込んだバッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とが一致したか否かを判定する。一致していないと判定するとステップＳ９０に戻り、一致したと判定するとステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０以後の処理は、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置で行われる処理と同じであるので、説明を省略する。
【００３８】
第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、コンデンサ８０の充電完了後に、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とをそれぞれ検出して、両電圧が一致したことを確認してからバッテリ７０の充電を開始するので、バッテリ７０とインバータ６０とを接続したときに、平滑コンデンサ６５からバッテリ７０に突入電流が流れるのを防ぐことができる。第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置と同様に、スイッチＳＷ１と並列にダイオード５００が接続されているので、バッテリ電圧センサ７５および平滑コンデンサ電圧センサ９０の電圧検出精度はそれほど高くなくてもよい。すなわち、ダイオード５００が設けられることにより、平滑コンデンサ６５の放電開始後に平滑コンデンサ電圧が低下してバッテリ電圧と等しくなると、バッテリ電圧と同電圧に保たれてバッテリ電圧以下に下がることはない。この場合も、第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置と同様に、ダイオード５００は、インバータ６０のフェールセーフとしての機能をも果たす。
【００３９】
第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置では、平滑コンデンサ６５の放電を開始してから所定時間経過後にスイッチＳＷ１をオンすることにより、バッテリ７０の充電を行ったので、ダイオード５００が通電したときに電流損失が発生していた。しかし、第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置によれば、バッテリ電圧と平滑コンデンサ電圧とが一致したことを確認して、ダイオード５００が通電する前にバッテリ７０の充電を行うので、ダイオード５００における電流損失が発生するのを防ぐことができる。
【００４０】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、図２および図７に示すフローチャートのステップＳ１３０では、平滑コンデンサ６５の放電を行うために、モータ２０を駆動したが、インバータ６０を無負荷で運転させてもよい。この場合、平滑コンデンサ６５の放電時間ｔは、平滑コンデンサ６５の容量をＣ、コンデンサ８０の充電完了電圧からバッテリ７０の最低電圧を引いた値をΔＶ、モータ無負荷運転時のインバータ６０の最低消費電流をｉとすると、式（１）の関係より、次式（２）で表せる値に設定することができる。
Ｑ＝Ｃ・ΔＶ＝ｉ・ｔ …（１）
ｔ＝Ｃ・ΔＶ／ｉ …（２）
【００４１】
また、車両の走行駆動源としてエンジンとモータとを備え、車両の停止時にエンジンを停止させるハイブリッド車両にも本発明を適用することができる。すなわち、所定の条件が満たされた時にエンジンを停止する車両を総称してアイドルストップ車両と呼ぶ。
【００４２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、コンデンサ８０がコンデンサを、バッテリ７０がバッテリを、スイッチＳＷ１，ＳＷ２およびコントローラ１００が接続制御装置を、ダイオード５００がダイオードを、コントローラ１００がインバータ制御装置を、バッテリ電圧センサ７５がバッテリ電圧センサを、平滑コンデンサ電圧センサ９０が平滑コンデンサ電圧センサをそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第１の実施の形態における構成を示す図
【図２】第１の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャート
【図３】図２に示すフローチャートに続くフローチャート
【図４】コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化を示す図
【図５】コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合の平滑コンデンサに流入する電流の変化を示す図
【図６】本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の第２の実施の形態における構成を示す図
【図７】第２の実施の形態におけるアイドルストップ車両用電源制御装置の制御内容を示すフローチャート
【図８】図７に示すフローチャートに続くフローチャート
【図９】従来技術による車両用電源制御装置を用いた場合に、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合のインバータ電圧の変化を示す図
【図１０】従来技術による車両用電源制御装置を用いた場合に、コンデンサの充電が完了してからバッテリの充電を行った場合の平滑コンデンサに流入する電流の変化を示す図
【符号の説明】
１０…エンジン、２０…モータジェネレータ、３０…トランスミッション、４０…減速機、５０…駆動輪、６０…インバータ、６５…平滑コンデンサ、７０…バッテリ、７５…バッテリ電圧センサ、８０…コンデンサ、８５…コンデンサ電圧センサ、９０…平滑コンデンサ電圧センサ、１００…コントローラ、１００ａ…ＣＰＵ、１００ｂ…ＲＯＭ、１００ｃ…ＲＡＭ、１００ｄ…タイマ、２００…車速センサ、２１０…ブレーキセンサ、２２０…アクセルセンサ、３００…補機、４００…イグニッションスイッチ、５００…ダイオード、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
Claims (6)
- 少なくともエンジンを始動させるためにインバータを介してモータに電力を供給するとともに、前記エンジン始動に用いられた電力を補うために前記モータで発電された電力を蓄えるコンデンサと、
前記コンデンサおよび前記インバータと並列に接続されて、前記インバータを介して前記モータに電力を供給するとともに、前記モータで発電された電力を蓄えるバッテリと、
前記インバータと前記コンデンサ、および、前記インバータと前記バッテリとの間の接続／非接続を制御する接続制御装置と、
前記バッテリと前記インバータとの間に、前記バッテリから前記インバータに電流を流すことが可能な方向に接続されるダイオードと、
前記インバータを制御するインバータ制御装置とを備え、
前記インバータ制御装置は、前記エンジン始動後に前記コンデンサの充電が完了すると、前記インバータ内に設けられている平滑コンデンサの電力を前記モータを駆動することにより消費させ、
前記接続制御装置は、前記バッテリの電圧と前記平滑コンデンサの電圧とが一致したとみなされた後に前記インバータと前記バッテリとを接続して前記バッテリの充電を開始することを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。 - 請求項１に記載のアイドルストップ車両用電源制御装置において、
前記平滑コンデンサの放電を開始してから所定時間経過後に、前記バッテリの電圧と前記平滑コンデンサの電圧とが一致したと見なすことを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。 - 請求項１または２に記載のアイドルストップ車両用電源制御装置において、
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサと、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する平滑コンデンサ電圧センサとをさらに備え、
前記接続制御装置は、前記バッテリ電圧センサにより検出されたバッテリ電圧と、前記平滑コンデンサ電圧センサにより検出された平滑コンデンサ電圧とが一致すると、前記インバータと前記バッテリとを接続して前記バッテリの充電を開始することを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。 - 請求項１または２に記載のアイドルストップ車両用電源制御装置において、
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサをさらに備え、
前記バッテリ電圧センサにより検出されたバッテリ電圧が所定電圧以上であり、車速が０であり、アクセル操作量が０であり、ブレーキ操作量が所定操作量以上のいずれの条件も成立した時に、前記エンジンを停止させるアイドルストップを行うことを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。 - 請求項３に記載のアイドルストップ車両用電源制御装置において、
前記バッテリ電圧センサにより検出されたバッテリ電圧が所定電圧以上であり、車速が０であり、アクセル操作量が０であり、ブレーキ操作量が所定操作量以上のいずれの条件も成立した時に、前記エンジンを停止させるアイドルストップを行うことを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。 - 請求項４または５に記載のアイドルストップ車両用電源制御装置において、
前記バッテリ電圧センサにより検出されたバッテリ電圧が前記所定電圧より低くなるか、アクセル操作量が０より大きくなるか、ブレーキ操作量が前記所定操作量未満になるかのいずれかの条件が成立した場合に、前記エンジンの再始動を行うことを特徴とするアイドルストップ車両用電源制御装置。
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