JP2010093980A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことのできる車両の電源装置を提供すること。
【解決手段】１２Ｖ負荷(12)及び２４Ｖ負荷(14)の２系統の電気負荷を有している電源回路(1)において、１２Ｖ負荷へは第１バッテリ(2)により、２４Ｖ負荷へは直列に接続された第１バッテリ及び第２バッテリ(4)により電力供給を行うとともに、電圧変換制御部２０が第１バッテリ及び第２バッテリの出力電圧を監視し、両バッテリ間の電圧差が所定電圧差以上となったときには、電圧変換器(18)を作動させ２４Ｖ系回路(8)から１２Ｖ系回路(10)へと電力供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の電源装置に係り、詳しくは、電圧の異なる２系統の電気負荷に電力供給を行う技術に関する。

車両によっては、エンジン制御機器やシャシー電装品のような低電圧な電気負荷に対しては低電圧な電源（例えば１２Ｖ電源）により駆動し、架装機器等の高電圧な電気負荷に対しては高電圧な電源（例えば２４〜４２Ｖ電源）により駆動する構成がある。
このように電気負荷が２系統ある場合には、電源としてのバッテリを２系統備える必要がある。

例えば、高電圧負荷に電力を供給する第１バッテリ（４２Ｖ）と、第１バッテリからの高電圧を低電圧に電圧変換する電圧変換器と、この電圧変換器から出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する第２バッテリ（１２Ｖ）とを備えた構成が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２９８８７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のように、２系統の電気負荷に対してそれぞれのバッテリを備えると、車両に搭載した際のレイアウトや配線が複雑化する上、車両の重量も増加する等の問題がある。
そこで、例えば上記特許文献１において、第２のバッテリを除去し、複数のバッテリからなる第１のバッテリのうち、一部のバッテリから低電圧負荷にも電力供給を行う構成も考えられる。

しかし、そのような構成とすると、低電圧負荷へ電力供給を行うバッテリは高電圧負荷及び低電圧負荷への両方の電力供給に使用されるため、他のバッテリに比べて電力消費が大きくなる。したがって、第１のバッテリを構成するバッテリ間で充電量の差が生じ、これはバッテリの寿命を低下させる原因となる。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことのできる車両の電源装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の車両の電源装置では、第１の電気負荷及び該第１の電気負荷よりも高電圧な第２の電気負荷を有する車両の電源装置であって、内燃機関により駆動される発電機と、第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して前記第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、前記第１のバッテリの状態を検出する第１のバッテリ状態検出手段と、前記第２のバッテリの状態を検出する第２のバッテリ状態検出手段と、前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を変換して該第１の回路へ出力する電圧変換器と、前記第１のバッテリ状態検出手段により検出された第１のバッテリ状態及び前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリ状態に基づき、該第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡するよう前記電圧変換器を制御する電圧変換制御部と、を備えることを特徴としている。

請求項２の車両の電源装置では、請求項１において、前記電圧変換制御部は、前記第１のバッテリ状態検出手段により検出された第１のバッテリ状態及び前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリ状態の差を算出し、該バッテリ状態差が所定差以上である場合には前記電圧変換を行い、所定差未満である場合には前記電圧変換を停止することを特徴としている。

請求項３の車両の電源装置では、請求項１または２において、前記電圧変換制御部は、前記内燃機関が停止した場合、前記第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後に前記電圧変換器を停止することを特徴としている。
請求項４の車両の電源装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記電圧変換制御部は、前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリの状態が所定状態未満である場合には、前記内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送ることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の車両の電源装置によれば、比較的低電圧な第１の電気負荷と比較的高電圧な第２の電気負荷の２系統の電気負荷を有した車両の電源装置において、第１の電気負荷へは第１のバッテリにより電力供給を行い、第２の電気負荷へは直列に接続された第１のバッテリ及び第２のバッテリにより電力供給を行う。このように第１のバッテリを第１の負荷及び第２の負荷の両方の電力供給に用いることで、従来のように各系統毎にバッテリを搭載する必要がなく、車両に搭載するバッテリ数を最小限に抑えることができる。これにより、電源装置のレイアウト性の向上や重量の軽量化を図ることができる。

そして、電圧変換制御部により、第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態を監視し、両バッテリ状態が均衡するよう電圧変換器を制御することで、第１の電気負荷及び第２の電気負荷の両方に電力供給を行う第１のバッテリの電力消費を補うことができる。このように第１のバッテリ及び第２のバッテリのバッテリ状態の均衡を保つことで、バッテリの寿命の低下を抑制することができる。

これらのことから、低電気負荷及び高電気負荷の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことができる。
請求項２の車両の電源装置によれば、電圧変換制御部は第１のバッテリ状態と第２のバッテリ状態の差が所定差以上である場合に電圧変換を行い、所定差未満である場合には電圧変換を停止する。

これにより、第１のバッテリ及び第２のバッテリの状態の差を所定差に抑えることができ、確実に第１のバッテリ及び第２のバッテリの状態の均衡を保つことができる。
請求項３の車両の電源装置によれば、電圧変換制御部は、内燃機関が停止した場合にも、第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後に電圧変換を停止する。
これにより、エンジン停止後の暗電流の電力消費により生じる第１のバッテリ及び第２のバッテリのバッテリ状態差を抑制することができる。

請求項４の車両の電源装置によれば、電圧変換制御部は、第２のバッテリの状態が所定状態未満である場合には、内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送る。
つまり、第１のバッテリ及び第２のバッテリの状態が両方とも低下しているような場合には、内燃機関のアイドル回転を上昇させ、発電機の発電量を上昇させる。
これにより、第１のバッテリ及び第２のバッテリそれぞれの状態を良好に回復することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車両の電源装置の概略構成図が示されている。
図１に示すように、車両の電源回路１には、それぞれ１２Ｖの電圧を蓄電可能な第１バッテリ２及び第２バッテリ４が直列に接続されて設けられている。つまり、当該第１バッテリ２第２バッテリ４とは接続ライン６により接続されている。そして、第２バッテリ４の出力端子は２４Ｖ系回路８（第２の回路）に接続されている。また、接続ライン６は途中で分岐しており１２Ｖ系回路１０（第１の回路）に接続されている。

１２Ｖ系回路１０には、例えばエンジン制御機器やシャシー電装品等の１２Ｖの電気負荷１２（以下１２Ｖ負荷１２という）（第１の電気負荷）が接続されている。
一方、２４Ｖ系回路８には、例えば架装機器等の２４Ｖの電気負荷１４（２４Ｖ負荷１４という）（第２の電気負荷）が接続されている。
また、２４Ｖ系回路８には発電機１６が接続されている。当該発電機１６は図示しないエンジン（内燃機関）により駆動されることで発電を行い、発電した電力を２４Ｖ系回路８に出力する機能を有している。

さらに、２４Ｖ系回路８には、第２バッテリ４から２４Ｖ負荷１４を結ぶラインから分岐して電圧変換器１８が接続されている。
当該電圧変換器１８は、１２Ｖ系回路１０において第１バッテリ２と１２Ｖ負荷１２とを結ぶラインとも接続されており、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を降圧変換して１２Ｖ系回路１０へ出力する機能を有している。

そして、当該電圧変換器１８には、当該電圧変換器１８の制御を行う電圧変換制御部２０が設けられている。
１２Ｖ系回路１０には第１バッテリ２の出力電圧を検出する第１電圧センサ２２（第１のバッテリ状態検出手段）が設けられており、２４Ｖ系回路８には第２バッテリ４の出力電圧を検出する第２電圧センサ２４（第２のバッテリ状態検出手段）が設けられている。

当該第１電圧センサ２２及び第２電圧センサ２４はそれぞれ電圧変換制御部２０とＣＡＮ（Controller Area Network）を介して接続されている。
さらに、電圧変換制御部２０は、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２６、エンジンの始動停止操作を行うイグニッションスイッチ２８等ともＣＡＮを介して接続されている。
当該電圧変換制御部２０では、これらの各センサ類等からの検出結果に基づき電圧変換器１８の制御を行う。また、当該電圧変換制御部２０は、エンジンＥＣＵ２６へアイドル回転数を上昇させるアイドルアップ要求信号を送信する機能を有している。

以下このように構成された本発明に係る車両の電源装置における作用について説明する。
上記構成の電源回路１では、通常、発電機１６または直列に接続された第１バッテリ２及び第２バッテリ４から２４Ｖ負荷１４へ電力供給が行われるとともに、第１バッテリ２から１２Ｖ負荷１２へ電力供給が行われる。したがって、第１バッテリ２は２４Ｖ負荷１４及び１２Ｖ負荷１２の両方へと電力供給を行うことから、第２バッテリ４に比べて電力消費が大きくなる。

そこで、電圧変換制御部２０は、第１電圧センサ２２により検出される第１バッテリ２の出力電圧と、第２電圧センサ２４により検出される第２バッテリ４の出力電圧とを監視する。そして、第１バッテリ２の電圧が第２バッテリ４の電圧と均衡するよう、電圧変換器１８を制御する。つまり、第１バッテリ２の電圧と第２バッテリ４の電圧との差が所定差以上となった際には、電圧変換器１８により２４Ｖ系回路８から入力される電圧を変換して１２Ｖ回路１０へと出力することで、１２Ｖ負荷１２または第１バッテリ２へ電力供給し、第１バッテリ２の電力供給を補う。

また、電圧変換制御部２０は、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の両方の充電量が低い場合には、発電機１６による発電量を増加させるべくアイドルアップ要求信号をエンジンＥＣＵ２６へと送信する。
さらに、電圧変換制御部２０は、エンジン停止中の暗電流の電力消費により第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧差が大きくなるのを防止するように、イグニッションスイッチ２８がＯＦＦに切り換えられた場合にも、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の充電量の差が所定差未満となるまでは電圧変換制御を行う。

詳しくは、図２を参照すると、車両の電源装置における電圧変換制御部において実行される電圧変換制御ルーチンがフローチャートにより示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該フローチャートはイグニッションスイッチ２８がＯＦＦからＯＮに切り替わった時点からスタートされる。
まず、図２のステップＳ１に示すように、電圧制御部２０は、第１電圧センサ２２及び第２電圧センサ２４により検出される第１バッテリ２の出力電圧及び第２バッテリ４の出力電圧の電圧差を算出し、当該電圧差が予め設定されている所定電圧差以上であるか否かを判別する。

当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では電圧変換器１８を作動させ、２４Ｖ系回路８から入力される電圧を降圧変換して１２Ｖ系回路１０へ出力するよう制御する。
一方、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧差が均衡している場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、電圧変換器１８を停止させる。
続くステップＳ４では、イグニッションスイッチ２８がＯＦＦに切り替えられているか否かを判別する。
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、即ちイグニッションスイッチ２８がＯＦＦに切り替えられている場合には、当該電圧変換制御制御ルーチンを終了する。このように当該電圧変換制御部２０は、上記ステップＳ１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧差が所定差未満である場合にイグニッションスイッチ２８がＯＦＦであることで電圧変換制御を終了するものである。したがって、電圧差が所低電圧差以上である場合には、例えイグニッションスイッチ２８がＯＦＦに切り替えられエンジンが停止している場合にも、電圧変換器１８の作動は維持される。

また、上記ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちイグニッションスイッチ２８がＯＮである場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、第２電圧センサ２４により検出される第２バッテリ４の出力電圧が所定電圧未満であるか否かを判別する。なお、当該ステップＳ５では上記ステップＳ１の判別結果が偽（Ｎｏ）であることから、第２バッテリ４と第１バッテリ２との電圧は均衡しており、第１バッテリ２の出力電圧から当該判定を行っても構わない。

そして、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち第２バッテリ４の出力電圧が十分にある場合にはステップＳ６に進む。
ステップＳ６ではアイドルアップ要求信号は送信せず当該ルーチンをリターンする。
一方、上記ステップＳ５の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち第２バッテリ４の出力電圧が不足している場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、エンジンＥＣＵ２６へアイドルアップ要求信号を送信する。当該アイドルアップ要求信号を受けたエンジンＥＣＵ２６はアイドル時のエンジン回転数を上昇させる。これにより、エンジンにより駆動される発電機１６による発電量が増加し、第１バッテリ２及び第２バッテリ４への充電量が増加する。
以上のように、本発明に係る車両の電源装置では、１２Ｖ負荷１２及び２４Ｖ負荷１４の２系統の電気負荷を有している電源回路１において、１２Ｖ負荷１２へは第１バッテリ２により電力供給を行い、２４Ｖ負荷１４へは直列に接続された第１バッテリ２及び第２バッテリ４により電力供給を行う。このように第１バッテリ２を１２Ｖ負荷１２及び２４Ｖ負荷１４の両方の電力供給に用いることで、バッテリ数を最小限に抑えることができる。これにより、電源回路１のレイアウト性の向上や、重量の軽量化を図ることができる。

そして、電圧変換制御部２０において、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の出力電圧を監視し、両バッテリ間の電圧差が所定電圧差以上となったときには、電圧変換器１８を作動させ２４Ｖ系回路８から１２Ｖ系回路１０へと電力供給することで、第１バッテリ２の電力消費を補うことができる。これにより、当該第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧の均衡を確実に保つことができ、両バッテリ２、４の寿命の低下を抑制することができる。

また、電圧変換制御部２０はイグニッションスイッチ２８がＯＦＦに切り替えられエンジンが停止した場合にも、両バッテリ２、４の電圧差が所定電圧差未満となるまで電圧変換器１８は作動されることから、エンジン停止中の暗電流の電力消費により生じる第１バッテリ２及び第２バッテリ４の電圧差を抑制することができる。
さらに、両バッテリの電圧差が所低電圧差未満であって第２バッテリ４の出力電圧が所定電圧未満である場合には、エンジンＥＣＵ２６へアイドルアップ要求を送信することから、第１バッテリ２及び第２バッテリ４の両方の出力電圧が低下している場合に発電機１６の発電量を上昇させ、当該両バッテリの電圧を回復させることができる。

これらのことから、本発明に係る車両の電源装置では、低電圧な１２Ｖ負荷１２及び高電圧な２４Ｖ負荷１４の２系統の電気負荷を備えた車両において、最小限のバッテリ数で、バッテリの寿命低下を抑制しつつ、当該２系統の電気負荷へ良好に電力供給を行うことができる。
以上で本発明に係る車両の電源装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、第１バッテリ２及び第２バッテリ４のバッテリ状態として、第１電圧センサ２２及び第２電圧センサ２４によりそれぞれの出力電圧を検出しているが、当該両バッテリ２、４のバッテリ状態の検出手段はこれに限られるものではない。例えば、第１バッテリ及び第２バッテリからの電流や、比重等から充電量を検出したりしてもよい。
また、上記実施形態では、電気負荷として１２Ｖ負荷１２、２４Ｖ負荷１４の２系統を有した構成であるが、当該電気負荷の容量はこれに限られるものではない。また、当該電気負荷の容量とともに、バッテリの容量や数もこれに限られるものではない。

また、上記実施形態では、電圧変換制御部２０に、第１電圧センサ２２、第２電圧センサ２４、エンジンＥＣＵ２６、イグニッションスイッチ２８がそれぞれＣＡＮにより接続されているが、通信線はＣＡＮに限られるものではなく、例えばＬＩＮ等の他の通信線またはハードワイヤ（電線による信号線）であっても構わない。

本発明に係る車両の電源装置の概略構成図である。 本発明に係る車両の電源装置における電圧変換制御部において実行される電圧変換制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電源回路
２ 第１バッテリ
４ 第２バッテリ
６ 接続ライン
８ ２４Ｖ系回路（第２の回路）
１０ １２Ｖ系回路（第１の回路）
１２ １２Ｖ負荷（第１の電気負荷）
１４ ２４Ｖ負荷（第２の電気負荷）
１６ 発電機
１８ 電圧変換器
２０ 電圧変換制御部
２２ 第１電圧センサ（第１のバッテリ状態検出手段）
２４ 第２電圧センサ（第２のバッテリ状態検出手段）
２６ エンジンＥＣＵ
２８ イグニッションスイッチ

Claims (4)

1. 第１の電気負荷及び該第１の電気負荷よりも高電圧な第２の電気負荷を有する車両の電源装置であって、
   内燃機関により駆動される発電機と、
   第１の回路を介して前記第１の電気負荷へ電力供給可能な第１のバッテリと、
   第１のバッテリと直列に接続され、該第１のバッテリとともに第２の回路を介して前記第２の電気負荷へ電力供給可能な第２のバッテリと、
   前記第１のバッテリの状態を検出する第１のバッテリ状態検出手段と、
   前記第２のバッテリの状態を検出する第２のバッテリ状態検出手段と、
   前記第１の回路及び前記第２の回路と接続され、該第２の回路から入力される電圧を変換して該第１の回路へ出力する電圧変換器と、
   前記第１のバッテリ状態検出手段により検出された第１のバッテリ状態及び前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリ状態に基づき、該第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡するよう前記電圧変換器を制御する電圧変換制御部と、
   を備えることを特徴とする車両の電源装置。
2. 前記電圧変換制御部は、
   前記第１のバッテリ状態検出手段により検出された第１のバッテリ状態及び前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリ状態の差を算出し、該バッテリ状態差が所定差以上である場合には前記電圧変換を行い、所定差未満である場合には前記電圧変換を停止することを特徴とする請求項１記載の車両の電源装置。
3. 前記電圧変換制御部は、前記内燃機関が停止した場合、前記第１のバッテリ状態及び第２のバッテリ状態が均衡した後に前記電圧変換器を停止することを特徴とする請求項１または２記載の車両の電源装置。
4. 前記電圧変換制御部は、前記第２のバッテリ状態検出手段により検出された第２のバッテリの状態が所定状態未満である場合には、前記内燃機関へアイドル回転数を上昇させる要求を送ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両の電源装置。

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