JP2011155791A - Power supply device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの電圧低下時に蓄電部の電力を負荷に供給可能な、回生機能付き車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply device with a regenerative function that can supply power of a power storage unit to a load when the voltage of a battery drops.
近年、省燃費の必要性からアイドリングストップ機能や減速回生機能を有する車両が開発されている。前者の車両は停車時にエンジンを止めるので、その分の燃料を節約できる。後者の車両は減速時に熱として捨てていた運動エネルギを回生電力として回収し、電気エネルギとして再利用できるので、省燃費化が可能となる。 In recent years, vehicles having an idling stop function and a deceleration regeneration function have been developed because of the need for fuel saving. Since the former vehicle stops the engine when the vehicle stops, it can save fuel. The latter vehicle collects kinetic energy, which was discarded as heat during deceleration, as regenerative power and can be reused as electric energy, so that fuel consumption can be reduced.
このような車両について、まずアイドリングストップ車について説明する。アイドリングストップ車は停止期間が終了し走行を開始する時に前記エンジンを再始動する必要がある。この際、バッテリにてスタータを駆動すると大電流が流れるためバッテリ電圧の瞬間的な低下（以下、瞬時低下といい、瞬断と同意とする）を起こし、負荷（電装品）の動作が一時的に停止する可能性がある。そこで、前記スタータの駆動時に別の電力源で前記負荷を駆動し続けることにより瞬時低下に対応する回路構成が必要となる。 Regarding such a vehicle, first, an idling stop vehicle will be described. The idling stop vehicle needs to restart the engine when the stop period ends and the vehicle starts running. At this time, if a starter is driven by a battery, a large current flows, causing an instantaneous drop in the battery voltage (hereinafter referred to as an instantaneous drop, which is referred to as instantaneous interruption and consent), and the operation of the load (electrical equipment) is temporary. There is a possibility of stopping. Therefore, it is necessary to have a circuit configuration that can cope with an instantaneous decrease by continuously driving the load with another power source when the starter is driven.
このような瞬時低下に対応するために、例えば特許文献１に示す回路がＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路として提案されている。図４はこのＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路の回路図である。入力電源１０１はＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路１０３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０５に接続されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の入力には入力コンデンサ１０７が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路１０３は入力電源１０１の電圧を２個の入力電圧検出用抵抗１０９、１１１により検出し、検出電圧値に応じて２個のＭＯＳＦＥＴ１１３、１１５を制御する構成を有する。
In order to cope with such an instantaneous decrease, for example, a circuit shown in Patent Document 1 has been proposed as an input circuit of a DC / DC converter. FIG. 4 is a circuit diagram of an input circuit of this DC / DC converter. The
次に、このような回路の動作を説明する。入力電源１０１の瞬時低下が発生していない通常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路１０３は２個のＭＯＳＦＥＴ１１３、１１５をオンにしている。その結果、入力電源１０１の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１０５に入力され、図示しない負荷に供給される。この時、入力電源１０１と入力コンデンサ１０７は電気的に並列接続となるため、入力コンデンサ１０７は入力電源１０１とほぼ等電圧まで充電される。
Next, the operation of such a circuit will be described. In a normal time when the
入力電源１０１の瞬時低下が発生すると、２個の入力電圧検出用抵抗１０９、１１１により瞬時低下が検出される。それにより、２個のＭＯＳＦＥＴ１１３、１１５がオフとなり、瞬時低下による電圧変動がＤＣ／ＤＣコンバータ１０５に入力されないようにしている。その間、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５は入力コンデンサ１０７に蓄えられた電力を前記負荷に供給し続けることができる。従って、このような回路構成とすることで、瞬時低下に対応することができる。
When the
図４に示す回路をアイドリングストップ車に適用した場合、入力電源１０１が前記バッテリに相当し、それと並列に前記スタータが接続される構成となる。従って、アイドリングストップ後に前記スタータを駆動することで瞬時低下が起こると、２個のＭＯＳＦＥＴ１１３、１１５がオフとなり、入力コンデンサ１０７に蓄えられた電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１０５を介して前記負荷に供給される。従って、図４に示す回路でアイドリングストップ車の瞬時低下に対応することが可能となる。
When the circuit shown in FIG. 4 is applied to an idling stop vehicle, the
次に、減速回生機能を有する車両について２種類の例を説明する。まず、一例目として特許文献２に示される車両用電力制御装置が挙げられる。この概略構成図を図５に示す。車両のエンジン１３１はタイヤ１３３と発電機１３５に機械的に接続されている。発電機１３５にはバッテリ１３７と車両電気負荷１３９が電気的に接続される。なお、車両電気負荷１３９にはスタータが含まれる。さらに、発電機１３５にはＤＣ／ＤＣコンバータ１４１を介して電気二重層コンデンサ１４３が電気的に接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４１は電子演算装置１４５により制御される。
Next, two examples of a vehicle having a deceleration regeneration function will be described. First, a vehicle power control apparatus disclosed in Patent Document 2 is given as a first example. This schematic configuration diagram is shown in FIG. A
次に、このような車両用電力制御装置における動作について説明する。車両の減速期間に発電機１３５を発電させることで回生電力が発生する。それにより、電子演算装置１４５はＤＣ／ＤＣコンバータ１４１に対して電気二重層コンデンサ１４３を充電するように制御する。その結果、前記回生電力が電気二重層コンデンサ１４３に蓄えられる。その後、車両が減速を終了すると、電子演算装置１４５はＤＣ／ＤＣコンバータ１４１に対して電気二重層コンデンサ１４３をバッテリ１３７に優先して放電するように制御する。その結果、電気二重層コンデンサ１４３に蓄えた前記回生電力がバッテリ１３７や車両電気負荷１３９に供給され、その有効活用が可能となる。
Next, an operation in such a vehicle power control apparatus will be described. Regenerative power is generated by generating the
次に、前記回生電力を前記蓄電素子に充電する車両用電源装置の二例目として例えば特許文献３に示される車両用電源システムが挙げられる。なお、この車両用電源システムはアイドリングストップ機能を有する。この電気回路図を図６に示す。エンジン（図示せず）により発電を行う発電機１５１は電気二重層キャパシタからなる副電源１５３と直接電気的に接続される。また、発電機１５１にはＤＣ／ＤＣコンバータ１５５を介して主電源１５７（バッテリ）にも接続されている。主電源１５７にはスタータ１５９、車両の安全に関わる重要負荷であるアクチュエータ１６１、その他の一般的な負荷１６３等も接続されている。なお、アクチュエータ１６１は安全ＥＣＵ１６５により制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５５はシステムＥＣＵ１６７により制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５５と並列に、システムＥＣＵ１６７により制御されるスイッチ１６９が接続されている。
Next, as a second example of the vehicle power supply device that charges the regenerative power to the power storage element, for example, a vehicle power supply system disclosed in Patent Document 3 is cited. This vehicle power supply system has an idling stop function. This electric circuit diagram is shown in FIG. A
次に、このような車両用電源システムの動作について説明する。車両減速時には発電機１５１が前記回生電力を発電するので、直接接続された副電源１５３に蓄電する。車両が停止すると前記エンジンを停止し、走行開始時には前記エンジンをスタータ１５９で始動する。この際、主電源１５７からの電力に加え、主電源１５７の端子間電圧が所定値まで回復すればシステムＥＣＵ１６７がスイッチ１６９をオンにすることで副電源１５３からの電力もスタータ１５９に供給する。これにより、スタータ１５９の駆動時間を短縮できる。また、システムＥＣＵは副電源１５３の充電容量とＤＣ／ＤＣコンバータ１５５の出力能力に余裕があれば副電源１５３からＤＣ／ＤＣコンバータ１５５を介して主電源１５７に給電するよう制御する。これらの動作より、前記回生電力の有効活用が可能となる。
Next, the operation of such a vehicle power supply system will be described. Since the
上記した図４に示すＤＣ／ＤＣコンバータの入力回路によると、確かにスタータ駆動時の瞬時低下可能性を低減でき、また図５に示す車両用電力制御装置や図６に示す車両用電源システムによると、確かに回生電力の有効活用が可能となるのであるが、これらの従来技術では瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができないという課題があった。 According to the input circuit of the DC / DC converter shown in FIG. 4 described above, the possibility of instantaneous reduction during starter driving can be certainly reduced, and the vehicle power control device shown in FIG. 5 and the vehicle power supply system shown in FIG. Certainly, it is possible to effectively use regenerative power. However, these conventional techniques have a problem that it is impossible to achieve both reduction of the possibility of instantaneous reduction and use of regenerative power.
すなわち、図４の構成では通常時に入力電源１０１が入力コンデンサ１０７と電気的に並列に接続されるので、入力コンデンサ１０７は瞬時低下時以外、常に入力電源１０１とほぼ等電圧まで充電される。従って、前記回生電力のみで入力コンデンサ１０７を充電することができず、前記回生電力の活用ができないという課題があった。
That is, in the configuration of FIG. 4, the
また、図５の車両用電力制御装置をアイドリングストップ車に適用すると、スタータを含む車両電気負荷１３９がバッテリ１３７と電気二重層コンデンサ１４３の並列回路と電気的に接続される構成であるので、前記スタータを駆動すると大電流がバッテリ１３７と電気二重層コンデンサ１４３の両方から供給されることになる。その結果、電気二重層コンデンサ１４３から供給される電力の分、バッテリ１３７のみから前記スタータに電力が供給される場合に比べて瞬時低下による電圧低下幅は低減されるものの、前記スタータ以外の車両電気負荷１３９への印加電圧に影響を及ぼす可能性は残るという課題があった。
5 is applied to the idling stop vehicle, the vehicle
また、図６の車両用電源システムでは、主電源１５７の端子間電圧が所定値まで回復すれば副電源１５３からの電力もスタータ１５９に供給されるため、前記端子間電圧が回復するまではスタータ１５９と並列に接続される負荷１６３への印加電圧が変動し、瞬時低下する可能性があるという課題があった。
In the vehicle power supply system of FIG. 6, since the power from the
従って、図４〜６の構成ではいずれも瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができないという課題があった。 Therefore, in each of the configurations of FIGS. 4 to 6, there is a problem that it is impossible to achieve both reduction in the possibility of instantaneous decrease and utilization of regenerative power.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and utilize regenerative power.
前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、車両に搭載されるバッテリに一端が電気的に接続されたスイッチと、前記スイッチの他端に電気的に接続された負荷と、前記スイッチの前記他端に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続された蓄電部と、前記蓄電部に電気的に接続され、蓄電部電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、前記スイッチ、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび蓄電部電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、前記車両が回生電力を発生する際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記回生電力は前記蓄電部に充電され、前記車両が前記回生電力を発生しない際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作でき、かつ前記バッテリの電圧が瞬時低下する既定期間（ｔｓ）に亘り前記蓄電部が前記負荷を駆動し続けられる蓄電部最低電圧（Ｖｃｋ２）に前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が至るまでの範囲で前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記蓄電部を放電し、前記バッテリの電圧が瞬時低下する際に、前記制御回路は前記スイッチをオフにするとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a power supply device for a vehicle according to the present invention includes a switch having one end electrically connected to a battery mounted on the vehicle, and a load electrically connected to the other end of the switch. A DC / DC converter electrically connected to the other end of the switch, a power storage unit electrically connected to the DC / DC converter, and a power storage unit voltage electrically connected to the power storage unit A power storage unit voltage detection circuit for detecting (Vc) and a control circuit electrically connected to the switch, the DC / DC converter, and the power storage unit voltage detection circuit, and when the vehicle generates regenerative power. The control circuit turns on the switch, the regenerative power is charged in the power storage unit, and the control circuit turns on the switch when the vehicle does not generate the regenerative power. The power storage unit voltage (Vck2) is set to the power storage unit minimum voltage (Vck2) at which the power storage unit can continue to drive the load for a predetermined period (ts) in which the DC / DC converter can operate and the voltage of the battery instantaneously decreases. Vc) until the battery is discharged by the DC / DC converter, and when the voltage of the battery drops instantaneously, the control circuit turns off the switch and the DC / DC converter The power of the power storage unit is supplied to the load.
本発明の車両用電源装置によれば、バッテリの電圧が瞬時低下した際に、スイッチをオフにしてＤＣ／ＤＣコンバータにより蓄電部の電力を負荷に供給するので、バッテリの電圧変動による負荷への影響が低減される。従って、瞬時低下可能性を低減できる。また、車両が回生電力を発生する際には蓄電部に充電され、非回生時に蓄電部の電力を放電して負荷に供給するので、前記回生電力の活用ができる。ゆえに、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用を両立することができるという効果を奏する。 According to the vehicle power supply device of the present invention, when the voltage of the battery drops instantaneously, the switch is turned off and the power of the power storage unit is supplied to the load by the DC / DC converter. Impact is reduced. Therefore, the possibility of instantaneous reduction can be reduced. Further, when the vehicle generates regenerative power, the power storage unit is charged, and when the vehicle is not regenerating, the power of the power storage unit is discharged and supplied to the load, so that the regenerative power can be used. Therefore, there is an effect that it is possible to simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use of regenerative power.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block circuit diagram of a vehicle power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, thick lines indicate power system wirings, and thin lines indicate signal system wirings.
図１において、車両のバッテリ１１にはエンジン（図示せず）を始動するためのスタータ１３と前記エンジンによって電力を発生する発電機１５が電気的に並列接続されている。また、バッテリ１１にはスイッチ１７の一端が電気的に接続されている。なお、スイッチ１７として外部信号によりオンオフ制御が可能なリレーを用いた。
In FIG. 1, a
スイッチ１７の他端には負荷１９が電気的に接続される。この負荷１９は前記車両の電装品であるが、特に瞬時低下による動作停止を回避する必要のある安全装備や灯火類、ナビゲーション等が含まれる。さらに、スイッチ１７の前記他端にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１が電気的に接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１には蓄電部２３が電気的に接続されている。このように、スイッチ１７がオンの場合、蓄電部２３がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介してバッテリ１１や発電機１５に電気的に接続される構成は、図５の構成と同様である。
A
蓄電部２３は前記車両の減速時に発電機１５が発生する回生電力を蓄えるもので、急峻に発生する前記回生電力を十分に蓄えるために、充電受入性の良好な電気二重層キャパシタを用いた。なお、本実施の形態１では定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４本直列に接続する構成とした。従って、蓄電部２３は１０Ｖ（＝２．５Ｖ×４本）の満充電電圧Ｖｍまで前記回生電力を充電することができる。このような構成としたことにより、発電機１５で発生した電圧（以下、発電機電圧Ｖｇと呼び、Ｖｇは約１４．５Ｖである）はＤＣ／ＤＣコンバータ２１により降圧されて蓄電部２３に充電される。また、充電した前記回生電力を負荷１９やバッテリ１１に放電する際に、蓄電部２３の蓄電部電圧ＶｃはＤＣ／ＤＣコンバータ２１で昇圧される。ゆえに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとなる。
The
また、蓄電部２３には蓄電部電圧Ｖｃを検出して出力する蓄電部電圧検出回路２５が電気的に接続されている。
The
スイッチ１７、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１および蓄電部電圧検出回路２５には制御回路２７が信号系配線で電気的に接続されている。制御回路２７はマイクロコンピュータと周辺回路（いずれも図示せず）で構成され、蓄電部電圧検出回路２５から蓄電部電圧Ｖｃを読み込むとともに、スイッチ１７に対してスイッチ信号ＳＷを送信することでスイッチ１７のオンオフ制御を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して制御信号ｃｏｎｔを送信することでＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御を、それぞれ行なう。さらに、制御回路２７は車両用制御回路２９とも信号系配線で電気的に接続されており、蓄電部電圧Ｖｃ等の種々のデータをデータ信号ｄａｔａにより送受信している。
A
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。 Next, the operation of such a vehicle power supply device will be described.
まず、車両が制動せずに通常走行している場合は、制御回路２７はスイッチ１７をオンにしている。これにより、前記エンジンにより発電機１５で発電された電力がバッテリ１１に充電されるとともに、スイッチ１７を経由して負荷１９に供給される。この時、前記回生電力は発生していないので、制御回路２７は蓄電部２３への充電を行なわないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御している。
First, when the vehicle is traveling normally without braking, the
次に、運転者がブレーキを踏むなどにより車両が制動され減速すると、その事実が車両用制御回路２９からデータ信号ｄａｔａにより制御回路２７に送信される。その結果、制御回路２７は発電機１５が発生している前記回生電力を蓄電部２３に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。なお、この時も制御回路２７はスイッチ１７をオンのままとする。これにより、前記回生電力は負荷１９に供給されるとともに、バッテリ１１の状態によっては一部の前記回生電力がバッテリ１１に充電されるが、急峻に発生する初期の前記回生電力の大部分はＤＣ／ＤＣコンバータ２１により蓄電部２３に充電される。これにより、充電受入性のよい蓄電部２３に優先して前記回生電力を回収することで、前記回生電力の回収効率を向上することができる。
Next, when the vehicle is braked and decelerated, for example, when the driver steps on the brake, the fact is transmitted from the
制御回路２７は蓄電部電圧検出回路２５から蓄電部電圧Ｖｃを読み込むことにより、蓄電部２３の満充電を判断する。上記したように蓄電部２３の満充電電圧Ｖｍは１０Ｖであるので、制御回路２７は蓄電部電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｍに至れば、その電圧を維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。
The
制動後、車両が停止すると、車両用制御回路２９は前記エンジンを停止する。これによりアイドリングストップ状態となる。この時、発電機１５も止まるので、制御回路２７は負荷１９への電力が蓄電部２３から供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。具体的にはバッテリ開放電圧ＯＣＶ（無負荷時のバッテリ１１の端子電圧で約１２Ｖ）よりも高い例えば１３Ｖを出力電圧Ｖｏ（以下、蓄電部２３の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力する際の電圧を出力電圧Ｖｏという）とするようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。これにより、蓄電部２３に回収した前記回生電力が負荷１９に優先して供給される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏはバッテリ開放電圧ＯＣＶよりも高くなるので、蓄電部２３の電力の一部はバッテリ１１にも充電される。
When the vehicle stops after braking, the
この時、蓄電部電圧Ｖｃが徐々に低下していくが、制御回路２７は蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部下限電圧Ｖｃｋに至るまでの範囲で蓄電部２３を放電するようにしている。ここで、蓄電部下限電圧ＶｃｋはＤＣ／ＤＣコンバータ２１や蓄電部２３の能力によって決定されるが、ここでは２Ｖとしている。
At this time, the power storage unit voltage Vc gradually decreases, but the
アイドリングストップ後に前記車両を走行させるには、前記エンジンを再始動する必要があるが、バッテリ１１によりスタータ１３を駆動することで前記エンジンが始動する時、バッテリ１１の電圧は大きく低下する。この瞬時低下により、従来構成では負荷１９への印加電圧が下がり、その動作が中断、停止してしまう。そこで、これを回避するために本実施の形態１ではスタータ１３の駆動中に蓄電部２３の電力を負荷１９に供給するようにしている。従って、スタータ１３の駆動前に蓄電部２３には少なくともスタータ１３の駆動により瞬時低下を起こす既定期間ｔｓ（ここではｔｓ＝２秒とする）に亘って負荷１９を駆動できる電力が蓄えられていなければならない。そして、既定期間ｔｓが経過後の蓄電部電圧Ｖｃは最低でもＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作できる蓄電部下限電圧Ｖｃｋ（＝２Ｖ）でなければならない。
In order to run the vehicle after the idling stop, it is necessary to restart the engine, but when the engine is started by driving the
これらのことから、前記エンジンの再始動直前に必要な蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２を決定する。まず、負荷１９の消費電力を５００Ｗとする。従って、スタータ１３の駆動前に蓄えられていなければならない負荷供給エネルギＥｆは５００Ｗ×２秒（既定期間ｔｓ）＝１０００Ｗ秒となる。一方、前記電気二重層キャパシタに蓄えられるエネルギＥｃは、Ｅｃ＝Ｃ・Ｖ2／２で表される。なお、式中のＣは容量値を、Ｖは電圧を表す。ここで、本実施の形態１で用いた電気二重層キャパシタ１個の容量値を５００Ｆとすると、蓄電部２３の容量値Ｃは４本直列のため５００Ｆ／４本＝１２５Ｆとなる。また、電圧Ｖは放電前（スタータ１３の駆動前）が蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２であり、放電後（既定期間ｔｓ経過後）が蓄電部下限電圧Ｖｃｋ（２Ｖ）である。従って、放電前の蓄電部２３のエネルギＥｃｂはＥｃｂ＝Ｃ・Ｖｃｋ２2／２となり、放電後の蓄電部２３のエネルギＥｃａはＥｃａ＝Ｃ・Ｖｃｋ2／２となる。このエネルギ差Ｅｃｂ−Ｅｃａが負荷供給エネルギＥｆとなる。これらのことから、各数値を代入して整理すると、Ｅｆ＝１０００Ｗ秒＝１２５／２・（Ｖｃｋ２2−２2）となる。これを解くと、Ｖｃｋ２＝２．８３Ｖとなる。ゆえに、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２は２．８３Ｖと決定されるのであるが、本実施の形態１では蓄電部電圧検出回路２５の検出誤差やＤＣ／ＤＣコンバータ２１内の損失等を考慮してマージンを持たせ、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２を３Ｖと決定した。従って、蓄電部電圧Ｖｃが３Ｖに至るまではアイドリングストップ中に負荷１９へ蓄電部２３の電力を供給しても構わない。
From these, the power storage unit minimum voltage Vck2 required immediately before restarting the engine is determined. First, the power consumption of the
これらのことから、制御回路２７はアイドリングストップ中に蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２に至れば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対し蓄電部２３の放電を停止するように制御する。この場合はスイッチ１７がオンであるので、バッテリ１１の電力を負荷１９に供給するか、または前記エンジンを再始動して発電機１５により発電された電力を負荷１９に供給するかのいずれかの動作が必要となる。ここでは、後者の場合について説明する。
Therefore, the
蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２に到達するか、あるいは運転者がブレーキペダルからアクセルペダルに踏みかえる等の操作を行なうと、制御回路２７はアイドリングストップの終了を判断する。なお、これらの状態は制御回路２７と車両用制御回路２９とのデータ信号ｄａｔａにより交信される。
When power storage unit voltage Vc reaches power storage unit minimum voltage Vck2, or when the driver performs an operation such as switching from the brake pedal to the accelerator pedal,
アイドリングストップが終了したと判断されると、制御回路２７は車両用制御回路２９がスタータ１３を駆動する前に、蓄電部２３が蓄えた前記回生電力を負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を動作させるとともに、スイッチ１７をオフにする。ここで上記したように、制御回路２７はアイドリングストップ中で蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２（３Ｖ）に至るまではＤＣ／ＤＣコンバータ２１が１３Ｖを出力するように制御している。しかし、スイッチ１７をオフにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により蓄電部２３の電力を負荷１９に供給する際には、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の負荷１９に対する出力電圧Ｖｏを負荷１９における負荷駆動最低電圧Ｖｄに設定している。ここで、負荷駆動最低電圧Ｖｄとは負荷１９が安定して動作できる最低電圧のことで、本実施の形態１における負荷駆動最低電圧Ｖｄを１０．５Ｖとした。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１はスイッチ１７がオフになる際に、負荷１９への出力電圧Ｖｏを通常時の１３Ｖから負荷駆動最低電圧Ｖｄ（＝１０．５Ｖ）に下げるよう制御される。
When it is determined that the idling stop has ended, the
このように制御する理由は次の通りである。上記の制御により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力は負荷１９のみに接続され、バッテリ１１との接続は切断される。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏは負荷１９が動作できる電圧さえ確保されていればよいので、できるだけ電圧を下げて負荷１９への電力が小さくなるようにしている。ゆえに、出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄまで下げている。また、負荷１９への電圧を低くすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧比が小さくなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の効率を上げ、損失を抑制する効果も得られる。
The reason for controlling in this way is as follows. By the above control, the output of the DC /
なお、スイッチ１７がオンの時にもＤＣ／ＤＣコンバータ２１から負荷１９への出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄに下げるように制御すると、バッテリ開放電圧ＯＣＶ（１２Ｖ）の方が高いので蓄電部２３がバッテリ１１により充電されてしまい、蓄電部２３から負荷１９への前記回生電力の供給ができなくなる。従って、蓄電部２３の前記回生電力を優先的に負荷１９に供給する際には、制御回路２７は上記したようにバッテリ開放電圧ＯＣＶより高い出力電圧Ｖｏ（＝１３Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御している。
If the output voltage Vo from the DC /
また、出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄ（＝１０．５Ｖ）に下げる制御はスイッチ１７をオフにする前であっても後であっても構わない。但し、スイッチ１７をオフにする前に出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄに下げれば、その後スイッチ１７がオフなるまでの一瞬の間、上記したようにバッテリ１１の電力が蓄電部２３に充電されるので、僅かではあるがバッテリ１１からの電力持ち出しが発生する。従って、スイッチ１７がオフになった後で出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄに下げる方が前記電力持ち出しを抑制できるので望ましい。
The control for lowering the output voltage Vo to the load drive minimum voltage Vd (= 10.5 V) may be before or after the
制御回路２７がスイッチ１７をオフにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により蓄電部２３の電力を負荷１９に供給する動作を行なうことにより、バッテリ１１から負荷１９への電力供給が断たれるため、スタータ１３の駆動に起因したバッテリ１１の瞬時低下の影響が負荷１９に及ばなくなる。この状態で制御回路２７は車両用制御回路２９へスタータ１３の駆動準備ができたことをデータ信号ｄａｔａで送信する。これを受け、車両用制御回路２９はバッテリ１１の電力によりスタータ１３を駆動し、前記エンジンを再始動する。これにより、バッテリの電圧は６Ｖ程度まで低下する瞬時低下を起こすが、スタータ１３が駆動している既定期間ｔｓ（＝２秒）は蓄電部２３のみから電力が負荷１９に供給されるので、負荷１９の動作は継続する。この際、上記したように、負荷１９を既定期間ｔｓに亘って駆動できるだけの電力が蓄電部２３に蓄えられているので、負荷１９の動作は既定期間ｔｓで継続する。
Since the
既定期間ｔｓが経過してスタータ１３の駆動が終了すると、前記エンジンが再始動し発電機１５が発電を開始する。従って、もはや瞬時低下は発生しないので、制御回路２７はスイッチ１７をオンにする。この際のＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作は蓄電部電圧Ｖｃによって以下に示すように異なる。
When the drive of the
まず、アイドリングストップ期間が短いなどにより前記回生電力をあまり消費せず、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２より高い状態である場合、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏを発電機電圧Ｖｇ（＝１４．５Ｖ）より高い例えば１５Ｖに設定する。これにより、発電機１５は発電機電圧Ｖｇより高い電圧が印加されることになるので、発電機１５は自動的に発電を停止する。従って、発電機１５はいわゆる空回り状態であるので、その分、前記エンジンにかかる機械的負担が軽減され燃費向上に寄与する。この時、発電機１５を強制的に停止するようにしてもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力は必要に応じて任意に設定できる。また、蓄電部２３の電力は負荷１９だけでなくバッテリ１１にも供給されるので、バッテリ１１の充電も可能となる。従って、前記回生電力を有効に利用でき効率が向上する。さらに、蓄電部２３の電力がバッテリ１１と負荷１９の両方に供給されることで、蓄電部２３の電力を素早く消費することができる。これにより、次回に発生する回生電力を効率よく蓄電部２３に充電できるよう備えておくことが可能となる。その後、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２に至れば、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を停止して次回の回生電力発生まで待つ。
First, when the regenerative power is not consumed much because the idling stop period is short and the power storage unit voltage Vc is higher than the power storage unit minimum voltage Vck2, the
なお、上記の動作ではスタータ１３の駆動終了後にスイッチ１７をオンにしているが、スイッチ１７をオフのままとする構成も考えられる。すなわち、例えばバッテリ１１の残容量（以下、ＳＯＣと呼ぶ）が十分に高く、かつスタータ１３の駆動終了後でも蓄電部電圧Ｖｃが高い場合は、負荷１９の印加電圧を上記したようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１により低くした状態で、負荷１９への電力供給を継続できるので、電力消費を抑制することができる。この時、バッテリ１１のＳＯＣが十分高いので、バッテリ１１を充電する必要がなく、発電機１５による前記エンジンへの負担を軽減することができる。なお、バッテリ１１のＳＯＣが低下している場合は、上記したようにスイッチ１７をオンにしてバッテリ１１の充電を行なう。
In the above operation, the
次に、アイドリングストップ期間が長いなどにより前記回生電力をほとんど消費し、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２以下の状態である場合、これ以上蓄電部２３からの放電ができないので、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を停止して次回の回生電力発生まで待つ。この際のバッテリ１１と負荷１９への電力は発電機１５から供給される。ゆえに、スイッチ１７は必ずオンにしておく必要がある。
Next, when the idling stop period is long, the regenerative power is almost consumed, and when the power storage unit voltage Vc is equal to or lower than the power storage unit minimum voltage Vck2, no further discharge from the
次に、前記車両が走行を開始した後は上記した通常走行状態であるので、その後の動作を繰り返す。 Next, since the vehicle is in the normal running state after the vehicle starts running, the subsequent operation is repeated.
以上の構成、動作により、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。 With the above configuration and operation, it is possible to realize a vehicular power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use regenerative power.
なお、本実施の形態１では、スタータ１３の駆動による既定期間ｔｓの間、すなわち瞬時低下期間中に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏを負荷駆動最低電圧Ｖｄまで下げる制御を行なっているが、これは下げずに元の出力電圧Ｖｏ（＝１３Ｖ）を維持するように制御してもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧比が大きいままとなり、その損失が発生するものの、負荷１９が電圧変動（１３Ｖから１０．５Ｖへの急減）に対して動作の停止は起こらなくても動作への影響を受ける場合は元の出力電圧Ｖｏを維持するように制御すればよい。またこの場合、制御回路２７の制御も簡単になる。
In the first embodiment, control is performed to reduce the output voltage Vo of the DC /
また、本実施の形態１において、制御回路２７はバッテリ１１の端子電圧を検出し、バッテリ１１が正しく接続されている時にのみスイッチ１７のオン動作を許可する構成としてもよい。これにより、バッテリ１１の極性の逆接続（以下、逆接という）に対する保護機能を付加することができ、高信頼性が得られる。
In the first embodiment, the
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図２において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block circuit diagram of the vehicle power supply device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the thick line indicates the power system wiring, and the thin line indicates the signal system wiring.
図２において、図１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２における特徴となる構成は、スイッチ１７と並列に、カソードがＤＣ／ＤＣコンバータ２１側になるように接続されたダイオード３１を設けた点である。具体的には、ダイオード３１を寄生ダイオードとして含む電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）をスイッチ１７およびダイオード３１として用いた。また、このＦＥＴはノーマリーオフ、すなわち前記ＦＥＴのゲート端子に電圧が印加されていない状態（車両の非使用時）にはオフになる構成のものを用いた。
2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. That is, the characteristic configuration of the second embodiment is that a
また、制御回路２７は、ダイオード３１が順バイアスされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１にバッテリ１１の電圧が印加された状態で初めてスイッチ１７をオンにすることが可能となるような構成としている。
The
このような構成とすることで、次のような効果が得られる。 By adopting such a configuration, the following effects can be obtained.
１）スイッチ１７を前記ＦＥＴとしているので、実施の形態１でスイッチ１７として用いたリレーに比べ機械的接点や機械的動作がなくなり、高信頼性が得られる。
1) Since the
２）前記車両の非使用時にはスイッチ１７がオフであるため、修理などで万一バッテリ１１が逆接されてもスイッチ１７がオフであり、かつダイオード３１のアノード側電圧にバッテリ１１の負極が接続されることになるので、バッテリ１１の逆接による電流がＤＣ／ＤＣコンバータ２１や蓄電部２３、負荷１９に流れることがない。従って、これらの回路を保護することが可能となる。
2) Since the
３）スイッチ１７がオフであってもダイオード３１はバッテリ１１を逆接しない限りオンであるので、前記車両の非使用時にも負荷１９が電力供給を必要とする場合、有効な構成となる。
3) Even if the
なお、本実施の形態２における動作は実施の形態１と同じであるので、詳細な説明を省略する。 Since the operation in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
以上の構成、動作により、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能で、かつ逆接による回路保護と前記車両の非使用時における負荷１９への電力供給が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。
With the above-described configuration and operation, a vehicle power supply device that can simultaneously reduce the possibility of instantaneous reduction and use regenerative power, and can achieve both circuit protection by reverse connection and power supply to the
なお、実施の形態１で述べたスイッチ１７としてのリレーもノーマリーオフの構成とすることにより、上記２）の効果を得ることができる。
In addition, the effect of said 2) can be acquired by also making the relay as the
また、本実施の形態２においてダイオード３１のみをスイッチ１７として置き換える構成としてもよい。この場合、実施の形態１で述べたスイッチ１７のオンオフ動作（バッテリ１１の瞬時低下時のみオフとし、それ以外の時はオンとする）が自動的に行なわれるので、制御回路２７がスイッチ１７を制御する必要がなくなるという効果が得られる。しかし、前記回生電力は前記車両の減速開始直後に急増するため、ダイオード３１のみの構成とすると大きな回生電流がダイオード３１に流れることになる。従って、ダイオード３１の電圧降下に起因した発熱が大きくなる。その結果、前記回生電力の損失が大きくなる上に、十分な放熱構成を有するように設計したり複数のダイオードを並列接続して熱分散を図る等の構成上の対策が必要となるので、本実施の形態２で述べた前記ＦＥＴを用いる構成の方が望ましい。
In the second embodiment, only the
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図である。なお、図３において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a block circuit diagram of the vehicle power supply device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, thick lines indicate power system wiring, and thin lines indicate signal system wiring.
図３において、図１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、実施の形態１に対する本実施の形態３の特徴となる構成は次の通りである。 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. That is, the configuration that is a feature of the third embodiment with respect to the first embodiment is as follows.
１）発電機１５をバッテリ１１との並列接続構成から蓄電部２３との直接並列接続構成とした。これは図６の構成と同様である。
1) The
２）発電機１５の発電可能な発電機電圧Ｖｇは車両用制御回路２９からの発電信号ＡＬＴに応じて可変できる構成とした。
2) The generator voltage Vg that can be generated by the
３）発電機１５と直接接続される蓄電部２３の充放電時における蓄電部電圧Ｖｃをバッテリ１１の電圧より高い範囲とした。ここで、蓄電部電圧Ｖｃにおける最大電圧Ｖｍを２９Ｖとした。
3) The power storage unit voltage Vc during charging / discharging of the
４）最大電圧Ｖｍ（２９Ｖ）に対応するために、蓄電部２３の電気二重層キャパシタの数を１２本（１本当たり最大２．４２Ｖ）とした。
4) To accommodate the maximum voltage Vm (29 V), the number of electric double layer capacitors in the
５）ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３側から負荷１９側への給電のみでよいので、単方向降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ構成とした。
5) Since the DC /
上記以外の構成は実施の形態１と同じである。なお、このような構成により、発電機１５から直接蓄電部２３に電力を充電できるので、回生により発電される大きな電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介することなく効率よく充電できるという特長を有する。
The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment. Note that, with such a configuration, the
次に、このような車両用電源装置の動作について説明する。 Next, the operation of such a vehicle power supply device will be described.
まず、車両が制動せずに通常走行している場合は、制御回路２７はスイッチ１７をオンにするとともに、出力電圧Ｖｏが１３ＶになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を動作させる。これにより、発電機電圧ＶｇがＤＣ／ＤＣコンバータ２１で降圧されてバッテリ１１が充電されるとともに、電力が負荷１９に供給される。なお、この際に蓄電部２３は発電機１５と並列接続されているので、蓄電部電圧Ｖｃはバッテリ１１の充電電圧以上を維持する必要がある。具体的には、車両用制御回路２９は蓄電部電圧Ｖｃが十分に高い場合は発電機１５が発電を行なわないように制御し、蓄電部電圧Ｖｃがバッテリ１１の電圧より高い既定電圧Ｖｃｓ（ここでは１４．５Ｖとする）に至るまで蓄電部２３が放電すると発電機１５を動作させて蓄電部電圧Ｖｃがバッテリ１１の充電電圧以上を維持するよう制御する。従って、回生が行われていない通常走行時の蓄電部電圧Ｖｃは既定電圧Ｖｃｓ（１４．５Ｖ）以上となる。ここで、既定電圧Ｖｃｓは１４．５Ｖに限定されるものではなく、蓄電部２３の放電により蓄電部電圧Ｖｃが低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力電圧Ｖｏを維持できなくなるまでの範囲で設定すればよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵されるハイサイドスイッチング素子（図示せず）をデューティーが１になるまで動作できるよう構成することで、出力電圧Ｖｏ＝１３Ｖを得る際に、蓄電部電圧Ｖｃ＝１３ＶまでＤＣ／ＤＣコンバータ２１を動作させることができるので、蓄電部２３に蓄電された電力を有効利用できる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力電圧Ｖｏを維持できなくなった場合は、車両用制御回路２９が発電機１５を動作させるように制御するが、バッテリ１１のＳＯＣが十分高い場合は、引き続きバッテリ１１から放電するように制御してもよい。
First, when the vehicle is traveling normally without braking, the
次に、前記車両が制動され減速すると、車両用制御回路２９は例えばブレーキの踏み込み速度や車両減速度等からブレーキフィーリングや回生効率が最適となるような発電機１５の発電電力指令を求め、発電信号ＡＬＴとして発電機１５へ送信する。これを受け、発電機１５は求められた発電電力を出力する。なお、車両制動状態は刻々と変化するので、車両用制御回路２９はリアルタイムに前記発電電力指令を求めて発電機１５に送信する。また、車両制動の事実は実施の形態１と同様に車両用制御回路２９からデータ信号ｄａｔａにより制御回路２７にも送信される。
Next, when the vehicle is braked and decelerated, the
これらの動作により、制御回路２７は次のように制御する。まず、スイッチ１７をオンのままとする。次に、蓄電部電圧Ｖｃの監視を行なう。その理由は以下の通りである。
With these operations, the
前記車両の制動、減速が起こると発電機電圧Ｖｇが上昇するため、それに応じて発生した初期の急峻な回生電力は充電受入性の良好な蓄電部２３に直接充電される。従って、蓄電部２３への充電が低損失に行なわれ、効率よく回生電力を回収することができる。この充電により、蓄電部電圧Ｖｃは発電機１５の発電とともに上昇する。このような蓄電部電圧Ｖｃの上昇は蓄電部電圧検出回路２５を介して制御回路２７により監視されている。そして、制御回路２７と交信している車両用制御回路２９により蓄電部２３の最大電圧Ｖｍ（２９Ｖ）以内で充電が行なわれるように発電機１５が制御される。
When the vehicle is braked or decelerated, the generator voltage Vg rises, so that the initial steep regenerative power generated accordingly is directly charged into the
一方、前記回生電力が発生している場合も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は通常走行時と同様に出力電圧Ｖｏが１３Ｖになるように制御する。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力電圧に相当する発電機電圧Ｖｇは減速状態に応じて変化するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により出力電圧Ｖｏが安定化されるので、バッテリ１１の充電や負荷１９への電力供給は減速時にも継続される。ゆえに、前記回生電力の一部はバッテリ１１や負荷１９にも供給される。
On the other hand, even when the regenerative power is generated, the DC /
制動後、前記車両が停止すると、前記車両はアイドリングストップ状態となる。この時、発電機１５も止まるので、制御回路２７は負荷１９への電力が蓄電部２３から供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。但し、この動作は上記した車両の通常走行時や制動時と同様の動作（出力電圧Ｖｏが１３Ｖになるように制御する）である。これにより、蓄電部２３に回収した前記回生電力が負荷１９に優先して供給され、蓄電部２３の電力の一部はバッテリ１１にも充電される。
When the vehicle stops after braking, the vehicle enters an idling stop state. At this time, since the
なお、アイドリングストップ状態が長い場合、蓄電部電圧Ｖｃが徐々に低下していく。そこで、制御回路２７は蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２に至るまでの範囲で蓄電部２３を放電するようにしている。なお、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２の決定法は実施の形態１と同様であるが、以下に具体的な求め方について説明する。
Note that when the idling stop state is long, the power storage unit voltage Vc gradually decreases. Therefore, the
まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が動作できる電圧（蓄電部下限電圧Ｖｃｋ）であるが、本実施の形態３では実施の形態１と異なり蓄電部電圧Ｖｃがバッテリ１１の電圧よりも高い構成であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部電圧Ｖｃを降圧することにより放電する。この時、蓄電部電圧Ｖｃが下がってきてもＤＣ／ＤＣコンバータ２１の前記ハイサイドスイッチング素子（図示せず）をデューティーが１（ほぼオン状態）になるよう制御することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から蓄電部電圧Ｖｃをほぼそのまま出力することができる。このことから、瞬時低下が発生する既定期間ｔｓが経過後の蓄電部電圧Ｖｃは最低でも負荷駆動最低電圧Ｖｄ（＝１０．５Ｖ）であれば十分である。従って、蓄電部下限電圧Ｖｃｋは負荷駆動最低電圧Ｖｄとなる。
First, the voltage (power storage unit lower limit voltage Vck) at which the DC /
以上より、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２を決定する。負荷１９の消費電力（５００Ｗ）、既定期間ｔｓ（２秒）、電気二重層キャパシタ１個の容量値（５００Ｆ）は実施の形態１と同じであるとし、蓄電部下限電圧Ｖｃｋは負荷駆動最低電圧Ｖｄであるので、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２は実施の形態１で述べたエネルギ式を用いて、Ｖｃｋ２＝１２．６Ｖと求められる。従って、ここでもマージンを考慮して蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２を１３Ｖと決定した。ゆえに、蓄電部電圧Ｖｃが１３Ｖに至るまで、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ２１の目標とする出力電圧Ｖｏと等しくなるまではアイドリングストップ中に負荷１９へ蓄電部２３の電力を供給しても構わない。
From the above, the power storage unit minimum voltage Vck2 is determined. The power consumption (500 W) of the
これらのことから、本実施の形態３においても、アイドリングストップ中に蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２に至れば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は蓄電部２３の放電を停止するように動作する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１はバッテリ１１の電圧が出力電圧Ｖｏ（＝蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２＝１３Ｖ）になるように制御しているので、蓄電部電圧Ｖｃが１３Ｖまで低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入出力電圧が等しくなる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は自動的に蓄電部２３の放電を停止する。この場合はスイッチ１７がオンであるので、バッテリ１１の電力が負荷１９に供給される。但し、バッテリ１１のＳＯＣが低く十分に負荷１９へ電力供給ができないときは、前記エンジンを再始動する。
For these reasons, also in the present third embodiment, when power storage unit voltage Vc reaches power storage unit minimum voltage Vck2 during idling stop, DC /
次に、アイドリングストップが終了し、前記車両が前記エンジンの再始動を行う動作について述べる。なお、アイドリングストップの終了情報は実施の形態１と同様に車両用制御回路２９とのデータ信号ｄａｔａの交信により制御回路２７に送信される。
Next, an operation in which the idling stop is completed and the vehicle restarts the engine will be described. Note that the idling stop end information is transmitted to the
アイドリングストップが終了すると、制御回路２７は車両用制御回路２９がスタータ１３を駆動する前に、蓄電部２３が蓄えた前記回生電力を負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を動作させるとともに、スイッチ１７をオフにする。ここで上記したように、制御回路２７はアイドリングストップ中で蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ２（１３Ｖ）に至るまではＤＣ／ＤＣコンバータ２１が降圧動作を行うことで目標の出力電圧Ｖｏ（＝１３Ｖ）を出力するように制御している。従って、スイッチ１７をオフにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により蓄電部２３の電力を負荷１９に供給する際には、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の負荷１９に対する出力電圧Ｖｏを蓄電部下限電圧Ｖｃｋ（＝１０．５Ｖ）に設定している。
When the idling stop is completed, the
なお、スイッチ１７がオンの時にもＤＣ／ＤＣコンバータ２１から負荷１９への出力電圧Ｖｏを蓄電部下限電圧Ｖｃｋに下げるように制御すると、出力電圧Ｖｏがバッテリ１１の電圧と等しくなるので、蓄電部２３や発電機１５の電力によるバッテリ１１の充電が十分にできなくなる。また、負荷１９には蓄電部２３や発電機１５の電力と、バッテリ１１の電力の両方が供給される。従って、蓄電部２３の前記回生電力を優先的に負荷１９に供給し、かつバッテリ１１を充電する際には、制御回路２７は上記したようにバッテリ１１の電圧より高い出力電圧Ｖｏ（＝１３Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御している。
If the output voltage Vo from the DC /
また、出力電圧Ｖｏを蓄電部下限電圧Ｖｃｋ（＝１０．５Ｖ）に下げる制御はスイッチ１７をオフにする前であっても後であっても構わない。ここで、本実施の形態３では蓄電部下限電圧Ｖｃｋがバッテリ１１の電圧とほぼ等しくなるので、スイッチ１７をオフにする前に出力電圧Ｖｏを蓄電部下限電圧Ｖｃｋに下げたとしても、実施の形態１で述べたようなバッテリ１１からの電力持ち出しはほとんど発生しない。従って、出力電圧Ｖｏを下げる制御とスイッチ１７をオフにする制御の順番はどちらが先であってもよい。
The control for lowering the output voltage Vo to the storage unit lower limit voltage Vck (= 10.5 V) may be before or after the
制御回路２７がスイッチ１７をオフにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により蓄電部２３の電力を負荷１９に供給する動作を行なうことにより、バッテリ１１から負荷１９への電力供給が断たれるため、スタータ１３の駆動に起因したバッテリ１１の瞬時低下の影響が負荷１９に及ばなくなる。従って、車両用制御回路２９はバッテリ１１の電力によりスタータ１３を駆動し、前記エンジンを再始動する。これにより、瞬時低下が発生する既定期間ｔｓ（＝２秒）は蓄電部２３のみから電力が負荷１９に供給されるので、負荷１９の動作は継続する。この際、上記したように、負荷１９を既定期間ｔｓに亘って駆動できるだけの電力が蓄電部２３に蓄えられているので、負荷１９の動作は既定期間ｔｓ内で確保できる。
Since the
既定期間ｔｓが経過してスタータ１３の駆動が終了すると、前記エンジンが再始動し発電機１５が発電する準備が整う。従って、もはや瞬時低下は発生しないので、制御回路２７はＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏを１３Ｖに戻すとともにスイッチ１７をオンにする。なお、これらの動作の順番についても、どちらが先でも構わない。但し、この際の発電機１５の制御は蓄電部電圧Ｖｃによって以下に示すように異なる。
When the predetermined period ts has elapsed and the
まず、アイドリングストップ期間が短いなどにより前記回生電力をあまり消費せず、蓄電部電圧Ｖｃが既定電圧Ｖｃｓ（＝１４．５Ｖ）より高い状態である場合、その情報はデータ信号ｄａｔａにより制御回路２７から車両用制御回路２９に送信される。これを受け、車両用制御回路２９は発電機１５による発電を停止するように発電信号ＡＬＴを出力する。これにより、発電機１５は発電を行なわず空回り状態となるので、発電機１５の駆動トルクが小さくなり燃料消費低減が可能となる。その際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から出力される電力は蓄電部２３からのもののみとなる。従って、蓄電部２３に蓄えた前記回生電力がバッテリ１１や負荷１９に供給されるので、前記回生電力の有効活用が可能となり効率が向上する。さらに、蓄電部２３の電力がバッテリ１１と負荷１９の両方に供給されることで、蓄電部２３の電力を素早く消費することができ、次回の回生電力を効率よく蓄電部２３に充電できるよう備えておくことが可能となる。その後、蓄電部電圧Ｖｃが既定電圧Ｖｃｓに至れば、車両用制御回路２９は発電機１５の発電を開始するよう発電信号ＡＬＴを送信する。これを受け、発電機１５は通常走行時の発電機電圧Ｖｇ（＝１４．５Ｖ）になるように発電を行なう。これにより、既定電圧Ｖｃｓまで低下した蓄電部電圧Ｖｃは発電機電圧Ｖｇを維持する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は出力電圧Ｖｏが１３Ｖになるように制御しているので、発電機電圧Ｖｇを降圧してバッテリ１１と負荷１９に供給する。
First, when the idling stop period is short or the like, the regenerative power is not consumed so much and the power storage unit voltage Vc is higher than the predetermined voltage Vcs (= 14.5V), the information is obtained from the
次に、アイドリングストップ期間が長いなどにより前記回生電力をほとんど消費し、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部下限電圧Ｖｃｋ以下の状態である場合、これ以上蓄電部２３からの放電ができないので、車両用制御回路２９は直ちに発電機電圧Ｖｇ（＝１４．５Ｖ）を出力するように発電機１５を制御する。これにより、蓄電部電圧Ｖｃは発電機電圧Ｖｇに至るまで充電され、その後発電機電圧Ｖｇを維持する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は出力電圧Ｖｏが１３Ｖになるように制御しているので、発電機電圧Ｖｇを降圧してバッテリ１１と負荷１９に供給する。
Next, when the idling stop period is long, the regenerative power is almost consumed, and when the power storage unit voltage Vc is equal to or lower than the power storage unit lower limit voltage Vck, no further discharge from the
なお、アイドリングストップ期間の長短にかかわらずスイッチ１７をオフのままにしておくと発電機１５によるバッテリ１１の充電ができなくなるので、スタータ１３の駆動が終了する既定期間ｔｓが経過すれば制御回路２７はスイッチ１７をオンにする必要がある。
Note that if the
次に、前記車両が走行を開始した後は上記した通常走行状態であるので、その後の動作を繰り返す。 Next, since the vehicle is in the normal running state after the vehicle starts running, the subsequent operation is repeated.
以上の構成、動作により、蓄電部２３と発電機１５を直接接続した構成であっても、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能な車両用電源装置を実現することができる。
With the configuration and operation described above, even if the
なお、本実施の形態３では、前記エンジンの始動後は蓄電部電圧Ｖｃが既定電圧Ｖｃｓ＝１４．５Ｖになるように制御する場合について説明したが、これは上記したように前記ハイサイドスイッチング素子のデューティーを１にできるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を構成することで、既定電圧Ｖｃｓを１３Ｖと設定してもよい。これによっても蓄電部２３の電力の有効利用が可能となる。
In the third embodiment, the case where the power storage unit voltage Vc is controlled to be the predetermined voltage Vcs = 14.5 V after the engine is started has been described. The predetermined voltage Vcs may be set to 13V by configuring the DC /
また、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様にスイッチ１７が前記車両の非使用時にオフになるような構成としてもよい。この場合もバッテリ１１の逆接による回路保護が可能となる。また、この際にスイッチ１７をノーマリーオフのＦＥＴで構成してもよい。
Also in the third embodiment, the
また、本実施の形態３において、実施の形態２と同様にスイッチ１７と並列に、カソードがＤＣ／ＤＣコンバータ２１側になるようにダイオードを接続する構成としてもよい。また、スイッチ１７とダイオードを一体化したＦＥＴとしてもよい。これにより、前記車両の非使用時における負荷１９への電力供給が可能となる。但し、本実施の形態３ではスイッチ１７の替わりにダイオードへ置き換える構成とすると、バッテリ１１の充電ができなくなるので、スイッチ１７は必須である。
In the third embodiment, as in the second embodiment, a diode may be connected in parallel with the
また、本実施の形態３において、前記車両の使用開始時に蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部下限電圧Ｖｃｋより低い場合は、図示しない充電回路で予備充電を行なっている。前記充電回路としては、例えばドロッパ回路や突入電流低減用抵抗器からなる充電回路等が適用できる。 In the third embodiment, when the power storage unit voltage Vc is lower than the power storage unit lower limit voltage Vck at the start of use of the vehicle, preliminary charging is performed by a charging circuit (not shown). As the charging circuit, for example, a charging circuit including a dropper circuit or an inrush current reducing resistor can be applied.
さらに、本実施の形態３ではＤＣ／ＤＣコンバータ２１を単方向降圧型構成としたが、これは双方向に昇圧も降圧も可能な双方向昇降圧型構成としてもよい。この場合は前記ドロッパ回路がなくても予備充電が可能となる上、蓄電部下限電圧Ｖｃｋを例えば実施の形態１と同様に２Ｖ程度まで下げることができる。その結果、より多くの前記回生電力を回収することができる。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の構造や制御が複雑になり損失も大きくなるので、発生する前記回生電力の大きさや負荷１９の消費電力、各方式によるＤＣ／ＤＣコンバータ２１の効率比較等を考慮し、最適構成のＤＣ／ＤＣコンバータ２１を選択すればよい。
Furthermore, although the DC /
また、実施の形態１〜３における蓄電部２３の電気二重層キャパシタの本数は一例であり、必要とされる電力仕様や用途等に応じ最適な本数とすればよい。
Further, the number of electric double layer capacitors of
また、実施の形態１〜３において、蓄電部電圧検出回路２５をＤＣ／ＤＣコンバータ２１と別体構成で示したが、これは蓄電部電圧検出回路２５をＤＣ／ＤＣコンバータ２１に内蔵する構成としてもよい。この場合、蓄電部電圧ＶｃはＤＣ／ＤＣコンバータ２１から制御回路２７に出力される構成となる。
In the first to third embodiments, power storage unit
また、実施の形態１〜３において、蓄電部２３には電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。
In the first to third embodiments, the electric double layer capacitor is used for the
本発明にかかる車両用電源装置は、瞬時低下可能性の低減と回生電力の活用が両立可能となるので、特にバッテリの電圧低下時に蓄電部の電力を負荷に供給可能な、回生機能付き車両用電源装置等として有用である。 The power supply device for a vehicle according to the present invention is compatible with a vehicle with a regenerative function that can supply the power of the power storage unit to the load particularly when the voltage of the battery decreases because the reduction in the possibility of instantaneous decrease and the utilization of regenerative power can be compatible. It is useful as a power supply device.
１１ バッテリ
１７ スイッチ
１９ 負荷
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電部
２５ 蓄電部電圧検出回路
２７ 制御回路
３１ ダイオード
11
Claims (4)
前記スイッチの他端に電気的に接続された負荷と、
前記スイッチの前記他端に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部に電気的に接続され、蓄電部電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、
前記スイッチ、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび蓄電部電圧検出回路に電気的に接続された制御回路と、を備え、
前記車両が回生電力を発生する際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記回生電力は前記蓄電部に充電され、
前記車両が前記回生電力を発生しない際に、前記制御回路は前記スイッチをオンにするとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが動作でき、かつ前記バッテリの電圧が瞬時低下する既定期間（ｔｓ）に亘り前記蓄電部が前記負荷を駆動し続けられる蓄電部最低電圧（Ｖｃｋ２）に前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が至るまでの範囲で前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記蓄電部を放電し、
前記バッテリの電圧が瞬時低下する際に、前記制御回路は前記スイッチをオフにするとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記蓄電部の電力を前記負荷に供給するようにした車両用電源装置。 A switch having one end electrically connected to a battery mounted on the vehicle;
A load electrically connected to the other end of the switch;
A DC / DC converter electrically connected to the other end of the switch;
A power storage unit electrically connected to the DC / DC converter;
A power storage unit voltage detection circuit that is electrically connected to the power storage unit and detects a power storage unit voltage (Vc);
A control circuit electrically connected to the switch, the DC / DC converter and the power storage unit voltage detection circuit,
When the vehicle generates regenerative power, the control circuit turns on the switch, and the regenerative power is charged in the power storage unit,
When the vehicle does not generate the regenerative power, the control circuit turns on the switch, the DC / DC converter can operate, and the battery voltage instantaneously drops for a predetermined period (ts). The power storage unit is discharged by the DC / DC converter until the power storage unit voltage (Vc) reaches the power storage unit minimum voltage (Vck2) at which the power storage unit can continue to drive the load,
When the battery voltage drops instantaneously, the control circuit turns off the switch, and the DC / DC converter supplies the power of the power storage unit to the load by the DC / DC converter.
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