JP2015123823A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の電気系統の始動の際に、メインバッテリとサブバッテリとを速やかに接続することができる、車両用電源装置を提供する。【解決手段】電気系統の始動の際に、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第１閾値以上である場合には、メインリレー１７がオフに維持されたまま、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値がサブバッテリ１２の電圧と同値に設定されて、ＩＳＧ３が制御される。この制御中は、車両１に搭載されている電気負荷の少なくとも１つの作動が禁止される。そして、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第２閾値未満であることを条件に、メインリレー１７がオンにされる。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載される車両用電源装置に関する。

自動車などの車両には、補機などの駆動に必要な電力を蓄えておくためのバッテリが搭載されている。このバッテリには、鉛電池が広く採用されているが、鉛電池が急速充電に不向きであるなどの理由から、最近では、メインバッテリとしての鉛電池に加えて、急速充電可能なキャパシタなどをサブバッテリとして搭載した車両が提供されている。

サブバッテリは、メインバッテリと並列に接続される。サブバッテリがメインバッテリに常時接続されていると、エンジンの停止中に、サブバッテリに蓄えられている電力が暗電流により消費されて、サブバッテリのバッテリ上がりを生じるおそれがある。そのため、メインバッテリとサブバッテリとの間には、リレーが介在されており、始動スイッチがオフの状態では、リレーがオフ（開）にされて、サブバッテリがメインバッテリから電気的に切り離される。

始動スイッチがオンにされると、リレーがオン（閉）にされて、サブバッテリがメインバッテリに電気的に接続される。このとき、メインバッテリとサブバッテリとの間に大きな電位差が生じていると、リレーに大電流が流れ、リレーが溶着する。これを防止するため、リレーがオフの状態で、メインバッテリとサブバッテリ（キャパシタ）との間に閾値以上の電位差が生じている場合には、車両に搭載されているオルタネータの発電電圧指示値をサブバッテリと同電位に設定して、メインバッテリとサブバッテリとが同電位になった後、リレーをオンにすることが提案されている。

特開２００９−２８００９６号公報

ところが、補機などの電気負荷の状態によっては、メインバッテリとサブバッテリとの電位差がスムーズに解消されず、始動スイッチのオンからリレーのオンまでに長時間を要するおそれがある。

本発明の目的は、車両の電気系統の始動の際に、メインバッテリとサブバッテリとを速やかに接続することができる、車両用電源装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用電源装置は、車両の電気系統に組み込まれる車両用電源装置であって、メインバッテリと、メインバッテリにリレーを介して並列に接続されるサブバッテリと、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を検出する電位差検出手段と、電気系統の始動の際に、電位差検出手段により検出される電位差が所定の第１閾値以上である場合、リレーをオフに維持したまま、車両に搭載されている発電機の発電電圧の目標値をサブバッテリの電圧と同じまたはそれ以上に設定して、発電機を制御し、電位差検出手段により検出される電位差が所定の第２閾値未満であることを条件に、リレーをオンにする始動時制御手段と、始動時制御手段による発電機の制御中、車両に搭載されている電気負荷のうちの少なくとも１つの作動を禁止する作動禁止手段とを含む。

リレーがオフされている状態では、メインバッテリから暗電流が流れるので、通常、メインバッテリの電圧がサブバッテリの電圧よりも低下する。電気系統の始動の際に、メインバッテリとサブバッテリとの電位差が所定の第１閾値以上である場合には、リレーがオフに維持されたまま（リレーの接点が開かれたまま）、発電機の発電電圧の目標値がサブバッテリの電圧と同じまたはそれ以上に設定されて、発電機が制御される。これにより、メインバッテリをサブバッテリの電圧以上の電圧で充電することができるので、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を急速に縮めることができる。

また、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を縮めるための発電機の制御中は、車両に搭載されている電気負荷の少なくとも１つの作動が禁止される。これにより、当該制御中にメインバッテリの電圧が急変することを抑制できるので、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を一層早く解消することができる。

そして、メインバッテリとサブバッテリとの電位差が所定の第２閾値未満であることを条件に、リレーがオンにされて（リレー接点が閉じられて）、メインバッテリとサブバッテリとがリレーを介して並列に接続される。これにより、リレーがオンされたときに、リレーに大電流が流れることが抑制される。そのため、リレーに大電流が流れることを抑制するための予備充電回路を要することなく、リレーの溶着を抑制することができる。その結果、予備充電回路を備える構成と比較して、コストを低減することができる。

よって、予備充電回路を要しない低コストな構成により、車両の電気系統の始動の際に、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を速やかに縮めて、メインバッテリとサブバッテリとを速やかに接続することができる。その結果、サブバッテリに蓄えられている電力を早期に使用することができるので、車両の燃費を向上することができる。

メインバッテリとサブバッテリの電位差が大きいほど、発電機の発電電圧の目標値が大きな値に設定されることが好ましい。これにより、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を一層急速に縮めることができる。

また、エンジンの始動後は、メインバッテリとサブバッテリの電位差が大きいほど、エンジンの目標回転数が大きな値に設定されてもよい。エンジンの回転数が上げられることにより、発電機の発電電流が大きくなるので、メインバッテリを速やかに充電することができ、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を一層急速に縮めることができる。

リレーがオフに維持された状態で、車両に搭載されているデフロスタ（デミスタ、デフォッガ）を作動させる必要が生じた場合には、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を縮めるための発電機の制御が中断されて、デフロスタが作動されることが好ましい。これにより、窓ガラスの曇りを除去することができ、車両の走行上の安全性を確保することができる。

本発明によれば、リレーの溶着を抑制するための予備充電回路を要しない低コストな構成により、車両の電気系統の始動の際に、メインバッテリとサブバッテリとの電位差を速やかに縮めて、メインバッテリとサブバッテリとを速やかに接続することができる。その結果、サブバッテリに蓄えられている電力を早期に使用することができるので、車両の燃費を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電源装置が搭載される車両の要部の構成を示す図である。 電気系統の始動の際に実行される始動制御を説明するためのフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置が搭載される車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、エンジン２を動力源とする自動車である。車両１では、エンジン２に付随して、ＩＳＧ（integrated starter generator：インテグレーテッドスタータジェネレータ）３およびスタータ４が設けられている。

ＩＳＧ３は、エンジン２を始動させるスタータ機能と動力を電力に回生するジェネレータ機能とを併有している。ＩＳＧ３は、ＩＳＧプーリ５が取り付けられた回転軸を備えており、その回転軸がエンジン２の出力軸と平行をなすように設けられている。エンジン２の出力軸には、クランクプーリ６が保持されており、ＩＳＧプーリ５およびクランクプーリ６には、ベルト７が巻き掛けられている。

スタータ４は、スタータギヤ（図示せず）を備えている。エンジン２の出力軸には、フライホイールが保持されており、スタータギヤは、フライホイールのギヤ歯と噛合／噛合解除可能に設けられている。

また、エンジン２の周囲には、ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９が配置されている。ウォータポンププーリ８は、エンジン２の冷却水を循環させるためのウォータポンプの回転軸に保持されている。エアコンプーリ９は、エアコンディショナのコンプレッサの回転軸に保持されている。クランクプーリ６、ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９には、ベルト１０が巻き掛けられている。ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９には、クランクプーリ６の回転がベルト１０を介して伝達され、これにより、ウォータポンプおよびコンプレッサが駆動される。

車両１の電気系統には、メインバッテリ１１およびサブバッテリ１２が含まれる。

メインバッテリ１１は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池からなる。メインバッテリ１１のプラス端子には、プラス配線１３が接続されている。メインバッテリ１１のマイナス端子は、マイナス配線１４を介して、アースと電気的に接続されている。

サブバッテリ１２は、メインバッテリ１１と同じ公称電圧の電池、たとえば、公称電圧が１２Ｖのニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池またはリチウムイオン電池からなる。サブバッテリ１２のプラス端子には、配線１５の一端が接続されている。配線１５の他端は、プラス配線１３に接続されている。サブバッテリ１２のマイナス端子は、マイナス配線１６を介して、アースと電気的に接続されている。

配線１５の途中部には、メインリレー１７が介裝されている。このメインリレー１７がオン（閉）の状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１に並列に接続され、メインリレー１７がオフ（開）の状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１から電気的に切り離される。

マイナス配線１６の途中部には、マイナス配線１６に過電流が流れることを防止するためのヒューズ１８およびマイナス配線１６を流れる電流を検出する電流センサ１９が介装されている。

また、プラス配線１３には、配線２０，２１の各一端が接続されている。配線２０，２１の各他端は、ＩＳＧ３に接続されている。配線２０の途中部には、ＩＳＧリレー２２が介装されている。このＩＳＧリレー２２がオン（閉）の状態で、ＩＳＧ３がメインバッテリ１１と電気的に接続され、ＩＳＧリレー２２がオフ（開）の状態で、ＩＳＧ３がメインバッテリ１１から電気的に切り離される。配線２１の途中部には、配線２１に過電流が流れることを防止するためのヒューズ２３が介装されている。

車両１には、ＣＰＵおよびメモリを含む構成の複数のＥＣＵ（電子制御ユニット）が備えられている。ＥＣＵには、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３が含まれる。各ＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる通信を行うことができる。

エンジンＥＣＵ３１には、車両に配設された各種センサや他のＥＣＵから種々の情報が入力される。エンジンＥＣＵ３１は、その入力される情報に基づいて、エンジン２を主として制御する。また、エンジンＥＣＵ３１は、ＩＳＧ３に内蔵された制御基板との間で、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信プロトコルによる通信を行うことができ、ＩＳＧ３の制御に必要な指令などを送信する。エンジンＥＣＵ３１に入力される情報には、メインバッテリ１１の電圧、温度および入出力電流などの情報が含まれ、エンジンＥＣＵ３１は、それらの情報に基づいて、メインバッテリ１１の状態を検出する。

エコランＥＣＵ３２は、他のＥＣＵから入力される情報などに基づいて、アイドリングストップ制御を実行する。アイドルストップ制御では、自動停止条件、たとえば、車速が所定値以下であり、かつ、ブレーキペダルが踏み込まれているという条件が成立すると、エコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に、エンジン停止指令が出力され、エンジンＥＣＵ３１により、エンジン２が停止される。その後、再始動条件、たとえば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたという条件が成立すると、エコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に、エンジン始動指令が出力される。これを受けて、エンジンＥＣＵ３１からＩＳＧ３に指令が出力され、ＩＳＧ３がスタータとして動作し、ＩＳＧ３の動力がＩＳＧプーリ５からベルト７を介してクランクプーリ６に伝達されることにより、エンジン２がクランキングされる。

また、エコランＥＣＵ３２は、メインリレー１７およびスタータ４の給電経路上に設けられたスタータリレー３４を制御する。たとえば、エンジン２の冷間始動時には、スタータリレー３４がオンにされて、スタータギヤがフライホイールのギヤ歯に噛合され、スタータ４の動力がスタータギヤを介してフライホイールに伝達されることにより、エンジン２がクランキングされる。

バッテリＥＣＵ３３は、サブバッテリ１２の電圧、温度および入出力電流などを監視している。バッテリＥＣＵ３３は、サブバッテリ１２、メインリレー１７、ヒューズ１８および電流センサ１９とともに、１つのパッケージに収容されて、サブバッテリパックを構成している。

図２は、電気系統の始動の際に実行される始動制御を説明するためのフローチャートである。

始動制御は、車両の始動スイッチ（スタートスイッチ）がオンにされたことに応答して実行される（ステップＳ１のＹＥＳ）。始動スイッチは、車両１の電気系統およびエンジン２を始動させるために運転者により操作されるスイッチである。始動スイッチがオンにされていないとき、つまり始動スイッチがオフの状態では（ステップＳ１のＮＯ）、以下に説明する各処理からなる始動制御が実行されず、メインリレー１７がオフに維持されている。

始動スイッチがオンにされると（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＩＳＧ３またはスタータ４の動力によるクランキングを経て、エンジン２が始動される（ステップＳ２）。

エンジン２の始動後、エコランＥＣＵ３２により、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が求められる。メインバッテリ１１の電圧の情報は、エンジンＥＣＵ３１からエコランＥＣＵ３２に入力される。サブバッテリ１２の電圧の情報は、バッテリＥＣＵ３３からエコランＥＣＵ３２に入力される。そして、エコランＥＣＵ３２により、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第１閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ３）。

メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が第１閾値以上である場合、エコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値をサブバッテリ１２の電圧と同値とするＩＳＧ発電指令が出力される。このＩＳＧ発電指令を受けて、エンジンＥＣＵ３１により、メインバッテリ１１の内部抵抗などに基づいて、ＩＳＧ３の発電電圧がサブバッテリ１２の電圧と同値になる目標電流値が設定される（ステップＳ４）。

ＩＳＧ３に目標電流値の電流が供給されることにより、ＩＳＧ３が発電する（ステップＳ５）。そして、ＩＳＧ３の発電電圧が検出され、その発電電圧がサブバッテリ１２の電圧と一致するように、目標電流値が再設定されることにより、ＩＳＧ３がフィードバック制御される。

また、ＩＳＧ３の発電開始とともに、所定の電気負荷の作動が禁止される（ステップＳ５）。作動が禁止される電気負荷は、作動しなくてもエンジン２の駆動および車両１の走行に悪影響を与えない電気負荷の全部であってもよいし、そのうちの一部であってもよい。作動が禁止される電気負荷の一例としては、エアコンディショナのコンプレッサ（コンプレッサを動作させるためのマグネットクラッチ）を挙げることができる。

その後、エコランＥＣＵ３２により、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第２閾値未満であるか否か判定される（ステップＳ７）。第２閾値は、第１閾値と同値であってもよいし、異なる値であってもよい。

メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が第２閾値未満でなければ（ステップＳ７のＮＯ）、所定の電気負荷の作動が禁止された状態でのＩＳＧ３の発電が続けられる（ステップＳ５，Ｓ６）。

一方、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が第２閾値未満であれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、エコランＥＣＵ３２により、メインリレー１７がオンにされる（ステップＳ８）。メインリレー１７がオンにされると、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１に並列に接続される。

一方、エンジン２の始動直後のメインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が第１閾値未満である場合には（ステップＳ３のＮＯ）、メインリレー１７が直ちにオンにされる（ステップＳ８）。

メインリレー１７がオンにされた後、所定の電気負荷の作動が禁止されている場合には、その禁止が解除されて（ステップＳ９）、始動制御が終了される。

以上のように、電気系統の始動の際に、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第１閾値以上である場合には、メインリレー１７がオフに維持されたまま（メインリレー１７の接点が開かれたまま）、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値がサブバッテリ１２の電圧と同値に設定されて、ＩＳＧ３が制御される。これにより、メインバッテリ１１をサブバッテリ１２の電圧で充電することができるので、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を縮めることができる。

また、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を縮めるためのＩＳＧ３の制御中は、車両１に搭載されている電気負荷の少なくとも１つの作動が禁止される。これにより、当該制御中にメインバッテリ１１の電圧が急変することを抑制できるので、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を一層早く解消することができる。

そして、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が所定の第２閾値未満であることを条件に、メインリレー１７がオンにされて（メインリレー１７接点が閉じられて）、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２とがメインリレー１７を介して並列に接続される。これにより、メインリレー１７がオンされたときに、メインリレー１７に大電流が流れることが抑制される。そのため、予備充電回路を要することなく、メインリレー１７の溶着を抑制することができる。その結果、予備充電回路を備える構成と比較して、コストを低減することができる。

よって、メインリレー１７の溶着を抑制するための予備充電回路を要しない低コストな構成により、車両１の電気系統の始動の際に、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を速やかに縮めて、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２とを速やかに接続することができる。その結果、サブバッテリ１２に蓄えられている電力を早期に使用することができるので、車両１の燃費を向上することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の始動制御では、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差が第１閾値以上である場合に、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値がサブバッテリ１２の電圧と同値に設定されるとしたが、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値は、サブバッテリ１２の電圧よりも大きな値に設定されてもよい。これにより、メインバッテリ１１をサブバッテリ１２の電圧よりも高い電圧で充電することができるので、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を急速に縮めることができる。

メインバッテリ１１とサブバッテリ１２の電位差が大きいほど、ＩＳＧ３の発電電圧の目標値が大きな値に設定されてもよい。これにより、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を一層急速に縮めることができる。

また、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２の電位差が大きいほど、エンジン２の目標回転数が大きな値に設定されてもよい。エンジン２の回転数が上げられることにより、ＩＳＧ３の発電電流が大きくなるので、メインバッテリ１１を速やかに充電することができ、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との電位差を一層急速に縮めることができる。また、ブレーキ負圧を早期に確保することができる。

前述の始動制御の実行中に、車両１に搭載されているデフロスタ（デミスタ、デフォッガ）を作動させる必要が生じた場合には、始動制御が中断されて、デフロスタが作動されてもよい。これにより、窓ガラスの曇りを除去することができ、車両１の走行上の安全性を確保することができる。中断された始動制御は、たとえば、デフロスタの作動が不要になったことに応答して再開されるとよい。

始動制御中、所定の電気負荷の作動が一律に禁止されなくてもよく、たとえば、メインバッテリ１１とサブバッテリ１２の電位差に基づいて、作動が禁止される電気負荷が選択されてもよい。

前述の実施形態では、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３の協働により始動制御が実行される構成を取り上げたが、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３の機能が１つのＥＣＵに集約されて、その１つのＥＣＵにより始動制御が実行されてもよい。：

また、車両１にＩＳＧ３が搭載された構成を取り上げたが、ＩＳＧ３に代えて、オルタネータが車両１に搭載されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
３ ＩＳＧ（発電機）
１１ メインバッテリ
１２ サブバッテリ
１７ メインリレー（リレー）
３１ エンジンＥＣＵ（電位差検出手段、始動時制御手段）
３２ エコランＥＣＵ（電位差検出手段、始動時制御手段、作動禁止手段）
３３ バッテリＥＣＵ（電位差検出手段、始動時制御手段）

Claims (1)

1. 車両の電気系統に組み込まれる車両用電源装置であって、
   メインバッテリと、
   前記メインバッテリにリレーを介して並列に接続されるサブバッテリと、
   前記メインバッテリと前記サブバッテリとの電位差を検出する電位差検出手段と、
   前記電気系統の始動の際に、前記電位差検出手段により検出される電位差が所定の第１閾値以上である場合、前記リレーをオフに維持したまま、前記車両に搭載されている発電機の発電電圧の目標値を前記サブバッテリの電圧と同じまたはそれ以上に設定して、前記発電機を制御し、前記電位差検出手段により検出される電位差が所定の第２閾値未満であることを条件に、前記リレーをオンにする始動時制御手段と、
   前記始動時制御手段による前記発電機の制御中、前記車両に搭載されている電気負荷のうちの少なくとも１つの作動を禁止する作動禁止手段とを含む、車両用電源装置。

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