JP4365144B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に係り、特に、被電力供給装置に対して電気エネルギを供給する2つの電源を備え、そのうちの一の電源の充電を制御するうえで好適な電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車両の電子制御ブレーキシステム等の被電力供給装置に対して電力を供給する主バッテリおよびバックアップ電源を備える電源装置が知られている(例えば、非特許文献1参照)。かかる電源装置において、バックアップ電源は、キャパシタにより構成されており、主バッテリや電源ライン等が故障した際に被電力供給装置に対して電力を供給する。従って、上記の電源装置によれば、主バッテリからの電力供給が困難となった場合においても、被電力供給装置への電源を確保することができる。
【0003】
【非特許文献1】
発明協会公開技報公技番号2001−6242号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両に搭載されるバックアップ電源はイグニションオフ後に放電されるので、イグニションがオンされた後に被電力供給装置への電源供給を確実に確保するうえでは、そのイグニションオン後速やかにバックアップ電源の充電を開始し完了させることが必要である。しかしながら、バックアップ電源の充電は主バッテリや発電機による電力で賄う必要があるため、充電開始時期や充電量の設定を最適に行わないと、主バッテリや発電機の負荷が過大となり、他の電装品の作動に悪影響が現れる可能性がある。この点、上記した文献1に記載する如く主バッテリおよびバックアップ電源を備える電源装置においては、バックアップ電源への充電を主バッテリ等の状態を考慮することなく行うのは適切でない。
【0005】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、バックアップ電源への充電を主バッテリ等の充電装置の性能低下を招くことなく実現することが可能な電源装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、蓄電されている電気エネルギを被電力供給装置に対して供給するバッテリと、前記バッテリに蓄電されている電気エネルギを前記被電力供給装置に対して供給することが困難である場合に限り、蓄電されている電気エネルギを該被電力供給装置に対して供給するバックアップ電源としてのキャパシタと、前記バッテリの電気エネルギを前記キャパシタへ供給することにより該キャパシタを充電するキャパシタ用充電装置と、を備える電源装置であって、
前記バッテリの電気負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出される電気負荷に基づいて前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を制御する第1充電制御手段と、
を備える電源装置により達成される。
【0007】
本発明において、被電力供給装置には、2つの電源から電力供給が行われる。また、バックアップ電源としてのキャパシタはキャパシタ用充電装置によってバッテリから電気エネルギが供給されることにより充電され得るが、その充電は、バッテリの電気負荷に基づいて制御される。この際、バッテリの電気負荷が比較的大きい場合にはキャパシタへの充電を禁止し又はその充電量を低下させる等の処置を行うこととすれば、バッテリに作用する電気負荷の軽減を図ることができる。従って、本発明によれば、キャパシタの充電をバッテリの性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0008】
この場合、上記した電源装置において、前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が所定以上に大きい場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を抑制することとすればよい。
【0009】
また、上記した電源装置において、前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が前記所定以上に大きい場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を禁止することとしてもよい。
【0010】
また、上記した電源装置において、前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が前記所定以上に大きい場合、該所定未満に小さい場合に比して、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタへの充電量を低下させることとしてもよい。
【0011】
尚、上記した電源装置において、車両の有する動力源により駆動される発電機からなり、前記バッテリを充電するバッテリ用充電装置と、前記発電機の発電量に基づいて前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を制御する第2充電制御手段と、を備えることとすれば、バッテリ用充電装置からバッテリに供給される電気エネルギが比較的小さい場合にキャパシタへの充電を禁止し又はその充電量を低減させる等の処置を行うことにより、バッテリにおけるキャパシタへの充電負荷を軽減させることができ、その結果、キャパシタの充電をバッテリの性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0012】
この場合、上記した電源装置において、前記第2充電制御手段は、前記発電機の発電量が所定値以下である場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を抑制することとすればよい。
【0013】
また、上記した電源装置において、前記第2充電制御手段は、前記発電機が停止している場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を禁止することとすれば、バッテリの充電が行われない発電機の停止時にそのバッテリによるキャパシタの充電を行わないので、キャパシタの充電を行ううえでバッテリの性能低下を防止することができる。
【0014】
また、上記した電源装置において、前記第2充電制御手段は、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタへの充電量を前記発電機の発電量に応じた値に設定することとすれば、発電機の発電量が比較的少ない場合、バッテリからキャパシタへの充電量が抑えられるため、バッテリにおけるキャパシタへの充電負荷を軽減させることができ、その結果、キャパシタの充電をバッテリの性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0015】
ところで、上記した電源装置において、前記第2電源は、蓄電されている電気エネルギを前記被電力供給装置に対して供給するバッテリであることとしてもよい。
【0016】
また、上記した電源装置において、前記第1電源は、蓄電されている電気エネルギを前記被電力供給装置に対して供給するキャパシタであることとしてもよい。
【0017】
また、上記した電源装置において、前記第1電源は、前記第2電源に蓄電されている電気エネルギを前記被電力供給装置に対して供給することが困難である場合に限り、該被電力供給装置に対して電気エネルギを供給するバックアップ電源であることとしてもよい。
【0020】
また、上記の目的は、被電力供給装置に対して電気エネルギを供給し得る第1電源と、前記被電力供給に対して電気エネルギを供給し得ると共に、前記第1電源を充電し得る第2電源と、前記第2電源の電圧よりも高圧の第3電源と、前記第3電源の電圧を降圧して前記第2電源を充電し得る電圧制御器と、を備える電源装置であって、
前記第2電源による前記第1電源の充電を、前記電圧制御器により前記第2電源の充電が開始された後、該第2電源の充電が行われている状況で開始する第1電源用充電制御手段を備える電源装置により達成される。
【0021】
本発明において、第2電源による第1電源の充電は、電圧制御器により第2電源の充電が開始された後に開始される。第2電源の充電が開始されていれば、第2電源を用いて第1電源が充電される際に、第2電源の性能が低下することは防止される。従って、本発明によれば、第1電源の充電を第2電源の性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1実施例である電源装置10を備えるシステムの構成図を示す。本実施例の電源装置10は、例えば車両の有する車輪の制動を電子的に制御する電子制御式ブレーキシステム(ECB)に搭載され、ECBシステムへの電源供給を行う装置である。
【0023】
図1に示す如く、電源装置10は、例えば12V程度の電圧を有する車載バッテリ12を備えている。車載バッテリ12は、所定容量の電力を蓄えることができると共に、車両に搭載された電気負荷であるECBシステムを含む多数の電装品に対してそれぞれ電気エネルギを供給することができる充放電可能な例えば鉛電池である。車載バッテリ12には、車両動力であるエンジンの回転駆動により発電するオルタネータ14が接続されている。尚、オルタネータ14の回転速度とエンジンの回転速度とは所定のプーリ比に固定される。車載バッテリ12は、オルタネータ14が発電駆動する際にその電気エネルギを回収する。また、車載バッテリ12は、車両のイグニションがオン状態にある場合に、車輪の制動を電子的に行わせるべくECBシステムに対して電気エネルギの供給を行う。
【0024】
電源装置10は、また、車載バッテリ12とは別個に設けられ電力を蓄えることが可能な電気2重層コンデンサ(以下、キャパシタと称す)16を備えている。キャパシタ16は、複数が直列接続されることによりバックアップ電源18を構成しており、車載バッテリ12と並列に配置されてECBシステムに接続されている。キャパシタ16は、ECBシステムに対する車載バッテリ12の電力供給を補助するために設けられており、車載バッテリ12の故障や電源ラインの断線等に起因して車載バッテリ12からECBシステムへの電力供給が遮断された際等にそのECBシステムへの電力供給を行う。このため、ECBにおいては、車載バッテリ12からの電力供給が困難である場合にも、キャパシタ16からの電力供給により車輪の制動が確保されることとなる。
【0025】
尚、キャパシタ16は、蓄電された状態で電力の授受(充放電)が行われない状態が長時間継続すると、そのキャパシタ16の劣化が促進されてしまう。そこで、かかる不都合を回避すべく、キャパシタ16は、車両のイグニションがオンからオフに切り替わりECBシステムの動作が終了した後、その時点で蓄えているすべての電力の放電を開始し、蓄える電力を“0”にされる。
【0026】
電源装置10は、また、キャパシタ16を充電するために設けられた充電回路20を有している。充電回路20は、車載バッテリ12を用いてキャパシタ16を充電するための回路である。すなわち、キャパシタ16は、充電回路20の動作に応じて車載バッテリ12から供給される電気エネルギにより充電される。
【0027】
充電回路20は、車載バッテリ12とキャパシタ16との間に介在されたスイッチング素子22、及び、そのスイッチング素子22のゲートに接続する駆動素子24を有している。スイッチング素子22は、図1に示す如く例えばエンハンスメント型pチャネルMOSトランジスタであって、そのオン・オフにより車載バッテリ12とキャパシタ16との間の電源ライン26,28を遮断・導通する。また、駆動素子24は、例えばnpn型のバイポーラトランジスタであって、そのオン・オフによりスイッチング素子22をデューティ駆動させる。
【0028】
スイッチング素子22のソースには、電源ライン26車載バッテリ12が接続されている。また、スイッチング素子22のドレインには、電源ライン28及び抵抗32を介してキャパシタ16が接続されている。抵抗32は、キャパシタ16へ流れる充電電流を検出するための電流センサ34を構成しており、所定の抵抗値を有している。電流センサ34は、抵抗32の両端に接続する増幅器36を有している。増幅器36は、抵抗32の両端に生ずる電位差に応じた信号を電流センサ34の出力信号として出力する。
【0029】
電源装置10は、キャパシタ16の充電制御を行うためのマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンと称す)40を備えている。マイコン40には、イグニションスイッチ30が接続されている。イグニションスイッチ30は、車両運転者による機械的な車両のイグニション操作や車両の携帯する携帯機と車載器との通信による遠隔的なイグニション操作等に連動してオン・オフするスイッチである。マイコン40は、イグニションスイッチ30がオフ状態にある場合は、スイッチング素子22をオフし車載バッテリ12とキャパシタ16とを遮断する指令を行う一方、イグニションスイッチ30がオン状態にある場合は、スイッチング素子22の駆動を許可し車載バッテリ12とキャパシタ16との連通を許可する指令を行う。
【0030】
マイコン40には、また、上記した電流センサ34が接続されており、その出力信号が供給される。マイコン40は、電流センサ34の出力信号に基づいて、車載バッテリ12側からキャパシタ16へ流れるキャパシタ16の充電電流Arを検出する。マイコン40には、また、電源ライン26及び28が接続されている。マイコン40は、車載バッテリ12側の電源ライン26に生ずる電位V1を検出すると共に、キャパシタ16側の電源ライン28に生ずる電位V2を検出する。
【0031】
マイコン40には、エンジン電子制御ユニット(エンジンECU)42が接続されている。エンジンECU42は、通常、車両エンジンの回転数を検出し、その回転数に従って車両エンジンの駆動を制御すると共に、上記したオルタネータ14の発電を制御する。マイコン40には、エンジンECU42で検出された車両エンジンの回転数NEに応じた信号が供給される。マイコン40は、エンジンECU42からのかかる信号に基づいて車両エンジンの回転数NEを検出する。
【0032】
マイコン40には、また、車載バッテリ12から電気負荷(但し、バックアップ電源14を除く)へ流れる電流に応じた信号を出力する電流センサ44が接続されている。マイコン40は、電流センサ44の出力信号に基づいて、車載バッテリ12から電気負荷への電流Iを検出する。
【0033】
マイコン40には、更に、上記したスイッチング素子22のゲートにコレクタが接続する駆動素子24のベースが接続されている。駆動素子24のエミッタは接地されている。駆動素子24は、マイコン40からベースにロー信号が供給された場合にはオフする一方、マイコン40からベースにハイ信号が供給された場合にはオンしてスイッチング素子22のゲートに“0”電圧を供給する。マイコン40は、後に詳述する如く、イグニションスイッチ30がオン状態にある状況下、車載バッテリ12からキャパシタ16への充電電流が所望の値に一致するようにスイッチング素子22をデューティ駆動すべく、駆動素子24に対してロー又はハイの指令信号を供給する。
【0034】
以下、本実施例の電源装置10の動作について説明する。
【0035】
エンジンが停止している場合やエンジンは回転しているが始動直後等に起因してその回転数が低い場合、オルタネータ14は発電能力が低い。かかる状況下で充電回路20の作動によりキャパシタ16の充電を行うものとすると、車載バッテリ12にオルタネータ14による発電電力が充分に供給されない状態で、その車載バッテリ12から電気エネルギが取り出されキャパシタ16に供給されることとなるので、車載バッテリ12がへたり易くなり、その寿命が低下する不都合が生ずる。一方、エンジン回転数がある程度(例えば2000rpm)高くなると、オルタネータ14の発電能力は高くなり、車載バッテリ12へのオルタネータ14からの充電能力は充分になる。このため、かかる状況で充電回路20の作動によりキャパシタ16の充電が行われたとしても、車載バッテリ12の負荷が相対的に過大となることはない。
【0036】
そこで、本実施例のシステムは、キャパシタ16の充電に起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのを防止すべく、キャパシタ16の充電を車両エンジンの状態すなわちオルタネータ14の発電状態を考慮して行う点に第1の特徴を有している。本実施例において、マイコン40は、イグニションスイッチ30がオンするまでは、すなわち、オフ状態に維持されている間は車載バッテリ12から電源ライン26,28を介したキャパシタ16への電力供給を行わず、キャパシタ16の充電を禁止する。一方、イグニションスイッチ30がオンした以後は、車載バッテリ12から電源ライン26,28を介したキャパシタ16への電力供給を許可し、キャパシタ16の充電を許容する。
【0037】
また、マイコン40は、オルタネータ14の発電が行われていると判断される最小のエンジン回転数(以下、基準回転数と称す)NE0を記憶しており、エンジンECU42の出力信号に基づいて検出した車両エンジンの回転数NEをその基準回転数NE0と比較する。尚、上記の基準回転数NE0は、予め一定に維持されているものでもよいし、また、周辺温度等に応じて変動するものであってもよい。
【0038】
そして、マイコン40は、上記の比較結果により検出エンジン回転数NEが基準回転数NE0に達していないと判断した場合には、キャパシタ16の充電を禁止すべく、駆動素子24に対してLo信号を供給する。駆動素子24にLo信号が供給されると、その駆動素子24はオフし、スイッチング素子22のゲート電圧はHiとなる。この場合、スイッチング素子22はそのオン抵抗が大きいことに起因してオフし、車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給は行われない。
【0039】
一方、マイコン40は、上記した比較結果により検出エンジン回転数NEが基準回転数NE0に達したと判断した場合には、キャパシタ16の充電を許可すべく、駆動素子24に対してHi信号を供給し得る。駆動素子24にHi信号が供給されると、その駆動素子24はオンし、スイッチング素子22のゲート電圧は“0”になる。この場合、スイッチング素子22はそのオン抵抗が小さいことに起因してオンし、車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給が行われる。
【0040】
図2は、上記の機能を実現すべく、本実施例の電源装置10においてマイコン40が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図2に示すルーチンは、所定時間ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図2に示すルーチンが起動されると、まずステップ100の処理が実行される。
【0041】
ステップ100では、オルタネータ14の発電が適切に行われる程度に車両エンジンが始動しているか否かが判別される。尚、本実施例において、この車両エンジンの始動有無は、エンジン回転数NEが基準回転数NE0に達しているか否かに基づいて判別されるが、それ以外に例えばオルタネータ14自体の発電有無に基づいて判別されることとしてもよい。また、オルタネータ14の発電量自体を検出できる場合には、このエンジン始動有無に代えて、検出発電量が所定値に達しているか否かを直接的に判別することとしてもよい。その結果、オルタネータ14の発電が適切に行われる程度には車両エンジンが始動していないと判別された場合は、次にステップ102の処理が実行される。一方、オルタネータ14の発電が適切に行われる程度に車両エンジンが始動していると判別された場合は、次にステップ104の処理が実行される。
【0042】
ステップ102では、駆動素子24へLo信号を供給することによりキャパシタ16の充電を禁止する処理が実行される。また、ステップ104では、駆動素子24へHi信号を供給することによりキャパシタ16の充電を許可する処理が実行される。本ステップ102又は104の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【0043】
上記図2に示すルーチンによれば、車両エンジンが所望の状態に始動するまでは、オルタネータ14が停止し或いはその発電量が所定値にまで十分に達していないとして、すなわち、車載バッテリ12の充電が行われず或いはその充電が十分に行われていないとして、車載バッテリ12から電源ライン26,28を介したキャパシタ16への電力供給を行わず、キャパシタ16の充電を禁止することができる。また、上記の如く車両エンジンが始動した以後は、車載バッテリ12から電源ライン26,28を介したキャパシタ16への電力供給を許可し、キャパシタ16の充電を開始許可することができる。
【0044】
エンジンの始動がオルタネータ14の発電が適切に行われる程度に達する前にキャパシタ16の充電が行われなければ、車載バッテリ12の負荷が過大となることはない。また、かかるエンジン始動後にキャパシタ16の充電が行われても、車載バッテリ12がオルタネータ14による発電により充電されるので、この場合にも、車載バッテリ12の負荷が過大となることはない。従って、本実施例の電源装置10によれば、キャパシタ16の充電に起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのを防止することができ、キャパシタ16の充電を車載バッテリ12の性能低下を招くことなく実現することができる。
【0045】
また、上記の如きエンジン始動直後、具体的には、エンジン回転数NEが基準回転数NE0に達した直後にキャパシタ16の充電が行われれば、イグニションオフ後に完全放電されるキャパシタ16の充電はイグニションオン後速やかに開始される。従って、本実施例によれば、キャパシタ16の充電を車載バッテリ12の性能低下を招くことなく早期に完了させることが可能となっている。
【0046】
次に、車両エンジンが始動し、キャパシタ16の充電が許可された以後、その充電が車両エンジンの回転数すなわちオルタネータ14の発電量に関係なく、また、車載バッテリ12の電気負荷の大きさに関係なく一定の条件で行われるものとすると、車載バッテリ12からの電荷の持ち出しが過大となり、他の電装品の作動に悪影響が現れる可能性がある。従って、車載バッテリ12を用いたキャパシタ16の充電を行ううえでは、エンジン回転数NEやオルタ発電量,車載バッテリ12のキャパシタ16を除いた電気負荷の大きさ等を考慮することできめ細かい制御ができる。
【0047】
そこで、本実施例のシステムは、車載バッテリ12を用いたキャパシタ16の充電を上記のパラメータを考慮して行う点に第2の特徴を有している。本実施例において、マイコン40は、まず、電流センサ44の出力信号に基づいて車載バッテリ12から電気負荷へ流れる放電電流Iを検出する。車載バッテリ12の放電電流Iは、電気負荷が大きいほど大きな値となる。マイコン40は、スイッチング素子22を駆動するデューティ比を、検出した放電電流Iに応じた値に設定する。具体的には、放電電流Iが、車載バッテリ12が機能低下する程度に電荷が持ち出されていると判断される最小の電流値(以下、基準電流値と称す)I0未満である場合はデューティ比を通常の大きさ(例えば100%)にし、放電電流Iが基準電流値I0以上である場合はデューティ比を通常の大きさよりも小さな値(例えば0%)にする。そして、かかるデューティ比が実現されるように駆動素子24をオン・オフ駆動する。
【0048】
このようにスイッチング素子22のデューティ比が設定されると、車載バッテリ12から電気負荷への放電電流Iが比較的大きい場合は、すなわち、その電気負荷が比較的大きい場合は、キャパシタ16を充電するための車載バッテリ12からの電荷の持ち出しが制限され、車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給が抑制される。
【0049】
図3は、上記の機能を実現すべく、本実施例の電源装置10においてマイコン40が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図3に示すルーチンは、キャパシタ16の充電が許可された後、所定時間ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図3に示すルーチンが起動されると、まずステップ110の処理が実行される。
【0050】
ステップ110では、電流センサ44の出力信号に基づいて、車載バッテリ12からの放電電流Iが検出される。ステップ112では、上記ステップ110で検出された放電電流Iが基準電流値I0以上であるか否かが判別される。その結果、I≧I0が成立しないと判別された場合は、以後何ら処理が進めされることなく今回のルーチンは終了される。一方、I≧I0が成立すると判別された場合は、次にステップ114の処理が実行される。
【0051】
ステップ114では、キャパシタ16の充電を抑制する処理が実行される。具体的には、スイッチング素子22のデューティ比が“0”とされるように駆動素子24がオン駆動される。かかる処理が行われると、以後、スイッチング素子22はオフし、車載バッテリ12を用いたキャパシタ16の充電が抑制・禁止される。本ステップ114の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【0052】
上記図3に示すルーチンによれば、エンジン始動後におけるキャパシタ16の充電時、車載バッテリ12の放電電流Iが比較的大きくその電気負荷が比較的大きい場合に、その車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給を抑制し、キャパシタ16の充電を抑制・禁止することができる。
【0053】
車載バッテリ12の電気負荷が大きい場合にキャパシタ16の充電が抑制・禁止されれば、その分だけその車載バッテリ12から持ち出される電荷が過大となることはない。従って、本実施例の電源装置10によれば、キャパシタ16の充電が行われることに起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのを防止すること、すなわち、キャパシタ16の充電を車載バッテリ12の性能低下を招くことなく実現することができる。
【0054】
尚、上記の構成では、車載バッテリ12の放電電流Iが予め定められた基準電流値I0以上であるか否かに基づいて、スイッチング素子22のデューティ比を0%と100%との2段階に切り換えることとしているが、そのデューティ比を放電電流Iの大きさに比例させて多段階に切り換え、車載バッテリ12からキャパシタ16への充電電流の大きさを可変にすることとしてもよい。この場合には、放電電流Iが大きいほどデューティ比を小さくすれば、放電電流Iが大きいほど車載バッテリ12からキャパシタ16への充電電流は低下し、その充電量は低下するので、その車載バッテリ12から持ち出される電荷が過大となることはなく、キャパシタ16の充電が行われることに起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのは抑制される。
【0055】
また、上記の構成では、放電電流Iの大きさを検出することにより車載バッテリ12の電気負荷の大きさを推定・検出することとしているが、その車載バッテリ12の電圧或いは放電電流の積算値,温度等を考慮して電気負荷の大きさを検出することとしてもよい。
【0056】
本実施例において、マイコン40は、上記の如く、エンジンECU42からの信号に基づいてエンジン回転数NEを検出する。エンジン回転数NEが高いほどオルタネータ14が発電できる電力は多くなる。マイコン40は、また、スイッチング素子22を駆動するデューティ比を、検出したエンジン回転数NEに応じた値に設定する。具体的には、エンジン回転数NEが高いほどデューティ比を大きくする。そして、かかるデューティ比が実現されるように駆動素子24をオン・オフ駆動する。
【0057】
このようにスイッチング素子22のデューティ比が適宜変更されて設定される場合は、車載バッテリ12からキャパシタ16へ流れる充電電流の大きさは可変される。このため、エンジン回転数NEが高いほどすなわちオルタネータ14の発電能力が高いほど、車載バッテリ12からキャパシタ16へ多くの電力が供給され、一方、エンジン回転数NEが低いほどすなわちオルタネータ14の発電能力が低いほど、キャパシタ16を充電するための車載バッテリ12からの電荷の持ち出しが制限され、車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給が抑制される。
【0058】
図4は、上記の機能を実現すべく、本実施例の電源装置10においてマイコン40が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図4に示すルーチンは、キャパシタ16の充電が許可された後、所定時間ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図4に示すルーチンが起動されると、まずステップ120の処理が実行される。
【0059】
ステップ120では、エンジン回転数NE、電源ライン26の電位(電源電圧)V1、電源ライン28の電位(キャパシタ充電電圧)V2、及び充電電流Arが検出される。ステップ122では、上記ステップ120で検出したエンジン回転数NEに基づいて、車載バッテリ12側からキャパシタ16へ流すべき目標の充電電流Atが算出される。
【0060】
図5は、本実施例におけるエンジン回転数NEと目標充電電流Atとの関係を表した図を示す。図5に示す如く、目標充電電流Atは、エンジン回転数NEが上記した基準回転数NE0に達するまでは“0”に設定される。そして、エンジン回転数NEが基準回転数NE0に達した後はその回転数NEが高くなるに伴って大きくなり、その回転数NEがある所定値に達した後は一定に維持される。上記図4に示すステップ122における目標充電電流Atの算出は、図5に示す関係を参照することにより行われる。
【0061】
ステップ124では、上記ステップ120で検出された電位V1とV2との差ΔV(=V1−V2)が算出される。ステップ126では、上記ステップ122及び124で算出した目標充電電流At及び電位差ΔVに基づいて、スイッチング素子22を駆動するの基本となる基本デューティDuty0を演算する処理が実行される。
【0062】
図6は、電源ライン26,28の電位V1とV2との電位差ΔVと、スイッチング素子が100%でデューティ駆動される際の充電電流A100との関係を表した図を示す。図6に示す如く、上記した電位差ΔVが小さい場合は、スイッチング素子22が100%でデューティ駆動されても、すなわち、スイッチング素子22がオン状態を継続しても、車載バッテリ12側からキャパシタ16側へ流れる充電電流は小さい。一方、電位差ΔVが大きくなるに従って、スイッチング素子22が100%でデューティ駆動された際に車載バッテリ12側からキャパシタ16側へ流れる充電電流は二次曲線的に大きくなる。
【0063】
上記図4に示すステップ126における基本デューティDuty0の演算は、まず、図6に示す関係を参照することにより電位差ΔVに基づいてスイッチング素子が100%でデューティ駆動される際の充電電流A100が算出された後、その充電電流A100と上記した目標充電電流Atとに基づいて次式(1)に示す如く行われる。
【0064】
Duty0=At/A100×100(%) ・・・(1)
但し、At>A100が成立する場合には、Duty0=100%とする。また、キャパシタ充電電圧V2が所定値(例えば、12.5V)を下回っている場合には、Duty=0%とする。
【0065】
ステップ128では、上記ステップ100で算出した目標充電電流Atと実際に車載バッテリ12からキャパシタ16へ流れている充電電流Arとの差に従って、次式(2)に示す如く上記した基本デューティDuty0を補正した値を、スイッチング素子22を駆動するための駆動デューティDutyとして設定する処理が実行される。
【0066】
Duty←Duty0+α ・・・(2)
但し、αは補正値であり、例えば目標充電電流Atと実電流Arとの差に応じた値(具体的には、目標充電電流Atが実電流Arに対して大きいほど大きな値)に設定される。
【0067】
ステップ130では、上記ステップ128で設定した駆動デューティDutyにて充電回路20の駆動素子24をオン・オフ駆動する処理が実行される。本ステップ130の処理が実行されると、車載バッテリ12とキャパシタ16との間に介在されたスイッチング素子22が所望の駆動デューティ比Dutyでデューティ駆動される。本ステップ130の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【0068】
上記図4に示すルーチンによれば、エンジン回転数NEに応じてすなわちオルタネータ14の発電量に応じて、車載バッテリ12とキャパシタ16との間に設けられたスイッチング素子22の駆動デューティを変更し、車載バッテリ12からキャパシタ16へ流れる充電電流の大きさを可変にすることができる。具体的には、オルタネータ14の発電量、すなわち、オルタネータ14から車載バッテリ12へ供給される電力が大きい場合はその充電電流を多くし、その電力が小さい場合はその充電電流を少なくすることができる。
【0069】
かかる構成においては、オルタネータ14から車載バッテリ12へ供給される電力が小さいほど、車載バッテリ12からキャパシタ16への電力供給が抑制され、その車載バッテリ12からキャパシタ16への電荷の持ち出しが制限される。従って、本実施例の電源装置10によれば、キャパシタ16の充電が行われることに起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのを防止することが可能であり、キャパシタ16の充電を車載バッテリ12の性能低下を招くことなく実現することが可能となっている。
【0070】
また、上記図4に示すルーチンによれば、スイッチング素子22の駆動デューティをオルタネータ14の発電量に応じた値に設定する際に、その駆動デューティDutyを、目標充電電流Atに基づいて定まる基本デューティDuty0からその目標充電電流Atと実電流Arとの差に応じた分だけ補正することができる。
【0071】
このように駆動デューティDutyが補正されれば、実電流Arが目標充電電流Atよりも小さい場合には、駆動デューティDutyが基本デューティDuty0よりも大きい値に設定されるので、車載バッテリ12からキャパシタ16へ充電電流が流れ易くなる。この場合には、充電電流が目標充電電流Atに向けて速やかに大きくなる。また、実電流Arが目標充電電流Atよりも大きい場合には、駆動デューティDutyが基本デューティDuty0よりも小さい値に設定されるので、車載バッテリ12からキャパシタ16へ充電電流が流れ難くなる。この場合には、充電電流が目標充電電流Atに向けて速やかに小さくなる。
【0072】
従って、本実施例の電源装置10によれば、スイッチング素子22の駆動デューティを基本のもの(基本デューティDuty0)から補正しない構成に比べて、車載バッテリ12からキャパシタ16への充電電流を早期に目標充電電流Atに到達させることができ、キャパシタ16の適正な充電制御を早期に確立することが可能となる。
【0073】
尚、上記第1の実施例においては、ECBシステムが特許請求の範囲に記載した「被電力供給装置」に、複数のキャパシタ16からなるバックアップ電源18が特許請求の範囲に記載した「第1電源」に、車載バッテリ12が特許請求の範囲に記載した「第2電源」及び「第1電源用充電装置」に、オルタネータ14が特許請求の範囲に記載した「第2電源用充電装置」及び「発電機」に、それぞれ相当している。
【0074】
また、上記第1の実施例においては、マイコン40が、エンジンECU42からの信号に基づいてエンジン回転数NEを検出すること、図3に示すステップ110の処理を実行すること、又は図4に示すステップ120の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「負荷検出手段」が、図2に示すステップ100、102、及び104の処理を実行すること、図3に示すステップ112及び114の処理を実行すること、又は図4に示すステップ122乃至130の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「充電制御手段」が、図2に示すステップ100、102、及び104の処理を実行することにより特許請求の範囲の請求項12に記載した「第1電源用充電制御手段」が、それぞれ実現されている。
【0075】
ところで、上記第1の実施例においては、キャパシタ16の充電に起因して車載バッテリ12の負荷が過大となるのを防止するうえで、キャパシタ16の充電を車両エンジンがオルタネータ14の発電が適正に行われ得る程度に始動した後に開始する制御、及び、キャパシタ16の受電をそのキャパシタ16を充電する車載バッテリ12の電気負荷等を考慮して行う制御の双方を行うこととしているが、何れか一方の制御のみを行うこととしても効果的である。
【0076】
また、上記第1の実施例においては、ECBシステムのバックアップ電源18としてのキャパシタ16の充電を、そのECBシステムのメイン電源としての車載バッテリ12を用いて行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、メインの車載バッテリ12とは別個独立に設けられた充電装置(例えば、直接に接続されるオルタネータ14)を用いて行うこととしてもよい。この場合には、その充電装置が特許請求の範囲に記載した「第1電源用充電装置」に相当する。
【0077】
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0078】
図7は、本実施例の電源装置80を備えるシステムの構成図を示す。本実施例の電源装置80は、いわゆるハイブリッド車両の有するECBに搭載され、ECBシステムへの電源供給を行う装置である。図7に示す如く、電源装置80は、例えば12V程度の電圧を有する車載バッテリ82を備えている。車載バッテリ82は、所定容量の電力を蓄えることができると共に、車両に搭載された電気負荷であるECBシステムを含む多数の電装品に対してそれぞれ電気エネルギを供給することができる充放電可能な例えば鉛電池である。
【0079】
車載バッテリ82には、電圧制御器である直流−直流変換器(以下、DC/DCコンバータと称す)84を介して高電圧(例えば216V)のHVバッテリ86が接続されている。HVバッテリ86は、インバータを介して車両動力の一つであるモータに接続されており、かかるモータに直流電力を変換した交流電力を供給する。DC/DCコンバータ84は、パワートランジスタを内蔵しており、車両のイグニションがオン状態にある状況下、そのパワートランジスタのスイッチング動作に応じてHVバッテリ86の直流電力を車載バッテリ84の直流電力に変換する。HVバッテリ86は、DC/DCコンバータ84がオン状態にある場合に車載バッテリ82に電力を供給しその車載バッテリ82を充電する。すなわち、車載バッテリ82は、HVバッテリ86から電力の供給を受けて充電される。
【0080】
電源装置80は、また、車載バッテリ12とは別個に設けられ電力を蓄えることが可能なキャパシタ90を備えている。キャパシタ90は、複数が直列接続されることによりバックアップ電源92を構成しており、車載バッテリ82と並列に配置されてECBシステムに接続されている。キャパシタ90は、ECBシステムに対する車載バッテリ82の電力供給を補助するために設けられており、車載バッテリ82の故障や電源ラインの断線等に起因して車載バッテリ82からECBシステムへの電力供給が遮断された際等にそのECBシステムへの電力供給を行う。このため、ECBにおいては、車載バッテリ82からの電力供給が困難である場合にも、キャパシタ90からの電力供給により車輪の制動が確保されることとなる。
【0081】
尚、キャパシタ90は、蓄電された状態で電力の授受(充放電)が行われない状態が長時間継続すると、そのキャパシタ90の劣化が促進されてしまう。そこで、かかる不都合を回避すべく、キャパシタ90は、車両のイグニションがオンからオフに切り替わりECBシステムの動作が終了した後、その時点で蓄えているすべての電力の放電を開始し、蓄える電力を“0”にされる。
【0082】
電源装置80は、また、キャパシタ90を充電するために設けられた充電回路94を有している。充電回路94は、車載バッテリ82を用いてキャパシタ90を充電するための回路であり、上記第1実施例の図1に示す構成と同様の構成を有している。キャパシタ90は、充電回路94の動作に応じて車載バッテリ82から供給される電気エネルギにより充電される。
【0083】
電源装置80は、キャパシタ90の充電制御を行うためのマイコン96を備えている。マイコン96には、上記したDC/DCコンバータ84及び充電回路94が接続されている。マイコン96には、DC/DCコンバータ84からそのオン状態かオフ状態かを示す信号が供給される。マイコン96は、DC/DCコンバータ84から供給されたオン・オフ信号に基づいて充電回路94を作動させる。
【0084】
以下、本実施例の電源装置80の動作について説明する。
【0085】
本実施例において、車両のイグニションがオフ状態にある場合は、DC/DCコンバータ84はオフ状態に維持される。この場合には、HVバッテリ86の電力がDC/DCコンバータ84で変換されないため、車載バッテリ82の充電は行われない。マイコン96は、かかる状況下では、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給を禁止すべく充電回路94を作動させない。この場合には、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給は行われない。
【0086】
一方、車両のイグニションがオフからオンに切り替わった場合には、DC/DCコンバータ84の駆動は許容されオン状態に切り換え可能となる。この場合には、HVバッテリ86の電力がDC/DCコンバータ84により適当に変換され得るため、HVバッテリ86を用いた車載バッテリ82の充電が行われる。マイコン96は、かかる状況が形成されると、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給を許可すべく充電回路94を作動させる。この場合には、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給が行われることとなる。
【0087】
図8は、上記の機能を実現すべく、本実施例の電源装置80においてマイコン96が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図8に示すルーチンは、所定時間ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図8に示すルーチンが起動されると、まずステップ200の処理が実行される。
【0088】
ステップ200では、DC/DCコンバータ84がオン駆動されているか否かが判別される。このDC/DCコンバータ84のオン駆動は、イグニションがオン状態にある状況下常時なされる。その結果、DC/DCコンバータ84が起動されていないと判別された場合には、次にステップ202の処理が実行される。一方、DC/DCコンバータ84が起動されたと判別された場合には、次にステップ204の処理が実行される。
【0089】
ステップ202では、充電回路94の非作動によりキャパシタ16の充電を禁止する処理が実行される。また、ステップ204では、充電回路94の作動によりキャパシタ16の充電を許可する処理が実行される。本ステップ202又は204の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【0090】
上記図8に示すルーチンによれば、DC/DCコンバータ84がオン駆動して起動するまでは、車載バッテリ82の充電が行われず或いはその充電が十分に行われないとして、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給を行わず、そのキャパシタ90の充電を禁止することができる。また、DC/DCコンバータ84が起動した以後は、車載バッテリ82からキャパシタ90への電力供給を許可し、キャパシタ90の充電を開始許可することができる。
【0091】
DC/DCコンバータ84が起動する前にキャパシタ90の充電が行われなければ、車載バッテリ82の負荷が過大となることはない。また、DC/DCコンバータ84の起動後にキャパシタ90の充電が行われても、車載バッテリ82がDC/DCコンバータ84のオン駆動によりHVバッテリ86からの電力で充電されるので、この場合にも、車載バッテリ82の負荷が過大となることはない。従って、本実施例の電源装置80によれば、キャパシタ90の充電に起因して車載バッテリ82の負荷が過大となるのを防止することができ、キャパシタ90の充電を車載バッテリ82の性能低下を招くことなく実現することができる。
【0092】
尚、上記第2の実施例においては、ECBシステムが特許請求の範囲に記載した「被電力供給装置」に、複数のキャパシタ90からなるバックアップ電源92が特許請求の範囲に記載した「第1電源」に、車載バッテリ82が特許請求の範囲に記載した「第2電源」に、HVバッテリ86が特許請求の範囲に記載した「第3電源」に、DC/DCコンバータ84が特許請求の範囲に記載した「電圧制御器」に、それぞれ相当していると共に、マイコン96が図8に示すステップ200、202、及び204の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第1電源用充電制御手段」が実現されている。
【0093】
また、上記第2の実施例においては、DC/DCコンバータ84を車両のイグニションがオフ状態にある場合にオフし、そのイグニションがオン状態にある場合にオンすることとしているが、車両のイグニションがオン状態となる前、例えば、車両乗員がドアを開けて車両に搭乗した際や遠隔的なドアの解錠操作を行った際に、DC/DCコンバータ84をオフからオンに切り換えることとしてもよい。この場合には、DC/DCコンバータ84がオン状態となった後に、充電回路94の作動により車載バッテリ82からキャパシタ90への充電を開始することとすればよい。
【0094】
ところで、上記第1及び第2の実施例においては、ECBシステムに用いる電源装置10に適用することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エアバッグなどの乗員保護装置等に用いる主バッテリ以外にバックアップ用の補助電源を備える電源装置に適用することとしてもよい。
【0095】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1乃至4並びに9乃至11記載の発明によれば、第1電源の充電を第1電源用充電装置の性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0096】
請求項5及び6記載の発明によれば、第1電源の充電を第2電源の性能低下を招来させることなく実現することができる。
【0097】
請求項7記載の発明によれば、第2電源の充電が行われない発電機の停止時にその第2電源による第1電源の充電を行わないので、第1電源の充電を行ううえで第2電源の性能低下を防止することができる。
【0098】
請求項8記載の発明によれば、発電機の発電量が比較的少ない場合、第2電源から第1電源への充電量を抑えることができるため、第2電源における第1電源への充電負荷を軽減させることができる。
【0099】
また、請求項12及び13記載の発明によれば、第2電源を用いて第1電源が充電される際に第2電源の性能が低下することのを防止することができるため、第1電源の充電を第2電源の性能低下を招来させることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である電源装置を備えるシステムの構成図である。
【図2】本実施例において、エンジンが始動した後にキャパシタ充電を開始すべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図3】本実施例において、車載バッテリの電気負荷に応じたキャパシタ充電を行うべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図4】本実施例において、エンジン回転数すなわちオルタネータの発電量に応じたキャパシタ充電を行うべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図5】本実施例におけるエンジン回転数NEと目標充電電流Atとの関係を表した図である。
【図6】車載バッテリ側の電位V1とキャパシタ側の電位V2との電位差と、スイッチング素子が100%でデューティ駆動される際の充電電流A100との関係を表した図である。
【図7】本発明の第2実施例である電源装置を備えるシステムの構成図である。
【図8】本実施例において、DC/DCコンバータが起動した後にキャパシタ充電を開始すべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
10,80 電源装置
12,82 車載バッテリ
14 オルタネータ
16,90 キャパシタ
18,92 バックアップ電源
20,94 充電回路
22 スイッチング素子
24 駆動素子
30 イグニションスイッチ
40,96 マイクロコンピュータ(マイコン)
42 エンジン電子制御ユニット(エンジンECU)
84 直流−直流変換器(DC/DCコンバータ)
86 HVバッテリ
Claims (9)
- 蓄電されている電気エネルギを被電力供給装置に対して供給するバッテリと、前記バッテリに蓄電されている電気エネルギを前記被電力供給装置に対して供給することが困難である場合に限り、蓄電されている電気エネルギを該被電力供給装置に対して供給するバックアップ電源としてのキャパシタと、前記バッテリの電気エネルギを前記キャパシタへ供給することにより該キャパシタを充電するキャパシタ用充電装置と、を備える電源装置であって、
前記バッテリの電気負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出される電気負荷に基づいて前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を制御する第1充電制御手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が所定以上に大きい場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を抑制することを特徴とする請求項1記載の電源装置。
- 前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が前記所定以上に大きい場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を禁止することを特徴とする請求項2記載の電源装置。
- 前記第1充電制御手段は、前記負荷検出手段により検出される電気負荷が前記所定以上に大きい場合、該所定未満に小さい場合に比して、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタへの充電量を低下させることを特徴とする請求項2記載の電源装置。
- 車両の有する動力源により駆動される発電機からなり、前記バッテリを充電するバッテリ用充電装置と、
前記発電機の発電量に基づいて前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を制御する第2充電制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載の電源装置。 - 前記第2充電制御手段は、前記発電機の発電量が所定値以下である場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を抑制することを特徴とする請求項5記載の電源装置。
- 前記第2充電制御手段は、前記発電機が停止している場合、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタの充電を禁止することを特徴とする請求項6記載の電源装置。
- 前記第2充電制御手段は、前記キャパシタ用充電装置による前記キャパシタへの充電量を前記発電機の発電量に応じた値に設定することを特徴とする請求項5記載の電源装置。
- 被電力供給装置に対して電気エネルギを供給し得る第1電源と、前記被電力供給装置に対して電気エネルギを供給し得ると共に、前記第1電源を充電し得る第2電源と、前記第2電源の電圧よりも高圧の第3電源と、前記第3電源の電圧を降圧して前記第2電源を充電し得る電圧制御器と、を備える電源装置であって、
前記第2電源による前記第1電源の充電を、前記電圧制御器により前記第2電源の充電が開始された後、該第2電源の充電が行われている状況で開始する第1電源用充電制御手段を備えることを特徴とする電源装置。
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