JP4541719B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、２つの電圧系統を有する車両の電源装置に関する。

近年、エンジンを駆動源とする自動車等の車両においては、電装品の小型軽量化、効率向上、及び、これらによる燃費の向上、排ガスの低減を目的として、バッテリ電圧の高電圧化が要請されている。このバッテリ電圧の高電圧化に際しては、車載電装品の従来製品との互換性や耐久性等に対する配慮が必要となることから、実用的には、従来の低電圧の電圧系統と高電圧の電圧系統とを備えたデュアル電源システムが具体化されている。

このデュアル電源システムの電圧系統は、例えば、特許文献１に開示されているように、従来の１４Ｖの電圧系統に対し、高電圧の電圧系統として４２Ｖの電圧系統を備えるものが一般的である。特許文献１では、発電機からの４２Ｖ出力を降圧して従来の１４Ｖ負荷に供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータを発電機と別体で備えることなく、４２Ｖ出力の交流発電機の電圧制御器に従来の負荷に対応する１４Ｖの電圧を生成する機能を組込むようにしている。
特開２００２−９５１７７号公報

ところで、エンジンを駆動源とする車両においては、エンジン始動時の排気ガス浄化を目的として、排気系に電気加熱触媒を備えるものが知られている。この電気加熱触媒は、エンジン始動前に予めバッテリから電力を供給して触媒を加熱することにより、触媒の早期活性化を図るものである。

この電気加熱触媒に電力を供給する場合、デュアル電源システムの車両においては、一方の電源のみ或いは双方の電源から電力を供給することになるが、電気加熱触媒は大電力を要するため、他の車載機器への電力供給に大きな影響を及ぼし、電源供給が不安定となるばかりでなく、触媒が十分に加熱されずに活性化が遅れる虞がある。

このような問題は、電源容量を増大することにより回避可能であるが、大電力を要する車載電気負荷には、電気加熱触媒の他にも各種の負荷があり、それらを加算的に見込んで電源容量を増大することは、いたずらに重量増やコスト上昇を招くのみであり、エネルギー浪費に繋がる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、２つの電圧系統を有する車両に搭載される電源の最適化を図り、安定した電力供給を確保することのできる車両の電源装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の車両の電源装置は、第１の電圧系統の電源と、この第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源とを有する車両の電源装置において、上記第１の電圧系統の電源を、上記車両の制御装置の電源とすると共に、上記第２の電圧系統の電源を、上記第１の電圧系統の電源とは別の電源として、エンジンの排気系に介装され、エンジン始動時にのみ通電するヒータ加熱式の電気加熱触媒と、車両走行時に操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置との共有電源とすることを特徴とする。

本発明の車両の電源装置は、２つの電圧系統のうち、第１の電圧系統の電源を車両の制御装置の電源とすると共に、高電圧側の第２の電圧系統の電源を、上記第１の電圧系統の電源とは別の電源として、エンジン始動時のみとエンジン始動後の走行時といったように実使用時期が互いに異なる電気加熱触媒とパワーステアリング装置とで共有化するので、両者の電力を加算的に見込んだ電源容量とする必要がなく、車載電源の最適化を図りつつ、安定した電力供給を確保することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る車両の電源系統を示すシステム構成図である。

図１において、符号１，２は車両に搭載されるバッテリであり、本形態においては、バッテリ１は公称電圧１２Ｖ（車両運転時電圧１４Ｖ）、バッテリ２は公称電圧３６Ｖ（１２Ｖ×３；車両運転時電圧１４Ｖ×３＝４２Ｖ）のバッテリである。以下、バッテリ１を低電圧バッテリ、バッテリ２を高電圧バッテリと記載し、低電圧バッテリ１の電圧系統（第１の電圧系統）を１４Ｖ系、高電圧バッテリ２の電圧系統（第２の電圧系統）を４２Ｖ系と記載する。

高電圧バッテリ２は、本形態においては、エンジン３に配設されたモータジェネレータ４によって充電される。モータジェネレータ４は、エンジン３のクランクスプロケット５にベルト６を介して回転軸端部のプーリ７が連結され、エンジン３によって回転されて発電を行うと共に、アイドル停止後の車両発進時にエンジン３を駆動して再始動を行うものであり、インバータ装置８に電気的に接続されている。

インバータ装置８の４２Ｖ側の端子には、高電圧バッテリ２と接続された４２Ｖ系の配線が接続され、この４２Ｖ系の配線には、大電力を要する負荷が接続されている。大電力を要する負荷としては、最初のエンジン始動時のみ使用するスタータモータ９があり、リレーＲＹ１のリレー接点（常開接点）を介して４２Ｖ系の配線に接続されている。また、大電力を要するものの、互いに実使用時期が異なることが多い電気負荷として、エンジン３の排気管１０に介装されたヒータ加熱式の電気加熱触媒１１と、運転者のステアリング１２の操作に対して操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置１３とがあり、それぞれ、リレーＲＹ２，ＲＹ３の各リレー接点（常開接点）を介して４２Ｖ系の配線に接続されている。

電気加熱触媒１１は、本形態においては、エンジン３の排気ガスを浄化する触媒１１ａと、この触媒１１ａの直上流側に配設されたハニカム状の通路を有するヒータ１１ｂとを備えて構成され、エンジン冷態時にヒータ１１ｂに通電してヒータ１１ｂを通過する排気ガスを加熱し、触媒１１ａの早期活性化を図る。ヒータ１１ｂは、通常の電気抵抗ヒータであり、４２Ｖ系の高電圧電源を使用することにより、従来の１４系電源を使用した場合に比較して消費電流を低減することができ、簡素な構成によりコスト低減を図ることができると共に、バッテリ電圧降下を抑制して他の車載機器への影響を回避することができる。

また、パワーステアリング装置１３は、本形態においては、ステアリング１２の操舵機構に連設された電動モータと、この電動モータを駆動制御する駆動回路を含んで構成され、電動モータの回転トルクによってアシスト力を発生する。このパワーステアリング装置１３に４２Ｖ系の電源を供給することにより、従来の１４系電源を使用した場合に比較して消費電流を低減することができるばかりでなく、バッテリ電圧降下による他の車載機器への影響を回避しつつ、より大きなアシスト力を得ることができる。

尚、電気加熱触媒１１は、ポーラスな導電体の表面に触媒を担持し、触媒担体を電気抵抗ヒータとして用いるものでも良い。また、パワーステアリング装置１３は、電動ポンプによって発生させた油圧を利用してアシスト力を発生するものでも良い。

電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とは、前者がエンジン３の冷態始動時にのみ電力を必要とするのに対し、後者は、通常、エンジン始動後の車両走行時に電力を必要としている。従って、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とは、互いに実使用時期が異なることが多く、同時に使用されることは殆どないことから、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とで高電圧の４２Ｖ系電源を共有化しても、それぞれの負荷容量を加算した電源容量を見込む必要がなく、電源容量の最適化を図ることができる。

尚、以上のことから、高電圧バッテリ２とパワーステアリング装置１３とを接続するリレーＲＹ３は、省略することも可能である。

一方、低電圧の１４系の電圧系統としては、インバータ装置８に、４２Ｖ電圧を１４Ｖ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１４が接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１４に接続される配線には、低電圧バッテリ１が接続されると共に、リレーＲＹ４のリレー接点（常開接点）を介して図示しない各種ランプやオーディオ等の低電圧負荷（１４Ｖ負荷）が接続されている。

以上のインバータ装置８やリレーＲＹ１〜４は、電子制御装置（ＥＣＵ）５０によって制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを中心として定電圧回路や入出力回路等の周辺回路を含んで構成されるものであり、エンジン３の制御、車両の自動停止及び再始動を実行するアイドルストップ制御、パワーステアリング装置１３を介した操舵アシスト制御、インバータ装置８を介したモータジェネレータ４の制御、主に高電圧バッテリ２の充放電状態の管理等を行う。

尚、図１においては、ＥＣＵ５０は、複数の制御機能を有する単一のユニットとして示しているが、各制御機能を複数のユニットに分散し、互いに通信ラインを介して接続するようにしても良い。

ＥＣＵ５０は、１４Ｖ系の電源が内部の定電圧回路に供給され、所定の安定化された定電圧で動作する。ＥＣＵ５０の入力側には、イグニッションスイッチ１５、スタータスイッチ１６、その他の各種スイッチ類や図示しない各種センサ類からの信号、高電圧バッテリ２（４２Ｖ系）のモニタ電圧等が入力される。また、ＥＣＵ５０の出力側には、インバータ装置８、リレーＲＹ１〜４、その他、エンジン３に備えられた１４Ｖ動作の各種アクチュエータ類が接続され、更に、４２Ｖ系の電圧をモニタ中に電圧低下等の異常を検知したとき、点灯或は音によって運転者に警報を発するための警報装置１７が接続されている。

以上の構成による車両の電源系統においては、車両の運転に際してイグニッションスイッチ１５がＯＮされると、このイグニッションスイッチ１５からのＯＮ信号がＥＣＵ５０で検出され、ＥＣＵ５０において、各種センサ類からの信号に基づいて冷態時か否かが判断される。ＥＣＵ５０によって冷態時と判断されたときには、高電圧バッテリ２と電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂとを接続するリレーＲＹ２のリレーコイルに通電してリレー接点を閉とし、ヒータ１１ｂに通電して触媒１１ａの早期活性化を図る。

このとき、ＥＣＵ５０は、同時に、高電圧バッテリ２とパワーステアリング装置１３とを接続するリレーＲＹ３のリレーコイルにも通電し、リレーＲＹ３のリレー接点を閉にすることにより、パワーステアリング装置１３を作動可能状態とする。すなわち、通常、イグニッションスイッチＯＮ後にエンジンが始動するまでは、操舵の必要性は低く、パワーステアリング装置１３が通電可能状態にあっても、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とが同時に電力を消費することは殆どないことから、リレーＲＹ２，ＲＹ３を同時にＯＮする。

尚、ＥＣＵ５０は、高電圧バッテリ２の電圧をモニタしているおり、電気加熱触媒１１の通電中に、万一、パワーステアリング装置１３が使用された場合においても、高電圧バッテリ２の電圧が設定電圧以下に低下したことを検知すると、リレーＲＹ３をＯＦＦしてパワーステアリング装置１３の通電を遮断する等の処置を行い、警報装置１７を作動させて運転者に警告を発する。

その後、スタータスイッチ１６がＯＮされると、このスタータスイッチ１６のＯＮ信号がＥＣＵ５０にて検出され、リレーＲＹ１のリレーコイルに通電して、リレー接点を閉じ、スタータモータ９に通電してエンジン３を始動させる。また、電気加熱触媒１１への通電後、設定時間が経過したとき、或いは、触媒温度、排気温度、冷却水温度等が設定温度に達したとき、リレーＲＹ２への通電を遮断してリレー接点を開き、電気加熱触媒１１への通電を終了する。

以上のように、本実施の形態においては、車両の中でも特に駆動電力を必要とするパワーステアリング装置１３と、特にエンジン始動時の触媒活性化に必要である電気加熱触媒１１との電源を高電圧バッテリ２により共用化し、しかも、同時に使用されることが殆どないパワーステアリング装置１３と電気加熱触媒１１とで高電圧バッテリ２を共有化するため、電気加熱触媒１１に要する電力とパワーステアリング装置１３に要する電力とを同時に見込んだ電源容量とする必要がなく、電源の最適化を図りつつ、安定した電力供給を行うことができる。

更に、電気加熱触媒１１及びパワーステアリング装置１３の電源を、ＥＣＵ５０を初めとする他の車載機器の電源とは別の電源とすることから、他の車載機器の作動に影響を及ぼすことがなく、確実で安定した車両制御とその動作を確保することができる。

尚、本実施の形態では、モータジェネレータ４を搭載するエンジン３を例に取って説明したが、モータジェネレータではなくオルタネータを備え、オルタネータの整流出力を４２Ｖ系の高電圧バッテリ２、電気加熱触媒１１、パワーステアリング装置１３に供給すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して１４Ｖ系の低電圧バッテリ１や各負荷に供給するようにしても良い。

本発明の実施の一形態に係る車両の電源系統を示すシステム構成図

符号の説明

１ 低電圧バッテリ
２ 高電圧バッテリ
３ エンジン
１１ 電気加熱触媒
１１ａ 触媒
１１ｂ ヒータ
１３ パワーステアリング装置
５０ 電子制御装置
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. 第１の電圧系統の電源と、この第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源とを有する車両の電源装置において、
   上記第１の電圧系統の電源を、上記車両の制御装置の電源とすると共に、上記第２の電圧系統の電源を、上記第１の電圧系統の電源とは別の電源として、エンジンの排気系に介装され、エンジン始動時にのみ通電するヒータ加熱式の電気加熱触媒と、車両走行時に操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置との共有電源とすることを特徴とする車両の電源装置。
2. 上記電気加熱触媒と上記パワーステアリング装置とを、同時に通電可能に上記第２の電圧系統に接続したことを特徴とする請求項１記載の車両の電源装置。
3. 上記電気加熱触媒は、上記エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、この触媒の上流側に配設されたヒータとを備えて構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の電源装置。
4. 上記パワーステアリング装置は、電動モータにより操舵アシスト力を発生する電動パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の電源装置。

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