JP4828473B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１蓄電手段とこれよりも高出力の第２蓄電手段とを併用する車両用制御装置に関する。

停車時にエンジンを自動的に停止させることにより、燃料消費量を抑制するようにしたアイドリングストップ車両が開発されている。このアイドリングストップ車両は、エンジン停止条件が成立したときにはエンジンを自動的に停止する一方、エンジン始動条件が成立したときにはエンジンを自動的に始動するようにしている。このため、アイドリングストップ車両の走行状況によっては、頻繁にエンジンの再始動が要求されることになる。

このような車両特性から、エンジンを始動するスタータモータに電力を供給する蓄電デバイスにあっては、スタータモータを駆動する際の高出力特性と、頻繁にエンジンが再始動されても電力供給を継続するための高容量特性とが要求されることになる。このような高出力特性と高容量特性との双方を満足させるため、高出力型の蓄電デバイスと高容量型の蓄電デバイスとが並列に接続される蓄電ユニットを用いることが提案されている(たとえば、特許文献１参照)。
特開平８−３３１２０号公報

しかしながら、高出力型の蓄電デバイスと高容量型の蓄電デバイスとを単に接続しただけでは、車両整備等を行う際の安全性を十分に確保することが困難となっていた。たとえば、蓄電ユニットの電力が枯渇してエンジンの再始動が困難となる場合には、蓄電ユニットに外部電源を接続してスタータモータを駆動する必要があるが、高出力型の蓄電デバイスから大電流が出力されることから、外部電源を接続する際に大きなスパークが発生し易くなっていた。このようなスパーク等の発生を抑制することにより、接続作業等の車両整備を行う際の安全性を確保することが望まれている。

本発明の目的は、高出力型の蓄電手段を備えた蓄電ユニットを使用する際の安全性を向上させることにある。

本発明の車両用制御装置は、互いに並列接続される第１蓄電手段とこれよりも高出力の第２蓄電手段とを備える蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットの並列回路に設けられ、前記蓄電ユニットの収容ルームを開閉する開閉部材が開かれたときに、前記蓄電ユニットから前記第２蓄電手段を電気的に切り離すスイッチ手段とを有することを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記第１蓄電手段はバッテリであり、前記第２蓄電手段はキャパシタであることを特徴とする。

本発明によれば、第１蓄電手段と第２蓄電手段とが並列接続される蓄電ユニットの並列回路に対し、蓄電ユニットの収容ルームを開閉する開閉部材が開かれたときに蓄電ユニットから第２蓄電手段を電気的に切り離すスイッチ手段を設けるようにしたので、蓄電ユニットが露出する状況下で蓄電ユニットから高出力の第２蓄電手段を切り離すことができ、車両の安全性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はアイドリングストップ車両１０(以下、車両という)を示す概略図であり、図２は本発明の一実施の形態である車両用制御装置１１の構成を示す概略図である。

図１に示すように、車両１０のフロント部１２には、ダッシュパネル１３等によって収容ルームとしてのエンジンルーム１４が区画されるとともに、エンジンルーム１４を開閉するための開閉部材としてフロントフード１５が取り付けられている。また、フロントフード１５にはガスステー１６が取り付けられており、このガスステー１６によってフロントフード１５は開放側に付勢されている。さらに、フロントフード１５の先端部にはストライカ１７が取り付けられており、フロントフード１５を閉じたときには車体側のロック機構１８にストライカ１７が係合し、フロントフード１５を全閉位置に固定することが可能となっている。また、ガスステー１６やロック機構１８には開閉センサ１９，２０が取り付けられており、この開閉センサ１９，２０によってフロントフード１５の開閉状態が検出されるようになっている。なお、開閉センサ１９，２０の取付位置としてはガスステー１６やロック機構１８に限られることはなく、フロントフード１５の開閉状態が検出可能であれば他の位置に取り付けるようにしても良い。

また、車両１０にはパワーユニット２１が縦置きに搭載されており、このパワーユニット２１はエンジン２２とこれに連結される変速機２３とによって構成されている。さらに、パワーユニット２１にはエンジン２２の図示しないクランク軸に連結されるスタータモータ２４が組み付けられ、スタータモータ２４を駆動させることでエンジン２２を始動回転させることが可能となっている。スタータモータ２４や各種電装品に対して電力を供給するため、エンジンルーム１４には蓄電ユニット２５が収容されている。図２に示すように、この蓄電ユニット２５は、第１蓄電手段である鉛バッテリ２６と、第２蓄電手段であるリチウムイオンキャパシタ２７(以下、キャパシタという)とを備えている。鉛バッテリ２６とキャパシタ２７との正極端子は互いに接続されており、鉛バッテリ２６とキャパシタ２７との負極端子は互いに接続されている。つまり、鉛バッテリ２６とこれよりも高出力となるキャパシタ２７とを並列に接続することによって蓄電ユニット２５が構成されている。さらに、蓄電ユニット２５の並列回路２８にはスイッチ手段としてのカットリレー２９が設けられており、このカットリレー２９を切断状態に切り換えることによって、鉛バッテリ２６とキャパシタ２７との並列接続状態を解除することが可能となる。なお、カットリレー２９が切断状態に切り換えられた場合には、鉛バッテリ２６のみがスタータモータ２４等の負荷に対して接続され、キャパシタ２７は蓄電ユニット２５から電気的に切り離された状態となっている。

図２に示すように、車両用制御装置１１にはスタータモータ２４やカットリレー２９等を制御する制御ユニット３０が設けられており、この制御ユニット３０には開閉センサ１９，２０や図示しないイグニッションスイッチ等から各種信号が入力されている。制御ユニット３０は入力信号に基づいて制御信号を演算し、スタータモータ２４やカットリレー２９等に対して制御信号を出力するようになっている。なお、制御ユニット３０は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、データ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。

ここで、図３は蓄電ユニット２５の外観を示す斜視図であり、図４は蓄電ユニット２５を構成するキャパシタ２７を示す分解斜視図である。図３に示すように、蓄電ユニット２５はバッテリトレー３１が一体形成されるキャパシタケース３２を有しており、バッテリトレー３１には鉛バッテリ２６が搭載され、キャパシタケース３２にはキャパシタ２７が収容される構造となっている。図４に示すように、キャパシタケース３２内には４つのキャパシタセル３３からなるキャパシタ２７が収容されており、これらのキャパシタセル３３はバスバー３４を介して直列に接続された状態となっている。また、キャパシタセル３３間にはカットリレー２９が組み付けられており、このカットリレー２９を接続状態に切り換えることによってキャパシタセル３３の接続状態が維持され、カットリレー２９を切断状態に切り換えることによってキャパシタセル３３の接続状態が解除されるようになっている。

なお、前述したリチウムイオンキャパシタ２７とは、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタとの蓄電原理を組み合わせた蓄電デバイスである。このリチウムイオンキャパシタ２７は、正極に電気二重層キャパシタの活性炭を採用することにより、正極側では電気二重層を利用して電荷を蓄積する一方、負極にリチウムイオンバッテリの炭素系材料を採用することにより、負極側では炭素系材料にリチウムイオンを担持(ドーピング)させて電荷を蓄積している。このような蓄電機構を採用することにより、高い出力密度を維持しながらエネルギー密度を引き上げることが可能となっている。また、負極の炭素系材料には所定量のリチウムイオンが予めドーピングされており、負極電位を低下させて蓄電デバイスのエネルギー密度が大幅に引き上げられている。

これまで説明したように、高容量型の鉛バッテリ２６と高出力型のキャパシタ２７とを組み合わせて蓄電ユニット２５を構成することにより、必要に応じて大電流を出力することのできる高容量型の蓄電ユニット２５を得ることが可能となる。すなわち、多くのエネルギーを蓄えることが可能な鉛バッテリ２６と、大きな電流を出力することが可能なキャパシタ２７とを組み合わせることにより、蓄電ユニット２５の大型化を回避しながら低温環境下においてもエンジン始動時に必要な電流を十分に供給することが可能となる。

ところで、高出力型のキャパシタ２７を蓄電ユニット２５に対して組み込む場合には、高出力型のキャパシタ２７に対する安全措置を講ずることが求められている。たとえば、長期間に渡って車両１０が放置されることによる鉛バッテリ２６の自己放電により、鉛バッテリ２６のエネルギー容量が大きく減少した場合には、エンジン２２を始動させるために採られる方法として後述するように外部電源３５が電装系に対して接続されることが多い。ここで、高出力型のキャパシタ２７が接続される電装系に対して単に外部電源３５を接続してしまうと、外部電源３５の通電コード３６を接続する際に大きなスパークを発生させてしまうおそれがある。

そこで、本発明の車両用制御装置１１は、外部電源３５の通電コード３６を接続するためにフロントフード１５が開かれ、開閉センサ１９，２０の少なくとも何れか一方から制御ユニット３０に対して開放信号が入力された場合には、制御ユニット３０からカットリレー２９に対して切断信号が出力され、鉛バッテリ２６とキャパシタ２７との並列接続状態を解除するようにしている。ここで、図５は車両１０の電装系に対して外部電源３５を接続した状態を示す概略図である。図５に示すように、フロントフード１５が開かれた車両状況においては、車両１０の電装系から自動的にキャパシタ２７が切り離されることになるため、外部電源３５を電装系に接続する際のスパーク発生を抑制することができ、作業者の安全性を向上させることが可能となる。さらに、フロントフード１５の開放によってカットリレー２９が切断状態に切り換えられるため、外部電源３５の接続作業だけでなくエンジンルーム１４内における他の整備作業を行う場合であっても安全性を向上させることが可能となる。

また、カットリレー２９によって鉛バッテリ２６とキャパシタ２７との並列接続状態が解除されるため、鉛バッテリ２６の劣化状態を適切に測定することが可能となる。ここで、図６は鉛バッテリ２６およびキャパシタ２７のサイクル特性を示す線図である。図６に示すように、キャパシタ２７にあっては、分極性電極に対するイオンの物理的な吸脱着によって充放電を行うことから、充放電を繰り返しても高い容量保持率を保つことが可能となっている。一方、鉛バッテリ２６にあっては、電気化学的な酸化還元反応によって充放電を行うことから、充放電を繰り返すことによって容量保持率が低下する傾向を有している。

この容量保持率は電圧や電流に基づいて算出されることになるが、蓄電ユニット２５の鉛バッテリ２６とキャパシタ２７とは並列に接続されることから、劣化し易い鉛バッテリ２６の電圧や電流を正確に測定することができず、図６に実線で示すように、キャパシタ２７の良好な蓄電状態に釣られて鉛バッテリ２６の劣化状態を判定することが困難となっている。しかしながら、本発明の車両用制御装置１１にあっては、フロントフード１５の開放によってカットリレー２９を切断するようにしたので、鉛バッテリ２６からキャパシタ２７を切り離すことができるため、図６に破線で示すように、キャパシタ２７の影響を受けることなく鉛バッテリ２６の劣化状態を正確に測定することが可能となる。

また、衝突による車両事故が発生した場合には、衝突時の衝撃によってフロントフード１５が開方向に変形することから、車両衝突時にもカットリレー２９を切断状態に切り換えることが可能となっている。このように、車両事故の発生に伴って電装系からキャパシタ２７を切り離すことができるため、救助者等に対する二次的な影響を抑止することが可能となる。このような副次的効果を得るため、車両１０の衝突を検出する衝突センサからの検出信号や、衝突に伴うエアバッグの作動信号に基づいて、カットリレー２９を切断状態に切り換えるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、第１蓄電手段として鉛バッテリ２６が設けられているが、これに限られることはなく、リチウムイオンバッテリ等の他の形式のバッテリを使用しても良い。また、第２蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタ２７が設けられているが、これに限られることはなく、第２蓄電手段として電気二重層キャパシタを用いるようにしても良い。

また、前述の説明では、アイドリングストップ車両１０に対して本発明の車両用制御装置１１を適用するようにしているが、これに限られることはなく、動力源としてエンジンと駆動モータとを備えたハイブリッド車両に対して本発明の車両用制御装置１１を適用しても良い。さらに、アイドリングストップ機能を持たない車両に対して本発明の車両用制御装置１１を適用することも可能である。

アイドリングストップ車両を示す概略図である。 本発明の一実施の形態である車両用制御装置の構成を示す概略図である。 蓄電ユニットの外観を示す斜視図である。 蓄電ユニットを構成するリチウムイオンキャパシタを示す分解斜視図である。 車両の電装系に対して外部電源を接続した状態を示す概略図である。 鉛バッテリおよびリチウムイオンキャパシタのサイクル特性を示す線図である。

符号の説明

１１ 車両用制御装置
１４ エンジンルーム(収容ルーム)
１５ フロントフード(開閉部材)
２５ 蓄電ユニット
２６ 鉛バッテリ(第１蓄電手段，バッテリ)
２７ リチウムイオンキャパシタ(第２蓄電手段，キャパシタ)
２８ 並列回路
２９ カットリレー(スイッチ手段)

Claims (2)

1. 互いに並列接続される第１蓄電手段とこれよりも高出力の第２蓄電手段とを備える蓄電ユニットと、
   前記蓄電ユニットの並列回路に設けられ、前記蓄電ユニットの収容ルームを開閉する開閉部材が開かれたときに、前記蓄電ユニットから前記第２蓄電手段を電気的に切り離すスイッチ手段とを有することを特徴とする車両用制御装置。
2. 請求項１記載の車両用制御装置において、
   前記第１蓄電手段はバッテリであり、前記第２蓄電手段はキャパシタであることを特徴とする車両用制御装置。

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