JP6102804B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用電源装置、特に、アイドルストップシステムを備えた車両のための電源装置の技術分野に属する。
現在、エンジンの燃費性能向上のためのシステムとして、車両停止時に、ブレーキON、車速ゼロ等の所定の停止条件成立でエンジンを自動停止させ、エンジン停止中、ブレーキOFF等の所定の再始動条件成立で自動的に再始動させるアイドルストップシステムが実用化されている。
例えば特許文献1に開示されているように、アイドルストップシステムを搭載した車両の電源装置は、図5に示すように、エンジンによって駆動される発電機501、スタータ等のエンジン始動手段502に電力を供給する第1バッテリ503、発電機501によって発電された電力を蓄える第2バッテリ504、及び、車両に搭載された各種電気デバイス(以下、「電気負荷」という)505と第2バッテリ504との間に介設され、電気負荷505への給電を制御するDC/DCコンバータ506を備えている。
ここで、第1バッテリ503には、例えば鉛バッテリが用いられ、第2バッテリ504には、例えばリチウムイオンバッテリや容量型蓄電器(キャパシタ)が用いられる。また、電気負荷505には、例えば、ランプ、電動パワーステアリング、オーディオ、パワーウインド、デフォガ、シートヒータ、ダイナミックスタビリティコントロール等が含まれる。
一方で、DC/DCコンバータは、通常、耐久性等を考慮して、その放熱特性に基づき出力電流が所定電流値に制限される。
これに関するものとして、特許文献2には、DC/DCコンバータは、電気負荷が高負荷状態となってDC/DCコンバータの最大電流供給能力を超えると、2つのバッテリを併用して電力供給することが開示されている。
特開2011−208599号公報 特開2007−64209号公報
ところが、アイドルストップシステムを搭載した車両の電源装置では、エンジン再始動時、鉛バッテリは、エンジン始動手段によるクランキングに出力電力を専ら供給する必要がある。したがって、再始動時には、電気負荷はDC/DCコンバータからの電力だけで電気負荷の作動をまかわなければならないことになる。その場合、例えばパワーウインドを開けながらブレーキから足を離す等、エンジンの再始動時に電力消費量が大きい電気負荷(例えば、ランプ、パワーウインド、高出力オーディオシステムなど)が作動すると、DC/DCコンバータの制限電流内では作動中の電気負荷に対する供給電力が不足するおそれがある。特に、運転者によるステアリング操作がアイドルストップ中のエンジンの再始動条件とされている場合は、この操作によるパワーステアリングユニットによる電力消費が大きいため、他の電気負荷に対する供給電力が不足しやすくなる。
そこで本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、エンジン再始動時にDC/DCコンバータからの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができる車両用電源装置を提供するものである。
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項1に記載の発明は、
所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させるエンジンのアイドルストップ制御装置を備えた車両のための電源装置であって、
前記エンジンによって駆動される発電機と、
前記発電機により発電された電力を蓄え、前記エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をエンジン始動手段に供給する第1の蓄電装置と、
前記発電機にスイッチ手段を介して接続され、該スイッチ手段が閉状態で前記発電機により発電された電力を蓄える第2の蓄電装置と、
前記第2の蓄電装置に蓄電された電力を降圧して車載の電気負荷に電力を供給する変換器と、を備え、
前記変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、前記エンジンの再始動条件が成立したとき、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除する電流制限解除手段を備え、
前記電流制限手段は、前記エンジンの再始動が完了したとき、前記変換器の出力電流の制限を開始する
ことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明において、
前記電流制限解除手段は、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除し、出力電流を前記所定の電流上限値よりも高い供給可能最大電流値に制限する
ことを特徴とする。
上述の各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。
まず、請求項1に記載の発明によれば、アイドルストップ制御装置を備えた車両において、車載の電気負荷に電力を供給する変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、エンジンの再始動条件が成立したときに、変換器の電流制限手段による制限を解除する電流制限解除手段を備えるので、エンジンの再始動時のみ、変換器は所定の電流上限値を超える大電流を流すことができる。このとき、エンジンの再始動時に電気負荷が過渡的に増加すると、変換器に大電流が流れるが、エンジンの再始動時間は短時間(通常、1秒以内)であるので、変換器がジュール熱により損傷するおそれがない。したがって、本発明によれば、エンジン再始動時に変換器からの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、電流制限解除手段が電流制限手段による電流上限値への制限を解除したとき、エンジンの再始動時に電流上限値よりも大きな電流が流れることとなるが、その電流は供給可能最大電流値に制限されるので、過渡的な大電流から変換器を保護して信頼性をより向上させることができる。
本発明の第1の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。 図1の車両用電源装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。 従来の車両用電源装置のシステム構成を示す図である
以下、本発明の第1の実施形態に係る車両用電源装置について、図1を参照しながら説明する。
図1は、所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させる車両1のための電源装置100のシステム構成を示している。
図1に示すように、車両用電源装置100は、車両の減速時に行う減速回生発電とエンジン(図示しない)に駆動されて行う通常発電とが可能な回生オルタネータ1と、エンジンの始動を行うスタータ2と、回生オルタネータ1により発電された電力を蓄え、エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をスタータ2に供給するバッテリ3と、回生オルタネータ1にノーマルオープン型の第1リレー6を介して接続され、第1リレー6が閉状態で回生オルタネータ1により発電された電力を蓄えるキャパシタ4と、キャパシタ4に蓄電された電力を降圧して車両に搭載された各種電気負荷5にメインヒューズボックス7を介して電力を供給するDC/DCコンバータユニット10と、を有している。
回生オルタネータ1は、エンジンによりベルト駆動されて、減速時等の運動エネルギを効率的に電力回生する可変電圧式(例えば12〜25V)のオルタネータであり、効率よく送電と蓄電を行うために例えば最大25Vまで高電圧化が可能である。
バッテリ3は、一般的な鉛バッテリである。
キャパシタ4は、回生した大量の電気エネルギを瞬時に蓄え、効率的に取り出して使用できる、大容量の低抵抗電気二重層キャパシタ(EDLC)であり、例えば最大25Vの電圧を発生できる。なお、このキャパシタ4は、電気自動車などに使われるリチウムイオン電池や一般的な鉛電池と比べた時、急速蓄電(例えば50〜60km/h走行時に数秒)が可能であり、放電深度が無制限であり、半永久的な寿命を持つ等の優位性を備えるものである。
電気負荷5には、例えば、ランプ、電動パワーステアリング、オーディオ、パワーウインド、デフォガ、シートヒータ、ダイナミックスタビリティコントロール、ナビゲーションシステム等が含まれる。
第1リレー6は、感電防止のために、車両の衝突事故や保守時にキャパシタ4に蓄電された電流を車両用電源装置100から遮断するものである。
DC/DCコンバータユニット10は、キャパシタ4に蓄電された電力を電気負荷5に供給するDC/DCコンバータ本体11、キャパシタ4に蓄電された電力を蓄えるコンデンサ16を有している。DC/DCコンバータ本体11は、出力電流を制限する電流リミッタ12を備え、該電流リミッタ12によって、出力電流を供給可能最大電流値(例えば130A)から所定の電流上限値(例えば、95A)に制限することができる。また、DC/DCコンバータ本体11は、例えば、最大DC25VをDC14Vまで降圧して出力することが可能である。
また、DC/DCコンバータユニット10には、回生オルタネータ1からバッテリ3に供給される電力を遮断可能なノーマルオープン型の第2リレー13と第3リレー14が直列に設けられている。
また、DC/DCコンバータユニット10には、バッテリ3に蓄えられた電力を電気負荷5にDC/DCコンバータ本体11を介さずに供給するための第1のバイパス回路部17が設けられている。この第1のバイパス回路部17は、その一端が第2リレー13と第3リレー14の間の回路部に接続されると共に、その他端がDC/DCコンバータ本体11の出力側に接続されている。
さらに、DC/DCコンバータユニット10には、第3リレー14が故障により開状態のままになった場合に、バッテリ3から電気負荷5に給電できるように、第3リレー14をバイパスするように2つのダイオード15が並列に設けられている。
上述のDC/DCコンバータユニット10は、DC/DCコンバータ用ECU20によって制御される。DC/DCコンバータ用ECU20は、エンジンのアイドルストップ制御等を行うエンジン用ECU30からの出力信号等の各種信号に基づいて信号処理を行い、その処理結果に基づいてDC/DCコンバータユニット10に制御信号を出力する。特に、DC/DCコンバータ用ECU20は、エンジン用ECU30からエンジンの再始動条件が成立した旨の出力信号を受け取ると、DC/DCコンバータ本体11の電流リミッタ12による所定の電流上限値への制限を解除するように構成されている。
なお、請求項1の「変換器」は、本実施形態のDC/DCコンバータユニット10とDC/DCコンバータ用ECU20を併せたものに相当する。
次に、図2を参照しながら、車両用電源装置100の具体的な電源制御方法について説明する。
まず、エンジン用ECU30からの出力信号に基づいて、エンジンが始動しているか否かを判定する(ステップS1)。
エンジンが始動していると判定した場合、ブレーキON、車速ゼロ等の所定のアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する(ステップS2)。一方で、エンジンが始動していないと判定した場合、ステップS1に戻る。
ステップS2でアイドルストップ条件が成立していると判定すると、エンジン用ECU30はエンジンを自動停止する(ステップS3)。一方で、アイドルストップ条件が不成立と判定した場合、ステップS2に戻る。
次に、エンジン停止中、ブレーキOFF等、所定のエンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する(ステップS4)。
ステップS4で再始動条件が成立していると判定すると、DC/DCコンバータ用ECU20がDC/DCコンバータ本体11の電流リミッタ12による電流制限を解除する(ステップS5)。一方で、再始動条件が不成立と判定した場合、ステップS3に戻る。
次に、第2リレー13の接点を開状態(オフ状態)にする(ステップS6)。
次に、エンジン用ECU30はエンジンを再始動する(ステップS7)。
次に、エンジンが再始動したか否かを判定する(ステップS8)。
ステップS8でエンジンが再始動したと判定すると、DC/DCコンバータ本体11の出力電流を電流リミッタ12によって制限する(ステップS9)。一方で、ステップS8でエンジンが再始動していないと判定すると、ステップS7に戻る。
最後に、第2リレー13の接点を閉状態(オン状態)にする(ステップS10)。
以上により、本実施形態によれば、DC/DCコンバータ本体11は、エンジンの再始動時のみ所定の電流上限値(例えば95A)を超える大電流(例えば130A)を流すことができる。このとき、エンジンの自動再始動時に電気負荷5が過渡的に増加すると、DC/DCコンバータ本体11に大電流が流れるが、エンジンの再始動時間は短時間(通常、1秒以内)であるので、DC/DCコンバータ本体11がジュール熱により損傷するおそれがない。したがって、エンジン再始動時にDC/DCコンバータ本体11からの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷5を作動させることができる。
また、本実施形態によれば、DC/DCコンバータ用ECU20が電流リミッタ12による電流上限値(例えば95A)への制限を解除したとき、エンジンの再始動時に電流上限値よりも大きな電流が流れることとなるが、その電流は供給可能最大電流値(例えば130A)に制限されるので、過渡的な大電流からDC/DCコンバータ本体11を保護して信頼性をより向上させることができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る車両用電源装置200について、図3を参照しながら説明する。なお、上述の第1の実施形態と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。
上述の第1の実施形態では、リレー6の接点を開状態から閉状態(オン状態)にした際、リレー6の両端の電位差が大きいと(例えば、DC/DCコンバータユニット10側でDC5V、キャパシタ4側でDC16Vの場合)、リレー6に瞬間的に過大な電流(数百A)が流れることで、リレー6の接点が溶損するおそれがある。
そこで、第2の実施形態は、リレー6の接点を開状態から閉状態にする直前に、リレー6の両端の電位を縮小させるための第2のバイパス回路部201が設けられている。第2のバイパス回路部201は、リレー6をバイパスするように設けられ、第2のバイパス回路部201には、FETリレー202とダイオード203が直列に設けられている。
ここで、一般にFETリレーは、通常の有接点リレーのような機械的な可動部を持たず、半導体素子で構成された無接点リレーである。FETリレーは、通電時に半導体素子が発熱するが、短時間であれば通常の有接点リレーに比べて大きな電流を通電することが可能である。また、FETリレーには接点が存在しないので、当然にリレー接点が溶損するおそれがない。
そして、上述の車両用電源装置200は、リレー6を開状態から閉状態にする前に、まず第2のバイパス回路部201のFETリレー202を閉状態にし、第2のバイパス回路部201を介してDC/DCコンバータユニット10内のコンデンサ16に充電を行い(図3の矢印参照)、リレー6の両端の電位差を所定の範囲内に縮小させた後(例えば、コンデンサ16の電圧をDC16V付近、すなわち、リレー6のDC/DCコンバータユニット10側の接点電圧をDC16V付近にした後)、リレー6を閉状態にするように制御される。
したがって、本実施形態によれば、リレー6を流れる過渡電流を抑制し、リレー6の接点を保護することができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る車両用電源装置300について、図4を参照しながら説明する。なお、上述の第1の実施形態と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。
上述の第1の実施形態では、リレー14が閉状態で、リレー13の接点を開状態から閉状態(オン状態)にした際、リレー13の両端の電位差が大きいと(例えば、バッテリ3側でDC14V、キャパシタ4側でDC5Vの場合)、リレー13に瞬間的に過大な電流(数百A)が流れることで、リレー13の接点が溶損するおそれがある。
そこで、第3の実施形態は、リレー13の接点を開状態から閉状態にする直前に、リレー13の両端の電位を縮小させるための第3のバイパス回路部311が設けられている。第3のバイパス回路部311は、リレー13をバイパスするように設けられ、第3のバイパス回路部311には、FETリレー312とダイオード313が直列に設けられている。
そして、上述の電源装置300は、リレー13を開状態から閉状態にする前に、まず第3のバイパス回路部311のFETリレー312を閉状態にし、第3のバイパス回路部311を介してコンデンサ16に充電を行い(図4の矢印参照)、リレー13の両端の電位差を所定の範囲内に縮小させた後(例えば、コンデンサ16の電圧をDC14V付近、すなわち、リレー13のコンデンサ16側の接点電圧をDC14V付近にした後)、リレー13を閉状態にするように制御される。
したがって、本実施形態によれば、上述の第2の実施形態と同様に、リレー13を流れる過渡電流を抑制し、リレー13の接点を保護することができる。
なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述の第1の実施形態乃至第3の実施形態は、一部または全部を適宜組み合わせて実施することが可能である。
以上のように、本発明によれば、車両用電源装置において、エンジン再始動時にDC/DCコンバータからの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができるので、この種の車両の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
1 回生オルタネータ(発電機)
2 スタータ(エンジン始動手段)
3 バッテリ(第1の蓄電装置)
4 キャパシタ(第2の蓄電装置)
5 電気負荷
6 第2リレー(スイッチ手段)
10 DC/DCコンバータユニット
12 電流リミッタ(電流制限手段)
20 DC/DCコンバータ用ECU(電流制限解除手段)
30 エンジン用ECU(アイドルストップ制御装置)
100、200、300 車両用電源装置

Claims (2)

  1. 所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させるエンジンのアイドルストップ制御装置を備えた車両のための電源装置であって、
    前記エンジンによって駆動される発電機と、
    前記発電機により発電された電力を蓄え、前記エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をエンジン始動手段に供給する第1の蓄電装置と、
    前記発電機にスイッチ手段を介して接続され、該スイッチ手段が閉状態で前記発電機により発電された電力を蓄える第2の蓄電装置と、
    前記第2の蓄電装置に蓄電された電力を降圧して車載の電気負荷に電力を供給する変換器と、を備え、
    前記変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、前記エンジンの再始動条件が成立したとき、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除する電流制限解除手段を備え、
    前記電流制限手段は、前記エンジンの再始動が完了したとき、前記変換器の出力電流の制限を開始する
    ことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 前記電流制限解除手段は、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除し、出力電流を前記所定の電流上限値よりも高い供給可能最大電流値に制限する
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両用電源装置。
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