JP2003267163A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン停止時における電力消費量を少なく
し、かつ特定のバッテリの早期の劣化を防止できる車両
用電源システムを得る。 【解決手段】 エンジン駆動時には、発電機４の電力に
より高電圧バッテリ３を充電し、その電力を高電圧負荷
装置５ａ、５ｂ、５ｃ、…に供給するとともに、ＤＣ／
ＤＣコンバータ６で降圧して低電圧負荷装置７ａ、７
ｂ、７ｃ、…および電子制御回路８ａ、８ｂ、８ｃ、…
に供給する。エンジン停止時には、電源制御ユニット１
０によって、高電圧バッテリ３を構成している複数のセ
ル３-1〜３-18 の中から選択されたセルを監視し、該セ
ルの劣化に従って切り替えて取り出した電力をバイパス
配線１１を通して電子制御回路８ａ、８ｂに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの動力を
利用して発電する発電機からの電力によって充電された
高電圧バッテリの電力を、イグナイタやワイパモータな
どの高電圧負荷に供給するとともに、電圧変換器で降圧
してランプやメータ類などの低電圧負荷および電子制御
回路に供給するようにした車両用電源システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車等の車両では１２Ｖのバッ
テリを有する１４Ｖ出力の電源システムが採用されてき
たが、搭載するエレクトロニクス機器の増加により、１
４Ｖ出力の電源システムでは消費電力がまかないきれな
い状況になりつつある。そこで、最近は、１４Ｖ出力の
電源システムに代わって３６Ｖの高電圧バッテリを備え
た４２Ｖ出力の電源システムの採用が見込まれている。

【０００３】４２Ｖ出力の電源システムでは、エンジン
の動力を利用して発電する発電機からの電力によって高
電圧バッテリを充電し、高電圧バッテリに充電した電力
を定格電圧４２Ｖの高電圧負荷装置にそのまま供給す
る。また、定格電圧１４Ｖの低電圧負荷装置に対して
は、高電圧バッテリからの電力を電圧変換器（メイン変
換器）で降圧することによって電力を供給し、５〜６Ｖ
で駆動される電子制御回路には、１４Ｖあるいは２８Ｖ
に降圧した後の電力を更に電子制御回路毎の電圧変換器
（サブ変換器）で降圧することにより供給する。

【０００４】このように、４２Ｖ出力の電源システム
は、エンジンの動力を利用して発電した４２Ｖの電力を
定格電圧４２Ｖの高電圧負荷装置にはそのまま供給で
き、電圧変換器（メイン変換器およびサブ変換器）で段
階的に降圧していくことによって、定格電圧のより低い
低電圧負荷装置、電子制御回路へと供給することができ
る。したがって、４２Ｖ出力の電源システムは、１４Ｖ
の電力を電圧変換器で昇圧することによって定格電圧４
２Ｖの高電圧負荷装置に電力供給する１４Ｖ出力の電源
システムと比較して、エンジン駆動時における電力効率
は格段に良い。

【０００５】しかし、車両に搭載されている電力消費要
素は様々であり、盗難防止用制御回路やリモコンドア用
制御回路などの一部の電子制御回路には、エンジン停止
時においても常時電力を供給しておく必要がある。この
ため、４２Ｖ出力の電源システムでは、エンジン停止時
にもメイン変換器を作動させることにより、高電圧バッ
テリからの電力を降圧して一部の電子制御回路に常時電
力を供給するようにしている。したがって、エンジン停
止時においても、電圧変換器（メイン変換器）を駆動す
るための電力消費や電圧変換に伴う電力ロスが発生する
ため、エンジン駆動時における電力効率は、１４Ｖ出力
の電源システムに劣るという問題があった。

【０００６】この種の問題を回避するために、例えば、
特開平10- 10271674号公報に記載の車両用電源システム
では、バッテリを互いに直列接続した複数のセルで構成
し、バッテリの中間部分に位置する所定のセル間電極か
ら電子制御回路が必要とする電圧の電力を取り出すこと
により、電圧変換器（メイン変換器）を用いることなく
電子制御回路に電力を供給できるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の車両用電源システムでは、バッテリを構成している
複数のセルのうち、常に同じセルから電子制御回路に電
力を供給する構成になっているため、バッテリの充電が
なされないエンジン停止時においては、盗難防止用制御
回路やリモコンドア用制御回路などによって特定のセル
のみ電力が消費され、セル間で電力消耗量（放電量）に
ばらつきが生じてしまう。その結果、バッテリの特定の
セルが他のセルよりも多く充電、放電されることになる
ため、特定のセルのみ劣化が急速に進み、バッテリの寿
命が短くなるという問題がある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、その目的は、エンジン停止時に、電圧変換を行わず
にバッテリから必要な電圧を取り出して電子制御回路等
に電力供給できるようにして、電力消費量を少なくする
とともに、バッテリの劣化を防止できる車両用電源シス
テムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載の車両用電源システム
は、エンジンを駆動源として発電する発電機と、前記発
電機から出力される電力により充電され、充電された電
力を高電圧負荷に供給する、互いに直列接続された複数
のセルからなる高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリ
からの電力を降圧して低電圧負荷装置および電子制御回
路に供給する電圧変換器（メイン変換器）とを備えた車
両用電源システムにおいて、前記高電圧バッテリから前
記電圧変換器を介さずに前記電子制御回路に電力を供給
するためのバイパス配線と、前記電子制御回路の駆動に
必要な電力を前記バイパス配線を通して前記電子制御回
路に供給する電源制御装置と、を備え、前記電源制御装
置は、前記エンジンの停止時にのみ前記バイパス配線を
利用して前記電子制御回路に電力を供給することを特徴
とする。また、本発明の請求項２に記載の車両用電源シ
ステムは、前記請求項１に記載の車両用電源システムに
おいて、前記電源制御装置は、前記エンジンの停止時
に、前記電子制御回路の駆動に必要な電力を得るべく前
記高電圧バッテリを構成している複数のセルの中から選
択されたセルを監視し、該セルを劣化に従って切り替え
ることを特徴とする。

【００１０】上記のように構成した本発明の車両用電源
システムでは、エンジン駆動時には、発電機の電力によ
り高電圧バッテリが充電され、高電圧バッテリに充電さ
れた電力が、高電圧負荷に供給されるとともに、電圧変
換器（メイン変換器）で降圧されて低電圧負荷装置およ
び電子制御回路に供給される。エンジン停止時には、電
源制御装置によって、高電圧バッテリを構成している複
数のセルの中から、電子制御回路の駆動に必要な電力を
得るべく選択されたセルが、その劣化に従って切り替え
られる。

【００１１】したがって、エンジン停止時に、電圧変換
器（メイン変換器）を使用せずに、すなわち電圧変換を
行うことなく高電圧バッテリから必要な電圧の電力を取
り出して電子制御回路に供給できるので、電力消費量を
少なくできる。また、高電圧バッテリを構成している全
てのセルの電力消耗量を均一化することができるので、
バッテリの特定のセルが他のセルよりも多く充電、放電
されるのを防止して、特定のバッテリの早期による劣化
を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る車両用電源シ
ステムの好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明に係る車両用電源システムの一実施
の形態を示す概略構成図である。

【００１３】この車両用電源システム１は、４２Ｖの高
電圧電源部２を有している。高電圧電源部２は、充放電
可能な３６Ｖの高電圧バッテリ３と、図示しないエンジ
ンを駆動力として発電するモータジェネレータ（ＭＧ）
４とを備えている。

【００１４】高電圧バッテリ３は、モータジェネレータ
（ＭＧ）４によって生成された電力によって充電される
ようになっている。高電圧バッテリ３には、イグナイ
タ、ワイパモータ、リアウィンドの熱線デフォッガ、ド
アトリムのウィンドモータといった４２Ｖを定格電圧と
する複数の高電圧負荷装置５ａ、５ｂ、５ｃ、…が接続
されている。高電圧負荷装置５ａ、５ｂ、５ｃ、…は互
いに並列接続されている。

【００１５】高電圧バッテリ３に充電された電力は、高
電圧負荷装置５ａ、５ｂ、５ｃ、…に供給されるととも
に、メイン変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ６で降圧
されて、イグナイタ、ワイパモータ、アクセサリ類、ル
ームランプといった１４Ｖを定格電圧とする複数の低電
圧負荷装置７ａ、７ｂ、７ｃ、…と、エンジン制御回
路、エアバック制御回路、ＡＢＳ制御回路、盗難防止用
制御回路、リモコンドア用制御回路といった５Ｖ〜６Ｖ
を定格電圧とする複数の電子制御回路（ＥＣＵ）８ａ、
８ｂ、８ｃ、…に供給されるようになっている。低電圧
負荷装置７ａ、７ｂ、７ｃ、…および電子制御回路８
ａ、８ｂ、８ｃ、…は、互いに並列接続されている。電
子制御回路８ａ、８ｂ、８ｃ、…には、サブ変換器９
ａ、９ｂ、９ｃ、…が個々に設けられており、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ６からの１４Ｖの電力がサブ変換器９ａ、
９ｂ、９ｃ、…で各々５Ｖ〜６Ｖに降圧されて電子制御
回路８ａ、８ｂ、８ｃ、…に供給されるようになってい
る。

【００１６】高電圧バッテリ３は、互いに直列に接続さ
れた、例えば、１８個のセル３-1〜３-18 で構成されて
いる。各セル３-1〜３-18 の定格出力電圧は約2.1Ｖで
ある。各セル３-1〜３-18 の出力端子は、電源制御ユニ
ット（電源制御装置）１０に接続されている。電源制御
ユニット１０は、バイパス配線１１を介してＤＣ／ＤＣ
コンバータ６と電子制御回路８ａ、８ｂ、８ｃ、…とを
結ぶ電力配線１２に接続されている。

【００１７】電源制御ユニット１０は、エンジン停止時
に、高電圧バッテリ３を構成している１８個のセル３-1
〜３-18 の中から、盗難防止用制御回路、リモコンドア
用制御回路などエンジン停止中にも電力を供給し続ける
必要のある電子制御回路（ここでは電子制御回路８ａ、
８ｂとする。）の駆動に必要な電力を得るべく選択され
たセルを監視し、選択されたセルを劣化に従って切り替
えて取り出した電力をバイパス配線１１を通して電子制
御回路８ａ、８ｂに供給する機能を有している。

【００１８】電源制御ユニット１０にはイグニッション
信号（以下、ＩＧ信号と記す。）が入力される。そし
て、電源制御ユニット１０は、ＩＧ信号に応じて、ＤＣ
／ＤＣコンバータ６を制御するとともに、電子制御回路
８ａ、８ｂへの電力供給を制御する。電源制御ユニット
１０とＤＣ／ＤＣコンバータ６は制御信号線１３を介し
て信号をやりとりする。ＤＣ／ＤＣコンバータ６から電
源制御ユニット１０へは、ダイアグノス信号などが送ら
れ、電源制御ユニット１０からＤＣ／ＤＣコンバータ６
へは、制御信号が送られる。

【００１９】図２に示すように、電源制御ユニット１０
内には、高電圧バッテリ３を構成している１８個のセル
３-1〜３-18 の端子電圧（セル電極間電位差）を検出す
る電圧検出回路１４と、セル３-1〜３-18 毎に設けられ
た計１８個のセル選択用スイッチ１５-1〜１５-18 と、
電圧検出回路１４による各セル３-1〜３-18 の電圧検出
値に基づいて、各セル選択用スイッチ１５-1〜１５-18
をオン／オフ制御するバッテリ制御回路１６とが設けら
れている。

【００２０】各セル選択用スイッチ１５-1〜１５-18
は、それぞれのセル３-1〜３-18 の電極端子に接続され
ている。そして、任意の複数のセル選択用スイッチをオ
ンすると、それらのセル選択用スイッチが接続されてい
る複数のセルが直列接続され、それらのセルから電力が
取り出されるようになっている。各セルの定格出力電圧
は約２．１Ｖであるので、任意の３つのセル選択用スイ
ッチをオンすることにより、約６Ｖの電圧を取り出すこ
とができる。

【００２１】バッテリ制御回路１６は、ＩＧ信号がオフ
のときに、電圧検出回路１４による各セル３-1〜３-18
の電圧検出値に基づいて３つのセルを選択し、それらに
接続されたセル選択用スイッチ１５-1〜１５-18 をオン
することにより、高電圧バッテリ３から約６Ｖの電圧を
取り出し、バイパス配線１１を介して電子制御回路８
ａ、８ｂに供給する。

【００２２】図３（ａ）は高電圧バッテリ３の放電時の
タイミングチャート、図３（ｂ）は高電圧バッテリ３の
充電時のタイミングチャートである。図３（ａ）に示す
ように、ＩＧ信号がオフになると、バッテリ制御回路１
６、電圧検出回路１４、および１８個のセル選択用スイ
ッチ１５-1〜１５-18 のうちから常に何れか３個のセル
選択用スイッチがオンする。これにより、高電圧バッテ
リ３を構成している１８枚のセル３-1〜３-18 のうちの
３枚のセルから電力が取り出され、バイパス配線１１を
介して電子制御回路８ａ、８ｂに供給される。バッテリ
制御回路１６は、オンすると直ぐにＤＣ／ＤＣコンバー
タ停止信号を出力して、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止
させる。そして、３枚のセルのうちの１枚のセルの端子
電圧ＶB が予め設定された所定のしきい値Ｖdelta 未満
になる毎に、セル選択用スイッチがオンしていない残り
のセルの中から端子電圧が最も高いセルを選択し、その
セルのセル選択用スイッチをオンに切り換える。

【００２３】一方、図３（ｂ）に示すように、ＩＧ信号
がオンすると、バッテリ制御回路１６、電圧検出回路１
４、および全てのセル選択用スイッチ１５-1〜１５-18
はオフする。バッテリ制御回路１６はオフする直前にＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ起動信号を出力して、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ６を起動させる。これにより、高電圧バッテリ
３を構成する全てのセル３-1〜３-18 が充電状態とな
り、モータジェネレータ４で発電された電力によって充
電が行われる。

【００２４】次に、図４に示すフローチャートに従って
この実施の形態の車両用電源システムの動作について説
明する。ＩＧ信号がオンすると（Ｓ１）、すなわちエン
ジンが駆けられると、バッテリ制御回路１６は、ＤＣ／
ＤＣコンバータ制御命令（起動信号）を出力し（Ｓ
２）、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動させる（Ｓ３）。
その後、バッテリ制御回路１６は停止状態となり（Ｓ
４）、ＩＧ信号がオフになるまで、高電圧バッテリ３の
全てのセル３-1〜３-18 の充電状態が維持される（図３
（ｂ）に対応）。

【００２５】ＩＧ信号がオフになると（Ｓ５）、バッテ
リ制御回路１６が作動する（Ｓ６）。バッテリ制御回路
１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御命令（停止信号）を
出力し（Ｓ７）、ＤＣ／ＤＣコンバータ６から制御命令
が出力されていなければ（Ｓ８）、すなわち、ＩＧ信号
がオンからオフに切り替わったとき既にＤＣ／ＤＣコン
バータ６が停止していた場合には、ステップＳ３に戻
り、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を起動させる。ＤＣ／ＤＣ
コンバータ６から制御命令が出力されていれば（Ｓ
８）、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を停止させる（Ｓ９）。

【００２６】その後、バッテリ制御回路１６は、電圧検
出回路１４によって高電圧バッテリ３を構成している各
セル３-1〜３-18 の端子電圧ＶB を監視する。そして、
電圧値の高い順から３つのセルを選択し、選択したセル
のセル選択スイッチをオンさせる（Ｓ１０）。これによ
り、選択された３つのセルが放電し、その放電によって
得られた約６Ｖの電力がバイパス配線１１を介して電子
制御回路８ａ、８ｂに供給される。

【００２７】さらに、バッテリ制御回路１６は、放電さ
せている各セルの端子電圧（ＶB ）の監視を続け、各セ
ルの端子電圧ＶB が予め設定したしきい値Ｖdelta を下
回ったかどうかを判断する（Ｓ１１）。下回らない限り
（Ｓ１１）、放電中のセルをそのまま放電させる。放電
中のセルの端子電圧ＶB がしきい値Ｖdelta を下回った
ら（Ｓ１１）、放電中の該当するセルのセル選択スイッ
チをオフして、そのセルの放電を停止させる（Ｓ１
２）。

【００２８】バッテリ制御回路１６は、ＩＧ信号がオフ
の状態が続き、電子制御回路８ａ、８ｂへの電力供給が
必要であるならば（Ｓ１３）、ステップＳ１０に戻り、
放電させていない残りのセルの中から端子電圧ＶB が高
いセルを選択し、そのセルのセル選択用ス イッチをオ
ンに切り換える。これにより、ＩＧ信号がオフの間、常
に端子電圧ＶB が高い順に３つのセルが選択され、それ
らのセルから取り出された約６Ｖの電力が電子制御回路
８ａ、８ｂに供給される。

【００２９】ＩＧ信号がオンするか、あるいはＩＧ信号
はオフのままであるが電子制御回路８ａ、８ｂへの電力
供給が必要なくなった場合（Ｓ１３）、すなわちユーザ
のリモコン操作により正常にドア錠が開錠されたり、盗
難防止機能が正常に解除されたりした場合には、ステッ
プＳ１に戻り、ＩＧ信号がオン、すなわちエンジンが駆
けられる待機状態となる。

【００３０】上記のように、この実施の形態の車両用電
源システム１では、ＩＧ信号がオフ、すなわちエンジン
停止時に、高電圧バッテリ３を構成している複数（上記
の例では１８個）のセル３-1〜３-18 の中から、電子制
御回路８ａ、８ｂの駆動に必要な電力を得るべく必要数
（上記の例では３個）のセルを選択し、当該選択したセ
ルから取り出した電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介
さずにバイパス配線１１を通して電子制御回路８ａ、８
ｂに供給するようにしたので、エンジン停止時における
ＤＣ／ＤＣコンバータ６による電力消費を無くして電力
消費量を少なくするができる。

【００３１】また、その際、劣化の少ない順にセルを選
択し、そのうちの１つのセルの端子電圧ＶB が予め設定
された所定のしきい値Ｖdelta 未満になる毎に、残りの
セルの中で端子電圧ＶB が高いセルに切り換えるように
したので、高電圧バッテリ３を構成している全てのセル
３-1〜３-18 の電力消耗量を均一化することができる。
したがって、高電圧バッテリ３の特定のセルが他のセル
よりも多く充電、放電されるのを防止して、特定の高電
圧バッテリ３の劣化を防止することができる。

【００３２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。上記実施の形態では、３６Ｖの高電圧
バッテリ３を構成している１８個のセル３-1〜３-18 に
個別にセル選択用スイッチ１５-1〜１５-18 を設け、電
力を取り出すセルを個別に選択するようにしているが、
たとえば図５に示すように、３個のセル毎に一つ、合計
６個のセル選択用スイッチ１７-1〜１-6を設けてもよ
い。この場合、電圧検出回路１４による３個単位のセル
の電圧検出値に基づいて、６個のセル選択用スイッチの
どれか一つを選択的にオンさせることにより、３６Ｖの
高電圧バッテリ３から６Ｖの電力を取り出すことができ
る。

【００３３】また、上記実施の形態では、定格電圧が各
々約２Ｖの１８個のセル３-1〜３-18 で３６Ｖの高電圧
バッテリ３を構成したが、例えば定格電圧が約６Ｖの６
個のセルで高電圧バッテリ３を構成することも可能であ
る。この場合も、電圧検出回路１４による各セルの電圧
検出値に基づいて、６個のセル選択用スイッチのどれか
一つを選択的にオンさせることにより、３６Ｖの高電圧
バッテリ３から６Ｖの電力を取り出すことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用電
源システムによれば、エンジン停止時に、電圧変換を行
うことなく高電圧バッテリから必要な電圧の電力を取り
出して電子制御回路に電力供給できるので、電力消費量
を少なくするができ、かつ高電圧バッテリを構成してい
る全てのセルの電力消耗量を均一化することができるの
で、特定のバッテリの早期による劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる車両用電源システムの実施の形
態の一例を示す概略構成図である。

【図２】図１中の電源制御ユニットの構成例を示す図で
ある。

【図３】（ａ）は図１に示す車両用電源システムにおけ
る高電圧バッテリ放電時のタイミングチャート、（ｂ）
は高電圧バッテリ充電時のタイミングチャートである。

【図４】図１に示す車両用電源システムの動作内容を例
示するフローチャートである。

【図５】電源制御回路ユニットの別の構成例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 車両用電源システム ２ 高電圧電源部 ３-1〜３-18 セル ４ モータジェネレータ ５ａ、５ｂ、５ｃ、… 高電圧負荷装置 ６ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器） ７ａ、７ｂ、７ｃ、… 低電圧負荷装置 ８ａ、８ｂ、８ｃ、… 電子制御回路 ９ａ、９ｂ、９ｃ、… サブ変換器 １０ 電源制御ユニット（電源制御装置） １１ バイパス配線 １２ 電力配線 １３ 制御信号線 １４ 電圧検出回路 １５-1〜１５-18 セル選択用スイッチ １６ バッテリ制御回路 １７-1〜１７-6 セル選択用スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンを駆動源として発電する発電機
   と、 前記発電機から出力される電力により充電され、充電さ
   れた電力を高電圧負荷に供給する、互いに直列接続され
   た複数のセルからなる高電圧バッテリと、 前記高電圧バッテリからの電力を降圧して低電圧負荷装
   置および電子制御回路に供給する電圧変換器とを備えた
   車両用電源システムにおいて、 前記高電圧バッテリから前記電圧変換器を介さずに前記
   電子制御回路に電力を供給するためのバイパス配線と、 前記電子制御回路の駆動に必要な電力を前記バイパス配
   線を通して前記電子制御回路に供給する電源制御装置
   と、を備え、 前記電源制御装置は、前記エンジンの停止時にのみ前記
   バイパス配線を利用して前記電子制御回路に電力を供給
   することを特徴とする車両用電源システム。
2. 【請求項２】 前記電源制御装置は、前記エンジンの停
   止時に、前記電子制御回路の駆動に必要な電力を得るべ
   く前記高電圧バッテリを構成している複数のセルの中か
   ら選択されたセルを監視し、該セルを劣化に従って切り
   替えることを特徴とする請求項１記載の車両用電源シス
   テム。