JP2009012729A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でキャパシタの異常診断を容易に行うことができる車両用電源装置を提供する。
【解決手段】電源ＣＵ７は、エンジンスタータ３５の始動から設定時間Δｔ経過するまでの間にエンジンスタータ３５に供給される電流Ｉの積算値ΣＩを演算し、設定時間Δｔ経過時のエンジン回転数Ｎと電流Ｉの積算値ΣＩに基づいてキャパシタ２０の異常を判定する。これにより、簡単な構成でキャパシタ２０の異常診断を容易に行うことができる。すなわち、エンジンの始動システム全体として捉えたキャパシタ２０の診断を行うことにより、キャパシタ毎に専用の電圧センサを設ける等の必要がなく、簡単な構成でキャパシタの異常診断を容易に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一時停車時にエンジンを自動的に停止させるアイドリングストップ 機能を備えた車両に適用され、バッテリとキャパシタとを併用した車両用電源装置に関する。

近年、交差点等において車両が停車した際にエンジンを自動的に停止させ、予め設定されたドライバの運転操作に連動してエンジンを再始動させる、アイドリングストップ機能を備えた車両が数多く実用化されている。この種のアイドリングストップ機能を備えた車両の電源装置においては、エンジンの始動性を向上するため、鉛蓄電池（鉛バッテリ）等のバッテリと、リチウムイオンキャパシタや電気２重層キャパシタ等のキャパシタとを併用して、エンジンスタータに大電流を供給する構成が一般的である。

従って、エンジンの好適な始動性を維持するためにはキャパシタの性能を維持することが不可欠であり、キャパシタの異常診断を行うための技術として、例えば、特許文献１には、キャパシタに対する電流及び電圧の変化を計測し、これらの計測値に基づいて演算したキャパシタの静電容量または内部抵抗が許容範囲外であるときキャパシタが異常であると判定する技術が開示されている。
特開２００３−２２４９０２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、各キャパシタに専用の電圧センサ等を設ける必要があり、構造が複雑化する等の虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成でキャパシタの異常診断を容易に行うことができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両の停車時にエンジンを停止させ、予め設定されたドライバの運転操作に連動してエンジンを再始動させるアイドリングトップ機能を備えた車両に搭載され、前記エンジンの再始動時にバッテリとキャパシタとを併用してエンジンスタータへの給電を行う車両用電源装置であって、前記エンジンスタータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流に基づいて前記エンジンスタータの始動から設定時間経過するまでの間に前記エンジンスタータに供給される電流の積算値を演算する積算値演算手段と、前記設定時間経過時のエンジン回転数が予め設定された範囲外にあり、且つ、前記電流の積算値が予め設定された値以下であるとき、前記キャパシタが異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする。

本発明の車両用電源装置によれば、簡単な構成でキャパシタの異常診断を容易に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は車両用電源装置の概略構成を示す回路図、図２はキャパシタ診断ルーチンを示すフローチャート、図３はエンジン始動時にスタータに供給される電流の変化を示す説明図である。

図１に示す車両用電源装置１は、停車時にエンジンを自動的に停止させ、予め設定されたドライバの運転操作（例えば、ブレーキペダルの解放操作やアクセルペダルの踏み込み操作等）に連動してエンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を備えた車両に好適に搭載されている。この車両用電源装置１は、瞬間的な大電流を発生可能な電源部５と、エンジンの駆動力によって発電を行うオルタネータ６と、電源部５やオルタネータ６の給電制御等を行う電源コントロールユニット（電源ＣＵ）７とを備えて要部が構成されている。

電源部５は、例えば、鉛蓄電池等からなる１２Ｖのバッテリ１５と、キャパシタ装置１６と、が並列接続されて要部が構成されている。

キャパシタ装置１６は、例えば、電気２重層キャパシタ（コンデンサ）或いはリチウムイオンキャパシタ等からなる大容量のキャパシタ２０と、キャパシタ２０の電気配線２２上に介装された内部リレー２１とが筐体２３内に収容されて要部が構成されている。

内部リレー２１は、例えば、励磁コイル２１ｂが非通電のときに接点２１ａが開成（オフ）される機械式の常開リレーで構成されている。この内部リレー２１の接点２１ａは、例えば、キャパシタ２０をバッテリ１５の正極と電気的に接続する側（以下、正極側という）の電気配線２２上に介装されている。また、励磁コイル２１ｂの一端側は、接点２１ａよりも正極側で電気配線２２と電気接続され、他端側は信号線３０ａを介して電源ＣＵ７内のスイッチング素子３０と電気接続されている。これにより、励磁コイル２１ｂは、スイッチング素子３０がオン制御された際に、バッテリ１５からの通電によって励磁され、接点２１ａを閉動作（オン動作）させる。このように、内部リレー２１は、バッテリ１５から直接的に供給される電力によって閉動作が可能な常開リレーで構成されている。

ここで、本実施形態の電源部５は、キャパシタ装置１６とバッテリ１５との間に、キャパシタ装置１６側からバッテリ１５側への給電を禁止するダイオード２４を有し、このダイオード２４のアノード側には、バッテリ１５からの電流（例えば、最大５００Ａの電流）を出力可能な第１の電源配線Ｌ１が電気接続され、カソード側には、バッテリ１５及びキャパシタ２０からの大電流（例えば、最大１２００Ａの電流）を出力可能な第２の電源配線Ｌ２が電気接続されている。

第１の電源配線Ｌ１には、大電流を必要としない電気負荷として、電源ＣＵ７が電気接続されているとともに、ヘッドライト等の電気負荷３３がリレー３７を介して電気接続され、さらに、電動ドアミラー等の電気負荷３４がスイッチ３８を介して電気接続されている。

一方、第２の電源配線Ｌ２には、エンジン始動時に瞬間的な大電流を必要とする電気負荷（エンジンスタータ）３５がリレー３９を介して電気接続されているとともに、大電流を必要とするシートヒータやリヤウインドウデフォッガ等の電気負荷３６がリレー４０を介して電気接続されている。

また、第１，第２の電源配線Ｌ１，Ｌ２の中途には、イグニッションリレー２５が介装されている。さらに、イグニッションリレー２５よりも電源部５側において、第１の電源配線Ｌ１上にはオルタネータ６が電気接続されているとともに、第２の電源配線Ｌ２上には電流検出手段としての電流センサ３１が介装されている。そして、電流センサ３１からは、第２の電源配線Ｌ２を流れる電流Ｉを示す情報信号が電源ＣＵ７に出力される。

イグニッションリレー２５は、イグニッションスイッチ２６がオンされると励磁して、電源部５及びオルタネータ６側と、各電気負荷側とを電気的に接続する。このイグニッションリレー２５の励磁は、イグニッションスイッチ２６がオフされるまで継続されるようになっている。また、イグニッションスイッチ２６からは、イグニッションスイッチがオン、すなわちイグニッションスイッチ２６に差し込まれたキーがオンポジションとなったことを示す情報信号が電源ＣＵ７に出力される。

オルタネータ６は、図示しないエンジンに駆動されて発電を開始すると、第１，第２の電源配線Ｌ１，Ｌ２を介して発電電力を電気負荷側に供給するとともに、発電電力が電気負荷側での消費電力よりも大きい場合には、バッテリ１５を充電する他、ダイオード２４を介してキャパシタ２０を充電する。また、このオルタネータ６のレギュレータ制御回路（図示せず）からは、エンジンが駆動していることを示す情報信号が電源ＣＵ７に出力される。

電源ＣＵ７には、各電気負荷３３，３５，３６を作動させるためのスイッチ４５〜４７が接続されている。ここで、例えば、スイッチ４５は電気負荷３３に対応するヘッドライトスイッチ等であり、スイッチ４６は電気負荷３３に対応するシートヒータスイッチ或いはリヤウインドデフォッガスイッチ等である。また、スイッチ４７は、例えば、電気負荷（エンジンスタータ）３５を作動させるためのエンジンスタートボタン、或いはイグニッションスイッチに差し込まれているキーがエンジンスタートのポジションに位置することを検知する検知スイッチである。

電源ＣＵ７は、各スイッチ４５〜４７の操作状態等に応じて、電気負荷３３，３５，３６の作動制御を行う。すなわち、電源ＣＵ７は、オフされたスイッチ４５〜４７に応じてリレー３７，３９，４０を非励磁（オフ制御）とし、オンされたスイッチ４５〜４７に応じてリレー３７，３９，４０を励磁（オン制御）する。励磁されたリレー３７，３９，４０は、電源部５（及び、オルタネータ６）側と電気負荷３３，３５，３６側とを電気的に接続し、電気負荷３３，３５，３６側に電力を供給する。さらに、電源ＣＵ７にはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１００からエンジンの各種制御信号が入力されるようになっており、電源ＣＵ７は、アイドリングストップ制御によって自動停止したエンジンの再始動を指示する信号がＥＣＵ１００から入力されると、リレー３９をオン制御し、例えばエンジンの完爆判定がなされるまでの間、電気負荷（エンジンスタータ）３５を作動させる。尚、本実施形態において、電源ＣＵ７は、スイッチ４６がオンされている場合であっても、リレー３９がオン制御されている間は、リレー４０をオフ制御するようになっている。また、電気負荷３４は、スイッチ３８によって直接的に作動される。

また、電源ＣＵ７は、スイッチング素子３０を通じて、キャパシタ装置１６の内部リレー２１に対する開閉制御を行う。本実施形態において、電源ＣＵ７は、例えば、リレー３９或いはリレー４０がオン制御されているとき、スイッチング素子３０をオンさせて内部リレー２１を閉制御（オン制御）する。これにより、電気負荷３５或いは電気負荷３６には、バッテリ１５（及びオルタネータ６）からの電流にキャパシタ２０からの電流を加えた大電流が、第２の電源配線Ｌ２を介して供給される。また、電源ＣＵ７は、キャパシタ２０の充電量が低下していると判定した場合にも、スイッチング素子３０をオンさせて内部リレー２１を閉制御（オン制御）する。これにより、キャパシタ２０に対する充電が行われる。

ここで、電源ＣＵ７には、例えば、エンジンフードの開閉状態を検出するフードスイッチ４８が接続されており、リレー３９或いはリレー４０がオン制御されている場合や、キャパシタ２０の充電量が低下している場合であっても、エンジンフードが開状態にあることを判定した場合には、大電流に対するユーザー保護の観点に基づき、内部リレー２１を開制御する。

さらに、電源ＣＵ７は、電流センサ３１から入力される第２の電源配線Ｌ２の電流Ｉと、ＥＣＵ１００から入力されるエンジンの制御情報とに基づいて、キャパシタ２０の診断を行う。すなわち、本実施形態において、リレー３９がオン制御されると、電源ＣＵ７は、エンジンスタータ３５が始動されてから設定時間Δｔが経過するまでの間に電流センサ３１で検出される電流Ｉ（エンジンスタータ３５に供給される電流Ｉ）の積算値ΣＩを演算する。そして、電源ＣＵ７は、設定時間Δｔ経過時のエンジン回転数Ｎが予め設定された範囲外にあり、且つ、電流Ｉの積算値ΣＩが予め設定された値以下であるとき、キャパシタ２０が異常であると判定する。すなわち、電源ＣＵ７は、一定範囲の電流が検出されつつ、設定時間Δｔ内にエンジン回転数が所定回転数に達するか否かに基づいてキャパシタ２０の診断を行う。このように、本実施形態において、電源ＣＵ７は、積算値演算手段、及び、異常判定手段としての機能を有する。

次に、電源ＣＵ７で実行されるキャパシタ２０の診断について、図２に示すキャパシタ診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、例えば、リレー３９がオン制御される毎に実行され、ルーチンがスタートすると、電源ＣＵ７は、先ず、ステップＳ１０１において、エンジンの冷却水温及び油温が予め設定された温度（水温及び油温）以上であるか否かにより、エンジンが暖機完了状態にあるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０１において、エンジンの冷却水温或いは油温の少なくとも何れか一方が設定温度に達していない場合、電源ＣＵ７は、現在、エンジンは暖機前の状態にあり、リフレクション等の影響が大きいためキャパシタ２０の診断には適さないと判定して、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０１において、エンジンの冷却水温及び油温が設定温度以上であり、エンジンが暖機完了状態にある場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０２に進み、電流センサ３１で検出される電流Ｉの積算値ΣＩの演算（図３参照）を行った後、ステップＳ１０３に進み、エンジンスタータ３５が始動されてから設定時間Δｔが経過したか否かを調べる。ここで、エンジンスタータ３５は、例えば、エンジンの耐久性に影響を及ぼす過剰なトルクの発生を抑制しつつ、ドライバに違和感のないレスポンスでエンジンを始動させるようチューニングされており、設定時間Δｔは、このようなチューニング下で、エンジンを的確に始動させるまでに要する時間に設定されている。具体的には、設定時間Δｔは、例えば、Δｔ＝０．７秒に設定されている。

そして、ステップＳ１０３において、エンジンスタータ３５を始動してから設定時間Δｔが経過していない場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０２に戻る。

一方、ステップＳ１０３において、エンジンスタータ３５を始動してから設定時間Δｔが経過している場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ１００からエンジンの制御情報として入力されている現在のエンジン回転数Ｎが予め設定された範囲内（Ｎ0−ΔＮ≦Ｎ≦Ｎ0＋ΔＮ）であるか否かを調べる。ここで、本実施形態において、Ｎ0＋ΔＮは予め設定された通常のアイドル回転数以下の回転数に設定され、Ｎ0−ΔＮエンジンが始動したと見なせる最小回転数（始動限界回転数）よりもやや高い回転数に設定されている。具体的には、例えば、通常のアイドル回転数が６００ｒｐｍに設定され、始動限界回転数が３００ｒｐｍである場合において、Ｎ0＝３５０ｒｐｍ、ΔＮ＝５０ｒｐｍに設定されている。

そして、ステップＳ１０４において、エンジン回転数ＮがＮ0−ΔＮ≦Ｎ≦Ｎ0＋ΔＮである場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０５に進み、キャパシタ２０を含むエンジンの始動システムが正常であると判定した後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０４において、エンジン回転数ＮがＮ0−ΔＮ≦Ｎ≦Ｎ0＋ΔＮでない場合、電源ＣＵ７は、エンジンの始動システムに何らかの異常があると判定してステップＳ１０６に進み、電流積算値ΣＩが設定値以下であるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０６において、電流積算値ΣＩが設定値以下である場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０７に進み、キャパシタ２０が異常であると判定した後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０６において、電流積算値ΣＩが設定値よりも大きい場合、電源ＣＵ７は、ステップＳ１０８に進み、エンジン始動システムのキャパシタ２０以外に何らかの異常があると判定した後、ルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、エンジンスタータ３５の始動から設定時間Δｔ経過するまでの間にエンジンスタータ３５に供給される電流Ｉの積算値ΣＩを演算し、設定時間Δｔ経過時のエンジン回転数Ｎと電流Ｉの積算値ΣＩに基づいてキャパシタ２０の異常を判定することにより、簡単な構成でキャパシタ２０の異常診断を容易に行うことができる。すなわち、電源ＣＵ７は、単にキャパシタ２０着目して診断を行うのではなく、アイドリングストップ機能を備えた車両のエンジン始動システム全体に着目してキャパシタ２０の診断を行うことにより、キャパシタ毎に専用の電圧センサを設ける等の必要がなく、簡単な構成でキャパシタの異常診断を容易に行うことができる。

この場合において、エンジンスタータ３５始動時におけるエンジンが暖機前の状態ある場合には、フリクション等の影響を考慮し、キャパシタ２０の診断を行わないことにより、誤判定を防止して診断精度を向上することができる。

ここで、本実施形態において、電源ＣＵ７にはテスト端子４９が接続されており、電源ＣＵ７は、テスト端子４９を通じて入力される制御信号に基づいてテストモードによるエンジン始動を行うことが可能となっている。そして、電源ＣＵ７は、テストモードでエンジン始動を行う際に、上述のキャパシタ診断ルーチンと略同様の処理によりキャパシタ２０の異常診断を行うことが可能となっている。これにより、例えば、工場内のラインエンドでのキャパシタ診断やディーラ等でのキャパシタ診断を、簡便なオンザカー診断によって実現することができる。しかも、工場内やディーラ等において、テスト端子４９等を通じて環境条件等を入力すれば、高い精度でキャパシタの診断を行うことができる。

車両用電源装置の概略構成を示す回路図 キャパシタ診断ルーチンを示すフローチャート エンジン始動時にスタータに供給される電流の変化を示す説明図

符号の説明

１ … 車両用電源装置
５ … 電源部
６ … オルタネータ
７ … 電源コントロールユニット（積算値演算手段、異常判定手段）
１５ … バッテリ
１６ … キャパシタ装置
２０ … キャパシタ
２１ … 内部リレー
２１ａ … 接点
２１ｂ … 励磁コイル
２２ … 電気配線
２３ … 筐体
２４ … ダイオード
２５ … イグニッションリレー
２６ … イグニッションスイッチ
３０ … スイッチング素子
３０ａ … 信号線
３１ … 電流センサ（電流検出手段）
３１ａ … 信号線
３３〜３６ … 電気負荷（３５ … エンジンスタータ）
３７，３９，４０ … リレー
３８，４５，４６，４７ … スイッチ
４８ … フードスイッチ
４９ … テスト端子
１００ … エンジンコントロールユニット
Ｌ１ … 第１の電源配線
Ｌ２ … 第２の電源配線

Claims (2)

1. 車両の停車時にエンジンを停止させ、予め設定されたドライバの運転操作に連動してエンジンを再始動させるアイドリングトップ機能を備えた車両に搭載され、前記エンジンの再始動時にバッテリとキャパシタとを併用してエンジンスタータへの給電を行う車両用電源装置であって、
   前記エンジンスタータに供給される電流を検出する電流検出手段と、
   前記検出した電流に基づいて前記エンジンスタータの始動から設定時間経過するまでの間に前記エンジンスタータに供給される電流の積算値を演算する積算値演算手段と、
   前記設定時間経過時のエンジン回転数が予め設定された範囲外にあり、且つ、前記電流の積算値が予め設定された値以下であるとき、前記キャパシタが異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記異常判定手段は、前記エンジンスタータ始動時におけるエンジンが暖機前の状態にあるとき、前記キャパシタの異常判定を行わないことを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。

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