JP2009061936A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載バッテリの残容量及び劣化度に基づく適切な負荷制御を、電流センサを用いない低部品コストの簡単な構成で行う車両用電源装置の提供。
【解決手段】車載バッテリ４の電圧値を電圧検出手段７が検出し、検出した電圧値が所定電圧値より低いと判定したときは、電気負荷８〜１０の何れかをオフにする車両用電源装置。エンジン１２が始動する前に検出した電圧値を開放電圧値として取得し、エンジン１２が始動する際に検出した極小電圧値を取得し、開放電圧値及び極小電圧値の対応関係、取得した極小電圧値、及び取得した電圧値に基づき、車載バッテリ４の劣化度を判定する劣化度判定手段（５）と、劣化度判定手段（５）が判定した劣化度の大／小に応じて、所定電圧値を高／低に切換え設定する手段（５）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、車載発電機により充電され、複数の電気負荷に電力を供給する車載バッテリとを備え、車載バッテリの電圧値が所定電圧値より低いと判定したときに、電気負荷の１又は複数をオフにする負荷制御を行う車両用電源装置に関するものである。

車両に搭載されたエンジンは、自力では始動できないので、始動用の電動モータ（スタータ、セルモータ、始動装置）を備えている。一般的には、イグニッション（点火）スイッチでエンジンの点火装置をオンにした状態で、更にイグニッションスイッチ（スタータスイッチ）を回すことにより、エンジンにスタータが連結されると共に、車載バッテリから電力が供給され、スタータが駆動する。
その際、スタータには数百アンペアの始動電流（突入電流）が瞬間的に流れ、そのときの車載バッテリの下限電圧値（極小電圧値）が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、所謂エンスト状態となる。

そこで、車両、特に、アイドリング時にエンジンを停止させるアイドリングストップ車両では、車載バッテリの残容量（ＳＯＣ;State Of Charge）を監視し、エンジンが停止した後、再始動できる程度に維持する必要がある。その為、残容量が所定値以下になると、予め定めてある電気負荷をオフにする負荷制御を行う車両が実現されるようになって来ている。
車載バッテリの残容量（ＳＯＣ;State Of Charge）は、車載バッテリの開放電圧値と略線形の関係が有り、開放電圧値から残容量を求めることができる。また、上述した下限電圧値及び開放電圧値にも、車載バッテリの劣化度（ＳＯＨ;State Of Health）に応じて、図２（ｃ）の曲線Ａ，Ｂ，Ｃのような対応関係が存在する。

特許文献１には、エンジンに駆動される発電機により充電されると共に、車両用電気負荷に給電する主蓄電手段と、主蓄電手段に並列接続された副蓄電手段とを備えた車両用電源装置が開示されている。この車両用電源装置は、主蓄電手段の所定レベル以上の充電電圧不足を検出しない場合は、主蓄電手段による副蓄電手段への充電を実施し、主蓄電手段の所定レベル以上の充電電圧不足を検出した場合は、副蓄電手段による主蓄電手段への充電を実施する。
特開平７−１７０６７１号公報

上述した負荷制御を行う場合、従来は、車両走行中に車載バッテリの残容量を検出するのは困難であるので、残容量の代わりに車載バッテリの電圧値を閾値にしていることが多い。その場合、車両走行中の車載バッテリの電圧値は、充放電に伴う分極現象があるので、開放電圧値のようには正確に残容量を示すことはできず、また、車載バッテリの検出していない劣化度の影響も大きいので、余裕を持たせて、閾値を高めに設定せざるを得ない。その為、電気負荷の使用が早めに制限され、利便性が大きく低下するという問題がある。
一方、従来から、車載バッテリの入出電流を検出することにより、車載バッテリの残容量及び劣化度を求め、これらに基づき、電源制御を行う例があるが、高精度の電流センサを必要とする為、構成が複雑になり、また、部品コストが上昇するという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、車載バッテリの残容量及び劣化度に基づく適切な負荷制御を、電流センサを用いない低部品コストの簡単な構成で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。

第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、複数の電気負荷に電力を供給する車載バッテリと、該車載バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が低いと判定したときは、前記電気負荷の１又は複数をオフにするように構成してある車両用電源装置において、前記エンジンが始動する都度、該エンジンが始動する前に前記電圧検出手段が検出した電圧値を開放電圧値として取得する電圧取得手段と、前記エンジンが始動する際に前記電圧検出手段が検出した極小電圧値を取得する極小電圧取得手段と、前記開放電圧値及び極小電圧値の対応関係、前記極小電圧取得手段が取得した極小電圧値、及び前記電圧取得手段が取得した電圧値に基づき、前記車載バッテリの劣化度を判定する劣化度判定手段と、該劣化度判定手段が判定した劣化度の大／小に応じて、前記所定電圧値を高／低に切換え設定する手段とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、車載発電機が、エンジンに連動して発電し、車載バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、複数の電気負荷に電力を供給する。検出した車載バッテリの電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定し、所定電圧値より低いと判定したときは、電気負荷の１又は複数をオフにする。エンジンが始動する都度、エンジンが始動する前に検出した車載バッテリの電圧値を開放電圧値として取得し、エンジンが始動する際に検出した車載バッテリの極小電圧値を取得する。開放電圧値及び極小電圧値の対応関係、取得した極小電圧値、及び開放電圧値として取得した電圧値に基づき、車載バッテリの劣化度を判定し、判定した劣化度の大／小に応じて、前記所定電圧値を高／低に切換え設定する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記劣化度判定手段は、車載バッテリの開放電圧値と、前記エンジンが始動する際の前記車載バッテリの極小電圧値との予め実測又は計算により求めた対応関係を記録したテーブルを備え、前記電圧取得手段が取得した電圧値と一致する前記テーブル上の開放電圧値に対応する極小電圧値と、前記極小電圧取得手段が取得した極小電圧値との低／高を判定するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、テーブルが、車載バッテリの開放電圧値と、エンジンが始動する際の車載バッテリの極小電圧値との予め実測又は計算により求めた対応関係を記録してある。開放電圧値として取得した電圧値と一致するテーブル上の開放電圧値に対応する極小電圧値と、取得した極小電圧値との低／高を判定して、車載バッテリの劣化度を大／小に判定する。

第１，２発明に係る車両用電源装置によれば、車載バッテリの残容量及び劣化度に基づく適切な負荷制御を、電流センサを用いない低部品コストの簡単な構成で行うことができる車両用電源装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が、エンジン１２に連動して発電する。その発電電圧は、オルタネータ１に付設されたレギュレータ２が、オルタネータ１の界磁電流を調節することにより定電圧制御される。

オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、車載バッテリ４に充電され、また、車両内の電気負荷に供給される。電源制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５内の電圧検出手段７が、車載バッテリ４の電圧値を検出する。電源制御ＥＣＵ５にはイグニッションスイッチ１３内のスタータスイッチのオン／オフ信号が与えられる。
車載バッテリ４の出力電圧は、リレーボックス３内のそれぞれのヒューズ及びリレー接点を通じて、シートヒータ８、空調装置９、その他の電気負荷１０等にそれぞれ印加され、また、リレーボックス３を介さずに、イグニッションスイッチ１３内のスタータスイッチによりオン／オフされるスタータ１４にも印加される。

イグニッションスイッチ１３のオン／オフ信号が、リレーボックス３に与えられ、リレーボックス３内で点火装置１１の電源をオン／オフする。また、イグニッションスイッチ１３内のアクセサリスイッチのオン／オフ信号が、リレーボックス３に与えられ、リレーボックス３内でラジオ等の電気負荷の電源をオン／オフする。

図２（ａ）に示す、車載バッテリ４の開放電圧値ＶＯ、及びエンジン１２始動時の車載バッテリ４の下限電圧値ＶＬ（スタータ１４の突入電圧）の関係は、車載バッテリ４の内部抵抗Ｒｂの影響が大きく、内部抵抗Ｒｂは図２（ｂ）に示すような特性を有している。その為、開放電圧値ＶＯ及び下限電圧値ＶＬの特性は、図２（ｃ）の曲線Ａ，Ｂ，Ｃに示すような特性となる。
車載バッテリ４の劣化度が大きくなれば、内部抵抗Ｒｂも大きくなっており、図２（ｂ）に示す特性曲線は、上方へ推移する。また、下限電圧値ＶＬが低下するので、劣化度小→大と変化して行くのに応じて、図２（ｃ）の特性曲線は、Ａ→Ｂ→Ｃと推移して行く。

本実施の形態では、車載バッテリ４と同型バッテリの、例えば、新品状態と劣化が進んで交換が必要である状態との中間程度の劣化状態での開放電圧値−下限電圧値特性（例えば曲線Ｂ）を、実測又は計算により求めておき、そのデータをテーブルとして、電源制御ＥＣＵ５が内蔵するメモリ６に記録してある。
車両が走行中、電源制御ＥＣＵ５は、電圧検出手段７で検出した車載バッテリ４の電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定し、所定電圧値より低いと判定したときは、先ず、シートヒータ８をオフにし、所定時間経過後も、車載バッテリ４の電圧値が回復しないときは、更に空調装置９をオフにする負荷制御を行う。電源制御ＥＣＵ５は、上述した所定電圧値として高低２つの電圧値を有しており、車載バッテリ４の劣化度に応じて切換え設定する。

電源制御ＥＣＵ５は、また、エンジン１２が始動する都度、エンジン１２が始動する直前に、電圧検出手段７が検出した車載バッテリ４の電圧値を開放電圧値として取得し、エンジン１２が始動する際に検出した車載バッテリ４の下限電圧値を取得する。
電源制御ＥＣＵ５は、取得した開放電圧値と一致するメモリ６内のテーブル上の開放電圧値に対応する下限電圧値と、取得した下限電圧値との低／高を判定し、取得した下限電圧値の方が低いときは、車載バッテリ４の劣化度が大であると判定する。劣化度が大であると判定したときは、上述した負荷制御の所定電圧値を高い方の電圧値に設定する。一方、劣化度が小であると判定したときは、負荷制御の所定電圧値を低い方の電圧値に設定する。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御ＥＣＵ５は、イグニッションスイッチ１３がオンになると（Ｓ１）、先ず、負荷制御を開始するか否かの判定基準電圧値（所定電圧値）Ｖｓを設定する（Ｓ３）。
電源制御ＥＣＵ５は、次に、電圧検出手段７で検出した車載バッテリ４の電圧値Ｖを読込み（Ｓ５）、読込んだ電圧値Ｖが、判定基準電圧値Ｖｓ以上であるか否かを判定し（Ｓ７）、判定基準電圧値Ｖｓ以上でなければ、負荷制御を実行する（Ｓ９）。

電源制御ＥＣＵ５は、負荷制御を実行した（Ｓ９）後、イグニッションスイッチ１３がオフにされたか否かを判定し（Ｓ１１）、オフにされていなければ、電圧検出手段７で検出した車載バッテリ４の電圧値Ｖを読込む（Ｓ５）。オフにされていれば終了する。
電源制御ＥＣＵ５は、読込んだ電圧値Ｖが、判定基準電圧値Ｖｓ以上であれば（Ｓ７）、負荷制御を解除（中止）し、又は負荷制御を実行することなく（Ｓ１３）、イグニッションスイッチ１３がオフにされたか否かを判定する（Ｓ１１）。

電源制御ＥＣＵ５は、判定基準電圧値（所定電圧値）Ｖｓを設定する際（Ｓ３）、イグニッションスイッチ１３内のスタータスイッチによりスタータ１４がオンになる迄（Ｓ１７）、電圧検出手段７で検出した車載バッテリ４の電圧値Ｖを読込み、記憶更新している（Ｓ１５）。
電源制御ＥＣＵ１２は、スタータ１４がオンにされる都度（Ｓ１７）、そのときの車載バッテリ４の下限電圧値（極小電圧値）ＶＬを読込む（Ｓ１９）。次いで、読込み記憶更新した電圧値Ｖ（Ｓ１５）を開放電圧値と見なして、電圧値Ｖ及び下限電圧値ＶＬに基づき、メモリ６内のテーブルを参照し（Ｓ２１）、車載バッテリ４の劣化度が大であるか否かを判定する（Ｓ２３）。

電源制御ＥＣＵ１２は、車載バッテリ４の劣化度が大であるか否かを判定する際（Ｓ２３）、電圧値Ｖと一致するテーブル上の開放電圧値を検索し、検索した開放電圧値に対応する下限電圧値と、取得した下限電圧値ＶＬとの低／高を判定する。取得した下限電圧値ＶＬの方が低いときは、車載バッテリ４の劣化度が大であると判定し、下限電圧値ＶＬの方が高いときは、車載バッテリ４の劣化度が小であると判定する。
電源制御ＥＣＵ１２は、劣化度が大であると判定した（Ｓ２３）ときは、判定基準電圧値Ｖｓを高い方の電圧値に設定し（Ｓ２５）リターンする。一方、劣化度が小であると判定した（Ｓ２３）ときは、判定基準電圧値Ｖｓを低い方の電圧値に設定し（Ｓ２７）リターンする。

以上を図５，６のタイミングチャートにまとめると、イグニッションスイッチ１３がオンになると（ａ）、エンジン１２の点火装置１１の電源がオンになり（ｂ）、スタータ１４がオンになる（ａ）。
イグニッションスイッチ１３がオンになる直前（ａ）から、スタータ１４がオンになってオフになる（ａ）迄の間、車載バッテリ４の状態検知が行われ、残容量（ＳＯＣ≒開放電圧値）が求められ、劣化度（ＳＯＨ）が判定される（ｃ）。

車載バッテリ４の劣化度（ＳＯＨ）が大であると判定されたときは、負荷制御の為の判定基準電圧値（閾値）は、高に設定され（図６（ｄ））、劣化度（ＳＯＨ）が小であると判定されたときは、判定基準電圧値（閾値）は、低に設定される（図５（ｄ））。
これにより、負荷制御が実行される場合に、車載バッテリ４の劣化度が大であるときは、早期に実行され、シートヒータ８及び空調装置９が早めにオフにされ（図６（ｅ）（ｆ））、劣化度が小であるときは、遅れて実行され、シートヒータ８及び空調装置９は遅れてオフにされる（図５（ｅ）（ｆ））。その為、シートヒータ８及び空調装置９の稼働時間が増加し、その分、快適さが増すことになる。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 車載バッテリの特性を示す特性図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２ レギュレータ
４ 車載バッテリ
５ 電源制御ＥＣＵ（電圧取得手段、極小電圧取得手段、劣化度判定手段、切換え設定する手段）
６ メモリ
７ 電圧検出手段
８ シートヒータ
９ 空調装置
１２ エンジン
１３ イグニッションスイッチ
１４ スタータ

Claims (2)

1. エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、複数の電気負荷に電力を供給する車載バッテリと、該車載バッテリの電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が低いと判定したときは、前記電気負荷の１又は複数をオフにするように構成してある車両用電源装置において、
   前記エンジンが始動する都度、該エンジンが始動する前に前記電圧検出手段が検出した電圧値を開放電圧値として取得する電圧取得手段と、前記エンジンが始動する際に前記電圧検出手段が検出した極小電圧値を取得する極小電圧取得手段と、前記開放電圧値及び極小電圧値の対応関係、前記極小電圧取得手段が取得した極小電圧値、及び前記電圧取得手段が取得した電圧値に基づき、前記車載バッテリの劣化度を判定する劣化度判定手段と、該劣化度判定手段が判定した劣化度の大／小に応じて、前記所定電圧値を高／低に切換え設定する手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記劣化度判定手段は、車載バッテリの開放電圧値と、前記エンジンが始動する際の前記車載バッテリの極小電圧値との予め実測又は計算により求めた対応関係を記録したテーブルを備え、前記電圧取得手段が取得した電圧値と一致する前記テーブル上の開放電圧値に対応する極小電圧値と、前記極小電圧取得手段が取得した極小電圧値との低／高を判定するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。

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