JP2010083178A

JP2010083178A - 車両用電源制御装置

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Publication number: JP2010083178A
Application number: JP2008251277A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Yoshida; 勝正吉田; Haruhiro Hirano; 晴洋平野; Akitomo Kume; 章友久米; Hideki Sanai; 英樹佐内
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP5182576B2

Abstract

【課題】キャパシタの劣化を抑制しつつ、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図ることが可能な車両用電源制御装置の提供。
【解決手段】車両用電気負荷に電力を供給するバッテリ５の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段４と、バッテリ５に電力を供給するキャパシタ１の電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段３と、キャパシタ１の劣化に関連する外気温に基づいて、残存時間を設定し、イグニッションスイッチが切られてから残存時間が経過するまでの間、キャパシタ電圧をバッテリ電圧以上に維持しつつ、キャパシタ１に蓄積された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してバッテリ５に移送するさせるＥＣＵ７とを備え、残存時間経過後、キャパシタ１を消費負荷に接続して放電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源制御装置に係り、より詳細には、バッテリとキャパシタを備えた車両用電源を制御する車両用電源制御装置に関する。

従来の車両用電源制御装置の一例が、下記の特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の技術によれば、車両停止時に、キャパシタに蓄積されている電力を、バッテリ電圧と等しくなるまでバッテリに移送し、残りの蓄積されている電力は、モータジェネレータのコイルに流して放電させる。

特開２００７−０８２３７６号公報

ところで、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図るためには、キャパシタに蓄積された電力をエンジン始動に使用することが望まれる。一方、キャパシタに長時間電力を蓄積したままにしておくと、キャパシタの劣化が進行する。

そこで、本発明は、キャパシタの劣化を抑制しつつ、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図ることが可能な車両用電源制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の車両用電源制御装置によれば、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、上記バッテリに電力を供給するキャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、上記キャパシタの劣化に関連するパラメータ値に基づいて、残存時間を設定する残存時間設定手段と、イグニッションスイッチが切られてから上記残存時間が経過するまでの間、上記キャパシタ電圧を上記バッテリ電圧以上に維持しつつ、上記キャパシタに蓄積された電力を電圧変換器を介して上記バッテリに移送する電力移送制御手段とを備えることを特徴としている。

これにより、キャパシタに蓄積された電力でバッテリが充電されるので、キャパシタに蓄積された電力の有効利用が図られる。そのうえ、キャパシタ電圧が低下するので、キャパシタの劣化の進行が抑制される。さらに、残存時間中は、キャパシタ電圧がバッテリ電圧以上に維持されるため、キャパシタにある程度の電力が蓄積されたままとなる。その電力をエンジン始動等に利用することも期待できる。したがって、本発明によれば、キャパシタの劣化を抑制しつつ、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図ることが可能となる。

また、本発明において好ましくは、上記残存時間設定手段は、上記パラメータ値として車両の外気温を使用し、外気温が高いほど上記残存時間を短く設定する。
キャパシタに電力が蓄積された状態では、一般に、外気温が高いほど、キャパシタの劣化の進行は早くなる傾向がある。そこで、外気温が高いほど、残存時間を短く設定すれば、残存時間経過後にキャパシタ電圧をバッテリ電圧よりも下げることが可能となるので、キャパシタの劣化が確実に抑制される。

また、本発明において好ましくは、上記電力移送制御手段は、上記残存期間中にエンジンが始動される場合、上記キャパシタに蓄積されている電力をエンジン始動用モータの駆動に使用する。
これにより、アイドリングストップ等の短時間のエンジン停止後に、エンジンを再始動させる際に、キャパシタに残存している電力を利用することができる。これにより、バッテリの消耗の抑制を図ることができる。

また、本発明において好ましくは、上記キャパシタと消費負荷とを接続する開閉接続装置を更に備え、上記電力移送制御手段は、上記残存時間経過後、上記開閉接続装置を導通させて、上記キャパシタを消費負荷に接続させる。
このように、残存時間経過後に、キャパシタに蓄積されていた電力が消費され、キャパシタ電圧が更に低下する。これにより、残存時間経過までは、キャパシタに蓄積された電力の有効利用が可能な状態を維持しつつ、残存時間経過後は、キャパシタの劣化の更なる抑制が図られる。

このように、本発明の車両用電源制御装置によれば、キャパシタの劣化を抑制しつつ、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図ることが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の車両用電源制御装置の実施形態を説明する。
まず、図１のブロック図を参照して、実施形態の車両用電源制御装置の構成説明する。本実施形態の車両用電源制御装置は、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリ５とバッテリ５に電力を供給するキャパシタ１とを備えた車両用電源装置を制御するのに好適な構成を有する。

図１に示すように、エンジン始動用モータであるモータージェネレータ２の回転軸は、ベルト等の動力伝達手段を介して、エンジン６の回転軸に連結されている。そして、車両の減速時には、回生制動によりモータージェネレータ２が発電機として機能する。モータージェネレータ２の出力電圧は、インバータ８により交流電圧から所望の直流電圧に変換される。回生電力は、キャパシタ１に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してバッテリ５にも供給される。

図１に示すキャパシタ１は、直列に接続された９つのキャパシタセルから構成されている。キャパシタセル一つ当たりの最大電圧は、２．８Ｖである。したがって、正常なキャパシタ１全体の最大電圧は、２５．２Ｖ（＝２．８Ｖ×９）である。
なお、キャパシタ１を構成するキャパシタセルの数は任意好適な数を選択することができる。ただし、キャパシタ１全体の最大電圧が、バッテリ５の電圧（例えば１４Ｖ）以上であることが望ましい。

そして、図１に示すように、本発明の実施形態の車両用電源制御装置は、バッテリ５の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段４と、キャパシタ１の電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段３と、ＥＣＵ（electric control unit：電子制御装置）７とを備えている。
なお、キャパシタ電圧は、キャパシタ１全体の両端子間の電位差として測定される。すなわち、キャパシタ１の両端子のうちの一方の端子が接地されており、他方の端子の電位として測定される。また、バッテリ電圧は、バッテリの両端子間の電位差として測定される。

ＥＣＵ７は、キャパシタ５の劣化に関連するパラメータ値に基づいて、残存時間ｔを設定する残存時間設定手段としての機能と、イグニッションスイッチが切られてから残存時間ｔが経過するまでの間、キャパシタ電圧Ｖｃをバッテリ電圧Ｖｂ以上に維持しつつ、キャパシタ５に蓄積された電力を電圧変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してバッテリ５に移送する電力移送制御手段としての機能を有する。
なお、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、キャパシタ１側からバッテリ５側への降圧コンバータ機能のみを有し、昇圧機能は有していない。

キャパシタに蓄積された電力でバッテリを充電することにより、キャパシタに蓄積された電力の有効利用が図られる。そのうえ、バッテリへの電力供給によりキャパシタ電圧が低下するので、キャパシタの劣化の進行が抑制される。さらに、残存時間中は、キャパシタ電圧がバッテリ電圧以上に維持されるため、キャパシタにある程度の電力が蓄積されたままとなる。

しかし、キャパシタに電力を長時間蓄積したままにしておくと、すなわち、キャパシタ電圧が高い状態で長時間経過すると、キャパシタが劣化する。このため、本実施形態では、イグニッションスイッチが切られた後、所定の残存時間が経過するまでの間は、キャパシタ電圧をバッテリ電圧以上に維持するが、所定の残存時間経過後は、キャパシタ電圧を更に低下させる。所定の残存時間は任意好適な値を設定することができるが、例えば、１時間程度である。さらに、所定の残存時間は、キャパシタの劣化に関連するパラメータに応じて設定するのが望ましい。

一般に、外気温が高いほど、キャパシタの劣化の進行は早くなる傾向がある。そこで、本実施形態では、キャパシタ５の劣化に関連するパラメータ値として車両の外気温を使用する。外気温は、例えば、車両に搭載された温度センサによって測定するのがよい。そして、ＥＣＵ７は、外気温が高いほど残存時間ｔを短く設定する。このように残存時間を設定すれば、キャパシタの劣化が確実に抑制される。
なお、ＥＣＵ７は、イグニッションスイッチが切られてからの経過時間を計測するタイマとしての機能も有する。

イグニッションスイッチが切られた後、再びエンジンが始動される際には、ＥＣＵ７によって第１リレースイッチ９が閉じて導通状態となり、バッテリ５からモータージェネレータ２へ電力が供給される。その結果、モータージェネレータ２が駆動され、その回転軸の回転力がエンジン６の回転軸に伝達される。

また、残存時間中であれば、エンジン６が始動された場合に、キャパシタ１に蓄積されている電力もモータージェネレータ２の駆動に使用される。これにより、アイドリングストップ等の短時間のエンジン停止後に、エンジンを再始動させる際に、キャパシタに残存している電力を利用することができる。これにより、バッテリの消耗が抑制される。

なお、図１に示すように、バッテリ５には、負荷１１も接続されている。負荷１１には、ヘッドライトやカーエアコンといった車両搭載の電気機器の他、暗電流負荷も含まれる。

さらに、図１に車両用電源制御装置は、キャパシタ１と消費負荷１３とを接続する開閉接続装置として第２リレースイッチ１２を更に備えている。ＥＣＵ７は、残存時間経過後、第２リレースイッチ１２を導通させて、キャパシタ１を消費負荷に接続させる。これにより、残存時間経過後に、キャパシタに蓄積されていた電力が消費され、キャパシタ電圧が更に低下する。その結果、残存時間経過までは、キャパシタに蓄積された電力の有効利用を図りつつ、残存時間経過後は、キャパシタの劣化の更なる抑制が図られる。
なお、消費負荷は、例えば、車体とするとよい。その場合、キャパシタに蓄積されていた電力は、車体を通じて地面に放電される。

次に、図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して、本発明の実施形態の動作例を説明する。
図３のタイミングチャートの横軸は時間を表し、１段目の実線ＩはＤＣ／ＤＣコンバータ１０の稼働状態を表し、２段目の実線IIは第２リレースイッチ１２の開閉状態を表し、３段目の実線IIIはキャパシタ電圧Ｖｃを表し、４段目の実線IVはイグニッションスイッチの状態を表す。

図２のフローチャートに沿って説明すると、まず、ＥＣＵ７は、バッテリ電圧Ｖｂ、キャパシタ電圧Ｖｃ、イグニッションスイッチのオン／オフ、及び外気温Ｔａを検出する（Ｓ１）。

そして、図３のタイミングチャートの時刻Ｔ１に、イグニッションスイッチが切られると（Ｓ２で「Ｙｅｓ」の場合）、ＥＣＵ７は、外気温Ｔａに基づいて残存時間ｔを設定する（Ｓ３）。さらに、ＥＣＵ７は、タイマ機能を作動させて、イグニッションスイッチが切られた時刻Ｔ１からの経過時間の計測を開始する（Ｓ４）。

ここで、図４のグラフに、外気温と残存時間の関係の一例を示す。図４のグラフの横軸は外気温を表し、縦軸は設定される残存時間を表す。そして、グラフ中の直線Ｖは、外気温が高いほど、残存時間が短くなることを示している。なお、外気温と残存時間との関係は必ずしも線形でなくてもよい。

そして、タイマの作動時間が設定された残存時間ｔ未満である場合（Ｓ５で「Ｙｅｓ」の場合）であって、かつ、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂ以上である場合（Ｓ６で「Ｎｏ」の場合）、図３のタイミングチャートの実線Ｉに示すように、ＥＣＵ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を稼働させる（Ｓ７）。これにより、キャパシタ１に蓄積されている電力が、バッテリ５及び暗電流負荷に供給される（Ｓ８）。

このように、タイミングチャートの時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの区間（Ａ）に相当するように、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂより高い場合には、キャパシタの劣化の要因となる余剰電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して徐々にバッテリ５に移送される。これにより、キャパシタ電圧が低下するとともに、キャパシタに蓄積されていた電力の有効利用が図られる。
なお、このとき、暗電流負荷にも電力が供給される。

また、タイマの作動時間が設定された残存時間ｔ未満である場合（Ｓ５で「Ｎｏ」の場合）であって、かつ、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂ以上でない場合（Ｓ６で「Ｎｏ」の場合）、図３のタイミングチャートの実線Ｉに示すように、ＥＣＵ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の稼働を停止させる（Ｓ９）。この場合、キャパシタ１に蓄積されている電力は、バッテリ５へは供給されず、暗電流負荷にのみ供給される（Ｓ１０）。

このように、タイミングチャートの時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの区間（Ｂ）に相当するように、時刻Ｔ２にキャパシタ１の余剰電力がバッテリ５に移送し終わった後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の稼働が停止し、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂ以上に維持される。

なお、イグニッションスイッチが切られた（ＯＦＦ）時点で、既に、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂよりも低い場合には、初めからＤＣ／ＤＣコンバータ１０は稼働せず、イグニッションスイッチが切られた時点でキャパシタに蓄積されていた電力が時刻Ｔ３まで維持される。

次に、時刻Ｔ３に、タイマの作動時間が残存時間ｔに到達すると、ＥＣＵ７は、タイマをリセットし（Ｓ１１）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の稼働を停止させ（Ｓ１２）、そして、第２リレースイッチ１３を導通（ＯＮ）させる（Ｓ１３）。
これにより、タイミングチャートの時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの区間（Ｃ）において、キャパシタ１の電力が消費され、キャパシタ電圧が低下する。このように、キャパシタ１の残存電力が放電されることにより、キャパシタの劣化の更なる防止が図られる。

そして、時刻Ｔ４に、キャパシタ電圧Ｖｃが所定の電圧（例えば、０Ｖ）まで低下した場合（Ｓ１４で「Ｙｅｓ」の場合）には、第２リレースイッチ１３を非導通状態（ＯＦＦ）とする。以上説明したようにして、本実施形態では、キャパシタの劣化を抑制しつつ、キャパシタに蓄積された電力の有効利用が図られる。

上述した各実施形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び組合せを行うことができ、これに限定されるものではない。

本発明の実施形態の車両用電源制御装置の構成を説明するブロック図である。本発明の実施形態の車両用電源制御装置の動作例を説明するフローチャートである。本発明の実施形態の車両用電源制御装置の動作例を説明するタイミングチャートである。外気温と残存時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１キャパシタ
２モータージェネレータ
３キャパシタ電圧電流検出手段
４バッテリ電圧検出手段
５バッテリ
６エンジン
７ＥＣＵ
８インバータ
９第１リレースイッチ
１０ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１負荷
１２第２リレースイッチ
１３消費負荷

Claims

車両用電気負荷に電力を供給するバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
上記バッテリに電力を供給するキャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
上記キャパシタの劣化に関連するパラメータ値に基づいて、残存時間を設定する残存時間設定手段と、
イグニッションスイッチが切られてから上記残存時間が経過するまでの間、上記キャパシタ電圧を上記バッテリ電圧以上に維持しつつ、上記キャパシタに蓄積された電力を電圧変換器を介して上記バッテリに移送する電力移送制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。
上記残存時間設定手段は、上記パラメータ値として車両の外気温を使用し、外気温が高いほど上記残存時間を短く設定する、ことを特徴とする請求項１記載の車両用電源制御装置。
上記電力移送制御手段は、上記残存期間中にエンジンが始動される場合、上記キャパシタに蓄積されている電力をエンジン始動用モータの駆動に使用する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電源制御装置。
上記キャパシタと消費負荷とを接続する開閉接続装置を更に備え、
上記電力移送制御手段は、上記残存時間経過後、上記開閉接続装置を導通させて、上記キャパシタを消費負荷に接続させる、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車両用電源制御装置。