JP2012080676A

JP2012080676A - 昇圧装置

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Publication number: JP2012080676A
Application number: JP2010223937A
Authority: JP
Inventors: Yorinobu Mine; 頼信岑; Takuto Suzuki; 拓人鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: JP5561610B2

Abstract

【課題】アイドルストップ後の再起動時に生じる電圧低下の程度を低減することができる昇圧装置を提供すること。
【解決手段】昇圧装置１０は、アイドルストップ車両に搭載されてバッテリ２００の出力電圧を昇圧するためのものであり、入力電圧を昇圧する昇圧回路１００と、アイドルストップ後の再起動時よりも前に出力電圧を第１の値を有する目標電圧となるように昇圧回路１００を制御するとともに、再起動時に出力電圧を第１の値よりも高い第２の値を有する目標電圧となるように昇圧回路１００を制御する制御部１３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アイドルストップ車両に搭載されてバッテリの出力電圧を昇圧する昇圧装置に関する。

従来から、アイドルストップ車両に搭載されて、アイドルストップ後の再起動時にバッテリの出力電圧が低下したときにこれを昇圧して各種の車載機器に電力を供給するようにした昇圧装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この昇圧装置では、通常動作条件下でバッテリの電圧（１２Ｖ）を所定電圧（１６Ｖ）に昇圧して各種の車載機器に電力供給を行っている。

特開２００５−２２９７５６号公報（第６−１２頁、図１−９）

ところで、特許文献１の昇圧装置は、アイドルストップ後の再起動時に落ち込んだバッテリ電圧を所定電圧まで昇圧することを想定しているが、バッテリ電圧の落ち込み量は、バッテリやエンジンの状態や車載機器の使用状態などによって変動する。このため、バッテリ電圧の折り込み量が大きいと、車載機器に印加する電圧が最低作動電圧を下回るほど低下するおそれがあるという問題があった。この電圧低下は、車載機器のリセットや動作不能の原因となる。また、この電圧低下が検出されると、その後のアイドルストップ動作が禁止状態になるため、アイドルストップ動作による燃費向上効果が減少することにもなる。一方、上記の電圧低下は、昇圧装置の能力向上によってもある程度防止することができるが、その分コストの上昇を招くため、過度の能力向上はコスト低減を図る上では望ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、アイドルストップ後の再起動時に生じる電圧低下の程度を低減することができる昇圧装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の昇圧装置は、アイドルストップ車両に搭載されてバッテリの出力電圧を昇圧する昇圧装置において、入力電圧を昇圧する昇圧回路と、アイドルストップ後の再起動時よりも前に出力電圧を第１の値を有する目標電圧となるように昇圧回路を制御するとともに、再起動時に出力電圧を第１の値よりも高い第２の値を有する目標電圧となるように昇圧回路を制御する制御部とを備えている。また、上述した制御部において目標電圧として用いられる第１および第２の値を設定する目標電圧設定部をさらに備えることが望ましい。

これにより、アイドルストップ後の再起動時におけるバッテリ電圧の大きな落ち込みを想定して昇圧回路の目標電圧を高くすることにより、昇圧回路の出力電圧の過度の電圧低下を防止することができる。また、過度の電圧低下の防止に伴って、車載機器の正常動作を確保することができるとともに、以後のアイドルストップ動作が禁止されることを回避することが可能となってアイドルストップ動作による燃費向上効果の維持が可能となる。

また、上述した目標電圧設定部は、アイドルストップ後の再起動時に第２の値に設定した目標電圧を、再起動後に所定のタイミングで第１の値に戻すことが望ましい。アイドルストップ後の再起動時の必要時のみに一時的に目標電圧を上げることにより、車載機器への負担を軽減することができる。

また、上述した第２の値は、電気負荷の大小、バッテリの状態、周囲温度の少なくとも一つに応じて可変設定されることが望ましい。特に、上述した第２の値は、電気負荷が大きいほど高く、電気負荷が小さいほど低く設定されることが望ましい。あるいは、上述した第２の値は、バッテリの放電あるいは劣化の程度が大きいほど高く、バッテリの放電あるいは劣化の程度が小さいほど低く設定されることが望ましい。あるいは、上述した第２の値は、周囲温度が低いほど高く、周囲温度が高いほど低く設定されることが望ましい。これにより、状況に応じてアイドルストップ後の再起動時に昇圧回路の出力電圧を、車載機器の動作に必要な最低作動電圧以上に維持することが可能となる。

また、上述した目標電圧を第２の値から第１の値に戻す所定のタイミングは、エンジン回転数が所定回転数に到達した時点であることが望ましい。これにより、エンジンを再始動する始動装置の動作が終了してエンジンが回転を開始した後に目標電圧を元に戻すことができるため、始動装置の作動に伴う昇圧回路の過度の出力電圧低下を防止することができる。

また、上述した目標電圧を第２の値から第１の値に戻す所定のタイミングは、目標電圧を第２の値に変更してから所定時間経過の時点であることが望ましい。目標電圧を高くする期間を所定時間とすることにより、目標電圧を下げる時点を検出する手段（エンジン回転の検出手段等）が不要になり、構成を簡略化することができる。

また、上述した目標電圧を第２の値から第１の値に戻す所定のタイミングは、再起動時に低下したバッテリの電圧が上昇して所定値に達した時点であることが望ましい。また、上述した目標電圧を第２の値から第１の値に戻す所定のタイミングは、再起動時に低下した昇圧回路の出力電圧が上昇して所定値に達した時点であることが望ましい。これにより、バッテリ電圧の低下に伴って昇圧回路の出力電圧が落ち込んだ期間に対応させて確実に目標電圧を上げることができる。また、電圧検出は、昇圧回路の制御において通常行われる動作であるため、特に構成を追加する必要がなく、構成の簡略化が可能となる。

一実施形態の昇圧装置の構成を示す図である。制御部の詳細構成を示す図である。アイドルストップ後の再起動時における電圧変動を示す波形図である。アイドルストップ後の再起動時の目標電圧Ｖ２を可変設定する変形例を示す図である。目標電圧を変更する時間を可変設定する他の変形例を示す図である。目標電圧を変更する時間を可変設定する他の変形例を示す図である。昇圧装置の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の昇圧装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の昇圧装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の昇圧装置１０は、昇圧回路１００、電圧検出回路１２０、制御部１３０を備えている。この昇圧装置１０は、アイドルストップ車両に搭載されてバッテリ２００の出力電圧を昇圧して車載機器２１０に動作電力を供給する。

昇圧回路１００は、２つのコンデンサ１１０、１１８、リアクトル１１２、ダイオード１１４、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６を備えている。一方のコンデンサ１１０は、入力側においてバッテリ２００に並列に接続される。他方のコンデンサ１１８は、出力側において車載機器２１０に並列に接続される。また、リアクトル１１２とダイオード１１４によって直列回路が形成されており、この直列回路の一方の端部（リアクトル１１２の一方端）が入力端子に、他方の端部（ダイオード１１４のカソード側）が出力端子に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６は、スイッチング素子であって、一方端（ドレイン側）がリアクトル１１２とダイオード１１４の接続点に接続され、他方端（ソース側）が接地されている。また、ゲートが制御部１３０に接続されており、制御部１３０から出力される駆動信号（ＰＷＭ信号）によってＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のスイッチング動作が制御される。上述した昇圧回路１００によって昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングコンバータ）が形成されている。

制御部１３０は、電圧検出回路１２０によって検出される昇圧回路１００の出力電圧が所定の目標電圧となるように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のゲートに入力する駆動信号のデューティを設定することにより、昇圧回路１００によるスイッチング動作を制御する。

また、本実施形態の昇圧装置１０が搭載された車両には、アイドルストップ動作を制御するアイドルストップシステム（ＩＳＳ）３００と、イグニッションスイッチがオンされたときやアイドルストップ後の再起動時にエンジン（図示せず）を回転させる始動装置としてのスタータ３１０とが備わっている。

アイドルストップ後の再起動時には、アイドルストップシステム３００からスタータ３１０にスタータ起動信号が送られ、スタータ３１０が起動されてエンジンのクランキングが行われる。このスタータ起動信号は、昇圧装置１０内の制御部１３０にも入力されている。制御部１３０は、スタータ起動信号が入力されると、昇圧回路１００の目標電圧をそれまでの第１の値よりも高い第２の値に変更する。

図２は、制御部１３０の詳細構成を示す図である。図２に示すように、制御部１３０は、目標電圧設定部１３１、デューティ設定部１３２、ＰＷＭ信号生成部１３３を備えている。

目標電圧設定部１３１は、アイドルストップシステム３００からスタータ起動信号が入力されるまで（アイドルストップ後の再起動時よりも前）は目標電圧を第１の値に設定し、スタータ起動信号が入力されると（アイドルストップ後の再起動時）目標電圧を第１の値よりも高い第２の値に設定する。この第２の値への変更は所定時間が経過するまで行われ、その後再び目標電圧が第１の値に戻される。この目標電圧を第２の値に変更する所定時間は、出力電圧の低下が継続する時間よりも長い一定時間とする場合が考えられる。また、出力電圧の低下が継続する時間は、実際にアイドルストップ車両を用いて計測して求めてもよいが、エンジン始動に要する時間の設計値等に基づいて決めるようにしてもよい。

デューティ設定部１３２は、電圧検出回路１２０によって検出した電圧値が目標電圧となるように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のゲートに入力するＰＷＭ信号のデューティを設定する。ＰＷＭ信号生成部１３３は、デューティ設定部１３２によって設定されたデューティを有するＰＷＭ信号を生成する。

図３は、アイドルストップ後の再起動時における電圧変動を示す波形図である。図３において、「スタータ起動信号」は、Ｈで示された期間に入力される。「目標電圧」は、Ｖ１が第１の値に、Ｖ２が第２の値に対応している。「入力電圧」は、昇圧装置１０に印加されるバッテリ電圧を示している。出力電圧は、昇圧装置１０によって昇圧された後の電圧を示している。

図３に示すように、アイドルストップシステム３００からスタータ起動信号が出力されると、目標電圧設定部１３１は、目標電圧をそれまでの値Ｖ１からＶ１よりも高い値Ｖ２に変更する。スタータ起動信号の入力から実際にスタータ３１０によるクランキング動作までは若干の時間差があるため、この時点では入力電圧が低下しておらず、出力電圧が目標電圧の変更後の値Ｖ２に向かって上昇する。その後、スタータ３１０によってエンジンを起動するクランキング動作が行われると、作動に必要な大電流がバッテリ２００からスタータ３１０に供給されるため、入力電圧が急激に低下する。昇圧装置１０では入力電圧が低下しても出力電圧をＶ２とするために昇圧動作を継続するが、入力電圧の落ち込みが激しいため、出力電圧も入力電圧に連動して一時的に低下する。しかし、本実施形態では、入力電圧の低下に先立って、この入力電圧の低下を見越して、目標電圧がＶ１よりも高いＶ２に変更されているため、低下後の出力電圧をそれ程低くならないようにすることができ、車載機器２１０が正常動作を継続できる最低作動電圧Ｖ３よりも高い出力電圧を維持することが可能となる。

なお、点線で示した出力電圧は、目標電圧を常に一定の値Ｖ１に設定した場合の変動の様子を示している。この場合には、出力電圧の低下の程度が大きいと、バッテリ２００の状態などによっては出力電圧が最低作動電圧Ｖ３よりも低くなるおそれがある。

このように、本実施形態の昇圧装置１０では、アイドルストップ後の再起動時におけるバッテリ電圧の大きな落ち込みを想定して昇圧回路１００の目標電圧を高くすることにより、昇圧回路１００の出力電圧の過度の電圧低下を防止することができる。また、過度の電圧低下の防止に伴って、車載機器２１０の正常動作を確保することができるとともに、以後のアイドルストップ動作が禁止を回避することが可能となってアイドルストップ動作による燃費向上効果の維持が可能となる。

また、アイドルストップ後の再起動時の必要時のみに一時的に目標電圧を上げることにより、車載機器２１０への負担を軽減することができる。また、目標電圧を高くする期間を所定時間（一定時間）とすることにより、目標電圧を下げる時点を検出する手段（エンジン回転の検出手段等）が不要になり、構成を簡略化することができる。

ところで、アイドルストップ後の再起動時の目標電圧Ｖ２は、固定値を用いるのではなく、電気負荷の大小（車載機器２１０に供給される動作電流の大小）、バッテリ２００の状態、周囲温度の少なくとも一つに応じて可変設定するようにしてもよい。

図４は、アイドルストップ後の再起動時の目標電圧Ｖ２を可変設定する変形例を示す図である。図４において、バッテリ状態検出部３２０は、バッテリ２００の充放電電流を検出する電流検出回路３２２と、周囲温度を検出する温度センサ３２４とが接続されており、これらの出力信号に基づいて、車載機器２１０に供給される電流の大小、バッテリ２００の充電量あるいは劣化の程度、バッテリ温度を検出する。

例えば、アイドルストップ時には車両用発電機（図示せず）からバッテリ２００や車載機器２１０への電流の供給はないため、電流検出回路３２２によって検出された電流値をそのまま車載機器２１０に供給される電流値とすることができる。また、電流検出回路３２２によって検出される充放電電流値を累積することにより、バッテリ２００の充電量を知ることができる。あるいは、例えばスタータ３１０の作動時に電流検出回路３２２によって検出した電流値とバッテリ電圧の変動の程度を調べることにより、バッテリ２００の劣化の程度を知ることができる。また、温度センサ３２４によって検出する周囲温度は、バッテリ２００の温度であることが望ましいが、バッテリ２００の温度とある程度の相間を有するその周辺の温度あるいは車両のエンジンルームの温度であってもよい。

目標電圧設定部１３１は、目標電圧の第２の値Ｖ２を、電気負荷（車載機器２１０に流れる電流）が大きいほど高く、電気負荷が小さいほど低く設定する。また、目標電圧設定部１３１は、目標電圧の第２の値Ｖ２を、バッテリ２００の放電あるいは劣化の程度が大きいほど高く、バッテリ２００の放電あるいは劣化の程度が小さいほど低く設定する。また、目標電圧設定部１３１は、目標電圧の第２の値Ｖ２を、周囲温度が低いほど高く、周囲温度が高いほど低く設定する。このように目標電圧の第２の値Ｖ２を可変設定することにより、各種の状況に応じて、アイドルストップ後の再起動時に昇圧回路１００の出力電圧を、車載機器２１０の動作に必要な最低作動電圧Ｖ３以上に維持することが可能となる。

また、上述した説明では、目標電圧を第２の値Ｖ２に一定時間変更する場合を説明したが、目標電圧を第２の値Ｖ２に設定する時間を可変設定するようにしてもよい。例えば、アイドルストップシステム３００においてエンジン回転数の検出が行われている場合に、目標電圧設定部１３１は、この検出されたエンジン回転数が所定回転数に到達する時点まで目標電圧を第２の値に設定し、その後目標電圧を第１の値に戻す場合が考えられる。これにより、エンジンを再始動するスタータ３１０の動作が終了してエンジンが回転を開始した後に目標電圧を元の値Ｖ１に戻すことができるため、スタータ３１０の作動に伴う昇圧回路１００の過度の出力電圧低下を防止することができる。なお、エンジン回転数は、エンジンの制御を行うエンジンＥＣＵ（図示せず）等の他の構成から取得するようにしてもよい。

図５は、目標電圧を変更する時間を可変設定する他の変形例を示す図である。図５に示す例では、目標電圧設定部１３１は、電圧検出回路１２０によって検出される電圧を監視しており、アイドルストップ後の再起動時に低下した出力電圧が再度上昇して所定値に達した時点まで目標電圧を第２の値に設定し、その後目標電圧を第１の値に戻している。

図６は、目標電圧を変更する時間を可変設定する他の変形例を示す図である。図６に示す例では、目標電圧設定部１３１は、電圧検出回路１２２によって検出されるバッテリ電圧を監視しており、アイドルストップ後の再起動時に低下したバッテリ電圧が再度上昇して所定値に達した時点まで目標電圧を第２の値に設定し、その後目標電圧を第１の値に戻している。この電圧検出回路１２２は、昇圧装置１０に備わっているものを用いる場合の他、昇圧装置１０の外部に備わっているものを用いるようにしてもよい。

このように、出力電圧やバッテリ電圧が上昇したことを検出して目標電圧を第２の値Ｖ２から第１の値Ｖ１に戻すことにより、バッテリ電圧の低下に伴って昇圧回路１００の出力電圧が落ち込んだ期間に対応させて確実に目標電圧を上げることができる。また、電圧検出は、昇圧回路１００の制御において通常行われる動作であるため、特に構成を追加する必要がなく、構成の簡略化が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、目標電圧の第１の値Ｖ１の具体的な値には言及しなかったが、例えば、第１の値をバッテリ開放電圧以下に設定するようにしてもよい。これにより、アイドルストップ後の再起動時以外において昇圧装置１０の動作を停止させることができ、スイッチング損失（変換損失）の発生を抑えることができる。

また、上述した実施形態では、シングルフェーズ型の昇圧回路１００を有する昇圧装置１０について説明したが、図７に示すように、マルチフェーズ型の昇圧回路１００Ａを有する昇圧装置１０Ａについても本発明を適用することができる。また、この場合の動作フェーズ数は４に限定されず、４以外の複数フェーズであてもよい。また、動作フェーズ数を車載機器２１０に供給する電流値の大きさに応じて可変設定する場合にも本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、ダイオード１１４を用いたが、このダイオードをスイッチング素子（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ）に置き換えるようにしてもよい。この場合には、制御部１３０は、このスイッチング素子のオン／オフタイミングがＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のオン／オフタイミングと反対になるように制御する必要がある。

また、上述した実施形態では、制御部１３０内に目標電圧設定部１３１を設けたが、この目標電圧設定部１３１は、制御部１３０の外部に、あるいは、昇圧装置１０の外部に設けるようにしてもよい。昇圧装置１０の外部に設ける場合には、アイドルストップシステム３００に設ける場合や、エンジンＥＣＵ（図示せず）内に設ける場合などの他、これらとは別に単独で設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、バッテリ状態検出部３２０によって、車載機器２１０に供給される電流の大小、バッテリ２００の充電量あるいは劣化の程度、バッテリ温度を検出するようにしたが、これらの機能を分散して複数の構成によって別々に、あるいは各機能をアイドルストップシステム３００等の他の構成に含まれるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、アイドルストップシステム３００からスタータ起動信号が出力されたときに目標電圧を第１の値Ｖ１から第２の値Ｖ２に変更する場合について説明したが、他の信号に基づいて目標電圧を第１の値Ｖ１から第２の値Ｖ２に変更するようにしてもよい。例えば、アイドルストップシステム３００から、スタータ起動信号と同じタイミングあるいはタイミングが多少前後する別の信号を生成して出力するものとし、この信号が出力されたときに目標電圧を第１の値Ｖ１から第２の値Ｖ２に変更するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、アイドルストップ後の再起動時におけるバッテリ電圧の大きな落ち込みを想定して昇圧回路１００の目標電圧を高くすることにより、昇圧回路１００の出力電圧の過度の電圧低下を防止することができる。

１０昇圧装置
１００昇圧回路
１１０、１１８コンデンサ
１１２リアクトル
１１４ダイオード
１１６ＭＯＳ−ＦＥＴ
１２０、１２２電圧検出回路
１３０制御部
１３１目標電圧設定部
１３２デューティ設定部
１３３ＰＷＭ信号生成部
２００バッテリ
２１０車載機器
３００アイドルストップシステム（ＩＳＳ）
３１０スタータ
３２０バッテリ状態検出部
３２２電流検出回路
３２４温度センサ

Claims

アイドルストップ車両に搭載されてバッテリの出力電圧を昇圧する昇圧装置において、
入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
アイドルストップ後の再起動時よりも前に出力電圧を第１の値を有する目標電圧となるように前記昇圧回路を制御するとともに、再起動時に出力電圧を前記第１の値よりも高い第２の値を有する目標電圧となるように前記昇圧回路を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする昇圧装置。
請求項１において、
前記制御部において前記目標電圧として用いられる前記第１および第２の値を設定する目標電圧設定部をさらに備えることを特徴とする昇圧装置。
請求項１または２において、
前記目標電圧設定部は、アイドルストップ後の再起動時に前記第２の値に設定した前記目標電圧を、再起動後に所定のタイミングで前記第１の値に戻すことを特徴とする昇圧装置。
請求項１または２において、
前記第２の値は、電気負荷の大小、バッテリの状態、周囲温度の少なくとも一つに応じて可変設定されることを特徴とする昇圧装置。
請求項４において、
前記第２の値は、電気負荷が大きいほど高く、電気負荷が小さいほど低く設定されることを特徴とする昇圧装置。
請求項４において、
前記第２の値は、バッテリの放電あるいは劣化の程度が大きいほど高く、バッテリの放電あるいは劣化の程度が小さいほど低く設定されることを特徴とする昇圧装置。
請求項４において、
前記第２の値は、周囲温度が低いほど高く、周囲温度が高いほど低く設定されることを特徴とする昇圧装置。
請求項４〜７のいずれかにおいて、
前記目標電圧を前記第２の値から前記第１の値に戻す前記所定のタイミングは、エンジン回転数が所定回転数に到達した時点であることを特徴とする昇圧装置。
請求項４〜７のいずれかにおいて、
前記目標電圧を前記第２の値から前記第１の値に戻す前記所定のタイミングは、前記目標電圧を前記第２の値に変更してから所定時間経過の時点であることを特徴とする昇圧装置。
請求項４〜７のいずれかにおいて、
前記目標電圧を前記第２の値から前記第１の値に戻す前記所定のタイミングは、再起動時に低下したバッテリの電圧が上昇して所定値に達した時点であることを特徴とする昇圧装置。
請求項４〜７のいずれかにおいて、
前記目標電圧を前記第２の値から前記第１の値に戻す前記所定のタイミングは、再起動時に低下した前記昇圧回路の出力電圧が上昇して所定値に達した時点であることを特徴とする昇圧装置。