JP2013001332A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの電圧値が所定電圧値より低い場合に、バッテリに直列に接続され、バッテリの電圧を補助する補助電源の劣化を抑制する車両用電源装置の提供。
【解決手段】バッテリ４の出力電圧値を検出する電圧検出手段１９と、電圧検出手段１９が検出した出力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段５と、判定手段５が所定電圧値より低いと判定した場合に、バッテリ４に直列に接続され、バッテリ４の出力電圧を補助する蓄電器６，７とを備えた車両用電源装置。判定手段５が所定電圧値より低いと判定している場合に、バッテリ４の最低出力電圧値を検出する最低電圧検出手段５と、最低電圧検出手段５が検出した最低出力電圧値及び所定電圧値の差に基づき、蓄電器６，７に充電すべき充電電圧値を算出する算出手段５と、算出手段５が算出した充電電圧値により蓄電器６，７を充電する充電手段５，１３，１６とを備える構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの出力電圧値が所定電圧値より低い場合に、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する蓄電器を備えた車両用電源装置に関するものである。

近年、燃費向上及び環境への配慮から、停車時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を備えた車両が普及している。このような車両の電源装置では、エンジンを始動する際に、スタータが大電流を消費する為、バッテリの出力電圧値が一時的に低下し、負荷を制御するＥＣＵ（Electronic Control Uuit）及びナビゲーション装置等の電源電圧値が低下し、動作が不安定になる可能性があるという問題がある。

このような問題に対して、バッテリの出力電圧値が所定電圧値より低い場合に、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する蓄電器を備えた車両用電源装置が提案されている。
また、引用文献１には、メインバッテリ（主電源）とは別にバックアップバッテリ（補助電源）を搭載し、主電源の給電系統が故障したとき（主電源の低電圧時）に、ダイオードの電圧降下を利用して、補助電源からの給電に切り替える車両の給電回路が開示されている。

特開２００４−２８２８４４号公報

上述したような、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する補助電源（蓄電器）を備えた車両では、エンジンの始動を確保する為に、始動時のバッテリの最低電圧値（例えば、７Ｖ）が定義されている。補助電源にこの最低電圧値に基づいて一定の充電電圧値を設定しておくと、バッテリの実際の最低電圧値は、その充電状態によって変動する為、補助電源が必要以上の電圧値で充電されることになる。
補助電源としては、電気二重層キャパシティ等が適しているが、電気二重層キャパシティ等は、一般的に、充電された状態での時間の長さ、電圧値及び温度に応じて劣化が促進されるので、必要以上の電圧値で充電されると、劣化が進み部品寿命が短縮されると言う問題がある。

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、バッテリの出力電圧値が所定電圧値より低い場合に、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する補助電源の劣化を抑制する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、バッテリの出力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出力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定電圧値より低いと判定した場合に、前記バッテリに直列に接続され、該バッテリの出力電圧を補助する蓄電器とを備えた車両用電源装置において、前記判定手段が前記所定電圧値より低いと判定している場合に、前記バッテリの最低出力電圧値を検出する最低電圧検出手段と、該最低電圧検出手段が検出した最低出力電圧値及び前記所定電圧値の差に基づき、前記蓄電器に充電すべき充電電圧値を算出する算出手段と、該算出手段が算出した充電電圧値により前記蓄電器を充電する充電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、電圧検出手段が、バッテリの出力電圧値を検出し、判定手段が、電圧検出手段が検出した出力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する。判定手段が所定電圧値より低いと判定した場合に、蓄電器が、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する。判定手段が所定電圧値より低いと判定している場合に、最低電圧検出手段が、バッテリの最低出力電圧値を検出し、最低電圧検出手段が検出した最低出力電圧値及び所定電圧値の差に基づき、算出手段が、蓄電器に充電すべき充電電圧値を算出する。充電手段は、算出手段が算出した充電電圧値により蓄電器を充電する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記蓄電器は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタであることを特徴とする。

第３発明に係る車両用電源装置は、前記電圧検出手段、判定手段、蓄電器、最低電圧検出手段及び算出手段は、車両の電気接続箱に収納されていることを特徴とする。

本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリの出力電圧値が所定電圧値より低い場合に、バッテリに直列に接続され、バッテリの出力電圧を補助する補助電源の劣化を抑制することができる車両用電源装置を実現することができる。

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。 本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の動作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実施の形態の動作を説明する為の説明図である。

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、エンジン１に連動して、オルタネータ（交流発電機）２が定電圧で発電し、発電した電力は、オルタネータ２内で整流されて、オルタネータ２に並列に接続されたバッテリ４及び負荷群９に与えられる。
バッテリ４の出力電力は、スイッチ１２を通じてエンジン１のスタータ３に、切替スイッチ１４を通じて、負荷を制御するＥＣＵ及びナビゲーション装置等の制御負荷群８に、スイッチ１５を通じて、エンジン１の点火装置１０にそれぞれ与えられる。

スイッチ１２，１５は、アイドルストップ制御部１１からオン／オフ制御される。アイドルストップ制御部１１は、図示しないイグニッションスイッチ、アクセルペダル等の操作信号、及び車速センサの検出信号等を与えられ、与えられた信号に基づきアイドルストップ制御を実行する。アイドルストップ制御部１１は、エンジン１の駆動時は、スイッチ１５をオンにし、エンジン１の始動時のみ、スイッチ１２をオンにする。

バッテリ４のプラス電極には、切替スイッチ１３を通じて、直列接続された２つの電気二重層キャパシタ（蓄電器）６，７のマイナス電極が接続され、直列接続された電気二重層キャパシタ６，７のプラス電極は、切替スイッチ１４に接続されている。切替スイッチ１４は、制御負荷群８との接続を、バッテリ４のプラス電極、又は直列接続された電気二重層キャパシタ６，７のプラス電極に切替える。直列接続された電気二重層キャパシタ６，７のプラス電極は、また、スイッチ１６を通じて、制御負荷群８のプラス側端子に接続されている。

バッテリ４の出力電圧を検出する電圧検出部（電圧検出手段）１９、及び直列接続された電気二重層キャパシタ６，７の充電電圧を検出する電圧検出部１７が、電源制御部５に内蔵されている。電源制御部５は、電圧検出部１９，１７がそれぞれ検出した電圧値に基づき、切替スイッチ１３，１４及びスイッチ１６をそれぞれ切替え制御する。切替スイッチ１３は、電気二重層キャパシタ６，７のマイナス電極との接続を、バッテリ４のプラス電極、又は抵抗Ｒを通じた接地端子に切替える。
上述した電源制御部５、電気二重層キャパシタ６，７、切替スイッチ１３，１４、スイッチ１６及び抵抗Ｒは、電気接続箱１８に収納されている。

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２のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部５は、通常、バッテリ４のプラス電極及び電気二重層キャパシタ６のマイナス電極を接続するように、切替スイッチ１３を切替え、バッテリ４のプラス電極及び制御負荷群８のプラス側端子を接続するように、切替スイッチ１４を切替え、スイッチ１６をオフにしている。
電源制御部５は、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを読込み（Ｓ１）、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、制御負荷群８がリセットしない所定電圧値ＶＤ（例えば、１０Ｖ）より低いか否かを判定する（Ｓ３）。

電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、所定電圧値ＶＤより低くなければ（Ｓ３）、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを再度読込む（Ｓ１）。
電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、所定電圧値ＶＤより低ければ（Ｓ３）、電気二重層キャパシタ７のプラス電極及び制御負荷群８のプラス側端子を接続するように、切替スイッチ１４を切替え、電気二重層キャパシタ６，７の放電を開始する（Ｓ５）。この場合、例えば、アイドルストップ制御部１１がスイッチ１５をオンにして、点火装置をオンにし、スイッチ１２をオンにして、スタータ３をオンにし、エンジン１のクランキングが開始されている。

電源制御部５は、次に、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを逐次読込み、それらの最低出力電圧値ＶＬを検出する（Ｓ７）。
電源制御部５は、次に、検出した最低出力電圧値ＶＬ（Ｓ７）及び所定電圧値ＶＤの差、ＶＤ−ＶＬ＝Ｖｄを算出し（Ｓ９）、次いで、電気二重層キャパシタ６，７の充電電圧値Ｖｃ＝Ｖｄ＋αを算出する（Ｓ１１）。
ここで、αは、バッテリ４の内部抵抗による損失分等を見込んだ付加電圧値である。

電源制御部５は、次に、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを読込み（Ｓ１３）、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、所定電圧値ＶＤより若干高い所定電圧値ＶＤａ（例えば、１０.２Ｖ）より高いか否かを判定する（Ｓ１５）。
電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、所定電圧値ＶＤａより高くなければ（Ｓ１５）、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを再度読込む（Ｓ１３）。

電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、所定電圧値ＶＤａより高ければ（Ｓ１５）、バッテリ４のプラス電極及び制御負荷群８のプラス側端子を接続するように、切替スイッチ１４を切替え、電気二重層キャパシタ６，７の放電を停止する（Ｓ１７）。この場合、例えば、エンジン１が始動し、アイドルストップ制御部１１が、スイッチ１２をオフにして、スタータ３をオフにし、通常の走行、停車状態に移行している。

電源制御部５は、次に、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを読込み（Ｓ１９）、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、オルタネータ２の出力電圧値より若干低い電圧値Ｖａ（例えば１３.５Ｖ）以上であるか否かを判定し（Ｓ２１）、オルタネータ２が正常に発電しているか否かを判定する。
電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、電圧値Ｖａ以上でなければ（Ｓ２１）、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを再度読込む（Ｓ１９）。

電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｂが、電圧値Ｖａ以上であれば（Ｓ２１）、電気二重層キャパシタ６のマイナス電極が抵抗Ｒを経由して接地するように、切替スイッチ１３を切替え、スイッチ１６をオンにして、電気二重層キャパシタ６，７の充電を開始する（Ｓ２３）。
電源制御部５は、次に、電圧検出部１７が検出した電気二重層キャパシタ６，７の電圧値Ｖｃａを読込み（Ｓ２５）、読込んだ出力電圧値Ｖｃａが、算出した電気二重層キャパシタ６，７の充電電圧値Ｖｃ（Ｓ１１）以上であるか否かを判定する（Ｓ２７）。

電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｃａが、電気二重層キャパシタ６，７の充電電圧値Ｖｃ（Ｓ１１）以上でなければ（Ｓ２７）、電圧検出部１７が検出した電気二重層キャパシタ６，７の電圧値Ｖｃａを再度読込む（Ｓ２５）。
電源制御部５は、読込んだ出力電圧値Ｖｃａが、充電電圧値Ｖｃ以上であれば（Ｓ２７）、バッテリ４のプラス電極及び電気二重層キャパシタ６のマイナス電極を接続するように、切替スイッチ１３を切替え、スイッチ１６をオフにして、電気二重層キャパシタ６，７の充電を停止する（Ｓ２９）。
次に、電源制御部５は、電圧検出部１９が検出したバッテリ４の出力電圧値Ｖｂを読込む（Ｓ１）。

以上の動作により、本発明に係る車両用電源装置は、図３に示すように、例えば、スタータ３が作動して、エンジン１がクランキングする際のバッテリ４の出力電圧Ｖｂを、電気二重層キャパシタ６，７の出力電圧により補助した電圧Ｖｅｃｕを制御負荷群８に与えることができる。また、エンジン１がクランキングした後、補助を必要とする電圧分のみ、電気二重層キャパシタ６，７に充電することができるので、電気二重層キャパシタ６，７は必要以上に高い電圧で充電されず、電気二重層キャパシタ６，７の劣化を抑制することができる。

１ エンジン
２ オルタネータ
３ スタータ
４ バッテリ
５ 電源制御部（判定手段、算出手段、最低電圧検出手段、充電手段）
６，７ 電気二重層キャパシタ（蓄電器）
８ 制御負荷群
９ 負荷群
１０ 点火装置
１１ アイドルストップ制御部
１２，１５，１６ スイッチ
１３，１４ 切替スイッチ
１７ 電圧検出部
１８ 電気接続箱
１９ 電圧検出部（電圧検出手段）

Claims (3)

1. バッテリの出力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出力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定電圧値より低いと判定した場合に、前記バッテリに直列に接続され、該バッテリの出力電圧を補助する蓄電器とを備えた車両用電源装置において、
   前記判定手段が前記所定電圧値より低いと判定している場合に、前記バッテリの最低出力電圧値を検出する最低電圧検出手段と、該最低電圧検出手段が検出した最低出力電圧値及び前記所定電圧値の差に基づき、前記蓄電器に充電すべき充電電圧値を算出する算出手段と、該算出手段が算出した充電電圧値により前記蓄電器を充電する充電手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記蓄電器は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタである請求項１記載の車両用電源装置。
3. 前記電圧検出手段、判定手段、蓄電器、最低電圧検出手段及び算出手段は、車両の電気接続箱に収納されている請求項１又は２記載の車両用電源装置。

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