JP2013091454A - アイドルストップ車の給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】スタータの起動時に、スタータ以外の電気負荷に供給される電圧が低下することを防止できる、アイドルストップ車の給電システムを提供する。
【解決手段】エンジン２を始動させるためのスタータ３は、配線１４を介して、バッテリ１２と接続されている。また、キャパシタ９およびＤＣ−ＤＣコンバータ５が設けられており、キャパシタ９とＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力側回路とは、配線８によって接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力側回路は、配線１１を介して、バッテリ１２と接続されている。そして、配線１１の途中部には、リレー１３が介装されている。リレー１３の接点が開かれると、スタータ３がキャパシタ９から電気的に切り離される。この状態で、スタータ３とバッテリ１２との電気的な接続は維持される。したがって、バッテリ１２からスタータ３に電力を供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アイドルストップ車の給電システムに関する。

エンジンを駆動源とする自動車には、オルタネータおよびバッテリが備えられている。オルタネータは、エンジン出力などの動力（運動エネルギー）を受けて発電する。オルタネータから出力される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータで適当な電圧に調整されて、バッテリに供給される。これにより、バッテリが充電される。

また、エンジンに付随して、エンジンを始動させるためのスタータ（セルモータ）が設けられている。エンジンが始動されるときには、バッテリからスタータに電力が供給され、スタータによるクランキングが行われる。このとき、スタータでの電力消費により、バッテリの出力電圧が低下することがある。バッテリの出力電圧が低下すると、自動車に搭載されているヘッドライトおよびワイパモータなどの電気負荷の動作が不安定になるおそれがある。

たとえば、エンジンおよびモータを駆動源として搭載したハイブリッドカーにおいて、主電池および補機電池の２つのバッテリを備え、モータの駆動中にオルタネータによる発電の要求が生じた場合に、モータを駆動するインバータと主電池との間に介裝されたメインリレーをオフにして、モータの駆動を停止させた後、スタータによってエンジンを始動させることが提案されている。これにより、スタータの起動に起因する主電池の出力電圧の低下を防止することができる。

特開平７−１１５７０９号公報 特開２００６−１５８１７３号公報

しかしながら、前述の提案に係る構成では、主電池がインバータから電気的に切り離されている間、スタータを含む各種の電気負荷には、補機電池から電力が供給される。そのため、スタータの起動に伴って、補機電池の出力電圧が低下し、スタータ以外の電気負荷の動作が不安定になるおそれがある。

本発明の目的は、スタータの起動時に、スタータ以外の電気負荷に供給される電圧が低下することを防止できる、アイドルストップ車の給電システムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るアイドルストップ車の給電システムは、エンジンおよび前記エンジンを始動させるためのスタータを備え、前記エンジンの駆動中に所定の停止条件が成立したことに応答して、前記エンジンが停止され、その後に所定の再始動条件が成立したことに応答して、前記エンジンが再始動される機能を有するアイドルストップ車の給電システムであって、第１蓄電デバイスと、前記第１蓄電デバイスと前記スタータとを接続する第１配線と、第２蓄電デバイスと、前記第２蓄電デバイスから出力される電圧を降圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第２蓄電デバイスと前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側回路とを接続する第２配線と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側回路と前記第１蓄電デバイスとを接続する第３配線と、前記第３配線の途中部に介装されたリレーとを含む。

アイドルストップ車では、エンジンの駆動中に所定の停止条件（たとえば、停止状態でブレーキペダルが一定時間以上踏まれている）が成立すると、エンジンが停止される。そして、そのエンジン停止後、所定の再始動条件（たとえば、ブレーキペダルから足が離される）が成立すると、エンジンが再始動される。

エンジンを始動させるためのスタータは、第１配線を介して、第１蓄電デバイスと接続されている。また、第２蓄電デバイスおよびＤＣ−ＤＣコンバータが設けられており、第２蓄電デバイスとＤＣ−ＤＣコンバータの入力側回路とは、第２配線によって接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側回路は、第３配線を介して、第１蓄電デバイスと接続されている。

そして、第３配線の途中部には、リレーが介装されている。リレーの接点が閉じられると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側回路と第１蓄電デバイスおよびスタータとが電気的に接続される。この状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧により、第１蓄電デバイスを充電することができる。一方、リレーの接点が開かれると、スタータが第２蓄電デバイスから電気的に切り離される。この状態で、第１配線により、スタータと第１蓄電デバイスとの電気的な接続は維持される。したがって、第１蓄電デバイスからスタータに電力を供給することができる。

リレーの接点を開いて、スタータを第２蓄電デバイスから切り離した状態で、第１蓄電デバイスから出力される電力でスタータを起動させることにより、スタータの起動に起因する第２蓄電デバイスの出力電圧の低下を防止することができる。そして、第２蓄電デバイスからスタータ以外の電気負荷に電力が供給される構成にすれば、そのスタータ以外の電気負荷に供給される電圧が低下することを防止できる。その結果、スタータ以外の電気負荷に電力を安定して供給することができる。

たとえば、背景技術として述べた提案に係る構成では、モータの駆動中に、メインリレーの接点が閉状態（オン）から開状態（オフ）に切り替えられる。モータの駆動中は、主電池からインバータに大電流が供給されている。その状態でメインリレーが開閉されると、接点の溶着を生じるおそれがある。

第３配線を流れる電流を検出する電流検出手段が設けられて、リレーの接点が閉状態から開状態に切り替えられるときには、電流検出手段によって検出される電流値が所定電流値以下となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧が制御されることが好ましい。一方、リレーの接点が開状態から閉状態に切り替えられるときには、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧が所定電圧以下に制御されることが好ましい。

これにより、リレーの接点が開閉される前に、第３配線を流れる電流を小さくすることができる。その結果、リレーの接点の溶着を防止することができる。

本発明によれば、スタータの起動時に、スタータ以外の電気負荷に供給される電圧が低下することを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る給電システムが備えられるアイドルストップ車の要部の構成を示すブロック図である。 図２は、リレーの接点が閉状態から開状態に切り替えられるときに実行される制御の流れを示すフローチャートである。 図３は、リレーの接点が開状態から閉状態に切り替えられるときに実行される制御の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る給電システムが備えられるアイドルストップ車の要部の構成を示すブロック図である。

アイドルストップ車１は、エンジン２を駆動源とする自動車であり、アイドルストップ機能を有している。アイドルストップ機能は、エンジン２の駆動中の所定の停止条件の成立に応答して、エンジン２が停止され（アイドルストップ状態）、その後の所定の再始動条件の成立に応答して、アイドルストップ状態が解除されて、エンジン２が再始動される機能である。停止条件は、たとえば、停止状態でブレーキペダルが一定時間以上踏まれているという条件である。また、再始動条件は、たとえば、ブレーキペダルから足が離されるという条件である。

エンジン２に付随して、スタータ（始動用モータ）３が設けられている。停止状態のエンジン２は、スタータ３によるクランキング後に始動する。

エンジン２に関連して、オルタネータ４が設けられている。オルタネータ４の回転軸（ロータ）には、エンジン２の出力軸の回転が伝達される。オルタネータ４の回転軸が回転すると、その回転が電力に変換されて、オルタネータ４から電力が出力される。

また、アイドルストップ車１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ５が備えられている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力側回路は、配線６を介して、オルタネータ４のプラス端子と電気的に接続されている。オルタネータ４のマイナス端子は、アイドルストップ車１のボディ７と電気的に接続されることによって接地（ボディアース）されている。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力側回路は、配線８を介して、キャパシタ９のプラス端子と電気的に接続されている。配線８は、たとえば、配線６の途中部に分岐して接続されている。配線８の途中部には、スイッチ１０が介装されている。キャパシタ９のマイナス端子は、アイドルストップ車１のボディ７と電気的に接続されることによって接地（ボディアース）されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力側回路は、配線１１を介して、バッテリ１２のプラス端子と電気的に接続されている。配線１１の途中部には、リレー１３が介装されている。バッテリ１２のマイナス端子は、アイドルストップ車１のボディ７と電気的に接続されることによって接地（ボディアース）されている。

また、バッテリ１２のプラス端子には、配線１４を介して、スタータ３のプラス端子が電気的に接続されている。配線１４は、配線１１におけるバッテリ１２のプラス端子とリレー１３との間に分岐して接続されている。スタータ３のマイナス端子は、アイドルストップ車１のボディ７と電気的に接続されることによって接地（ボディアース）されている。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力側回路は、配線１５を介して、ヘッドライト、ワイパモータ、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電気負荷１６のプラス端子が接続されている。電気負荷１６のマイナス端子は、アイドルストップ車１のボディ７と電気的に接続されることによって接地（ボディアース）されている。

アイドルストップ車１には、ＣＰＵを含む構成の制御部２１が備えられている。制御部２１には、配線１１を流れる電流を検出する電流センサ２２の検出信号が入力される。また、制御部２１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から出力される電圧が入力される。制御部２１は、それらの入力信号に基づいて、オルタネータ４の発電電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧、スイッチ１０のオン／オフおよびリレー１３の接点の開閉を制御する。

具体的には、制御部２１により、オルタネータ４の界磁巻線に供給される界磁電流が制御されて、オルタネータ４から出力される電圧（発電電圧）が約１２〜６０Ｖの範囲内で制御される。

また、制御部２１により、キャパシタ９の充電状態に基づいて、スイッチ１０の開閉が制御される。スイッチ１０が開かれることにより、キャパシタ９が配線６から電気的に切り離される。このとき、オルタネータ４から出力される電力は、すべてＤＣ−ＤＣコンバータ５に供給される。一方、スイッチ１０が閉じられることにより、キャパシタ９が配線６と電気的に接続される。このとき、オルタネータ４から出力される電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５およびキャパシタ９に供給される。これにより、キャパシタ９が充電される。オルタネータ４が発電していないときには、キャパシタ９からの放電により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に電力が供給される。

制御部２１により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に含まれるスイッチング素子のオン／オフが制御される。この制御により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に入力される電力は、バッテリ１２および電気負荷１６への供給に適した電圧に降圧されて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から出力される。

図２は、リレーの接点が閉状態から開状態に切り替えられるときに実行される制御の流れを示すフローチャートである。

アイドルストップ状態が解除されて、エンジン２が再始動されるときには、リレー１３の接点が閉状態から開状態に切り替えられる。

この切替えに先立ち、制御部２１により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５が制御されて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧が降圧される（ステップＳ１）。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧は、電流センサ２２によって検出される電流値（検出電流値）が所定電流値以下に低下するまで降圧される（ステップＳ２）。

そして、検出電流値が所定電流値まで低下すると（ステップＳ３）、制御部２１により、リレー１３の接点が閉状態から開状態に切り替えられる。

リレー１３の接点が開いた状態では、スタータ３およびバッテリ１２がＤＣ−ＤＣコンバータ５から電気的に切り離される。スタータ３およびバッテリ１２は、配線１４によって電気的に接続されているので、スタータ３の起動に必要な電力は、バッテリ１２からスタータ３に供給される。スタータ３の起動により、エンジン２が再始動される。

また、この状態において、電気負荷１６の駆動に必要な電力は、キャパシタ９から電気負荷１６に供給される。

図３は、リレーの接点が開状態から閉状態に切り替えられるときに実行される制御の流れを示すフローチャートである。

エンジン２の再始動後は、リレー１３の接点が開状態から閉状態に戻される。

リレー１３の接点の開状態から閉状態への切替えに先立ち、制御部２１により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧がバッテリ１２の出力電圧とほぼ等しい電圧（たとえば、１２Ｖ）となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５が制御される（ステップＳ１１）。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧が１２Ｖに降圧すると、制御部２１により、リレー１３の接点が開状態から閉状態に切り替えられる（ステップＳ１２）

以上のように、エンジン２を始動させるためのスタータ３は、配線１４を介して、バッテリ１２と接続されている。また、キャパシタ９およびＤＣ−ＤＣコンバータ５が設けられており、キャパシタ９とＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力側回路とは、配線８によって接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力側回路は、配線１１を介して、バッテリ１２と接続されている。

そして、配線１１の途中部には、リレー１３が介装されている。リレー１３の接点が閉じられると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力側回路とバッテリ１２およびスタータ３とが電気的に接続される。この状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から出力される電圧により、バッテリ１２を充電することができる。一方、リレー１３の接点が開かれると、スタータ３がキャパシタ９から電気的に切り離される。この状態で、配線１４により、スタータ３とバッテリ１２との電気的な接続は維持される。したがって、バッテリ１２からスタータ３に電力を供給することができる。

リレー１３の接点を開いて、スタータ３をキャパシタ９から切り離した状態で、バッテリ１２から出力される電力でスタータ３を起動させることにより、スタータ３の起動に起因するキャパシタ９の出力電圧の低下を防止することができる。これにより、電気負荷１６に供給される電圧が低下することを防止できる。その結果、電気負荷１６に電力を安定して供給することができる。

また、リレー１３の接点が閉状態から開状態に切り替えられるときには、電流センサ２２によって検出される電流値が所定電流値以下となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から出力される電圧が制御される。一方、リレー１３の接点が開状態から閉状態に切り替えられるときには、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から出力される電圧がバッテリ１２の出力電圧とほぼ等しい電圧となるように制御される。

これにより、リレー１３の接点が開閉される前に、配線１１を流れる電流を小さくすることができる。その結果、リレー１３の接点の溶着を防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、アイドルストップ車１は、エンジン２を駆動源とする自動車に限らず、エンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッドカーであってもよい。

また、第２蓄電デバイスの一例として、キャパシタ９を取り上げたが、第２蓄電デバイスは、たとえば、バッテリ（二次電池）であってもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ アイドルストップ車
２ エンジン
３ スタータ
５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
８ 配線（第２配線）
９ キャパシタ（第２蓄電デバイス）
１１ 配線（第３配線）
１２ バッテリ（第１蓄電デバイス）
１３ リレー
１４ 配線（第１配線）
１６ 電気負荷
２１ 制御部（制御手段）
２２ 電流センサ（電流検出手段）

Claims (2)

1. エンジンおよび前記エンジンを始動させるためのスタータを備え、前記エンジンの駆動中に所定の停止条件が成立したことに応答して、前記エンジンが停止され、その後に所定の再始動条件が成立したことに応答して、前記エンジンが再始動される機能を有するアイドルストップ車の給電システムであって、
   第１蓄電デバイスと、
   前記第１蓄電デバイスと前記スタータとを接続する第１配線と、
   第２蓄電デバイスと、
   前記第２蓄電デバイスから出力される電圧を降圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第２蓄電デバイスと前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側回路とを接続する第２配線と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側回路と前記第１蓄電デバイスとを接続する第３配線と、
   前記第３配線の途中部に介装されたリレーとを含む、アイドルストップ車の給電システム。
2. 前記第３配線を流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出される電流値が所定電流値以下となるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧を制御した後、前記リレーの接点を閉状態から開状態に切り替え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧を所定電圧以下に制御した後、前記リレーの接点を開状態から閉状態に切り替える制御手段とをさらに含む、請求項１に記載のアイドルストップ車の給電システム。

Images