JP2015004356A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電電力でより長い時間、車載装置を駆動して燃費を向上させつつ、燃料ポンプからの燃料吐出量が変化する車両の運転状態の変化に影響されずに燃料ポンプからの燃料吐出量を確保できるようにする。【解決手段】車両用電源装置１０は、燃料ポンプ２１を含む車載装置２０を駆動させる電源を主電源１１及び主電源１１よりも下限電圧が低い補助電源１２の何れかに切り換える電源切換部１３と、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量となる第１運転状態及び燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が第１運転状態のときよりも多くなる第２運転状態の何れかの運転状態であるかを判定する運転状態判定部１５と、電源電圧検出部１４が検出した電圧が予め設定されている電圧値未満でありかつ運転状態判定部１５が第２運転状態であると判定すると、電源切換部１３を制御して補助電源１２から主電源１１に切り換える電源切換制御部１６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、車載装置を駆動させることが可能な複数の電源を制御する技術に関する。

特許文献１には、車載装置を駆動させることが可能な電源を複数搭載した車両において、一の電源から負荷である車載装置に流れる電流値を基に、他の電源に切り換える技術が開示されている。ここで、車載装置には、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプが含まれており、燃料ポンプも電源から電力が供給されて駆動される。

特許第２６２９４３６号

ところで、発電した電流を電源に充電する車両において、燃料ポンプをできるだけ低い電圧で駆動させると、電源から車載装置への電力供給量を減らすことができ、この結果、発電した電力で車載装置をより長時間駆動して燃費を向上させることができる。よって、蓄電性能を維持できる下限電圧が主電源よりも低い補助電源を使用して、主電源の場合よりも小さい電圧領域で燃料ポンプを駆動させると燃費向上が達成される。

一方、燃料ポンプを駆動させている電圧が低いときに、燃料ポンプからの燃料吐出量を多く必要とするような車両の運転状態にすると、燃料ポンプを駆動させている電圧が低いために燃料吐出量を増加させるのに必要な電力を燃料ポンプに供給することができず、燃料ポンプからの燃料吐出量が不足することがある。例えば、燃料ポンプを駆動させている電圧が低いときに、内燃機関での燃料噴射量を増加させて排気系を保護するエンリッチ制御を実施する運転状態にすると、燃料噴射量の確保のために燃料吐出量を増加させるのに必要な電力を燃料ポンプに供給することができず、燃料ポンプからの燃料吐出量が不足し燃料噴射量が不足する恐れがある。

以上より、発電した電流を電源に充電する車両では、燃料ポンプをできるだけ低い電圧で駆動させると、発電した電力で車載装置をより長時間駆動して燃費を向上させることができるが、燃料ポンプからの燃料吐出量を多く必要とするような車両の運転状態になると、燃料ポンプを駆動させている電圧が低いために燃料吐出量を増加させるのに必要な電力を燃料ポンプに供給することができず、燃料ポンプからの燃料吐出量が不足する恐れがある。

例えば、特許文献１に開示されている技術を適用する場合、燃料ポンプからの燃料吐出量を多く必要とするような車両の運転状態とは無関係に、電源から車載装置に流れる電流値だけに基づいて電源を切り換えることとなる。しかし、このような処理では、燃料ポンプからの燃料吐出量を多く必要とするような車両の運転状態になったとき、電源を切り換えるための電流値になっていなければ電源が切り換えられないため、燃料吐出量を増加させるのに必要な電力を燃料ポンプに供給することができない恐れがある。

本発明の目的は、発電した電力でより長い時間、車載装置を駆動して燃費を向上させつつ、燃料ポンプからの燃料吐出量が変化する車両の運転状態の変化に影響されずに燃料ポンプからの燃料吐出量を確保できるようにすることである。

本発明の第１の態様は、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを少なくとも含む車載装置に電力を供給して駆動させるための主電源及び補助電源を有する車両用電源装置であって、前記補助電源は、蓄電性能を維持できる下限電圧が前記主電源よりも低くかつ発電された電流が充電されており、前記補助電源の電圧を検出する電源電圧検出部と、前記車載装置を駆動させる電源を前記主電源及び前記補助電源の何れかに切り換える電源切換部と、前記燃料ポンプからの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量となる第１運転状態及び前記燃料ポンプからの燃料吐出量が前記第１運転状態のときよりも多くなる第２運転状態の何れかの運転状態であるかを判定する運転状態判定部と、前記電源電圧検出部が検出した電圧が予め設定されている電圧値未満でありかつ前記運転状態判定部が前記第２運転状態であると判定すると、前記電源切換部を制御して前記車載装置を駆動させる電源を前記補助電源から前記主電源に切り換える電源切換制御部と、を有することを特徴とする車両用電源装置を提供する。

本発明の第２の態様では、前記内燃機関からの排気ガスの温度を検出する排気温度検出部及び前記排気ガスを浄化するための触媒の温度を検出する触媒温度検出部の少なくとも何れかをさらに有し、前記運転状態判定部は、前記排気温度検出部が検出した前記排気ガスの温度が予め設定されている排気温度以上であること、及び前記触媒温度検出部が検出した前記触媒の温度が予め設定されている触媒温度以上であることの少なくとも何れかを満たすと、前記第２運転状態であると判定することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、車両用電源装置は、補助電源の電圧が低いときに燃料吐出量が多く必要になる第２運転状態となる場合、燃料ポンプを駆動する電源を補助電源から主電源に切り換えることで、補助電源の場合よりも高い下限電圧以上の電圧で燃料ポンプを駆動して第２運転状態で必要となる燃料吐出量を確保できる。このように、車両用電源装置は、燃料ポンプからの燃料吐出量が変化する車両の運転状態の変化に影響されずに燃料ポンプからの燃料吐出量を確保できる。

また、本発明の第１の態様によれば、車両用電源装置は、燃料吐出量を多く必要としない第１運転状態では、燃料ポンプを駆動する電源として主電源よりも下限電圧が低くかつ発電された電流を充電する補助電源を使用するため、主電源で使用できる電圧よりも低い電圧領域を使って燃料ポンプを安定させて駆動できるため、燃料ポンプを含めた車載装置を、発電された電力でより長い時間駆動して燃費を向上させることができる。

本発明の第２の態様によれば、車両用電源装置は、排気ガスの温度や触媒の温度を基に第２運転状態を判定することで、簡易に第２運転状態を判定できる。例えば、第２運転状態にするエンリッチ制御は、排気ガスの温度や触媒の温度が高くなると、燃料ポンプからの燃料吐出量を増加させて内燃機関での燃料噴射量を増加させ排気系を保護する制御である。このようなことから、車両用電源装置は、第２運転状態の判定に排気ガスの温度や触媒の温度を用いることで、エンリッチ制御によって燃料ポンプからの燃料吐出量が増加するような第２運転状態を簡易に判定できる。

図１は、車両用電源装置を搭載する車両の構成例を示すブロック図である。 図２は、電源切換制御部が行う電源切換処理の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、車両１を挙げている。
（構成）
図１には、車両の構成例を示す。

図１に示すように、車両１は、排気温度検出部２、触媒温度検出部３、内燃機関４、エンリッチ制御部５、発電機６、車両用電源装置１０、及び車載装置２０を搭載している。
ここで、排気温度検出部２は、内燃機関４の排気管に配置されており、内燃機関４の排気ガスの温度（以下、排気温度という。）を検出するためのものである。排気温度検出部２は、例えば、排気温度センサである。この排気温度検出部２の検出値は、エンリッチ制御部５及び車両用電源装置１０に出力される。また、触媒温度検出部３は、内燃機関４の排気管に配置されて内燃機関４の排気ガスを浄化するための触媒に取り付けられており、触媒の温度を検出するためのものである。触媒温度検出部３は、例えば、触媒温度センサである。この触媒温度検出部３の検出値は、エンリッチ制御部５及び車両用電源装置１０に出力される。

エンリッチ制御部５は、排気系の温度上昇を抑えて排気系を保護するために、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させて内燃機関４での燃料噴射量を増加させる制御を行う。このエンリッチ制御部５は、排気温度検出部２の検出値及び触媒温度検出部３の検出値のうちの少なくとも一方を基に、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させて燃料噴射量を増加させる。例えば、エンリッチ制御部５は、排気温度検出部２の検出値がエンリッチ制御開始判定用排気温度以上である条件及び触媒温度検出部３の検出値がエンリッチ制御開始判定用触媒温度以上である条件のうちの少なくとも一方の条件を満たす場合、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させて燃料噴射量を増加させる。ここで、エンリッチ制御開始判定用排気温度やエンリッチ制御開始判定用触媒温度は、エンリッチ制御の開始を判定するための値であり、実験的、経験的、又は理論的に予め設定されている値である。

発電機６は、例えば、オルタネータであって、車両用電源装置１０が有する後述の主電源１１及び補助電源１２に電力を供給する。
車両用電源装置１０は、車載装置２０に電力を供給して車載装置２０を駆動するためのものである。ここで、車載装置２０は、車両用電源装置１０から供給される電力によって駆動される電装機器によって構成されており、内燃機関４に燃料を供給する燃料ポンプ２１を少なくとも含んでいる。

その構成については、図１に示すように、車両用電源装置１０は、主電源１１、補助電源１２、電源切換部１３、電源電圧検出部１４、運転状態判定部１５、及び電源切換制御部１６を有している。
ここで、主電源１１及び補助電源１２は、車載装置２０に電力を供給して車載装置２０を駆動させるための電源であって、回生制御によって発電機６で発電された電流が充電される。例えば、主電源１１と補助電源１２とは、切り換えスイッチ等を介して発電機６と接続されることで、発電機６で発電された電流が選択的に充電される。そして、補助電源１２は、蓄電性能を維持できる下限電圧が主電源１１よりも低くなっている。主電源１１は、例えば、鉛バッテリである。補助電源１２は、例えば、リチウムイオンバッテリである。

これら主電源１１及び補助電源１２は、電源切換部１３を介して車載装置２０に接続されている。電源切換部１３は、例えば、切り換えスイッチであり、車載装置２０を駆動するための電源を主電源１１及び補助電源１２の何れかに切り換える。
電源電圧検出部１４は、例えば、電源電圧センサであり、補助電源１２の電圧を検出して、その検出値を電源切換制御部１６に出力する。

運転状態判定部１５は、車両の運転状態が第１運転状態及び第２運転状態の何れかであるかを判定する。ここで、第１運転状態は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量となる運転状態である。予め設定されている燃料吐出量は、例えば、車速、車両の加速度等の車両の走行状態を基に設定されている値であり、例えば、実験的、経験的、又は理論的に予め設定されている値である。また、第２運転状態は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が第１運転状態のときよりも多くなる運転状態である。例えば、運転状態判定部１５は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量以下であると判定すると、車両の運転状態が第１運転状態であると判定し、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量よりも多いと判定すると、車両の運転状態が第２運転状態であると判定する。そして、運転状態判定部１５は、運転状態の判定結果を電源切換制御部１６に出力する。

より詳しくは、運転状態判定部１５は、例えば、次のように判定を行う。
運転状態判定部１５は、排気温度検出部２及び触媒温度検出部３の検出値が入力されており、これら排気温度検出部２及び触媒温度検出部３の検出値を基に、車両の運転状態が第１運転状態及び第２運転状態の何れかであるかを判定する。このとき、先ず、運転状態判定部１５は、排気温度検出部２の検出値である排気温度が排気温度判定用しきい値以上であるか否か、又は、触媒温度検出部３の検出値である触媒温度が触媒温度判定用しきい値以上であるか否かを判定する。ここで、排気温度判定用しきい値は、前述のエンリッチ制御開始判定用排気温度と同一の値である。また、触媒温度判定用しきい値は、前述のエンリッチ制御開始判定用触媒温度と同一の値である。そして、運転状態判定部１５は、排気温度が排気温度判定用しきい値以上である、又は、触媒温度が触媒温度判定用しきい値以上であると判定すると、第２運転状態であるとの運転状態の判定結果を得る。

このように、運転状態判定部１５は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させて内燃機関４での燃料噴射量を増加させるエンリッチ制御を行うか否かの判定に用いるエンリッチ制御開始判定用排気温度やエンリッチ制御開始判定用触媒温度と同一の排気温度判定用しきい値や触媒温度判定用しきい値を用いて運転状態を判定する。これによって、運転状態判定部１５は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が異なる運転状態の判定を、排気温度判定用しきい値や触媒温度判定用しきい値を用いて実現している。

電源切換制御部１６は、例えば、マイクロコンピュータ及びその周辺回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）において構成されている。そのために、例えば、電源切換制御部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。ＲＯＭには、１又は２以上のプログラムが格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されている１又は２以上のプログラムに従って電源切換制御のための各種処理を実行する。

この電源切換制御部１６は、電源電圧検出部１４及び運転状態判定部１５からの情報を基に、電源切換部１３の切り換えを制御する。
例えば、先ず、電源切換制御部１６は、電源電圧検出部１４の検出値である補助電源１２の電圧値（以下、補助電源電圧値という。）が電圧判定用しきい値未満であるか否かを判定する。ここで、電圧判定用しきい値は、上述のエンリッチ制御を実行するのに十分な電圧値と同様に、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を第２運転状態時に必要な燃料吐出量に増加させるのに十分な電圧値であるか否かを判定するための値であり、例えば、実験的、経験的、又は理論的に予め設定されている値である。
なお、電源切換制御部１６は、第１運転状態時に必要な燃料吐出量以上の燃料吐出を燃料ポンプ２１に実行させるのに十分な補助電源電圧値を基準しきい値として、その基準しきい値以上の補助電源電圧値であることの条件の下、さらに、電圧判定用しきい値未満であるか否かを判定するようになっており、補助電源１２の補助電源電圧値が基準しきい値未満である場合には車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換えてその補助電源１２の充電制御を実行することは言うまでもない。

そして、電源切換制御部１６は、補助電源電圧値が電圧判定用しきい値未満であると判定するとともに、運転状態判定部１５が第２運転状態であると判定すると、第２運転状態であるとの判定結果を最初に取得してから所定時間経過したことを確認して、電源切換部１３を制御して、車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換える。

ここで、車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換える際には、当該切り換えのための前処理、例えば、当該切り換えの最中にも主電源１１や補助電源１２から安定して車載装置２０に電力を供給できるようにするための前処理が必要になる。そして、その前処理のため、補助電源１２から切り換えて主電源１１を車載装置２０を駆動させる電源として実際に使えるまで時間を要する。前述の所定時間は、このような前処理に要する時間となる。この所定時間は、例えば、実験的、経験的、又は理論的に予め設定されている値である。

図２には、電源切換制御部１６が行う電源切換制御のための処理手順の一例のフローチャートを示す。
図２に示すように、先ず、ステップＳ１では、電源切換制御部１６は、補助電源電圧値が基準しきい値以上であることが確認されている電源環境時において、その補助電源電圧値が電圧判定用しきい値未満であるか否かを判定する。電源切換制御部１６は、補助電源電圧値が電圧判定用しきい値未満であると判定すると、ステップＳ２に進み、補助電源電圧値が電圧判定用しきい値以上であると判定すると、電源切換制御のための処理を終了する。

ステップＳ２では、運転状態判定部１５が、現在の運転状態が前述の第２運転状態であるか否かを判定する。電源切換制御部１６は、運転状態判定部１５が現在の運転状態を第２運転状態であると判定すると、ステップＳ３に進み、運転状態判定部１５が現在の運転状態を第２運転状態でないと判定すると、すなわち、現在の運転状態が第１運転状態の場合、電源切換制御のための処理を終了する。

ステップＳ３では、電源切換制御部１６は、前記ステップＳ２で現在の運転状態が第２運転状態であると最初に判定されたときには、車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換えるための前処理を開始する。さらに、ステップＳ３では、電源切換制御部１６は、第２運転状態が所定時間継続したか否かを判定する。電源切換制御部１６は、第２運転状態が所定時間継続したと判定すると、ステップＳ４に進み、第２運転状態のまま未だ所定時間継続していないと判定すると、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、電源切換制御部１６は、電源切換部１３を制御して、車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換え、電源切換制御のための処理を終了する。

（動作、作用等）
次に、車両用電源装置１０の動作及びその作用等の一例について説明する。
車両用電源装置１０は、補助電源電圧値が電圧判定用しきい値未満である場合、現在の運転状態が第２運転状態であるか否かを判定する（ステップＳ１、ステップＳ２）。そして、車両用電源装置１０は、第２運転状態が所定時間継続すると、車載装置２０を駆動させる電源を補助電源１２から主電源１１に切り換える（ステップＳ２〜ステップＳ４）。

これによって、車両用電源装置１０は、補助電源１２の電圧が低くかつ燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が多く必要になる第２運転状態である場合、燃料ポンプ２１を駆動する電源を補助電源１２から主電源１１に切り換えることで、補助電源１２の場合よりも高い下限電圧以上の電圧で燃料ポンプ２１を駆動して第２運転状態で必要となる燃料吐出量を確保できる。このように、車両用電源装置１０は、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量が変化する車両の運転状態の変化に影響されずに燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を確保できる。

また、車両用電源装置１０は、第２運転状態を判定するための排気温度判定用しきい値がエンリッチ制御の開始を判定するためのエンリッチ制御開始判定用排気温度と同一の値とされ、第２運転状態を判定するための触媒温度判定用しきい値がエンリッチ制御の開始を判定するためのエンリッチ制御開始判定用触媒温度と同一の値とされることによって、エンリッチ制御を開始する条件が成立したタイミングで第２運転状態であると判定することができる。これによって、車両用電源装置１０は、エンリッチ制御によって燃料吐出量が実際に増加される直前のエンリッチ制御の開始条件の成立タイミングで第２運転状態であると判定できる。この結果、車両用電源装置１０は、エンリッチ制御によって燃料吐出量が実際に増加される前に、燃料ポンプ２１を駆動する電源を補助電源１２から主電源１１に切り換えることができ、第２運転状態で必要となる燃料吐出量を確実に確保できるようになる。

また、車両用電源装置１０は、燃料吐出量を多く必要としない第１運転状態では、燃料ポンプ２１を駆動する電源として主電源１１よりも下限電圧が低くかつ発電された電流を充電する補助電源１２を使用することで、主電源１１で使用できる電圧よりも低い電圧領域を使って燃料ポンプ２１を安定させて駆動できるため、燃料ポンプ２１を含めた車載装置２０を、発電された電力でより長い時間駆動して燃費を向上させることができる。

また、車両用電源装置１０は、排気温度や触媒温度を基に燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させる必要がある第２運転状態を判定しているため、簡易に第２運転状態を判定できる。例えば、車両１は、エンリッチ制御部５によって、排気温度や触媒温度が高くなると燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させて内燃機関４での燃料噴射量を増加させる制御を行うため、車両用電源装置１０は、第２運転状態の判定にこのような排気温度や触媒温度を用いることで、エンリッチ制御部５が燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を増加させるような第２運転状態を簡易に判定できる。

（本実施形態の変形例等）
前述の実施形態では、電源切換制御部１６は、排気温度が排気温度判定用しきい値以上であること、及び触媒温度が触媒温度判定用しきい値以上であることの何れかを満たすと、現在の運転状態が第２運転状態であると判定している。これに対して、例えば、他の実施形態では、電源切換制御部１６は、排気温度が排気温度判定用しきい値以上であること、及び触媒温度が触媒温度判定用しきい値以上であることの両方を満たすと、現在の運転状態が第２運転状態であると判定しても良い。また、他の実施形態では、電源切換制御部１６は、第１運転状態及び第２運転状態の何れかの運転状態を排気温度や触媒温度以外の値を用いて判定しても良い。

また、前述の実施形態では、電源切換制御部１６とは別構成の運転状態判定部１５が運転状態を判定している。これに対して、他の実施形態では、電源切換制御部１６が運転状態判定部１５の機能を有し、電源切換制御部１６が運転状態を判定しても良い。この場合、電源切換制御部１６には、排気温度検出部２及び触媒温度検出部３の検出値が入力される。

また、他の実施形態では、排気温度検出部２や触媒温度検出部３は、センサではなく、シミュレーション等による解析モデルによって温度、例えばモデル排気温度、モデル触媒温度を推定するものでも良い。
また、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両、２ 排気温度検出部、３ 触媒温度検出部、４ 内燃機関、５ エンリッチ制御部、６ 発電機、１０ 車両用電源装置、１１ 主電源、１２ 補助電源、１３ 電源切換部、１４ 電源電圧検出部、１５ 運転状態判定部、１６ 電源切換制御部、２０ 車載装置、２１ 燃料ポンプ

Claims (2)

1. 内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを少なくとも含む車載装置に電力を供給して駆動させるための主電源及び補助電源を有する車両用電源装置であって、
   前記補助電源は、蓄電性能を維持できる下限電圧が前記主電源よりも低くかつ発電された電流が充電されており、
   前記補助電源の電圧を検出する電源電圧検出部と、
   前記車載装置を駆動させる電源を前記主電源及び前記補助電源の何れかに切り換える電源切換部と、
   前記燃料ポンプからの燃料吐出量が予め設定されている燃料吐出量となる第１運転状態及び前記燃料ポンプからの燃料吐出量が前記第１運転状態のときよりも多くなる第２運転状態の何れかの運転状態であるかを判定する運転状態判定部と、
   前記電源電圧検出部が検出した電圧が予め設定されている電圧値未満でありかつ前記運転状態判定部が前記第２運転状態であると判定すると、前記電源切換部を制御して前記車載装置を駆動させる電源を前記補助電源から前記主電源に切り換える電源切換制御部と、
   を有することを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記内燃機関からの排気ガスの温度を検出する排気温度検出部及び前記排気ガスを浄化するための触媒の温度を検出する触媒温度検出部の少なくとも何れかをさらに有し、
   前記運転状態判定部は、前記排気温度検出部が検出した前記排気ガスの温度が予め設定されている排気温度以上であること、及び前記触媒温度検出部が検出した前記触媒の温度が予め設定されている触媒温度以上であることの少なくとも何れかを満たすと、前記第２運転状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
   

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