JP2015009742A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本発明の一態様に係る車両用電源装置は、第1電源(例えば、実施の形態でのバッテリ12)と、前記第1電源に並列に接続された第2電源(例えば、実施の形態でのキャパシタ11)と、前記第1電源と前記第2電源との間に接続されたDC−DCコンバータ(例えば、実施の形態でのDC−DCコンバータ13)と、前記DC−DCコンバータに並列に接続されるとともに、前記第1電源と前記第2電源との間に接続されたスイッチ(例えば、実施の形態でのコンタクタ15)と、前記スイッチを開閉する開閉手段(例えば、実施の形態でのコンタクタリレー16)と、前記第1電源の出力電圧と前記第2電源の出力電圧とを検出する電圧検出手段(例えば、実施の形態での第1電圧センサ25および第2電圧センサ26)と、前記第1電源に接続された第1電気的負荷(例えば、実施の形態での電気的負荷23)と、前記第2電源に接続されるとともに、前記第1電気的負荷よりも大きい電流の供給を必要とする第2電気的負荷(例えば、実施の形態でのスタータモータ20)と、前記DC−DCコンバータ、前記開閉手段、および前記第2電気的負荷を制御する制御手段(例えば、実施の形態でのコントローラ14)と、を備え、前記制御手段は、前記第2電気的負荷が駆動される場合に前記開閉手段により前記スイッチをオフにし、前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出された前記第1電源の出力電圧と前記第2電源の出力電圧とが所定時間に亘って所定の程度で等しい場合に、前記第2電気的負荷の駆動を禁止する。
さらに、上記(3)の場合、アイドル停止からの内燃機関の再始動が許容されない状態(つまり、スイッチのオン故障により第1電源の出力電圧が低下する可能性が有る状態)でアイドル停止の実行を禁止することにより、車両を運転可能に維持することができる。
さらに、上記(4)の場合、イグニッションスイッチのオフなどによって車両が停止した場合には第2電気的負荷の駆動禁止を解除することによって、車両の次回の起動を可能とすることができる。
車両1は、車両用電源装置10と、FI−ECU17と、スタータマグネットスイッチ(STMGSW)18、スタータリレー19、およびスタータモータ(STM)20と、発電機(ACG)21および内燃機関22と、電気的負荷23と、イグニッションスイッチ(IGSW)24と、第1電圧センサ25および第2電圧センサ26と、回転数センサ27と、を備えている。
対をなす第1および第2スイッチング素子SW1,SW2は第1入出力端子13aと接地端子13cとの間で直列に接続されている。つまり第1スイッチング素子SW1のコレクタは第1入出力端子13aに接続され、第1スイッチング素子SW1のエミッタは第2スイッチング素子SW2のコレクタに接続され、第2スイッチング素子SW2のエミッタは接地端子13cに接続されている。
対をなす第3および第4スイッチング素子SW3,SW4は第2入出力端子13bと接地端子13cとの間で直列に接続されている。つまり第3スイッチング素子SW3のコレクタは第2入出力端子13bに接続され、第3スイッチング素子SW3のエミッタは第4スイッチング素子SW4のコレクタに接続され、第4スイッチング素子SW4のエミッタは接地端子13cに接続されている。
各スイッチング素子SW1,SW2,SW3,SW4のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向になるようにして各第1〜第4ダイオードD1〜D4が接続されている。
DC−DCコンバータ13は、第1入出力端子13aと第2入出力端子13bとの間を直結するように直列に接続された抵抗RおよびダイオードDを備えている。ダイオードDは第2入出力端子13bから第1入出力端子13aに向けて順方向になるように配置されている。
DC−DCコンバータ13は、コントローラ14から出力されて各スイッチング素子SW1,SW2,SW3,SW4のゲートに入力される信号によって駆動される。
コントローラ14は、バッテリ12の放電およびバッテリ12の放電深度を制御可能である。コントローラ14は、バッテリ12の出力電圧VBを検出する第2電圧センサ26と、バッテリ12の充電電流および放電電流を検出する電流センサ(図示略)と、バッテリ12の温度を検出する温度センサ(図示略)と、に接続されている。
なお、コンタクタ15の第1端子15aは、DC−DCコンバータ13の第1入出力端子13aと、キャパシタ11の正極側端子と、スタータマグネットスイッチ18と、に接続されている。コンタクタ15の第2端子15bは、DC−DCコンバータ13の第2入出力端子13bと、バッテリ12の正極側端子と、発電機21および電気的負荷23と、に接続されている。これらによりコンタクタ15は、接続状態において、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ18およびスタータモータ20に対してキャパシタ11とバッテリ12とをそれぞれ並列に接続する。なお、キャパシタ11およびバッテリ12の負極側端子は接地されている。
FI−ECU17は、内燃機関22のアイドル停止を制御する。アイドル停止は、所定の一時停止条件の成立に応じて運転状態の内燃機関22を自動的に一時的に停止し、所定の復帰条件の成立に応じて一時停止状態の内燃機関22を自動的に再始動させる。所定の一時停止条件は、例えば、車両1の車速がゼロ、かつアクセルペダル開度がゼロ、かつブレーキペダルスイッチがオンなどである。所定の復帰条件は、例えば、ブレーキペダルスイッチがオフなどである。
FI−ECU17は、イグニッションスイッチ24から出力される信号による始動要求またはアイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じて、スタータリレー19をオンに制御することによって内燃機関22を始動させる。FI−ECU17は、発電機(ACG)21の発電動作を制御し、発電機21の発電電圧を任意に変更する。
スタータモータ20は、例えば、回転軸(図示略)にピニオンギヤ(図示略)を備えている。内燃機関22は、例えば、スタータモータ20のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ(図示略)をクランク軸(図示略)に備えている。これによりスタータモータ20は、ピニオンギヤを内燃機関22側のリングギヤに噛み合わせることによって、駆動力を内燃機関22に伝達可能である。
電気的負荷23は、各種補機類である。電気的負荷23は、接地されるとともにDC−DCコンバータ13の第2入出力端子13bに接続されている。
以下に、コントローラ14が制御するキャパシタ11およびバッテリ12の充放電動作について説明する。
コントローラ14は、キャパシタ11の出力電圧を、車両1の運転状態に応じた所定の目標電圧に一致させるようにして、DC−DCコンバータ13の双方向の昇降圧動作およびコンタクタリレー16によるコンタクタ15の接続および遮断を制御する。
コントローラ14は、下記表1に示すように、車両1の運転に応じたキャパシタ11およびバッテリ12の充放電動作として、9つの動作モードM0〜M8を実行する。
この動作モードM1において、コントローラ14は、先ず、コンタクタリレー16のオフによってコンタクタ15を遮断状態とした状態でスタータリレー19のオンによってスタータマグネットスイッチ18を接続状態とする。これによりコントローラ14は、キャパシタ11のみからの給電によってスタータモータ20を駆動する。
このとき、後述する所定条件が成立した場合に、コントローラ14は、コンタクタリレー16のオンによってコンタクタ15を接続状態とする。これによりコントローラ14は、図4に示すように、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ18およびスタータモータ20に対して、キャパシタ11とバッテリ12とをそれぞれ並列に接続する。そしてコントローラ14は、キャパシタ11およびバッテリ12からの給電によってスタータモータ20を駆動し、スタータモータ20の駆動力によって内燃機関22を始動させる。
なお、この初回始動の動作モードM1においては、例えば図2に示す時刻t1のように、キャパシタ11からスタータモータ20への給電に起因して、キャパシタ11の出力電圧および残容量SOCは低下する。
なお、所定のI/S準備電位は、例えば、アイドル停止による所定期間に亘る内燃機関22の一時停止状態において電気的負荷23などに対して必要とされる給電を実行可能なキャパシタ11の残容量SOCに対応する出力電圧である。
キャパシタ11の出力電圧が所定のI/S準備電位に到達した状態において、I/S準備充電の動作モードM2を実行継続する。この場合、コントローラ14は、図6に示すように、DC−DCコンバータ13の第2入出力端子13bと第1入出力端子13aとの間において、第3スイッチング素子SW3をオンからオフ状態へと切り替え、ダイオードDおよび抵抗Rに電流を流す。これによりコントローラ14は、キャパシタ11の出力電圧を所定のI/S準備電位に維持する。
なお、所定の上限電位は、I/S準備電位よりも大きく、例えば、満充電状態(つまり、残容量SOC=100%)に対応する出力電圧である。
コントローラ14は、バッテリ12から電気的負荷23へと給電するとともに、DC−DCコンバータ13を介したバッテリ12からキャパシタ11への給電によってキャパシタ11を充電する。これによりコントローラ14は、キャパシタ11の出力電圧および残容量SOCがキャパシタ11からスタータモータ20への給電に起因して低下したとしても、キャパシタ11の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止する。
コントローラ14は、内燃機関22の再始動を開始してから所定の時間の経過後に回転数センサ27により検出された内燃機関22の回転数(エンジン回転数NE)が所定回転数以下の場合、または、FI−ECU17から出力された内燃機関22の始動エラーを示す信号を受信した場合などに、内燃機関22を再始動させることができなかったと判断する。
なお、コントローラ14は、車両1の停止時におけるキャパシタ11の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止するために、バッテリ12から電気的負荷23への給電に加えて、DC−DCコンバータ13のダイオードDおよび抵抗Rを介したバッテリ12からキャパシタ11への給電によってキャパシタ11を充電する。
以下に、コンタクタリレー16によるコンタクタ15の接続および遮断の制御の詳細について説明する。
コントローラ14は、イグニッションスイッチ24がオフからオンに切り替えられた車両1の起動時において、内燃機関22の始動前に、第1電圧センサ25により検出されたキャパシタ11の出力電圧VCと、第2電圧センサ26により検出されたバッテリ12の出力電圧VBとを用いて、コンタクタ15の故障検知を実行する。
先ず、例えば図15に示すステップS01において、コントローラ14は、イグニッションスイッチ24がオフからオンに切り替えられたか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS01の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS02に進む。
この判定結果が「NO」の場合には、コンタクタ15は正常であると判定する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、コンタクタ15が接続状態に固定されるオン故障が生じていることによってキャパシタ11の出力電圧VCおよびバッテリ12の出力電圧VBが誤差の範囲で同電位であると判定する。
コントローラ14は、コンタクタ15のオン故障が生じていると判定した場合には、表示や音出力による報知を行なう報知装置(図示略)によってオン故障を報知し、アイドル停止の実行を禁止する。
次に、ステップS04において、コントローラ14は、コンタクタ15のオフ故障の有無を検知する。より詳細には、コントローラ14は、コンタクタ15を接続状態とすることを指示した前後において出力電圧VCおよび出力電圧VBが変動したか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合、コンタクタ15は正常であると判定する。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、コンタクタ15が遮断状態に固定されるオフ故障が生じていると判定する。
次に、ステップS05において、コントローラ14は、コンタクタリレー16がオンであれば、コンタクタリレー16をオンからオフへと切り替えることによってコンタクタ15を遮断状態とする。
次に、コントローラ14は、コンタクタ15の故障検知を実行した後に、初回始動の動作モードM1を実行する。
先ず、図15に示すステップS06において、コントローラ14は、スタータリレー19のオンによってスタータマグネットスイッチ18を接続状態とする。そして、スタータモータ20のピニオンギヤと内燃機関22側のリングギヤとを噛み合わせて、スタータモータ20の駆動力を内燃機関22に伝達可能な状態にする。
次に、ステップS07において、コントローラ14は、キャパシタ11のみからの給電によってスタータモータ20を駆動する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS11に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS09に進む。
次に、ステップS10において、コントローラ14は、キャパシタ11およびバッテリ12からの給電によってスタータモータ20を駆動し、内燃機関22を始動させる。
次に、ステップS11において、コントローラ14は、内燃機関22の初爆から完爆までの状態を確認したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS11の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS12に進む。
なお、コントローラ14は、回転数センサ27によって検出されたエンジン回転数NEが内燃機関22の完爆を判定するための所定判定回転数に到達した場合に完爆が生じたと判断する。
次に、ステップS13において、コントローラ14は、コンタクタリレー16がオンであれば、コンタクタリレー16をオンからオフに切り替えることよってコンタクタ15を遮断状態とし、内燃機関22の始動を完了して、エンドに進む。
コントローラ14は、車両1のアイドル停止状態において、ENG再始動の動作モードM7を実行する。
先ず、図17に示すステップS21において、コントローラ14は、アイドル停止による一時停止状態の内燃機関22を再始動させることを要求する復帰要求を受信したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS21の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS22に進む。
なお、復帰要求は、例えば、運転者によるブレーキペダル操作が解除された場合などにFI−ECU17から出力される。
次に、ステップS23において、コントローラ14は、キャパシタ11のみからの給電によってスタータモータ20を駆動する。
次に、ステップS24において、コントローラ14は、内燃機関22の再始動を開始してから所定の時間の経過後に、キャパシタ11の出力電圧VCが所定の第3電圧以上、かつ回転数センサ27により検出されたエンジン回転数NEが所定回転数よりも大きいか否かを判定する。なお、所定の第3電圧は、この時点で遮断状態のコンタクタ15を接続状態に切り替えた場合にコンタクタ15に流れる電流が所定の上限電流以下となるために必要な電圧である。
この判定結果が「NO」の場合には、始動限界であると判断し、後述するステップS27に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS26に進む。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS25の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS26に進む。
そして、ステップS26において、コントローラ14は、スタータリレー19のオフによってスタータマグネットスイッチ18を遮断状態とし、スタータモータ20の駆動を停止する。そして、スタータモータ20のピニオンギヤと内燃機関22側のリングギヤとの噛み合わせを解除して、スタータモータ20と内燃機関22との間の動力伝達を遮断する。これらによりコントローラ14は、内燃機関22の始動を完了して、エンドに進む。
次に、ステップS28において、コントローラ14は、内燃機関22を再始動させるために所定操作(例えば、所定のキー操作やイグニッションスイッチ24のオン操作など)の実行が必要であることを報知装置(図示略)によって車両1の運転者に報知する。
次に、ステップS29において、コントローラ14は、車両1の運転者によって所定操作が実行されたか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS29の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS30に進む。
次に、ステップS31において、コントローラ14は、キャパシタ11のみからの給電によってスタータモータ20を駆動する。
次に、ステップS32において、コントローラ14は、上述した所定条件が成立したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS32の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS33に進む。
次に、ステップS34において、コントローラ14は、キャパシタ11およびバッテリ12からの給電によってスタータモータ20を駆動し、内燃機関22を再始動させる。
次に、ステップS35において、コントローラ14は、内燃機関22の初爆から完爆までの状態を確認したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS36に進み、このステップS36においては、内燃機関22の異常が発生したと判定し、エンドに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS37に進む。
次に、ステップS38において、コントローラ14は、コンタクタリレー16のオフによってコンタクタ15を遮断状態とし、内燃機関22の再始動を完了する。
例えば、コントローラ14は、内燃機関22の再始動が完了してから所定の経過時間以内においてエンジン回転数NEが所定下限回転数以下の場合には、キャパシタ11およびバッテリ12からなる電源回路の異常が発生したと判定して、アイドル停止の次回の実行を禁止する。
また、例えば、コントローラ14は、内燃機関22の再始動が完了してから所定の経過時間以内においてエンジン回転数NEが所定下限回転数以下の場合には、所定のI/S下限電位を変更(例えば、増大側に変更)する。コントローラ14は、第1電圧センサ25により検出されたキャパシタ11の出力電圧VCが、変更後のI/S下限電位未満であればアイドル停止の実行を禁止する。
さらに、コントローラ14は、コンタクタ15のオン故障の有無を検知し、オン故障が生じている場合にアイドル停止の実行を禁止、つまりスタータモータ20の駆動を禁止するので、バッテリ12の出力電圧が低下することを防ぎ、バッテリ12から給電される各種補機類の電気的負荷23で給電不足が生じることを防ぐことができる。
例えば、上述した実施の形態において、コンタクタ15は、他のスイッチであってもよい。
10 車両用電源装置
11 キャパシタ(第2電源)
12 バッテリ(第1電源)
13 DC−DCコンバータ
14 コントローラ(制御手段、アイドル停止手段)
15 コンタクタ(スイッチ)
16 コンタクタリレー(開閉手段)
17 FI−ECU(アイドル停止手段)
20 スタータモータ(第2電気的負荷、電動機)
22 内燃機関
23 電気的負荷(第1電気的負荷)
25 第1電圧センサ(電圧検出手段)
26 第2電圧センサ(電圧検出手段)
Claims (4)
- 第1電源と、
前記第1電源に並列に接続された第2電源と、
前記第1電源と前記第2電源との間に接続されたDC−DCコンバータと、
前記DC−DCコンバータに並列に接続されるとともに、前記第1電源と前記第2電源との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチを開閉する開閉手段と、
前記第1電源の出力電圧と前記第2電源の出力電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電源に接続された第1電気的負荷と、
前記第2電源に接続されるとともに、前記第1電気的負荷よりも大きい電流の供給を必要とする第2電気的負荷と、
前記DC−DCコンバータ、前記開閉手段、および前記第2電気的負荷を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第2電気的負荷が駆動される場合に前記開閉手段により前記スイッチをオフにし、
前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出された前記第1電源の出力電圧と前記第2電源の出力電圧とが所定時間に亘って所定の程度で等しい場合に、前記第2電気的負荷の駆動を禁止する、
ことを特徴とする車両用電源装置。 - 内燃機関を備える車両に搭載された車両用電源装置であって、
前記第2電気的負荷は、前記内燃機関を始動する電動機である、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用電源装置。 - 内燃機関と、前記内燃機関を一時的に停止させるアイドル停止を実行するアイドル停止手段と、を備える車両に搭載された車両用電源装置であって、
前記アイドル停止手段は、前記電圧検出手段によって検出された前記第1電源の出力電圧と前記第2電源の出力電圧とが所定時間に亘って所定の程度で等しい場合に、前記アイドル停止の実行を禁止する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用電源装置。 - 車両に搭載された車両用電源装置であって、
前記制御手段は、前記車両の停止時に前記第2電気的負荷の駆動禁止を解除する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載の車両用電源装置。
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