JP2015123824A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな構成により、リレーの故障発生時に車両が走行不能となることを回避できる、車両用電源装置を提供する。
【解決手段】メインバッテリ１１とサブバッテリ１２との間には、メインリレー１７が介装されている。メインリレー１７がオンの状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１に並列に接続され、メインリレー１７がオフの状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１から電気的に切り離される。メインリレー１７に接点が開かない故障が発生すると、ＩＳＧ３の発電量が調整されて、サブバッテリ１２に入出力される電流が０にされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載される車両用電源装置に関する。

自動車などの車両には、補機などの駆動に必要な電力を蓄えておくためのバッテリが搭載されている。このバッテリには、鉛電池が広く採用されているが、鉛電池が急速充電に不向きであるなどの理由から、最近では、メインバッテリとしての鉛電池に加えて、急速充電可能なキャパシタなどをサブバッテリとして搭載した車両が提供されている。

サブバッテリは、メインバッテリと並列に接続され、オルタネータによる発電電力で充電される。サブバッテリがメインバッテリに常時接続されていると、エンジンの停止中に、サブバッテリに蓄えられている電力が暗電流により消費されて、サブバッテリのバッテリ上がりを生じるおそれがある。そのため、メインバッテリとサブバッテリとの間には、リレーが介在されており、始動スイッチがオフの状態では、リレーがオフ（開）にされて、サブバッテリがメインバッテリから電気的に切り離される。

ところが、リレーは、接点が溶着する故障を生じることがある。この故障が発生している状態で、サブバッテリの異常がさらに発生し、サブバッテリの充放電が止まらなくなると、エンジンの駆動を禁止（エンジンを停止）しなければならず、車両が走行不能になる。

２個のリレーを直列に設けておけば、一方のリレーの故障が発生しても、他方のリレーをオフにすることにより、サブバッテリをメインバッテリから電気的に切り離すことができる。リレーの故障対策としては、それ以外にも種々の提案がなされており、たとえば、ツェナーダイオードを設けることなどが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−３６４４５８号公報

しかしながら、かかる従来の提案では、２個のリレーやツェナーダイオードが必要であり、コストが上昇する。

本発明の目的は、低コストな構成により、リレーの故障発生時に車両が走行不能となることを回避できる、車両用電源装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用電源装置は、車両の電気系統に組み込まれる車両用電源装置であって、メインバッテリと、メインバッテリにリレーを介して並列に接続されるサブバッテリと、リレーに接点が開かない故障が生じているか否かを判定する判定手段と、判定手段によりリレーの故障が生じていると判定された場合に、サブバッテリに入出力される電流が０になるように、車両に搭載されている発電機の発電量を調整する調整手段とを含む。

この構成によれば、リレーに接点が開かない故障（たとえば、接点の溶着）が発生すると、車両に搭載されている発電機の発電量が調整されて、サブバッテリに入出力される電流が０にされる。これにより、サブバッテリの充放電が止まる。そのため、リレーの故障が発生しても、エンジンを駆動することができ、車両を走行させることができる。

よって、２個のリレーやツェナーダイオードを設けることなく、低コストな構成により、リレーの故障発生時に車両が走行不能となることを回避できる。

発電機の発電量は、発電機に供給される界磁電流および／またはエンジンの回転数を変更することにより調整することができる。

発電機の発電量の調整中、車両に搭載されている所定の電気負荷の作動が禁止されてもよい。これにより、当該調整中に車両の電気系統に必要な電力が急変することを抑制できるので、サブバッテリに入出力される電流を０に安定して維持することができる。

本発明によれば、低コストな構成により、リレーの故障発生時に車両が走行不能となることを回避できる。

本発明の一実施形態に係る車両用電源装置が搭載される車両の要部の構成を示す図である。 メインリレーの故障発生時に実行される故障対策制御を説明するためのフローチャートである。 エンジンの回転数とＩＳＧの発電電流の上限値との関係の一例を示すグラフである。

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車両用電源装置が搭載される車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、エンジン２を動力源とする自動車である。車両１では、エンジン２に付随して、ＩＳＧ（integrated starter generator：インテグレーテッドスタータジェネレータ）３およびスタータ４が設けられている。

ＩＳＧ３は、エンジン２を始動させるスタータ機能と動力を電力に回生するジェネレータ機能とを併有している。ＩＳＧ３は、ＩＳＧプーリ５が取り付けられた回転軸を備えており、その回転軸がエンジン２の出力軸と平行をなすように設けられている。エンジン２の出力軸には、クランクプーリ６が保持されており、ＩＳＧプーリ５およびクランクプーリ６には、ベルト７が巻き掛けられている。

スタータ４は、スタータギヤ（図示せず）を備えている。エンジン２の出力軸には、フライホイールが保持されており、スタータギヤは、フライホイールのギヤ歯と噛合／噛合解除可能に設けられている。

また、エンジン２の周囲には、ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９が配置されている。ウォータポンププーリ８は、エンジン２の冷却水を循環させるためのウォータポンプの回転軸に保持されている。エアコンプーリ９は、エアコンディショナのコンプレッサの回転軸に保持されている。クランクプーリ６、ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９には、ベルト１０が巻き掛けられている。ウォータポンププーリ８およびエアコンプーリ９には、クランクプーリ６の回転がベルト１０を介して伝達され、これにより、ウォータポンプおよびコンプレッサが駆動される。

車両１の電気系統には、メインバッテリ１１およびサブバッテリ１２が含まれる。

メインバッテリ１１は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池からなる。メインバッテリ１１のプラス端子には、プラス配線１３が接続されている。メインバッテリ１１のマイナス端子は、マイナス配線１４を介して、アースと電気的に接続されている。

サブバッテリ１２は、メインバッテリ１１と同じ公称電圧の電池、たとえば、公称電圧が１２Ｖのニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池またはリチウムイオン電池からなる。サブバッテリ１２のプラス端子には、配線１５の一端が接続されている。配線１５の他端は、プラス配線１３に接続されている。サブバッテリ１２のマイナス端子は、マイナス配線１６を介して、アースと電気的に接続されている。

配線１５の途中部には、メインリレー１７が介裝されている。このメインリレー１７がオン（閉）の状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１に並列に接続され、メインリレー１７がオフ（開）の状態で、サブバッテリ１２がメインバッテリ１１から電気的に切り離される。

マイナス配線１６の途中部には、マイナス配線１６に過電流が流れることを防止するためのヒューズ１８およびマイナス配線１６を流れる電流を検出する電流センサ１９が介装されている。

また、プラス配線１３には、配線２０，２１の各一端が接続されている。配線２０，２１の各他端は、ＩＳＧ３に接続されている。配線２０の途中部には、ＩＳＧリレー２２が介装されている。このＩＳＧリレー２２がオン（閉）の状態で、ＩＳＧ３がメインバッテリ１１と電気的に接続され、ＩＳＧリレー２２がオフ（開）の状態で、ＩＳＧ３がメインバッテリ１１から電気的に切り離される。配線２１の途中部には、配線２１に過電流が流れることを防止するためのヒューズ２３が介装されている。

車両１には、ＣＰＵおよびメモリを含む構成の複数のＥＣＵ（電子制御ユニット）が備えられている。ＥＣＵには、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３が含まれる。各ＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる通信を行うことができる。

エンジンＥＣＵ３１には、車両に配設された各種センサや他のＥＣＵから種々の情報が入力される。エンジンＥＣＵ３１は、その入力される情報に基づいて、エンジン２を主として制御する。また、エンジンＥＣＵ３１は、ＩＳＧ３に内蔵された制御基板との間で、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信プロトコルによる通信を行うことができ、ＩＳＧ３の制御に必要な指令などを送信する。エンジンＥＣＵ３１に入力される情報には、メインバッテリ１１の電圧、温度および入出力電流などの情報が含まれ、エンジンＥＣＵ３１は、それらの情報に基づいて、メインバッテリ１１の状態を検出する。

エコランＥＣＵ３２は、他のＥＣＵから入力される情報などに基づいて、アイドリングストップ制御を実行する。アイドルストップ制御では、自動停止条件、たとえば、車速が所定値以下であり、かつ、ブレーキペダルが踏み込まれているという条件が成立すると、エコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に、エンジン停止指令が出力され、エンジンＥＣＵ３１により、エンジン２が停止される。その後、再始動条件、たとえば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたという条件が成立すると、エコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に、エンジン始動指令が出力される。これを受けて、エンジンＥＣＵ３１からＩＳＧ３に指令が出力され、ＩＳＧ３がスタータとして動作し、ＩＳＧ３の動力がＩＳＧプーリ５からベルト７を介してクランクプーリ６に伝達されることにより、エンジン２がクランキングされる。

また、エコランＥＣＵ３２は、メインリレー１７およびスタータ４の給電経路上に設けられたスタータリレー３４を制御する。たとえば、エンジン２の冷間始動時には、スタータリレー３４がオンにされて、スタータギヤがフライホイールのギヤ歯に噛合され、スタータ４の動力がスタータギヤを介してフライホイールに伝達されることにより、エンジン２がクランキングされる。

バッテリＥＣＵ３３は、サブバッテリ１２の電圧、温度および入出力電流などを監視している。バッテリＥＣＵ３３は、サブバッテリ１２、メインリレー１７、ヒューズ１８および電流センサ１９とともに、１つのパッケージに収容されて、サブバッテリパックを構成している。

図２は、メインリレー１７の故障発生時に実行される故障対策制御を説明するためのフローチャートである。図３は、エンジン２の回転数とＩＳＧ３の発電電流の上限値との関係の一例を示すグラフである。

メインリレー１７に接点が開かない故障、たとえば、接点が溶着する故障が発生すると（ステップＳ１のＹＥＳ）、以下のステップＳ２以降の各処理からなる故障対策制御が実行される。言い換えれば、メインリレー１７に故障が発生していないときには（ステップＳ１のＮＯ）、故障対策制御は実行されない。

メインリレー１７に故障が発生しているか否かを判定するために、エコランＥＣＵ３２により、所定のタイミングごとに、メインリレー１７がオフにされる。所定のタイミングは、一定時間が経過したタイミングであってもよいし、車両１が一定距離を走行したタイミングであってもよい。メインリレー１７がオフの状態で、エコランＥＣＵ３２により、バッテリＥＣＵ３３から電流センサ１９による検出値、つまりサブバッテリ１２に入出力される電流の値（以下、「サブバッテリ電流値」という。）が取得される。そして、ＩＳＧ３の発電量を変化させる指令がエコランＥＣＵ３２からエンジンＥＣＵ３１に出力され、これを受けて、エンジンＥＣＵ３１により、発電量を変化させる指令がＩＳＧ３に与えられる。これにより、ＩＳＧ３の発電量が変化する。一方、エコランＥＣＵ３２により、ＩＳＧ３の発電量の変化の前後において、サブバッテリ電流値が０Ａ（アンペア）であるか否かが判定され、サブバッテリ電流値が０Ａでなければ、メインリレー１７に故障が発生していると判定される。

メインリレー１７に故障が発生している場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、エコランＥＣＵ３２により、サブバッテリ電流値が０Ａになるように、ＩＳＧ３の発電量（発電電流）が調整される（ステップＳ２）。

具体的には、サブバッテリ電流値が０Ａになるように、ＩＳＧ３の発電電流の目標値が設定され、その目標値に基づいて、ＩＳＧ３に供給される界磁電流の目標値および／またはエンジン２の回転数の目標値が設定される。

ＩＳＧ３の発電電流は、ＩＳＧ３に供給される界磁電流の増減により調整することができる。また、ＩＳＧ３のロータの回転速度は、エンジン２の回転数に対応するので、ＩＳＧ３の発電電流は、エンジン２の回転数の増減により調整することができる。エコランＥＣＵ３２により、エンジンＥＣＵ３１からエンジン２の回転数が取得されて、エンジン２の回転数を現在の回転数から増減させずに、ＩＳＧ３に供給される界磁電流の増減により、ＩＳＧ３の発電電流を目標値に調整できるか否かが調べられる。図３に示されるように、ＩＳＧ３の発電電流の上限値は、エンジン２の回転数に依存する。そのため、エンジン２の回転数が低いと、界磁電流の増減のみによっては、ＩＳＧ３の発電電流を目標値まで上げることができない場合がある。この場合、ＩＳＧ３の発電電流を目標値まで上げることができるように、エンジン２の回転数の目標値が設定される。界磁電流の増減のみにより、ＩＳＧ３の発電電流を目標値に調整できる場合には、界磁電流の目標値のみが設定されてもよいし、界磁電流およびエンジン２の回転数の各目標値が設定されてもよい。また、界磁電流を現在の状態から増減させずに、エンジン２の回転数の増減により、ＩＳＧ３の発電電流を目標値に調整できる場合には、界磁電流の目標値が設定されず、エンジン２の回転数の目標値のみが設定されてもよい。

エコランＥＣＵ３２により、ＩＳＧ３に供給される界磁電流の目標値および／またはエンジン２の回転数の目標値が設定されると、その設定された目標値がエンジンＥＣＵ３１に送信される。そして、ＩＳＧ３に供給される界磁電流の目標値が設定された場合には、エンジンＥＣＵ３１により、その目標値の界磁電流をロータコイルに供給する指令がＩＳＧ３に与えられる。また、エンジン２の回転数の目標値が設定された場合には、エンジンＥＣＵ３１により、エンジン２の回転数が目標値に一致するように、エンジン２が制御される。その結果、ＩＳＧ３の発電電流が目標値に一致し、サブバッテリ電流値が０Ａになる。

また、ＩＳＧ３の発電量の調整が開始されると、エコランＥＣＵ３２により、所定の電気負荷の作動が禁止される（ステップＳ３）。作動が禁止される電気負荷は、作動しなくてもエンジン２の駆動および車両１の走行に悪影響を与えない電気負荷の全部であってもよいし、そのうちの一部であってもよい。作動が禁止される電気負荷の一例としては、エアコンディショナのコンプレッサ（コンプレッサを動作させるためのマグネットクラッチ）を挙げることができる。

さらに、エコランＥＣＵ３２により、メータユニットに配置された各種の計器類および警告ランプを制御するためのメータＥＣＵ（図示せず）に指令が送信されて、メインリレー１７の故障を報知するための警告ランプが点灯される（ステップＳ４）。

以上のように、メインリレー１７に接点が開かない故障が発生すると、ＩＳＧ３の発電量が調整されて、サブバッテリ１２に入出力される電流が０にされる。これにより、サブバッテリ１２の充放電が止まる。そのため、メインリレー１７の故障が発生しても、エンジン２を駆動することができ、車両１を走行させることができる。

よって、コストアップを抑制しつつ、メインリレー１７の故障発生時に車両１が走行不能となることを回避できる。

また、ＩＳＧ３の発電量の調整中、車両１に搭載されている所定の電気負荷の作動が禁止される。これにより、当該調整中に車両１の電気系統に必要な電力が急変することを抑制できるので、サブバッテリ１２に入出力される電流を０に安定して維持することができる。

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。

前述の実施形態では、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３の協働により故障対策制御が実行される構成を取り上げたが、エンジンＥＣＵ３１、エコランＥＣＵ３２およびバッテリＥＣＵ３３の機能が１つのＥＣＵに集約されて、その１つのＥＣＵにより故障対策制御が実行されてもよい。

また、車両１にＩＳＧ３が搭載された構成を取り上げたが、ＩＳＧ３に代えて、オルタネータが車両１に搭載されてもよい。

その他、前述の構成には、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 車両
３ ＩＳＧ（発電機）
１１ メインバッテリ
１２ サブバッテリ
３１ エンジンＥＣＵ（故障判定手段、調整手段）
３２ エコランＥＣＵ（故障判定手段、調整手段）
３３ バッテリＥＣＵ（故障判定手段）

Claims (1)

1. 車両の電気系統に組み込まれる車両用電源装置であって、
   メインバッテリと、
   前記メインバッテリにリレーを介して並列に接続されるサブバッテリと、
   前記リレーに接点が開かない故障が生じているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記リレーの故障が生じていると判定された場合に、前記サブバッテリに入出力される電流が０になるように、前記車両に搭載されている発電機の発電量を調整する調整手段とを含む、車両用電源装置。

Images