JP2015196447A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】補助バッテリを搭載することなく、エンジンの始動時に電気負荷へ印加される電圧の降下を抑制することが可能な車両用電源システムを提供する。【解決手段】始動機３２を備えるエンジン１１と、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータ１２とを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、駆動用モータ１２へ電力を供給する主バッテリ２１と、始動機３２と接続される補機バッテリ３１と、主バッテリ２１と接続される第１電気負荷２４と、主バッテリ２１及び第１電気負荷２４と、補機バッテリ３１及び始動機３２との間に設けられ、主バッテリ２１及び第１電気負荷２４と、補機バッテリ３１及び始動機３２との電気的な接続状態及び遮断状態を切り替える遮断機４１と、を備え、遮断機４１を、始動機３２によりエンジン１１を始動する際に遮断状態とすることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、始動機を備えるエンジンと、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータとを備える車両に搭載される車両用電源システムに関する。

従来、駆動用モータへ電力を供給する主バッテリと、電気負荷へ電力を供給する補機バッテリとを備えており、補機バッテリの電圧降下を保障するものとして、特許文献１に記載の車両用電源システムがある。特許文献１に記載の車両用電源システムでは、主バッテリと補機バッテリとに加えて、補助バッテリをさらに備え、補機バッテリの出力電圧が低下した場合に補助バッテリからの電力の供給を行う。

ところで、特許文献１記載の車両用電源システムでは、補機バッテリからエンジンの始動機へ電力を供給する場合等、補機バッテリの出力電圧が一時的に低下し、電気負荷に印加される電圧の低下については考慮されてはいない。ここで、電気負荷が車両の安全装置であった場合、一時的な電圧低下により誤動作が発生するおそれがあり、また、電気負荷がカーナビゲーションシステム等であった場合、一時的な電圧低下により再起動が発生するなど、運転者や同乗車に違和感を与えるおそれがある。なお、補機バッテリの出力電圧が低下した場合に、補助バッテリから電気負荷へ電力を供給する構成のものに変更することは可能である。

特開２０１３−１３１９６号公報

特許文献１記載の車両用電源システムでは、主バッテリ及び補機バッテリに加えて補助バッテリを搭載しているため、補助バッテリを搭載するスペースの確保、車両重量の増加、車両の製造コストの増加、及び、ユーザに補助バッテリの交換費用が発生する等の問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、補助バッテリを搭載することなく、エンジンの始動時に電気負荷へ印加される電圧の降下を抑制することが可能な車両用電源システムを提供することにある。

本発明は、始動機を備えるエンジンと、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータとを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、駆動用モータへ電力を供給する主バッテリと、始動機と接続される補機バッテリと、主バッテリと接続される第１電気負荷と、主バッテリ及び第１電気負荷と、始動機及び補機バッテリとの間に設けられ、主バッテリ及び第１電気負荷と、始動機及び補機バッテリとの電気的な接続状態及び遮断状態を切り替える遮断機と、を備え、遮断機を、始動機によりエンジンを始動する際に遮断状態とすることを特徴とする。

エンジンの始動に用いられる始動機は、エンジン始動時に大電力を必要とするため、始動機へ電力を供給するバッテリの電圧はエンジン始動時に一時的に低下する。したがって、補機バッテリから始動機へ電力が供給される際に、補機バッテリと第１電気負荷とが接続されていると、補機バッテリの一次的な電圧の低下に伴い、第１電気負荷の動作不良等が生じる。

上記構成により、エンジンと駆動用モータとを備えるハイブリッドカーにおいて、始動機によりエンジンを始動する際には、補機バッテリから第１電気負荷へは電力が供給されることはなく、主バッテリから始動機へは電力が供給されることはない。したがって、始動機への電力供給に伴う補機バッテリの電圧変動の影響から第１電気負荷を切り離し、第１電気負荷への電力供給を主バッテリから行うものとすることができる。したがって、主バッテリと補機バッテリ以外のバッテリを備えることなく、第１電気負荷への電力供給を安定的に行うことができる。

第１実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。 エンジンを始動する際のフローチャートである。 エンジンを始動する際のタイミングチャートである。 第２実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。本実施形態に係る車両用電源システムは、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを備えるハイブリッドカーに搭載される。エンジン１１から発生した駆動力、及び、モータジェネレータ１２から発生した駆動力は減速機１３へ伝達され、減速機１３に接続された駆動輪を駆動する。

車両用電源システムは、主バッテリ２１と、直流入出力端と交流入出力端とを備えるインバータ２２と、第１入出力端と第２入出力端とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、第１電気負荷２４と、補機バッテリ３１と、始動機３２と、遮断機４１を備えている。また、車両は、ＥＣＵ１００を備えており、インバータ２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、始動機３２、遮断機４１は、ＥＣＵ１００からの制御信号を受信することにより駆動する。

主バッテリ２１の正極は、インバータ２２の直流入出力端、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の第１入出力端に接続されている。インバータ２２の交流入出力端は、モータジェネレータ１２へ接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の第２入出力端は、第１接続点２５を介して第１電気負荷２４に接続されている。一方、補機バッテリ３１は、第２接続点３３を介して、始動機３２と接続されている。第１接続点２５と第２接続点３３とは、遮断機４１を介して接続されている。

主バッテリ２１は、例えば、直列接続された複数の電池セルからなるリチウムイオンバッテリであり、出力電圧は２４０〜４００Ｖである。インバータ２２は、直流入出力端へ入力された直流電力を、交流電力へと変換して交流入力端から出力し、交流入出力端へ入力された交流電力を、直流電力へと変換して直流入出力端から出力する。モータジェネレータ１２は、インバータ２２から出力された交流電力により駆動用モータとして機能し、駆動力を減速機１３へ伝達する。一方、車両の減速時には、モータジェネレータ１２は発電機として機能して回生発電を行い、交流電力を発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、第１入出力端に入力された電圧を変圧して第２入出力端から出力し、また、第２入出力端に入力された電圧を変圧して第１入出力端から出力する。第１電気負荷２４は、カーナビゲーションシステム等の車載機器や、車両の電子制御装置等の安全関連機器等である。

補機バッテリ３１は、例えば鉛バッテリであり、出力電圧は１２Ｖである。補機バッテリ３１から出力される直流電力は、第２接続点３３を介して始動機３２へ供給される。始動機３２は、エンジン１１が備えるクランクシャフトの回転数をエンジン１１の始動が可能な所定回転数まで上昇させ、エンジン１１を始動させる。

遮断機４１は、例えば、制御信号を受信することにより駆動するスイッチである。遮断機４１は、制御信号を受信していない受信待機中は接続状態であり、ＥＣＵ１００から制御信号を受信することにより、接続状態から遮断状態へと切り替えられる。

図２は、アイドリングストップ状態のエンジン１１を再始動する際のフローチャートである。なお、図２で示すフローチャートに係る処理は、ＥＣＵ１００が所定の制御周期で実行する。

まず、ユーザからエンジン１１の再始動要求がなされたか否かを判定する（Ｓ１０１）。
再始動要求がなされていないと判定した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、一連の処理を終了する。一方、ユーザから再始動要求がなされたと判定した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、始動機３２及び遮断機４１へ制御信号を送信する（Ｓ１０２）。ここで、遮断機４１は、制御信号を受信することにより、遮断状態となるため、第１接続点２５と第２接続点３３との間の電流は遮断される。そして、エンジン１１の始動が完了したか否かを監視する（Ｓ１０３）。エンジン１１の始動が完了していないと判定した場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、始動機３２及び遮断機４１への制御信号の送信を継続する。一方、エンジン１１の回転数を示すクランクシャフトの回転数が所定回転数以上となった場合、エンジン１１の始動が完了したと判定し（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、始動機３２及び遮断機４１への制御信号の送信を終了する（Ｓ１０４）。

図３は、エンジン１１の始動時の、制御信号とエンジン１１の回転数とを示すタイムチャートである。

図中、時間Ｔ１までは、車両はアイドリングストップ状態であり、エンジン１１の回転数はゼロである。時間Ｔ１において、ユーザから再始動要求がなされると、ＥＣＵ１００は、始動機３２及び遮断機４１へ制御信号を送信する。始動機３２は、制御信号を受信することにより、エンジン１１の回転数を上昇させ、時間Ｔ２においてエンジン１１の回転数が、エンジン１１が始動完了を判定するための閾値以上となれば、ＥＣＵ１００は、エンジン１１が始動したと判定する。そして、時間Ｔ２において、始動機３２及び遮断機４１への制御信号の送信を終了する。

本実施形態に係る車両用電源システムは、モータジェネレータ１２を発電機として機能させ、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行う。モータジェネレータ１２から出力された交流電力は、インバータ２２により直流電力に変換され、主バッテリ２１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２３へ流入する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、入力された直流電力の電圧を、補機バッテリ３１の電圧より高い所定電圧まで降圧する。したがって、第１接続点２５の電圧は、第２接続点３３の電圧より高くなり、第１接続点２５から第２接続点３３へ電流が流れ、補機バッテリ３１へ流入する。これにより、モータジェネレータ１２から出力された交流電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１が充電されることとなる。

なお、主バッテリ２１から出力された電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により補機バッテリ３１の電圧より高い電圧まで降圧し、主バッテリ２１の電力を用いて補機バッテリ３１の充電を行うことも可能である。また、補機バッテリ３１から出力された電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により主バッテリ２１の電圧より高い電圧まで昇圧し、補機バッテリ３１の電力を用いて主バッテリ２１の充電を行うことも可能である。

本実施形態に係る車両用電源システムは、上記構成により、以下の効果を奏する。

・エンジン１１の始動に用いられる始動機３２は、エンジン１１の始動時に大電力を必要とするため、始動機３２へ電力を供給する補機バッテリ３１の電圧はエンジン１１の始動時に一時的に低下する。したがって、補機バッテリ３１から第１電気負荷２４へ電力を供給する場合、補機バッテリ３１の一次的な電圧の低下に伴い、第１電気負荷２４の動作不良等が生じる。本実施形態では、エンジン１１の始動時に遮断機４１を遮断状態とし、第１接続点２５と第２接続点３３との間の電流を遮断し、第１電気負荷２４へは主バッテリ２１から電力を供給するものしている。そのため、始動機３２へ電力を供給することに起因する補機バッテリ３１の電圧低下の影響から、第１電気負荷２４を切り離すことができ、第１電気負荷２４へ入力される電圧を安定させることができる。したがって、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１以外のバッテリを用いることなく、第１電気負荷２４へ入力される電圧を安定させることができる。

・車両の電源がＯＦＦの状態には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が駆動されないため、主バッテリ２１から第１電気負荷２４への電力の供給が行われない。本実施形態では、遮断機４１を、制御信号を受信していない場合には接続状態とし、制御信号を受信することにより、遮断状態へ切り替わるものとしているため、車両の電源がＯＦＦの場合において、遮断機４１は接続状態であり、第１電気負荷２４と補機バッテリ３１とが電気的に接続された状態となる。したがって、車両の電源がＯＦＦの場合においても、補機バッテリ３１から第１電気負荷２４へ電力を供給することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。本実施形態に係る車両用電源システムも、第１実施形態に係る車両用電源システムと同様に、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを備えるハイブリッドカーに搭載される。

本実施形態に係る車両用電源システムは、第１実施形態に係る車両用電源システムに加えて、第２電気負荷３４を備える点が異なっている。第２電気負荷３４は、印加される電圧が一時的に低下しても車両の安全性に影響を与えないものや、ユーザに違和感を与えないもの、例えば、電動ラジエータファンや、熱線ヒータ等である。第２電気負荷３４は、第２接続点３３に接続されており、遮断機４１が遮断状態の場合には、補機バッテリ３１から電力が供給される。

本実施形態に係る車両用電源システムは、上記構成により、第１実施形態に係る車両用電源システムが奏する効果に加えて以下の効果を奏する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の容量は、第１電気負荷２４が必要とする最大電力に基づいて決定されている。したがって、第１電気負荷２４が増えるほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の容量は大きくする必要が生じる。ところで、電動ラジエータファンや熱線ヒータ等は、一時的に電圧が降下しても車両の安全性に影響を与えることは少なく、また、ユーザに違和感を与えることも少ない。したがって、電動ラジエータファンや熱線ヒータ等については、一時的な電圧降下を許容することができる。

そこで、一時的な電圧降下を許容することができるものについては、遮断機４１が遮断状態となった場合においても補機バッテリ３１と接続されるように電気的に配置し、遮断機４１が遮断状態となった場合には、主バッテリ２１と電気的に遮断する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の容量を、遮断機４１が遮断状態の場合に接続される第１電気負荷２４が必要とする最大電力に基づいて決定すればよいため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の容量を小さくすることができる。

＜変形例＞
・上記各実施形態において、主バッテリ２１をリチウムイオンバッテリとし、補機バッテリ３１を鉛バッテリとしたが、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１は、これらのバッテリ以外のバッテリを用いることもできる。

・上記各実施形態において、主バッテリ２１の電圧を補機バッテリ３１の電圧より高いものとしたが、主バッテリ２１の電圧は補機バッテリ３１の電圧より低くてもよい。この場合、主バッテリ２１から補機バッテリ３１へと電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により昇圧を行えばよく、補機バッテリ３１から主バッテリ２１へと電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により降圧を行えばよい。

・上記各実施形態において、モータジェネレータ１２が発生させた電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行うものとしたが、始動機３２に発電機能を持たせ、始動機３２が発生させた電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行うものとしてもよい。

・上記第２実施形態における第１電気負荷２４及び第２電気負荷３４は、実施形態において例示した各電気負荷に限定されることはない。

１１…エンジン、１２…モータジェネレータ、２１…主バッテリ、２４…第１電気負荷、３１…補機バッテリ、３２…始動機、４１…遮断機。

Claims (4)

1. 始動機（３２）を備えるエンジン（１１）と、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータ（１２）とを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、
   前記駆動用モータへ電力を供給する主バッテリ（２１）と、
   前記始動機と接続される補機バッテリ（３１）と、
   前記主バッテリと接続される第１電気負荷（２４）と、
   前記主バッテリ及び前記第１電気負荷と、前記補機バッテリ及び前記始動機との間に設けられ、前記主バッテリ及び前記第１電気負荷と、前記補機バッテリ及び前記始動機との電気的な接続状態及び遮断状態を切り替える遮断機（４１）と、を備え、
   前記遮断機を、前記始動機により前記エンジンを始動する際に遮断状態とすることを特徴とする車両用電源システム。
2. 前記主バッテリと前記第１電気負荷とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２３）を介して接続されることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
3. 前記遮断機は、制御信号の受信待機中には接続状態であり、前記制御信号を受信することにより、前記遮断状態となることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源システム。
4. 前記補機バッテリと電気的に接続され、前記遮断機が遮断状態である場合に、前記主バッテリと電気的に遮断される第２電気負荷（３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源システム。

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