JP2016008519A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタの内部抵抗値に関わらず、アイドリングストップからの再始動ができないという事象を回避することができる、車両の電源装置を提供する。【解決手段】車両の電源装置１は、補機バッテリ４と、補機バッテリ４に対して並列に接続される、補機２およびＤＣ／ＤＣコンバータ６と、補機バッテリ４および補機２に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続されるキャパシタ５と、キャパシタ５に接続されるスタータ７とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、キャパシタ５の内部抵抗値を測定する内部抵抗値測定手段を備え、電源装置１は、キャパシタ５の内部抵抗値に応じ、スタータ７を用いて始動される内燃機関のアイドリングストップに係る制御を変更する。【選択図】図３

Description

この発明は車両の電源装置に関する。

車両の減速時のエネルギーを回収するため（回生機能）、通常の補機バッテリの他にキャパシタを備えた電源装置が普及してきている。このような電源装置では、電圧を調整するために、オルタネータや補機バッテリなどとキャパシタとの間に、ＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。

このような電源装置において、アイドリングストップにより停止した内燃機関の再始動のためにスタータに電力を供給する際には、二次電池でなくキャパシタの電力を用いる制御が行われる場合がある。
特許文献１には、キャパシタの内部抵抗を判定する方法が記載されている。

特開２０１３−２３３０１１号公報

従来の技術では、キャパシタの内部抵抗値に関わらず一定のアイドリングストップ制御を用いるので、キャパシタの内部抵抗値が増加するとアイドリングストップからの再始動ができなくなるおそれがあるという問題があった。

たとえば、キャパシタ温度低下やキャパシタ劣化等によりキャパシタの内部抵抗が増加すると、スタータに印加される電圧が低下し、このため内燃機関の再始動ができなくなる場合がある。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、キャパシタの内部抵抗値に関わらず、アイドリングストップからの再始動ができないという事象を回避することができる、車両の電源装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両の電源装置は、車両の電源装置であって、二次電池と、二次電池に対して並列に接続される、補機およびＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池および補機に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されるキャパシタと、キャパシタに接続されるスタータとを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータは、キャパシタの内部抵抗値を測定する内部抵抗値測定手段を備え、電源装置は、キャパシタの内部抵抗値に応じ、スタータを用いて始動される内燃機関のアイドリングストップに係る制御を変更する。

このような構成によれば、キャパシタの内部抵抗値に応じ、内燃機関のアイドリングストップに係る制御が変更される。

内部抵抗値が第１閾値を超える場合には、アイドリングストップを禁止する制御とし、内部抵抗値が第２閾値を超え第１閾値未満である場合には、アイドリングストップ中のキャパシタの電圧を、所定の下限電圧値以上とする制御としてもよい。
内部抵抗値が第２閾値を超え第１閾値未満であり、キャパシタの電圧が下限電圧値を超えており、二次電池およびキャパシタの双方から補機に電力を供給可能であり、かつ二次電池またはキャパシタから補機に電力を供給する必要がある場合には、キャパシタから補機に電力を供給してもよい。
キャパシタの電圧を下限電圧値以上とする制御は、キャパシタの電圧が下限電圧値以下である場合にキャパシタから補機への電力の供給を禁止する制御を含んでもよい。
キャパシタの電圧を下限電圧値以上とする制御は、アイドリングストップ中にキャパシタの電圧が下限電圧値以下となった場合に内燃機関を始動する制御を含んでもよい。

この発明に係る車両の電源装置によれば、キャパシタの内部抵抗値に応じて内燃機関のアイドリングストップに係る制御が変更されるので、キャパシタの内部抵抗値に関わらず、アイドリングストップからの再始動ができないという事象を回避することができる。

たとえば、内部抵抗がある程度増加した場合にはアイドリングストップを禁止することにより、アイドリングストップそのものを回避するので、アイドリングストップからの再始動ができないという事象についても回避することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両の電源装置を含む構成を示す図である。 図１のキャパシタの内部抵抗値の測定原理を説明する図である。 図１のキャパシタの内部抵抗値に応じて変更される、内燃機関のアイドリングストップに係る制御の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電源装置１を含む構成を示す図である。
電源装置１は車両の電源装置であり、車両に搭載される負荷に電力を供給する。負荷は、たとえば補機２である。

電源装置１は、オルタネータ３、補機バッテリ４、キャパシタ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６およびスタータ７を備える。オルタネータ３は、発電機として機能する。補機バッテリ４は二次電池であり、たとえば鉛バッテリである。キャパシタ５はたとえば電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である。

負荷のうち少なくとも一部（図１の例では補機２）と、オルタネータ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６とは、補機バッテリ４に対して並列に接続される。また、キャパシタ５は、補機バッテリ４および補機２に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続され、スタータ７はスタータ起動スイッチ７ａを介してキャパシタ５に接続される。とくに、本実施形態では、キャパシタ５およびスタータ７は、補機２、オルタネータ３および補機バッテリ４に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して、並列に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６の内部構成はとくに説明しないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、オルタネータ３および補機バッテリ４の少なくとも一方から供給される電力の電圧を変換し、キャパシタ５に供給する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、キャパシタ５から供給される電力の電圧を変換し、補機２、オルタネータ３および補機バッテリ４のうち少なくとも１つに供給する機能を有する。

言い換えると、負荷の一部（補機２）は、補機バッテリ４には直接的に接続され、キャパシタ５にはＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して接続される。このため、補機２が補機バッテリ４から電力の供給を受ける場合には、補機バッテリ４の電圧がそのまま印加されることになる。一方、補機２がキャパシタ５から電力の供給を受ける場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して電圧の制御が可能である。

スタータ７は、キャパシタ５から電力の供給を受けて内燃機関（図示せず）の始動を行う。

また、とくに図示しないが、電源装置１は、電源装置１の動作を制御する制御装置を備える。制御装置はたとえば演算手段および記憶手段を備えるコンピュータ（たとえばマイクロプロセッサ等）によって構成される。また、以下ではとくに明記しないが、オルタネータ３、補機バッテリ４、キャパシタ５およびＤＣ／ＤＣコンバータ６の制御は、この制御装置により実行される。コンピュータが制御するのはＤＣ／ＤＣコンバータ６のみとなる。

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、キャパシタ５の内部抵抗値を測定するための内部抵抗値測定手段を備える。内部抵抗値測定手段は、たとえば電圧測定手段６ａを用いて構成することができる。このような内部抵抗値測定手段は、内部抵抗値を、たとえば定電流による充電中の電圧の変化に基づいて測定する。

図２は、電圧測定手段を用いて構成可能な内部抵抗値測定手段による、キャパシタ５の内部抵抗値の測定原理の一例を説明する図である。
まず、制御装置は、キャパシタ５への充電を、定電流（電流値をＩとする）により行う。充電開始時刻ｔ０から所定時間Ｔ１経過後の時刻ｔ１における電圧Ｖ２を測定し、さらに所定時間Ｔ２経過後の時刻ｔ２における電圧Ｖ３を測定する。その後、時刻ｔ１からｔ２までの電圧の傾きａを、ａ＝（Ｖ３−Ｖ２）／（ｔ２−ｔ１）として算出する。その後、傾きａに基づき、充電開始直後の時刻ｔ０＋０における電圧Ｖ１を算出する。たとえばＶ１＝Ｖ２−ａ・（ｔ１−ｔ０）である。その後、電圧Ｖ１と、充電開始直前の時刻ｔ０−０における電圧Ｖ０とに基づき、内部抵抗値Ｒを算出する。たとえばＲ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｉである。

なお、内部抵抗値測定手段の構成および内部抵抗値の測定方法は、他の任意の公知技術を用いて実現可能である。また、内部抵抗値Ｒを表す情報（たとえばＲの値、またはＲが属する範囲を表す値）を、制御装置等に通知してもよい。

次に、実施の形態１に係る電源装置１の動作を説明する。
車両の減速時には、電源装置１は、オルタネータ３により発電を行う。発生した電力の少なくとも一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６で電圧および電流を調整した後にキャパシタ５に充電する。

電源装置１は、キャパシタ５への充電を行う際に、内部抵抗値測定手段によりキャパシタ５の内部抵抗値を測定する。そして、電源装置１は、キャパシタ５の内部抵抗値に応じ、内燃機関のアイドリングストップに係る制御を変更する。

図３は、キャパシタ５の内部抵抗値に応じて変更される、内燃機関のアイドリングストップに係る制御の例を示す図である。図３の例では、制御の内容は、キャパシタ５の内部抵抗値に関する閾値に応じて変更される。図３の例では、２つの閾値として、第１閾値Ｒ１と、第２閾値Ｒ２とが示されている（ただし０＜Ｒ２＜Ｒ１である）。

図３に示すように、キャパシタ５の内部抵抗値が第１閾値Ｒ１を超える場合には、電源装置１はアイドリングストップを禁止する制御を行う。たとえば、内燃機関が長時間アイドリング状態であっても、内燃機関を停止させない。ここで、内部抵抗値が大きくなりすぎると内燃機関の再始動が不可能となるおそれがあるが、第１閾値Ｒ１の値を、内燃機関の再始動が可能な範囲に属する値に設定しておけば、再始動が不可能なほど内部抵抗が大きくなった状態で内燃機関が停止してしまうことがない。

また、キャパシタ５の内部抵抗値が第２閾値Ｒ２を超え第１閾値Ｒ１未満である場合には、アイドリングストップ中のキャパシタ５の電圧を、所定の下限電圧値Ｖｔｈ以上とする制御を行う。このＶｔｈは、たとえば内部抵抗値がＲ１の場合に内燃機関の始動（または再始動）が可能な電圧値の下限を表す内燃機関始動可能下限電圧値であり、本実施形態では例として１０Ｖとする。

Ｖｔｈの値は１０Ｖでなくともよく、キャパシタ５の内部抵抗値が第２閾値Ｒ２を超え第１閾値Ｒ１未満である場合によく適合するよう、当業者が適宜決定可能である。また、Ｖｔｈの値は必ずしも実際の内燃機関始動可能下限電圧値に対応する必要はなく、たとえばある程度の余裕値を含んで設定されてもよい。

アイドリングストップ中のキャパシタ５の電圧をＶｔｈ以上とする制御は、どのように実現されてもよいが、たとえば次の２通りの具体的制御が可能である。
第１の具体的制御として、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下である場合には、キャパシタ５から補機２への電力の供給を禁止する制御とすることができる。たとえば、キャパシタ５から補機２に電力が供給され、これに伴ってキャパシタ５の電圧が低下してゆく場合には、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった時点（またはＶｔｈに等しくなった時点）で、ＤＣ／ＤＣコンバータ６をシャットダウンし、キャパシタ５から補機２への電力の供給を停止する。その直後の補機２への電力の供給は、たとえば補機バッテリ４から行われることになる。なお、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった場合でも、キャパシタ５への充電は、オルタネータ３または補機バッテリ４からＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して行うことができる。

このように、第１の具体的制御により、アイドリングストップ中のキャパシタ５の電圧が（実際には、アイドリングストップ中であるか否かに関わらず）Ｖｔｈ以上に保たれる。なお、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ未満となった場合には、キャパシタ５への充電によりＶｔｈ以上に上昇させることが可能である。

また、第２の具体的制御として、アイドリングストップ中にキャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった場合に、内燃機関を始動する制御とすることができる。たとえば、内燃機関がアイドリングストップ中である間に、キャパシタ５から補機２に電力が供給されてキャパシタ５の電圧が低下し、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった時点（またはＶｔｈに等しくなった時点）で、キャパシタ５からスタータ７に電力を供給して内燃機関を始動させる。その直後の補機２への電力の供給は、たとえば補機バッテリ４から行われることになる。なお、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった場合でも、キャパシタ５への充電は、オルタネータ３または補機バッテリ４からＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して行うことができる。

このように、第２の具体的制御により、アイドリングストップ中のキャパシタ５の電圧がＶｔｈ以上に保たれる。なお、キャパシタ５の電圧がＶｔｈ未満となった場合には、キャパシタ５への充電によりＶｔｈ以上に上昇させることが可能である。

第１の具体的制御と、第２の具体的制御とを組み合わせてもよい。たとえば、アイドリングストップ中にキャパシタ５の電圧がＶｔｈ以下となった場合に、キャパシタ５から補機２への電力の供給を禁止するとともに内燃機関を始動する制御としてもよい。

第１の具体的制御および第２の具体的制御のいずれによっても、キャパシタ５の電圧がＶｔｈである場合に内燃機関の再始動が可能となる範囲に属するように第２閾値Ｒ２の値を設定しておけば、再始動が不可能なほどキャパシタ５の電圧が低下した状態で内燃機関が停止してしまうことがない。

また、キャパシタ５の内部抵抗値が第２閾値Ｒ２を超え第１閾値Ｒ１未満である場合において、キャパシタ５の電圧がＶｔｈを超えている場合には、電源装置１は、キャパシタ５が補機バッテリ４より優先して補機２に電力を供給するよう制御してもよい。言い換えると、内部抵抗値が第２閾値Ｒ２を超え第１閾値Ｒ１未満であり、キャパシタ５の電圧がＶｔｈを超えており、補機バッテリ４およびキャパシタ５の双方から補機２に電力を供給可能であり、かつ、補機バッテリ４またはキャパシタ５から補機２に電力を供給する必要がある（たとえばオルタネータ３が発電していない状態）場合には、補機バッテリ４から補機２には電力を供給せず、補機２への電力の供給はキャパシタ５から行うよう制御してもよい。

図３に示すように、キャパシタ５の内部抵抗値が第２閾値Ｒ２未満である場合には、電源装置１は通常の制御を行う。たとえば、通常走行時（たとえば車両が加速も減速もしていない場合）には、オルタネータ３を停止させ、キャパシタ５に蓄えられた電荷を、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して電圧を調整した後に、補機２および補機バッテリ４に供給する。また、通常の制御として、車両の電源装置における任意の公知のキャパシタ制御を含んでもよい。第２閾値Ｒ２の値を、キャパシタ５の電圧に関わらず内燃機関の再始動が可能となる範囲に属する値に設定しておけば、常に内燃機関の再始動が可能である。

以上のように、図３に示すように制御を変更することにより、キャパシタ５の内部抵抗値に関わらず、アイドリングストップからの再始動ができないという事象を回避することができる。

上述の実施の形態１において、次のような変形を施すことができる。
内部抵抗値測定手段は、キャパシタ５の内部抵抗値を、充電中でなく放電中の電圧の変化に基づいて測定してもよい。

実施の形態１では２つの閾値Ｒ１およびＲ２を基準として制御を変更するが、閾値はいずれか一方でもよい。たとえば、閾値を第２閾値Ｒ２のみとし、内部抵抗値がＲ２未満である場合には通常の制御を行い、内部抵抗値がＲ２を超える場合にはアイドリングストップを禁止してもよい。

また、３つ以上の閾値を設けてもよい。また、各閾値の間の区間において、内燃機関始動可能下限電圧値の値を段階的に変更してもよい。また、下限電圧値Ｖｔｈは内部抵抗値がＲ１の場合に内燃機関の始動（または再始動）が可能な電圧値の下限としたが、都度測定される内部抵抗値において、内燃機関の始動（または再始動）が可能な電圧値の下限を下限電圧値Ｖｔｈとし、キャパシタ５の電圧をＶｔｈ以上にする制御を行っても良い。

１ 電源装置、４ 補機バッテリ（二次電池）、５ キャパシタ、６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６ａ 電圧測定手段（内部抵抗値測定手段）、７ スタータ、Ｒ 内部抵抗値、Ｒ１ 第１閾値、Ｒ２ 第２閾値。

Claims (5)

1. 車両の電源装置であって、
   二次電池と、
   前記二次電池に対して並列に接続される、補機およびＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記二次電池および前記補機に対して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されるキャパシタと、
   前記キャパシタに接続されるスタータと
   を備え、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記キャパシタの内部抵抗値を測定する内部抵抗値測定手段を備え、
   前記電源装置は、前記キャパシタの内部抵抗値に応じ、前記スタータを用いて始動される内燃機関のアイドリングストップに係る制御を変更する
   車両の電源装置。
2. 前記内部抵抗値が第１閾値を超える場合には、アイドリングストップを禁止する制御とし、
   前記内部抵抗値が第２閾値を超え前記第１閾値未満である場合には、アイドリングストップ中の前記キャパシタの電圧を、所定の下限電圧値以上とする制御とする、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記内部抵抗値が前記第２閾値を超え前記第１閾値未満であり、
   前記キャパシタの電圧が前記下限電圧値を超えており、
   前記二次電池および前記キャパシタの双方から前記補機に電力を供給可能であり、かつ
   前記二次電池または前記キャパシタから前記補機に電力を供給する必要がある
   場合には、前記キャパシタから前記補機に電力を供給する、請求項２に記載の車両の電源装置。
4. 前記キャパシタの電圧を前記下限電圧値以上とする前記制御は、前記キャパシタの電圧が前記下限電圧値以下である場合に前記キャパシタから前記補機への電力の供給を禁止する制御を含む、請求項２または３に記載の車両の電源装置。
5. 前記キャパシタの電圧を前記下限電圧値以上とする前記制御は、アイドリングストップ中に前記キャパシタの電圧が前記下限電圧値以下となった場合に前記内燃機関を始動する制御を含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両の電源装置。

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