JP2017112654A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】補機バッテリの異常時においても適切に電力を供給する
【解決手段】車両用電源システム（１０）は、発電した電力を第１電気負荷（４１０）及び第２電気負荷（４２０）に供給可能な発電機（１００）と、発電機で発電された電力を充電可能であると共に、充電した電力を第１電気負荷及び第２電気負荷に供給可能な補機バッテリ（２００）と、補機バッテリから印加されるバッテリ電圧（Ｖｂ）を検出する電圧検出手段（３１０）と、補機バッテリに充電される充電電流（Ｉｂ）を検出する電流検出手段（３２０）と、バッテリ電圧又は充電電流に基づいて、補機バッテリの異常を検出する異常検出手段（６３０）と、補機バッテリの異常が検出された場合に、第１電気負荷に入力される入力電流を所定値以下に制限する電流制限手段（６４０）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両における電力の供給を制御する車両用電源システムの技術分野に関する。

この種の電源システムとして、発電機及び補機バッテリを電力供給源として備えるものが知られている。特許文献１では、電気負荷の消費電力が発電機の発電電力よりも小さい場合には余分を補機バッテリに蓄電するように動作し、電気負荷の消費電力が発電機の発電電力よりも大きい場合には不足分を補機バッテリに蓄電した電力で補うように動作するという技術が開示されている。

特開２００３−７０１０６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている技術では、補機バッテリに異常が発生した場合に、不足分の電力を補えなくなるおそれがある。具体的には、バッテリ上がりやバッテリの劣化により補機バッテリが十分な電力を出力できなくなった場合、発電機の発電電力だけでは全電気負荷の要求電力を賄えなくなってしまう。この場合、システムの出力電圧が低下するため、電圧低下に弱い電気負荷が誤作動（例えば、作動停止や異常判定等）してしまうという技術的問題点が生ずる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、補機バッテリの異常時においても適切に電力を供給することが可能な車両用電源システムを提供することを課題とする。

＜１＞
本発明の車両用電源システムは、上述した課題を解決するため、第１電気負荷及び前記第１電気負荷よりも電流消費量が小さい第２電気負荷に電力を供給する車両用電源システムであって、発電した電力を前記第１電気負荷及び前記第２電気負荷に供給可能な発電機と、前記発電機で発電された電力を充電可能であると共に、充電した電力を前記第１電気負荷及び前記第２電気負荷に供給可能な補機バッテリと、前記補機バッテリから印加されるバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、前記補機バッテリに充電される充電電流を検出する電流検出手段と、前記バッテリ電圧又は前記充電電流に基づいて、前記補機バッテリの異常を検出する異常検出手段と、前記補機バッテリの異常が検出された場合に、前記第１電気負荷に入力される入力電流を所定値以下に制限する電流制限手段とを備える。

本発明の車両用電源システムによれば、補機バッテリの異常が検出された場合に、電流消費量が大きい第１電気負荷への入力電流が所定値以下に制限される。これにより、全電気負荷からの電流要求値の合計が、補機バッテリ異常時の最大出力電流値を超えてしまうことを防止できる。よって、システム電圧の低下に伴う電気負荷の誤作動を防止できる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

実施形態に係る車両用電源システムの構成を示す概略構成図である。 出力電流と出力電圧との関係及び電気負荷の正常動作範囲を示すグラフである。 実施形態に係る車両用電源システムの動作を示すフローチャートである。

本発明の車両用電源システムに係る実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、車両用電源システムの構成、補機バッテリの異常時に発生し得る問題点、車両用電源システムの動作、車両用電源システムによって得られる効果について順に説明していく。

＜システム構成＞
まず、第１実施形態に係る車両用電源システムの構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、実施形態に係る車両用電源システムの構成を示す概略構成図である。

図１において、本実施形態に係る車両用電源システム１０は、車両に搭載されている各種補機（電気負荷）に駆動電力を供給するためのシステムとして構成されている。車両用電源システム１０は、発電機１００、補機バッテリ２００、バッテリ電圧計３１０、充電電流計３２０、第１電気負荷４１０、第２電気負荷４２０、入力電流計５１０、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）５２０、制御部６００を備えて構成されている。

発電機１００は、図示せぬエンジンの駆動力を利用して電力を発生させるオルタネータとして構成されている。発電機１００は、発電した電力をバッテリ２００、第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０に供給可能に構成されている。

補機バッテリ２００は、例えばリチウムイオンバッテリや鉛バッテリ等の充電可能な電池として構成されている。補機バッテリ２００は、発電機１００で発電された電力によって充電可能に構成されている。補機バッテリ２００は、充電した電力を第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０に供給可能に構成されている。

バッテリ電圧計３１０は、補機バッテリ２００によって印加されるバッテリ電圧Ｖｂを検出可能に構成された電圧センサである。バッテリ電圧計３１０は、検出したバッテリ電圧Ｖｂを、制御部６００に出力可能に構成されている。なお、バッテリ電圧計３１０は、「電圧検出手段」の一具体例である。

充電電流計３２０は、補機バッテリ２００に充電される充電電流Ｉｂを検出可能に構成された電流センサである。充電電流計３２０は、検出した充電電流Ｉｂを、制御部６００に出力可能に構成されている。なお、充電電流計３２０は、「電流検出手段」の一具体例である。

第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０は、車両に搭載される複数の補機を含む補機群であり、発電機１００及び補機バッテリ２００から供給される電力により駆動する。本実施形態では特に、第１電気負荷４１０は、第２電気負荷４２０よりも電流消費量が大きいものとして構成されている。第１電気負荷４１０は、例えばブレーキを電子的に制御するためのＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）アクチュエータや、操舵力をアシストするためのＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）アクチュエータ等を含んで構成されている。一方、第２電気負荷４２０は、例えば車両における電力エネルギーを総合的に制御するためのパワーマネジメントＥＣＵ（Ｅｒｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）や、オーディオシステム等を含んで構成されている。

なお、上述した第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０以外にも他の電気負荷（即ち、第３電気負荷や第４電気負荷）が存在していてもよい。この場合、第１電気負荷４１０は、全ての電気負荷の中で最も電流消費量が高いものであることが好ましい。

入力電流計５１０は、第１電気負荷４１０に入力される入力電流Ｉａを検出可能に構成された電流センサである。入力電流計５１０は、検出した入力電流Ｉａを、制御部６００に出力可能に構成されている。

ＭＯＳＦＥＴ５２０は、スイッチング動作によって第１電気負荷４１０への入力電流Ｉａを制限可能に構成されている。ＭＯＳＦＥＴ５２０は、制御部６００によってスイッチング動作が制御される構成となっている。

制御部６００は、車両用電源システムの動作を制御するコントローラとして構成されている。制御部６００は、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、電圧取得部６１０、電流取得部６２０、異常判定部６３０、及び電流制限部６４０を備えている。

電圧取得部６１０は、バッテリ電圧計３１０において検出されたバッテリ電圧Ｖｂを取得して、異常判定部６３０に出力可能に構成されている。

電流取得部６２０は、充電電流計３２０において検出された充電電流Ｉｂを取得して、異常判定部６３０に出力可能に構成されている。

異常判定部６３０は、電圧取得部６１０から入力されたバッテリ電圧Ｖｂ、及び電流取得部６２０から入力された充電電流Ｉｂに基づいて、補機バッテリに異常が発生しているか否かを判定する。なお、異常判定部６３０で判定される「異常」とは、補機バッテリ２００が正常に電力を出力できない状態を意味しており、例えばバッテリ上がりや極度の劣化等によって、補機バッテリ２００の出力電力が著しく低下しているような状態が挙げられる。異常判定部６３０の判定結果は、電流制限部６４０に出力される構成となっている。なお、異常判定部６３０は、「異常検出手段」の一具体例である。

電流制限部６４０は、異常判定部６３０の判定結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ５２０を制御し、第１電気負荷４１０への入力電流Ｉｂを制限する。電流制限部６４０による具体的な入力電流Ｉｂの制限方法については、後に詳述する。なお、電流制限部６４０は、ＭＯＳＦＥＴ５２０と共に「電流制限手段」の一具体例として機能する。

＜補機バッテリ異常時の問題点＞
次に、上述した車両用電源システム１０のように、発電機１００及び補機バッテリ２００を電力供給源として備えるシステムに発生し得る問題点について、図２を参照して具体的に説明する。ここに図２は、出力電流と出力電圧との関係及び電気負荷の正常動作範囲を示すグラフである。

図２において、比較例に係る車両用電源システムによって電力が供給される補機（電気負荷）には、正常な動作を実現できる動作可能下限電圧が設定されている。よって、システムの出力電力が動作可能下限電圧を超えている範囲が、補機が正常に動作できる正常動作可能範囲となる。

具体的には、正常時（即ち、補機バッテリ２００に異常が発生していない場合）には、システムの出力電流が比較的高いｉ１になるまで出力電圧が動作可能下限電圧を上回っている。よって、正常時の正常動作可能範囲は、システムの出力電流がｉ１以下の全ての範囲となる。

一方で、補機バッテリ２００に異常が発生している場合には、システムの出力電圧が正常時よりも早い段階で低下し、出力電流がｉ２になると出力電圧が動作可能下限電圧を下回ってしまう。よって、補機バッテリ２００の異常時における正常動作可能範囲は、正常時よりも狭くなり、出力電流がｉ２以下の範囲となる。このように正常動作可能範囲が狭まってしまうのは、補機バッテリ２００の異常によってシステム全体として出力可能な電力が低下してしまうからである。

正常動作可能範囲が狭まると、正常動作可能範囲を超えた際に補機が誤作動（例えば作動停止や異常判定等）を起こすおそれがある。具体的には、補機バッテリ２００の異常時には、システムの出力電流がｉ２より大きい範囲において、電圧低下に起因する誤作動が発生してしまう可能性がある。即ち、正常時であれば誤作動が発生しないような範囲において誤作動が発生してしまうおそれがある。

本実施形態に係る車両用電源システムは、上述したような誤作動の発生を防止するために、以下に詳述する制御を実行する。

＜動作説明＞
以下では、本実施形態に係る車両用電源システム１０の動作について、図３を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係る車両用電源システムの動作を示すフローチャートである。なお、以下では、本実施形態に係る車両電源システム１０が行う動作のうち、第１電気負荷４１０に対する入力電流を制限する動作について説明する。

図３において、本実施形態に係る車両用電源システム１０の動作時には、まず車両のイグニッションがオンとされたか否かが判定される（ステップＳ１０１）。そして、イグニッションがオンとされた場合に（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２以降の処理が実行される。一方、イグニッションがオンとされない場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０２以降の処理は省略され、一連の処理が終了することになる。

イグニッションがオンとされると、バッテリ電圧Ｖｂがバッテリ電圧計３１０において検出され、電流検出部６００で取得される（ステップＳ１０２）。電流検出部６１０で取得されたバッテリ電圧Ｖｂは、異常判定部６３０に出力される。

異常判定部６３０では、取得されたバッテリ電圧Ｖｂが所定の閾値Ａより小さいか否かが判定される（ステップＳ１０３）。なお、閾値Ａは、バッテリ電圧Ｖｂから補機バッテリ２００の異常を判定するための閾値であり、事前に適切な値が求められ異常判定部６３０に記憶されている。

バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ａより小さくないと判定された場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、バッテリ電圧Ｖｂは十分に高い値であるため、補機バッテリ２００に異常は発生していないと判断できる。よって、この場合には、補機バッテリ２００から供給される電力によって車両がレディーオン状態とされる（ステップＳ１１０）。具体的には、発電機１００によって所定の電圧（例えば、１２Ｖ）での発電が開始されると共に、発電機１００とバッテリ２００との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータが起動される。このように、補機バッテリ２００に異常が発生していないと判定された場合には、通常の始動制御が行われ、そのまま車両用電源システム１０による一連の処理が終了することになる。

一方で、バッテリ電圧Ｖｂが閾値Ａより小さいと判定された場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、バッテリ電圧Ｖｂが極めて低い値であるため、補機バッテリ２００に異常が発生していると判断できる。この場合、異常判定部６３０からは、補機バッテリ２００に異常が発生していることを示す情報が電流制限部６４０に出力される。

本実施形態では特に、上述したように補機バッテリ２００に異常が発生していると判定された場合に、電流制限部６４０によって、第１電気負荷４１０への入力電流Ｉａの制限が実行される（ステップＳ１０４）。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ５２０が制御されることにより、入力電流Ｉａが所定値以下に制限される。この際、入力電流Ｉａは、入力電流計５１０からのフィードバック制御により所定値以下とされる。

なお、入力電流Ｉａの制限値である所定値は、全電気負荷からの電流要求値の合計を、システムが出力可能な最大電流値を超えてしまわない程度にまで低くできる値として設定される。所定値は、予め設定される固定値であってもよいし、全電気負荷からの電流要求値に応じて変化する変動値であってもよい。

入力電流Ｉａが制限された後には、補機バッテリ２００とは異なる別電源（図示せず）から供給される電力によって車両がレディーオン状態とされる（ステップＳ１０５）。即ち、本来であれば始動用に用いられる補機バッテリ２００に異常が発生しているため、予備の別電源によって始動制御が行われる。

車両がレディーオンとされた後には、バッテリ２００への充電電流Ｉｂが充電電流計３２０によって検出され、電流取得部６２０で取得される（ステップＳ１０６）。電流取得部６２０で取得された充電電流Ｉｂは、異常判定部６３０に出力される。

異常判定部６３０では、取得された充電電流Ｉｂが所定の閾値Ｂより大きいか否かが判定される（ステップＳ１０７）。なお、閾値Ｂは、充電電流Ｉｂから補機バッテリ２００の異常を判定するための閾値であり、事前に適切な値が求められ異常判定部６３０に記憶されている。

充電電流Ｉｂが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、発電機１００の発電電力による充電によって、補機バッテリ２００が正常に回復していると判断できる。この場合には、補機バッテリ２００からも、第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０に電力を供給可能である。よって、充電電流Ｉｂが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合には、ＭＯＳＦＥＴ５２０による入力電流Ｉａの制限が解除され、一連の処理が終了する。

一方で、充電電流Ｉｂが閾値Ｂよりも大きくないと判定された場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、補機バッテリ２００では異常が発生したままであると判断できる。この場合、異常判定部６３０からは、補機バッテリ２００に異常が発生したままであることを示す情報が電流制限部６４０に出力される。

電流制限部６４０では、補機バッテリ２００に異常が発生したままである場合に、レディーオンされてから所定時間（例えば３０分）が経過したか否かが判定される（ステップＳ１０９）。ここでの「所定時間」は、補機バッテリ２００が充電によって正常な状態に回復する可能性がある時間として設定されている。このため、所定時間が経過していなければ、補機バッテリ２００は、その後の充電によって正常な状態に回復する可能性があると判断できる。一方で、所定時間が経過していれば、補機バッテリ２００は、その後の充電によっても正常な状態には回復できないと判断できる。

よって、所定時間が経過していないと判定された場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、ステップＳ１０６以降の処理が繰り返される。即ち、補機バッテリ２００への充電が続行され、異常からの回復が図られる。一方、所定時間が経過していると判定された場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、ＭＯＳＦＥＴ５２０による入力電流Ｉａの制限が解除されないまま、一連の処理が終了する。

＜実施形態の効果＞
上述したように、本実施形態に係る車両用電源システム１０によれば、補機バッテリ２００に異常が発生している場合に、電流消費量の大きい第１電気負荷４１０への入力電流Ｉｂが制限される。

ここで特に、補機バッテリ２００の異常時には、実質的に発電機１００のみから第１電気負荷４１０及び第２電気負荷４２０に電力を供給することになる。このため、全電気負荷からの電流要求値の合計が、システムが出力可能な最大電流値を超えてしまうおそれがある。この場合、既に説明したように、各電気負荷において電圧低下に伴う誤動作が発生する可能性がある。特に、他の電気負荷と比べて電流消費量が大きい第１電気負荷４１０においては、誤動作が発生し易い。

これに対し、本実施形態では、補機バッテリ２００における異常発生時に第１電気負荷４１０への入力電流Ｉｂが制限されるため、全電気負荷からの電流要求値の合計が、システムが出力可能な最大電流値を超えてしまうことを防止できる。従って、補機バッテリ２００に異常が発生した場合であっても、電圧低下に起因する補機（特に、第１電気負荷４１０）の誤作動を回避することができる。

また本実施形態では更に、補機バッテリ２００が正常な状態に回復した場合には、入力電流Ｉｂの制限が解除される。このため、不要な場合にまで入力電流Ｉｂの制限が行われ続けることを防止でき、より好適な電力の供給を実現できる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用電源システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０ 車両用電源システム
１００ 発電機
２００ 補機バッテリ
３１０ バッテリ電圧計
３２０ バッテリ電流計
４１０ 第１電気負荷
４２０ 第２電気負荷
５１０ 入力電流計
５２０ ＭＯＳＦＥＴ
６００ 制御部
６１０ 電圧取得部
６２０ 電流取得部
６３０ 異常判定部
６４０ 電流制限部
Ｖｂ バッテリ電圧
Ｉｂ 充電電流
Ｉａ 入力電流

Claims (1)

1. 第１電気負荷及び前記第１電気負荷よりも電流消費量が小さい第２電気負荷に電力を供給する車両用電源システムであって、
   発電した電力を前記第１電気負荷及び前記第２電気負荷に供給可能な発電機と、
   前記発電機で発電された電力を充電可能であると共に、充電した電力を前記第１電気負荷及び前記第２電気負荷に供給可能な補機バッテリと、
   前記補機バッテリから印加されるバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記補機バッテリに充電される充電電流を検出する電流検出手段と、
   前記バッテリ電圧又は前記充電電流に基づいて、前記補機バッテリの異常を検出する異常検出手段と、
   前記補機バッテリの異常が検出された場合に、前記第１電気負荷に入力される入力電流を所定値以下に制限する電流制限手段と
   を備えることを特徴とする車両用電源システム。

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