JP2021138193A - 車両用電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】アイドリングストップシステムを有する車両において、ＥＣＵからの信号によらず、エンジンの再始動に伴う電圧低下でも必要な電気負荷への安定した電圧供給が可能となる車両用電源システムを提供する。【解決手段】車両用電源システム１Ａは、車両の制御に関する第１負荷１４とバッテリ１１との間の電路に配置され、かつバッテリ１１から第１負荷１４に供給される直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、当該バッテリ１１の電圧を検出する検出装置２１とを備える。検出装置２１は、エンジン２の自動停止状態からスタータ１３を用いて再始動する場合において、オルタネータ１２が停止した後からスタータ１３が始動するまでの間で、バッテリ１１の電圧が閾値以下となった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動するように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源システムに関する。
近年、車両の停止時にエンジンを自動的に停止させ、車両の再発進を意図するドライバーの操作に応じて自動的にエンジンを始動させるアイドリングストップシステムが普及しつつある。このようなアイドリングストップシステムと他の車両制御とを組み合わせた技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１０−２４８９６４号公報
ところで、アイドリングストップシステムが搭載された車両では、スタータによりエンジンを再始動する際に、バッテリの電圧が一時的に低下する。そこで、バッテリから電気負荷に供給する電力の電圧を安定化させるために、例えば、バッテリと電気負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置し必要に応じて動作させている。
従来、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を、ＥＣＵからスタータに入力されるスタータ信号により開始させていたことから、ＥＣＵの簡素化の点で改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アイドリングストップシステムを有する車両において、ＥＣＵからの信号によらず、エンジンの再始動に伴う電圧低下でも必要な電気負荷への安定した電圧供給が可能となる車両用電源システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電源システムは、エンジンを駆動源とする車両に搭載されたバッテリと、前記エンジンの駆動により発電し前記バッテリを充電するオルタネータと、前記オルタネータが動作停止した停止状態において、前記バッテリから供給される電力により駆動し前記エンジンを始動させるスタータモータと、前記車両の制御に関する車両制御用電気負荷と前記バッテリとの間の電路に配置され、かつ前記バッテリから前記車両制御用電気負荷に供給される直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記バッテリの電圧を検出する検出装置と、を備え、前記検出装置は、前記エンジンが自動停止した自動停止状態から前記スタータモータを用いて前記エンジンが再始動する場合において、前記エンジンが停止した後から前記スタータモータが始動するまでの間で、前記バッテリの電圧が閾値以下となった場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを始動するように制御する、ことを特徴とする。
上記車両用電源システムにおいて、前記閾値は、前記オルタネータの動作時の出力電圧よりも低く、かつ満充電状態の前記バッテリの電圧より高い電圧値である、ものである。
上記車両用電源システムにおいて、前記検出装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに配置される、ものである。
本発明に係る車両用電源システムによれば、アイドリングストップシステムを有する車両において、ＥＣＵからの信号によらず、エンジンの再始動に伴う電圧低下でも必要な電気負荷への安定した電圧供給が可能となる、という効果を奏する。
図１は、実施形態に係る車両用電源システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるバルク充電時のバッテリ電圧の時間変化の一例を示す図である。 図３は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるフロート充電時のバッテリ電圧の時間変化の一例を示す図である。 図４は、実施形態の変形例に係る車両用電源システムの概略構成を示す模式図である。
以下に、本発明に係る車両用電源システムの実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
［実施形態］
本実施形態に係る車両用電源システムについて図１〜図３を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両用電源システムの概略構成を示す模式図である。図２は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるバルク充電時のバッテリ電圧の時間変化の一例を示す図である。図３は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるフロート充電時のバッテリ電圧の時間変化の一例を示す図である。
車両用電源システム１Ａは、エンジン（ＥＮＧ）２を駆動源とする車両（不図示）に搭載される。車両は、いわゆるアイドリングストップシステムが搭載されている。アイドリングストップシステムは、所定の停止条件に基づきエンジンを自動停止させ、自動停止後に所定の再始動条件に基づきスタータ１３を用いてエンジン２を再始動させるものである。エンジン２は、例えば、燃焼室で空気と燃料との混合気を燃焼させることで動力を発生させる熱機関（内燃機関）である。エンジン２は、車両の走行用の動力や補機類（不図示）を駆動するための動力を発生させる。車両用電源システム１Ａは、バッテリ１１と、オルタネータ（ＡＬＴ）１２と、スタータ（ＳＴ）１３と、第１負荷１４と、第２負荷１５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）１６と、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）１７とを備える。
バッテリ１１は、車両の電力源であり、例えば、二次電池で構成される。バッテリ１１は、バッテリマネジメントシステム１７及び不図示のメインリレーを介して、オルタネータ１２、スタータ１３、第２負荷１５、及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６に電気的に接続されている。また、バッテリ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して第１負荷１４に電気的に接続されている。バッテリ１１は、スタータ１３及び第２負荷１５に対して直流電力を供給する。また、バッテリ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して第１負荷に直流電力を供給する。バッテリ１１は、車両に対して１台のみ配置されているものとする。
オルタネータ１２は、車両に搭載されたエンジン２と連結された発電機であり、機械的な動力を交流電力に変換する。オルタネータ１２は、エンジン２の駆動により発電しバッテリ１１を充電する。オルタネータ１２は、例えば、エンジン２の出力軸に連結されており、当該回転軸から伝達される回転力によって駆動されて発電を行う。また、オルタネータ１２には、不図示のレギュレータが設けられており、当該レギュレータの動作が制御されることによって、オルタネータ１２による発電電力の電圧及び電流が制御される。オルタネータ１２で発電された交流電力は、レギュレータにより直流電力に変換され、バッテリ１１に蓄電されたり、第２負荷１５に供給される。また、レギュレータにより変換された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して第１負荷１４にも供給可能である。なお、オルタネータ１２は、エンジン２の出力軸と直接的に連結されていてもよく、例えばプーリ及びベルトを介して間接的に連結されていてもよい。また、オルタネータ１２は、車両の減速時に、車輪の回転エネルギを用いて発電（回生発電）を行うものであってもよい。
スタータ１３は、エンジン２の始動をアシストするスタータモータである。スタータ１３は、供給される電力を回転トルクに変換し、この回転トルクによってエンジン２のクランクシャフト（不図示）を回転させる。スタータ１３は、不図示のリレーを介してバッテリ１１に電気的に接続されている。スタータ１３は、オルタネータ１２が動作停止した停止状態において、バッテリ１１から供給される電力により駆動しエンジン２を始動させる。
第１負荷１４は、車両の制御に関する車両制御用電気負荷の一例である。第１負荷１４は、オルタネータ１２が動作停止した停止状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介してバッテリ１１から安定した電圧の供給を受ける必要があるものである。第１負荷１４は、例えば、車両全体を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；電子制御ユニット）である。第１負荷１４は、バッテリ１１の電圧（例えば１２Ｖ）よりも低い電圧で駆動することから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介してバッテリ１１に接続され、バッテリ１１の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１６によって昇圧され供給される。
第２負荷１５は、車両に搭載された電気負荷であり、例えば、ヘッドランプ、ルームランプ、テール／ストップランプ、ワイパーモータ等で構成される。第２負荷１５は、オルタネータ１２が動作している動作状態において、当該オルタネータ１２から供給される電力により駆動し、オルタネータ１２が動作停止した停止状態において、バッテリ１１から供給される電力により駆動する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、第１負荷１４とバッテリ１１との間の電路に配置され、かつバッテリ１１から第１負荷１４に供給される直流電力の電圧を変換するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、バッテリ１１の出力電圧を第１負荷１４の駆動電圧（例えば１２Ｖ等）に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、例えば、ＥＣＵに搭載されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等で構成されている。
バッテリマネジメントシステム１７は、バッテリ１１の陽極側に接続されており、バッテリ１１の入出力電流を検出するものである。バッテリマネジメントシステム１７は、検出した入力電流値、出力電流値をＥＣＵ等に出力する。本実施形態におけるバッテリマネジメントシステム１７は、バッテリ１１の電圧を検出する検出装置２１を有する。
検出装置２１は、エンジン２が自動停止した自動停止状態からスタータ１３を用いてエンジン２が再始動する場合において、エンジン２が停止した後からスタータ１３が始動するまでの間で、バッテリ１１の電圧が閾値以下となった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動（ソフトスタート）するように制御するものである。検出装置２１は、例えば、バッテリマネジメントシステム１７に搭載されたＩＣ等で構成されている。検出装置２１は、例えば、ＥＣＵに電気的に接続されており、当該ＥＣＵからエンジン２の停止に関する信号や始動に関する信号を受信することで、エンジン２が停止したか、エンジン２が始動したか等を判定することができる。
検出装置２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６に電気的に接続されており、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を所望のタイミングで始動させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、一般的に、急速に立ち上げることでオーバーシュートや突入電流が発生し、当該コンバータ自体が停止する可能性があることから、ソフトスタートという制御を行い、時間をかけてコンバータを立ち上げる必要がある。そのため、検出装置２１は、バッテリ１１の電圧を検出し、検出した電圧値と閾値とを比較し、当該電圧値が閾値以下となった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６をソフトスタートさせる。本実施形態における閾値は、オルタネータ１２の動作時の出力電圧よりも低く、かつ満充電状態のバッテリ１１の電圧より高い電圧値である。
次に、アイドリングストップが行われた際の車両用電源システム１Ａの動作例について図２、図３を参照して説明する。図２、図３に示すグラフは、縦軸がＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧（バッテリ１１の電圧）であり、縦軸が時間である。図２は、バルク充電時のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧の変化を表したものであり、図３は、フロート充電時のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧の変化を表したものである。バルク充電とは、バッテリ１１への電流を調整し、電圧を調整しない充電モードである。この充電モードでは、例えば、バッテリ１１に対して７５〜８０％で充電が行われる。フロート充電とは、電圧を調節する充電モードである。この充電モードでは、バッテリ１１に微弱な電流を流して満充電の状態を維持する。
図２に示すバルク充電方法では、オルタネータ１２が動作中の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧は調整されることないので、オルタネータ１２の出力電圧と同一である。また、オルタネータ１２が動作中の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、動作停止状態にある。
次に、図中Ａの時点でアイドリングストップすると、エンジン２が停止すると共に、オルタネータ１２が動作停止する。その直後、入力電圧は、電圧低下を開始してＶ１からＶ２まで低下する（Ｂ１）。入力電圧Ｖ２は、およそバッテリ１１の出力電圧である。入力電圧がＶ１からＶ２まで低下する際に、予め設定された閾値を横切ることで（Ｘ１）、検出装置２１がバッテリ１１の電圧が閾値以下となったと判断して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動するように信号を送る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が始動する。
スタータ１３の始動に伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧が一時的に低下するが、オルタネータ１２の動作によりバッテリ１１への電力供給が開始される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、オルタネータ１２が動作開始した後も、適正な電圧を出力するまで一定の時間動作を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作が不安定になって出力電圧が落ち込むことがなくなり、第１負荷１４への安定した電力供給が可能となり、車両を制御するシステムが動作を停止することを防止することが可能となる。
図３に示すフロート充電では、オルタネータ１２が動作中の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧は調整されて一定の電圧を有する。また、オルタネータ１２が動作中の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、動作停止状態にある。
次に、図中Ａの時点でアイドリングストップすると、エンジン２が停止すると共に、オルタネータ１２が動作停止する。その直後、入力電圧は、電圧低下を開始してＶ３からＶ４まで低下する（Ｂ２）。入力電圧Ｖ４は、およそバッテリ１１の出力電圧である。入力電圧がＶ３からＶ４まで低下する際に、予め設定された閾値を横切ることで（Ｘ２）、検出装置２１がバッテリ１１の電圧が閾値以下となったと判断して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動するように信号を送る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が始動する。
スタータ１３の始動に伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧が一時的に低下するが、オルタネータ１２の動作によりバッテリ１１への電力供給が開始される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、オルタネータ１２が動作開始した後も、適正な電圧を出力するまで一定の時間動作を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作が不安定になって出力電圧が落ち込むことがなくなり、第１負荷１４への安定した電力供給が可能となり、車両を制御するシステムが動作を停止することを防止することが可能となる。
以上説明した第１実施形態に係る車両用電源システム１Ａは、車両の制御に関する第１負荷１４とバッテリ１１との間の電路に配置され、かつバッテリ１１から第１負荷１４に供給される直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、当該バッテリ１１の電圧を検出する検出装置２１とを備える。検出装置２１は、エンジン２の自動停止状態からスタータ１３を用いて再始動する場合において、オルタネータ１２が停止した後からスタータ１３が始動するまでの間で、バッテリ１１の電圧が閾値以下となった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動するように制御する。
上記構成により、アイドリングストップシステムを有する車両において、エンジン２の再始動に伴う電圧低下でも必要な電気負荷への安定した電圧供給が可能となる。従来、車両側のＥＣＵが、スタータ１３の始動信号の受信に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１６の始動を制御していたが、車両用電源システム１Ａ側での制御が可能となり、当該ＥＣＵからの信号によらず、重要な電気負荷（第１負荷１４）への安定した電圧供給が可能となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の始動によりスタータ１３始動時のクランキングによる瞬間的に電圧低下が発生しても重要な電気負荷への安定した電圧供給が可能となる。
また、本実施形態に係る車両用電源システム１Ａは、閾値が、オルタネータ１２の動作時の出力電圧よりも低く、かつ満充電状態のバッテリ１１の電圧より高い電圧値である。閾値は、オルタネータ１２の動作中に、検出装置２１がＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動しないように、オルタネータ１２の最大出力電圧よりも低い電圧に設定されている。これにより、検出装置２１が、適当なタイミングでＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動させることが可能となる。具体的には、バッテリ１１の充電状態によって、オルタネータ１２の停止後の電圧低下量が変化するが、オルタネータ１２が停止中でも動作する第２負荷１５があることから、バッテリ１１の電圧が徐々に低下する。そのため、オルタネータ１２の停止直後にバッテリ１１の電圧低下を検知できなくとも、エンジン２が再始動する前にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を始動させることができる。
なお、上記実施形態では、バッテリマネジメントシステム１７が検出装置２１を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、バッテリマネジメントシステム１７に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ１６が検出装置２１を有するものであってもよい。
［変形例］
次に、実施形態の変形例に係る車両用電源システムについて図４を参照して説明する。図４は、実施形態の変形例に係る車両用電源システムの概略構成を示す模式図である。実施形態の変形例に係る車両用電源システム１Ｂは、図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とバッテリマネジメントシステム１７とが一体化した構成を有する点で上記車両用電源システム１Ａとは異なる。なお、以下の説明において、上記実施形態と共通する構成、作用、効果について、重複する説明はできるだけ省略する。
実施形態の変形例に係る車両用電源システム１Ｂは、バッテリ１１と、オルタネータ１２と、スタータ１３と、第１負荷１４と、第２負荷１５と、コンバータユニット１０を備える。
コンバータユニット１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、バッテリマネジメントシステム１７とで構成されている。本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、検出装置２１を有する。
以上説明した変化例に係る車両用電源システム１Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とバッテリマネジメントシステム１７とが一体化したコンバータユニットを有する。これにより、バッテリマネジメントシステム１７及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６で必要となる電流、電圧検出機能を共有化することが可能となり、小型化及び低コスト化を図ることができる。
１Ａ，１Ｂ 車両用電源システム
２ エンジン
１０ コンバータユニット
１１ バッテリ
１２ オルタネータ
１３ スタータ
１４ 第１負荷
１５ 第２負荷
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７ バッテリマネジメントシステム
２１ 検出装置

Claims (3)

  1. エンジンを駆動源とする車両に搭載されたバッテリと、
    前記エンジンの駆動により発電し前記バッテリを充電するオルタネータと、
    前記オルタネータが動作停止した停止状態において、前記バッテリから供給される電力により駆動し前記エンジンを始動させるスタータモータと、
    前記車両の制御に関する車両制御用電気負荷と前記バッテリとの間の電路に配置され、かつ前記バッテリから前記車両制御用電気負荷に供給される直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記バッテリの電圧を検出する検出装置と、を備え、
    前記検出装置は、
    前記エンジンが自動停止した自動停止状態から前記スタータモータを用いて前記エンジンが再始動する場合において、前記エンジンが停止した後から前記スタータモータが始動するまでの間で、前記バッテリの電圧が閾値以下となった場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを始動するように制御する、
    ことを特徴とする車両用電源システム。
  2. 前記閾値は、
    前記オルタネータの動作時の出力電圧よりも低く、かつ満充電状態の前記バッテリの電圧より高い電圧値である、
    請求項１に記載の車両用電源システム。
  3. 前記検出装置は、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータに配置される、
    請求項１または２に記載の車両用電源システム。
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