JP3994832B2 - 車両の電源管理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、該エンジンの駆動力を利用してバッテリへの充電を行う発電機と、該バッテリの電力を任意の外部装置へ供給するための電力外部供給装置とを備えた車両の電源管理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両の快適性や利便性の追求に伴って、車内で電化製品を使いたいというユーザのニーズが高まるなかで、100V交流のコンセントを設けた車両が実用化されている。このような車両においては、エンジンの駆動力を利用して発電された電力をバッテリへ蓄え、そのバッテリが発生させる直流電流をインバータによって交流電流へと変換して、車内に設けられた100V交流のコンセントへ供給するようになっている。しかしこの場合、100V交流電流はバッテリに蓄えられた電力がなくなると供給されなくなるため、100V交流のコンセントを使い続けるためには適宜エンジンを駆動してバッテリの充電を行う必要がある。つまり、エンジンを停止させたままでは、バッテリに蓄えられた電力が消費し尽くされた時に100V交流電流の供給も止まってしまうため、コンセントの長時間の使用ができないという課題がある。
【0003】
このような課題に対し、従来の技術によれば、検出されたバッテリ蓄電量に応じてエンジンの始動と停止とを制御し、適宜バッテリへの充電が行えるようになっている(例えば、特許文献1参照。)。つまり、バッテリ蓄電量が少なくなってくると、自動的にエンジンを始動させてバッテリへの充電を行うことで、100V交流電流を長時間供給するようになっているのである。このような技術により、バッテリ蓄電量を気にせずに、100V交流のコンセントへ接続された電化製品を使用し続けることができるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−278808号公報(第2−7頁、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に記載の技術は、イグニッションスイッチ、すなわち、車両の主電源スイッチが入った状態でなければ作動しないものであり、100V交流電源を使用し続けるためにはイグニッションスイッチも入れたままにしておかなければならない。つまり、100V交流のコンセントを生かすために、車両の制御系の全ての装置に通電させた状態で使用し続けることになり、制御系の装置の待機エネルギーの分だけ電気消費量が多くなってしまうため、不経済である。
【0006】
本発明はこのような課題を鑑み創案されたもので、いつでも電力外部供給装置を使えるようにしながら、使用しない車両搭載電装品への無駄な電力供給を無くして省エネルギー化を図れるようにした、車両の電源管理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の車両の電源管理装置は、エンジンと、該エンジンの駆動力を利用してバッテリへの充電を行う発電機と、該バッテリの電力を任意の外部装置へ供給するための電力外部供給装置とを設けた車両の電源管理装置において、該バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、電力の供給により作動して該エンジンと該発電機との動作制御を行い、該バッテリの充電量が所定値未満になったら該エンジンにより該発電機を駆動して該バッテリの充電を行うエンジン制御手段と、該エンジン制御手段を含む車両搭載電装品への電力供給をオン/オフする主電源スイッチと、該主電源スイッチとは独立して、該エンジン制御手段への電力供給のオン/オフを制御する主電源制御手段と、該任意の外部装置による該電力外部供給装置の使用の有無を検知する電源使用検知手段と、該主電源スイッチが該エンジン制御手段への電力供給をオフにしている時に、該電力外部供給装置の使用が検知されると、該エンジン制御手段への電力供給をオフにしたまま該バッテリから該任意の外部装置へ電力を供給し、該バッテリの充電量が所定値未満になると、該主電源制御手段により該エンジン制御手段への電力供給をオンにして該エンジン制御手段を作動させる、システム制御手段とを備えることを特徴としている。
【0008】
好ましくは、該電源使用検知手段が、該電力外部供給装置から該任意の外部装置への電力供給のオン/オフを切り換える交流電源供給用スイッチの操作により該電力外部供給装置の使用を検知するようにし(請求項2)、または、該電源使用検知手段が、該電力外部供給装置の交流電源供給用コンセントへの該任意の外部装置のプラグの挿し込みにより該電力外部供給装置の使用を検知するようにする(請求項3)。
【0009】
さらに、該主電源制御装置により、該エンジン制御手段に電力が供給されて該バッテリの充電を行っている時に、該バッテリの充電量が該所定値よりも大きい第2の所定値以上となったことを該充電量検出手段が検出すると、該システム制御手段が該主電源制御手段に該エンジン制御手段への電力供給をオフにさせるのも好ましい(請求項4)。
また、該バッテリとしての12Vバッテリ及び高圧バッテリを備え、該12Vバッテリが、該システム制御手段へ直接接続されるとともに、該エンジン制御手段へ該主電源スイッチ及び該主電源制御手段を介して接続され、該高圧バッテリが、該システム制御手段及び該電力外部供給装置へ接続されていることが好ましい(請求項5)。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1,2は本発明の一実施形態としての車両の電源管理装置を示すもので、図1はこの車両の全体構成を示す該略図であり、図2は本電源管理装置の制御を示すフローチャートである。
【0011】
本実施形態に係る車両1は主要装置として図1に示すように、エンジン2,モータ・ジェネレータ(発電機)3,トランスミッション5,12Vバッテリ8,高圧バッテリ(バッテリ)9,ECU(エンジンコントロールユニット,エンジン制御手段)10,BMU(バッテリマネジメントユニット,充電量検出手段)11,SMU(システムマネジメントユニット,システム制御手段)12等を備えている。
【0012】
エンジン2は、一般的な内燃機関として構成され、その駆動トルクはエンジン出力軸2aを介してモータ・ジェネレータ3へ伝達され、モータ・ジェネレータ出力軸3a,クラッチ4,トランスミッション5及びディファレンシャル装置6を介して左右のドライブシャフト7a,7bへと伝達されて、駆動輪7を駆動するようになっている。また、エンジン出力軸2aとモータ・ジェネレータ出力軸3aとは、モータ・ジェネレータ3内部において直接又はギアを介して接続され、一体回転するようになっている。また、このエンジン2は、ECU10によって、エンジントルクや回転数等を制御されている。
【0013】
モータ・ジェネレータ3はモータとしての機能とジェネレータとしての機能とを併せ持つ交流電動発電機であり、ジェネレータとして機能する時にはエンジン出力軸2aから入力されたトルクを利用してジェネレータで発電を行い、インバータ13を整流器として作動させ、変圧して高圧バッテリ9へ充電するようになっている。また、モータとして機能するときには、この高圧バッテリ9の直流電力を交流電力へ変換しモータを駆動して、エンジン出力軸2aから入力されたトルクにモータによるトルクを付加してモータ・ジェネレータ出力軸3aへと出力するようになっている。モータ・ジェネレータ出力軸3aは、断接可能なクラッチ4を介してトランスミッション5へ接続されている。
【0014】
また、高圧バッテリ9の出力管理と充電量検出を行うBMU11は、高圧バッテリ9の電力をDC−ACインバータ14を介してコンセント(電力外部供給装置)16へ供給し、またDC−DCコンバータ19へも供給するようになっている。DC−ACインバータ14は、高圧バッテリ9により得られる直流電流を100V交流電流へと変換する。一方、DC−DCコンバータ19は、高圧バッテリ9により得られる直流電流を12V直流電流へ変換し、後述する12Vバッテリ8と同様にBMU11やSMU12等へ電力を供給する補助動力源として働いている。また、BMU11で検出された高圧バッテリ9の充電量情報は、随時SMU12へ送られるようになっている。
【0015】
コンセント16は車両内部に取り付けられた100V交流電流を供給する供給口であり、家庭用TVやPCといった電化製品(外部装置)の電源として機能するものである。また、コンセント16の差込口の奥には、このコンセントへの電化製品のプラグの挿し込み状態を検知するコンセントスイッチ(電源使用検知手段)15が設置されており、電化製品のプラグが押し込まれるとその先端が絶縁物質を介してスイッチボタンを押し込むようになっている。そして、コンセントスイッチ15は、スイッチボタンが押し込まれていればオン、押し込まれていなければオフの信号をSMU(システムマネジメントユニット)12へ伝達する。
【0016】
SMU(システムマネジメントユニット)12は、ECU10やBMU11等の制御装置を統括制御するようになっている。また、SMU12は、リレー装置(主電源制御手段)17のオン/オフ動作も制御するようになっている。
12Vバッテリ8は、車両のすべての制御装置,電動装置の類への電力供給を行う。特にSMU12及びBMU11へは直接接続され、常に電力が供給できるようになっている。それに対して、ECU10やエンジン2をはじめとするその他の車両搭載電装品へは、並列に備えられたイグニッションスイッチ(主電源スイッチ)18とリレー装置(主電源制御手段)17とを介して接続されている。そして、イグニッションスイッチ18又はリレー装置17のいずれかの回路が閉じない限り、ECU10やエンジン2をはじめとするその他の車両搭載電装品には電力が供給されないようになっている。イグニッションスイッチ18はイグニッションキーを挿し込んで物理的に回転させることで12Vバッテリ8からの電力供給が行われるようになっており、リレー装置17はSMU12によって電気的に回路の開閉を制御されるようになっている。
【0017】
また、この12Vバッテリ8は一般的な車両用バッテリであり、12Vバッテリ8への充電は、エンジン2の回転力を利用して、図示しない小型発電機によって随時行われるようになっている。
次に本実施形態の要部について説明すると、本電源管理装置はイグニッションスイッチ18が切断された状態でコンセント16が使用される時に、高圧バッテリ9の充電量に応じてSMU12がリレー装置17の断接を行い、ECU10を始めとする各種制御装置が起動して発電を行い、自動的にバッテリの充電制御を行おうとするものである。このように、イグニッションスイッチ18が切断された状態でリレー装置17が接続され、エンジンが駆動されて行われる発電のことを、停車発電と呼ぶ。
【0018】
ECU10,BMU11,SMU12は、図2に示すフローチャートに従って、停車発電時における車両の電源管理を行っている。
以下図2に示すフローチャートを用いて、本電源管理装置によって行われる制御について具体的に説明する。なお、この処理は各制御装置内部で処理されるメインルーチンに従属するサブルーチンとなっているため、適宜繰り返して処理されるようになっている。
【0019】
ステップS10では、イグニッションスイッチ18のオン/オフが判定される。オンの場合にはステップS150へ進み、通常動作を行ってこのルーチンを終了するが、オフの場合にはステップS20へ進む。
ステップS20では、コンセント16の使用状況を確認するために、コンセントスイッチ15のオン/オフが判断される。コンセントスイッチ15がオフの時は、コンセント16が使用されていないと判断され、何もせずにこのルーチンを終了する。また、コンセントスイッチ15がオンの時は、コンセント16が使用されていると判断され、ステップS30へ進む。
【0020】
ステップS30では、高圧バッテリ9を作動させ、次いでステップS40でDC−DCコンバータ19を起動させて高圧バッテリ9の直流高電圧を直流12Vへ変換して各種制御機器用電力を供給し、さらにステップS50でDC−ACインバータ14を起動させてコンセント16へ供給するための100V交流電流に変換する。ステップS30〜S50までの一連の電力供給と出力制御は主にBMU11によってなされる。
【0021】
ステップS60では、SMU12において、高圧バッテリ9の充電量が所定値未満かどうかが判定される。YESの場合は、高圧バッテリ9の充電量が十分ではないと判断され、エンジンを起動させて発電を始めるステップ(ステップS70)へ進み、NOの場合は、高圧バッテリ9の充電量が十分であると判断され、発電を行わないステップ(ステップS120)へ進む。
【0022】
ステップS60での判定がYESであった場合、ステップS70ではSMU12がリレー装置17を駆動して接点を閉じ、ECU10やエンジン2をはじめとするその他の車両搭載電装品へ12Vバッテリ8からの電力が供給されるようにする。そしてステップS90でエンジンが停止しているか否かを判定して、停止している時はステップS100でECU10がエンジンを起動させてステップS110へ進み、停車発電を実施し、このルーチンを終了する。また、ステップS90でエンジンが起動している状態であれば、そのままステップS110へ進み、停車発電を実施してこのルーチンを終了する。
【0023】
一方、ステップS60での判定がNOであった場合、ステップS120で停車発電中か否かを判定する。停車発電中である場合は、ステップS130でECU10がエンジンを停止させ、ステップS140でSMU12がリレー装置17の駆動を停止して接点を開き、このルーチンを終了する。また、ステップS120で停車発電中でない場合は、そのままステップS140へ進み、SMU12がリレー装置17の駆動を停止して接点を開き、このルーチンを終了する。
【0024】
以上のような制御により、本電源管理装置によれば、次のような作用及び効果が得られる。まず、イグニッションスイッチ18の切断時にコンセント16へ電化製品のプラグが挿し込まれると、コンセントスイッチ15がそれを検知し、SMU12へ信号を送る。SMU12はBMU11へ高圧バッテリ9に充電されている電力のコンセント16への供給を指示し、BMU11が作動する。従って、イグニッションスイッチ18がオフの状態にあっても、コンセント16への電化製品のプラグの挿し込みを検知し、100V交流電源の電力を自動的に供給することができ、一般的な家庭用コンセントと同等の使用感を提供することができる。また、充電量が十分である時には、イグニッションスイッチ18がオフの状態でコンセント16へ電力を供給し続けることができ、使用しない車両搭載電装品への無駄な電力供給を抑えることができる。また、12Vバッテリ8の充電量が十分でない場合にも、DC−DCコンバータ19によってSMU12やBMU11への電力の供給がなされるため、イグニッションスイッチ18がオフの状態でコンセント16へ電力を供給し続けることができる。
【0025】
次に、高圧バッテリ9の出力管理とともに高圧バッテリ9の充電量の監視も行っているBMU11は、充電量が所定値未満になるとSMU12へ信号を送って、リレー装置17を接続させ、ECU10やエンジン2をはじめとする車両のすべての車両搭載電装品を起動させる。ECU10が稼動し始めると、SMU12は自動的にBMU11から充電量情報を受け取り、停車発電を始める。ECU10はエンジンを起動させ、SMU12はインバータ13へ指令を送るとともにモータ・ジェネレータ3をジェネレータとして駆動して発電を始め、高圧バッテリ9への充電を行う。従って、高圧バッテリ9の充電量に関わらず、コンセント16へ電力を供給し続けることができる。
【0026】
続いて、停車発電が十分に行われ、充電量が所定値以上になると、BMU11がまたSMU12へ信号を送り、SMU12がモータ・ジェネレータ3を、またECU10がエンジン2をそれぞれ停止させるとともにSMU12がリレー装置17を切断し、停車発電を終了する。従って、ユーザは高圧バッテリ9の充電量を気にすることなくコンセント16に接続した電化製品を使用することができる。また、高圧バッテリ9の充電量に応じて適正に充電制御が行われることで、ガソリンの浪費や過充電を防止することができる。
【0027】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、電化製品のプラグの先端が、絶縁物質を介してコンセントスイッチ15のスイッチボタンを押すようになっているが、図3(a)に示すように、ユーザがオン/オフを自由に設定できる交流電源供給用スイッチレバーを取り付け、ユーザのオン/オフのレバー操作に応じてSMU12がコンセントの使用状況を判断するようにしてもよい。このように構成した場合、電源管理装置は、ユーザの要求に応じた電力の供給のオン/オフを手動で行うことができるという効果を得るようになる。また、図3(b)に示すように、電化製品のプラグの本体部分が梃子の力点を押し、作用点がスイッチボタンを押すように配されたコンセントスイッチを備えるようにしてもよい。このように構成した場合、軽い力でコンセント差込口へプラグを押し込むことができるようになる。また、図3(c)に示すように、電化製品のプラグ先端が直接検知回路を閉じるように配されたコンセントスイッチを備えるようにしてもよい。このような構成は、上述の他の構成に比べて構造が単純であるため、コストを低減させることができるようになる。
【0028】
また、上述の実施形態では、高圧バッテリの充電を開始する充電量の所定値と、充電を終了する充電量の所定値とが同一の値をとっているが、充電を開始する充電量の所定値より大きい別の所定値(第2の所定値)を定め、それを充電を終了する充電量の所定値としてもよい。このように構成した場合、高圧バッテリに充電される充電量が、前者所定値を最小値,後者所定値を最大値とした範囲で変動するように制御されるため、停車発電運転とエンジン停止との切り換えの頻度が減少し、車両全体の動作が安定する。
【0029】
また、上述の実施形態では、イグニッションスイッチ18とリレー装置17とを並列に配して備えているが、これらの替わりに双方の機能を兼ね備えた複合型リレー装置を備えてもよい。例えば、イグニッションキーの物理的な回転操作によってリレー回路の開閉を電気的に制御する機能、及び上述の実施形態におけるSMU12と同様に、上記リレー回路を電気的に制御する機能の2種類の機能を併せ持ち、状況によって機能を切り換えることができる複合型リレー装置を備えることで、電源管理装置を構成する部品を減少させることができ、コストを低減させることができる。
【0030】
また、上述の実施形態では、リレー装置17の接点を閉じて12Vバッテリ8からECU10へ電力を供給するようになっているが、高圧バッテリ9からECU10へ電力を供給するようにしてもよい。この場合、DC−DCコンバータ19で直流12Vに変換された電力をECU10へ供給するように構成することで、12Vバッテリ8の電力消費を抑えることができる。
【0031】
また、上述の実施形態から12Vバッテリ8を省いた構成にしてもよい。この場合、DC−DCコンバータ19を常に作動させ、このDC−DCコンバータ19から供給される電力を、上述の実施形態における12Vバッテリ8から出力される電力の替わりにすることで、電源管理装置を構成する部品を減少させることができ、コストを低減させることができる。
【0032】
また、上述の実施形態ではエンジン2及びモータ・ジェネレータ3で車両を駆動可能なハイブリッド車に適用した場合について説明したが、エンジン2のみで駆動される車両にも適用可能である。この場合、12Vバッテリ8が高圧バッテリ9に対応するものとなり、12Vバッテリ8の直流電力がDC−ACインバータ14によって交流電力に変換されて、コンセント16に接続された交流電化製品に供給される。この場合の制御も、上述した図2と実質的に同一なものとなる。
【0033】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明の車両の電源管理装置によれば、主電源スイッチの状態に関わらず、電力外部供給装置への電力の供給中にバッテリの充電量が低下すると自動的にエンジンが作動してバッテリへの充電が行われるので、バッテリ充電状態を気にせず、電力外部供給装置に接続された外部装置へ電力を供給し続けることができる。また、主電源スイッチはオフのままでよいので、使用しない車両搭載電装品への無駄な電力供給を抑えることができる。
【0034】
また、請求項2記載の本発明の車両の電源管理装置によれば、請求項1の効果に加えて、電力外部供給装置への電力の供給のオン/オフを手動で行うことができ、ユーザの要求に応じた制御ができる。
また、請求項3記載の本発明の車両の電源管理装置によれば、請求項1の効果に加えて、電力外部供給装置の交流電源供給用コンセントへの電力の供給を、任意の外部装置のプラグの接続を検知して自動的に行うことができ、一般的な家庭用コンセントと同等の使用感を提供できる。
【0035】
また、請求項4記載の本発明の車両の電源管理装置によれば、請求項1〜3のいずれか1項の効果に加えて、適切に充電量を制御することで、ガソリンの浪費や過充電を防止することができる。また、停車発電において充電量を所定値である最小値と第2の所定値である最大値との間で制御するため、停車発電運転とエンジン停止との切り換えの頻度が減少し、車両全体の動作が安定する。
また、請求項5記載の本発明の車両の電源管理装置によれば、請求項1〜4のいずれか1項の効果に加え、12Vバッテリの充電量が十分でない場合にも、主電源スイッチがオフの状態で電力外部供給装置へ電力を供給し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる車両の電源管理装置の全体構成を示す概略図である。
【図2】本発明の実施形態にかかる車両の電源管理装置の出力制御動作を示す図である。
【図3】 本発明の実施形態にかかる車両の電源管理装置の変形例を説明する図であり、(a)は手動スイッチレバーを備えた交流電源供給用スイッチの概略図であり、(b)は梃子を利用した交流電源供給用スイッチの概略図であり、(c)は電化製品のプラグ先端が直接検知回路を閉じるように配された交流電源供給用スイッチの概略図である。
【符号の説明】
2 エンジン
3 モータ・ジェネレータ(発電機)
8 12Vバッテリ(バッテリ)
9 高圧バッテリ(バッテリ)
10 ECU(エンジンコントロールユニット,エンジン制御手段)
11 BMU(バッテリマネジメントユニット,充電量検出手段)
12 SMU(システムマネジメントユニット,システム制御手段)
15 コンセントスイッチ(電源使用検知手段)
16 コンセント(電力外部供給装置)
17 リレー装置(主電源制御手段)
18 イグニッションスイッチ(主電源スイッチ)
Claims (5)
- エンジンと、該エンジンの駆動力を利用してバッテリへの充電を行う発電機と、該バッテリの電力を任意の外部装置へ供給するための電力外部供給装置とを設けた車両の電源管理装置において、
該バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
電力の供給により作動して該エンジンと該発電機との動作制御を行い、該バッテリの充電量が所定値未満になったら該エンジンにより該発電機を駆動して該バッテリの充電を行う、エンジン制御手段と、
該エンジン制御手段を含む車両搭載電装品への電力供給をオン/オフする主電源スイッチと、
該主電源スイッチとは独立して、該エンジン制御手段への電力供給のオン/オフを制御する主電源制御手段と、
該任意の外部装置による該電力外部供給装置の使用の有無を検知する電源使用検知手段と、
該主電源スイッチが該エンジン制御手段への電力供給をオフにしている時に、該電力外部供給装置の使用が検知されると、該エンジン制御手段への電力供給をオフにしたまま該バッテリから該任意の外部装置へ電力を供給し、さらに該バッテリの充電量が所定値未満になると、該主電源制御手段により該エンジン制御手段への電力供給をオンにして該エンジン制御手段を作動させる、システム制御手段とを備えたことを特徴とする、車両の電源管理装置。 - 該電源使用検知手段が、該電力外部供給装置から該任意の外部装置への電力供給のオン/オフを切り換える交流電源供給用スイッチの操作により該電力外部供給装置の使用を検知することを特徴とする、請求項1記載の車両の電源管理装置。
- 該電源使用検知手段が、該電力外部供給装置の交流電源供給用コンセントへの該任意の外部装置のプラグの挿し込みにより該電力外部供給装置の使用を検知することを特徴とする、請求項1記載の車両の電源管理装置。
- 該主電源制御手段により、該エンジン制御手段に電力が供給されて該バッテリの充電を行っている時に、該バッテリの充電量が該所定値よりも大きい第2の所定値以上となったことを該充電量検出手段が検出すると、該システム制御手段が該主電源制御手段に該エンジン制御手段への電力供給をオフにさせることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両の電源管理装置。
- 該バッテリとしての12Vバッテリ及び高圧バッテリを備え、
該12Vバッテリが、該システム制御手段へ直接接続されるとともに、該エンジン制御手段へ該主電源スイッチ及び該主電源制御手段を介して接続され、
該高圧バッテリが、該システム制御手段及び該電力外部供給装置へ接続されている
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両の電源管理装置。
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