JP4930420B2 - 車載用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車載用電源装置に関し、特に、アイドリングストップ制御を行う車両に搭載される車載用電源装置に関する。
近年では、信号待ち等の車両の停止時のエネルギー消費や騒音を抑制すること等を目的として、車両の停止時にエンジンを一時的に停止して、走行開始時にエンジンを始動させる車両制御が行なわれている(以下、こうした制御をアイドリングストップ制御と呼ぶ)。
アイドリングストップ制御を行う車両では、車両の停止中は、車両に搭載された各種電子機器及び走行開始時に必要となる電力が鉛蓄電池から供給される。このためアイドリングストップ制御を行う車両では、鉛蓄電池の放電深度が深くなり、鉛蓄電池の活物質利用割合が増加する。そこで従来のアイドリングストップ制御を行う車両では、鉛蓄電池の寿命維持を目的として、十数時間に一度アイドリングストップ制御を停止して鉛蓄電池の連続充電を行い、劣化した活物質の性能を回復させる方法がある。
また、アイドリングストップ制御を禁止せずに鉛蓄電池の寿命維持する方法として、主電源となる鉛蓄電池とは別の補助蓄電池を備え、車両の停止中は各種電子機器への電力の供給及び走行開始時に必要となる電力を補助蓄電池から供給する方法がある。
例えば特許文献1には、鉛電池とリチウムイオン電池とを有し、できる限りアイドリングストップを禁止させることのないようにする車両の制御装置が記載されている。
特開2005−207311号公報
しかしながら上記従来の技術では、アイドリングストップ制御を停止せずに、鉛蓄電池の連続充電を行うことができない。また上記特許文献1記載の発明では、アイドリングストップ制御における走行開始時の電力が補助蓄電池から供給されるため、補助蓄電池にも走行開始時に必要な電力を出力できる容量が要求される。このため補助蓄電池のコストが高くなる。
本発明は上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、簡易な構成でアイドリングストップ制御の停止を回避することが可能な車載用電源装置を供給することを目的としている。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
本発明の車載用電源装置は、アイドリングストップ制御を行う車両に搭載される車載用電源装置であって、主電源となる鉛蓄電池と、アイドリングストップ時のみ車両負荷に電力を供給する補助電源と、内燃機関の駆動により電力を発電する発電装置と、前記鉛蓄電池と前記車両負荷との接続/遮断を切り替える第一のスイッチと、前記補助電源と前記車両負荷及び前記発電装置との接続/遮断を切り替える第二のスイッチと、アイドリングストップ時に前記鉛蓄電池の状態が所定条件を満たすとき、前記第一のスイッチの切り替えと前記第二のスイッチの切り替えにより、前記車両負荷へ電力を供給する電力源を前記鉛蓄電池から前記補助電源へ切り替える制御手段とを有し、前記第二のスイッチは、前記補助電源と前記車両負荷との接続を切り離すための第一の端子と、前記車両負荷と接続された第二の端子と、前記発電装置と接続された第三の端子と、前記補助電源に接続されており、前記第一の端子ないし前記第三の端子の何れかに接続される第四の端子と、有し、前記制御手段は、前記第一のスイッチにより前記鉛蓄電池と前記車両負荷とを遮断するタイミングと、前記第二のスイッチの前記第四の端子の接続先を前記第一の端子から前記第二の端子へ切り替えるタイミングとを同期させる構成とした。
係る構成によれば、簡易な構成でアイドリングストップ制御の停止を回避することができる。
また本発明の車載用電源装置において、前記所定条件は、前記鉛蓄電池の充電状態を示す値が、所定値以下となる構成としても良い。
また本発明の車載用電源装置は、内燃機関の駆動により電力を発電する発電装置を有し、前記補助電源は、アイドリングストップ後の前記内燃機関の始動回数に基づき、前記発電装置により所定時間充電される構成としても良い。
また本発明の車載用電源装置は、内燃機関の駆動により電力を発電する発電装置を有し、前記補助電源は、アイドリングストップ時間に基づき、前記発電装置により充電される構成としても良い。
また本発明の車載用電源装置は、内燃機関の駆動により電力を発電する発電装置を有し、前記補助電源は、前記補助電源が使用された後に、前記発電装置により充電される構成としても良い。
本発明によれば、簡易な構成でアイドリングストップ制御の停止を回避することができる。
本発明は、内燃機関を始動させる電動始動手段以外の車両負荷に電力を供給する補助電源を設け、アイドリングストップ制御における車両の停止中に、主電源である鉛蓄電池の充電状態に基づき、電動始動手段以外の車両負荷に電力を供給する電力源を鉛蓄電池から補助蓄電池へ切り替えことにより、鉛蓄電池の放電を抑制してアイドリングストップ制御の禁止を回避する。
(実施形態)
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の車載用電源装置100を説明する図である。
本発明の車載用電源装置100は、スタータモータ200、オルタネータ300、各種の車載用電子機器400と接続されている。本発明の車載用電源装置100は、スタータモータ200に駆動電力を供給する。また車載用電源装置100は、車載用電子機器400へ電力を供給する。オルタネータ300は、車載用電源装置100の有する後述する鉛蓄電池120、補助蓄電池130の充電を行う。
スタータモータ200は、エンジンを始動させる電動始動手段であり、具体的には例えば直流モータである。スタータモータ200の出力軸は、図示しないエンジンのクランクシャフトにベルトやプーリーを介して接続される。スタータモータモータ200は、後述するECU(Engine Control Unit)110の指示信号に従ってエンジンの始動のためのクランキング動作を行なう。
尚エンジンとは、例えばガソリンやディーゼル等を燃料として駆動力を出力する内燃機関である。エンジンの出力する駆動力は、オルタネータ200に伝達されて発電に用いられる他、変速機やギヤ機構を介して駆動輪に伝達される。
オルタネータ300は、エンジンなどから伝達される機械的運動エネルギーを交流という形の電気エネルギーへと変換し、発電を行う発電装置である。具体的にはオルタネータ300は、ステータモータとロータとの間の電磁誘導により交流電流を発生させる交流発電機、ロータの電磁石(フィールドコイル)に供給する電流(励磁電流)を調節して交流発電機の発電電圧が一定の範囲に収まるように制御するICレギュレーター、及び、交流電流を直流電流に変換する変換器等を内蔵する。オルタネータ300のロータは、エンジンのクランクシャフトにベルトやプーリーを介して接続される。オルタネータ300のICレギュレーターに対する制御信号は、ECU110から入力される。
車載用電子機器400は、例えばエア・コンディショナー、オーディオ等であり、電源装置100から供給される電力を消費する車両負荷となる。
本実施形態の車載用電源装置100は、ECU(Engine Control Unit)110、主電源となる鉛蓄電池120、補助電源となる補助蓄電池130、ダイオード140、スイッチSW1、スイッチSW2を有する。
本実施形態の車載用電源装置100では、ECU110により、アイドリングストップ中の鉛蓄電池120の充電状態(SOC:State of Charge)に基づくスイッチSW1とスイッチSW2の切り替え制御を行う。本実施形態の車載用電源装置100では、この切り替え制御を行うことにより、アイドリングストップ中の車載用電子機器400への電力源を鉛蓄電池120から補助蓄電池130へ切り替え、鉛蓄電池120の放電を抑制する。
ECU110は、例えば、CPUを中心としてROMやRAM等がバスを介して相互に接続されたコンピューターユニットであり、その他、HDD(Hard Disc Drive)やDVD(Digital Versatile Disk)等の記憶媒体やI/Oポート、タイマー、カウンター等を備える。ROMには、CPUが実行するプログラムやデータが格納されている。また、ECU110は、ROMに記憶されたプログラムをCPUが実行することにより、後述する各部の機能を実現する。
またECU110は、車両制御用センサ群500の出力値が入力される。車両制御用センサ群500は、例えば、アクセル開度を検出して出力するアクセルペダルセンサやブレーキ踏量を検出して出力するブレーキ踏量センサ、車輪速に応じたパルス信号を車速信号に変換して出力する車速センサ、シフト位置を検出して出力するシフト位置センサ、イグニッションスイッチ等である。
鉛蓄電池120は、車載用電源装置100が搭載された車両の主電源となる。鉛蓄電池120は、エンジン始動時にスタータモータ200に供給される電力及び車載用電子機器400に供給される電力の電力源となる。鉛蓄電池120には、充電状態(SOC:State of Charge)を検出するための電流センサ121が接続されている。この電流センサ121の出力は、ECU110に供給される。ECU110では、電流センサ121の出力に基づき鉛蓄電池120の充電状態(SOC:State of charge)を検出する。鉛蓄電池120は車両の走行中にオルタネータ300で発電される電力により充電される。
補助蓄電池130は、アイドリングストップ中に車載用電子機器400へ電力を供給する補助電源である。本実施形態の補助蓄電池130は、後述するように鉛蓄電池120のSOCに基づき、車載用電子機器400への電力の供給を行う。本実施形態では、補助蓄電池130の容量は、鉛蓄電池120の容量の1/20程度とした。具体的には例えば本実施形態の鉛蓄電池120の容量を50Ah程度とした場合、補助蓄電池130の容量は2〜3Ah程度とした。
ダイオード140は、アノードがオルタネータ300側に接続されており、カソードが補助蓄電池130側に接続されている。ダイオード140は、補助蓄電池130からオルタネータ300への電流の逆流を防止する。
スイッチSW1は、鉛蓄電池120と車載用電子機器400との接続を制御するスイッチである。スイッチSW1がオンしている場合、鉛蓄電池120と車載用電子機器400が接続されて、鉛蓄電池120から車載用電子機器400へ電力が供給される。スイッチSW1のオン/オフは、鉛蓄電池120のSOCに基づきECU110により制御される。
スイッチSW2は、補助蓄電池130と車載用電子機器400との接続を制御するスイッチである。スイッチSW2は、端子t、端子a、端子b、端子cを有する。
端子tは、端子a、端子b、端子cの何れか一つに接続される。端子aは、補助蓄電池130を車載用電子機器400から切り離すための端子である。端子bは、補助蓄電池130と車載用電子機器400とを接続するための端子である。端子cは、補助蓄電池130をオルタネータ300と接続するための端子である。端子tの接続先は、ECU110により制御される。
次に、図2を参照してECU110の機能をさらに説明する。図2は、本発明の車載用電源装置100のECU110の機能構成図である。
本実施形態のECU110は、アイドリングストップ制御部111、メインバッテリ管理部112、サブバッテリ管理部113、スイッチ制御部114を有する。
アイドリングストップ制御部111は、車両の停止時にエンジンを一時的に停止して、走行開始時にエンジンを始動させるアイドリングストップ制御を行う。メインバッテリ管理部112は、主電源である鉛蓄電池120の充電状態の検出等を行う。サブバッテリ状態制御部113は、補助電源である補助蓄電池130の充電状態の監視等を行う。スイッチ制御部114は、スイッチSW1とスイッチSW2の切り替え制御を行う。
以下に図3を参照して本実施形態のECU110による切り替え制御の動作について説明する。図3は、ECU110による切り替え制御を説明するフローチャートである。
ECU110は、アイドリングストップ制御部111により、アイドリングストップ開始条件を満たすか否かを判定する(S301)。アイドリングストップ開始条件を満たした場合、ECU110は、エンジンを停止させる(S302)。尚アイドリングストップ開始条件とは、例えばブレーキ踏み量が所定値以上であり、且つ車速が0の状態が所定時間継続した場合等である。
ECU110は、メインバッテリ管理部112により継続的に取得されている鉛蓄電池120のSOCを参照する(S303)。ECU110は、S303で参照したSOCの値が所定値以下であるか否か判定する(S304)。S304において、SOCが所定値以下であった場合、ECU110は、スイッチ制御部114により車載用電子機器400の電力源を鉛蓄電池120から補助蓄電池130へ切り替える(S305)。尚S305での切り替えの詳細は後述する。
S305において、車載用電子機器400の電力源の切り替えにより補助蓄電池130と車載用電子機器400とが接続されると、ECU110は、補助蓄電池130のECU端電圧を測定し、補助蓄電池130の電圧が所定値以下であるか否かを判定する(S306)。S306において、補助蓄電池130の電圧が所定値以下でない場合、ECU110はアイドリングストップ制御部111により、アイドリングストップ終了条件を満たすか否かを判定する(S307)。尚アイドリングストップ終了条件とは、例えばアクセル踏み量が所定値以上であり、且つブレーキ踏み量がゼロである場合等である。
S307においてアイドリングストップ終了条件を満たすと判定された場合、ECU110はスイッチ制御部114により、車載用電子機器400の電力源を補助蓄電池130から鉛蓄電池120へ切り替える(S308)。またスイッチ制御部114は、補助蓄電池130とオルタネータ300とを接続し、補助蓄電池130が充電可能な状態へ切り替える(S309)。尚S308、S309での切り替えの詳細は後述する。
S308において鉛蓄電池120が車載用電子機器400と接続された後、ECU110は、スタータモータ200を駆動させてエンジンを始動させ(S310)、アイドリングストップ制御を終了する。このときスタータモータ200を駆動させる電力は、鉛蓄電池120から供給される。エンジンが始動すると、オルタネータ300から補助蓄電池130への充電が開始される。
またS306において、補助蓄電池130の電圧が所定値以下である場合、S308へ進み、S308以降の処理を行う。
ここで、図1を参照してS305、S308、S309におけるスイッチ制御部114による切り替え制御の詳細を説明する。
本実施形態では、車両の走行中は、スイッチSW1がオンされて鉛蓄電池120と車載用電子機器400とが接続されており、鉛蓄電池120から車載用電子機器400へ電力が供給される。このときスイッチSW2の端子tは端子aへ接続されており、補助蓄電池130と車載用電子機器400とは切り離されている。
始めにS305における切り替えについて説明する。スイッチ制御部114は、S304において鉛蓄電池120のSOCが所定値以下となったとき、スイッチSW1をオフにして鉛蓄電池120と車載用電子機器400とを切り離す。同時にスイッチ制御部114は、スイッチSW2の端子tの接続先を端子aから端子bへ切り替え、補助蓄電池130と車載用電子機器400とを接続する。尚本実施形態では、スイッチSW1をオフするタイミングと、スイッチSW2の端子tの接続先を端子aから端子bへ切り替えるタイミングとを同期させるものとした。したがって車載用電子機器400は、鉛蓄電池120が切り離されると同時に補助蓄電池130が接続されて、補助蓄電池130から電力が供給される。
次にS308、S309における切り替えについて説明する。スイッチ制御部114は、S307においてアイドリングストップ終了条件を満たすと判定された場合、スイッチSW1をオンとして鉛蓄電池120と車載用電子機器400とを接続する。またスイッチ制御部114は、S309において、スイッチSW2の端子tの接続先を端子bから端子cへ切り替えて、補助蓄電池130を車載用電子機器400から切り離し、オルタネータ300と接続させる。
よって車載用電子機器400は鉛蓄電池120により電力が供給され、補助蓄電池130はオルタネータ300により充電される。尚本実施形態の説明では、S308とS309とを別々のタイミングで行われる処理として説明したが、S308とS309とは同期して行われる処理であっても良い。
また本実施形態では、補助蓄電池130は予め設定された所定時間充電されるものとした。よってスイッチ制御部114は、スイッチSW2の端子tが端子cに接続されてから所定時間経過した後、端子tの接続先を端子cから端子aへ切り替えて補助蓄電池130をオルタネータ300から切り離し、補助蓄電池130の充電を終了させる。尚補助蓄電池130が充電される所定時間は、予め補助蓄電池130の仕様に合わせて補助蓄電池130が過充電とならない範囲に設定されており、ECU110の有するROM等に記憶されていても良い。
図3へ戻って、S304において、鉛蓄電池120のSOCが所定値以下でない場合、鉛蓄電池120が車載用電子機器400へ電力を供給する通常のアイドリングストップ制御を行う(S311)。ECU110は、アイドリングストップ終了条件を満たすと判定した場合(S312)、S310へ進み、エンジンを始動させてアイドリングストップ制御を終了する。
S312においてアイドリングストップ終了条件を満たしていないと判定された場合、S303へ戻り、S303以降の処理を繰り返す。
以上に説明したように、本実施形態の補助蓄電池130は、アイドリングストップ開始条件を満たしエンジンが停止した状態において、鉛蓄電池120のSOCが所定値以下となった場合にのみ車載用電子機器400へ電力を供給できれば良い。よって本実施形態の補助蓄電池130は、エンジン始動時に必要となる電力を供給する必要がなく、少容量の電池で構成することができる。よって本実施形態によれば低コストで補助蓄電池130を設けることができる。
次に、本実施形態の補助蓄電池130の状態管理について説明する。本実施形態の車載用電源装置100では、補助蓄電池130の状態検出を行わずに、補助蓄電池130の充電制御、補助蓄電池130の寿命の判定等を行う。
図4は、補助蓄電池130の充電制御を説明するフローチャートである。本実施形態では、図3で説明したような補助蓄電池130の使用直後の充電以外にも、補助蓄電池充電条件を満たすと判定された場合に補助蓄電池130の充電を行う。
ECU110は、補助蓄電池充電条件を満たすか否かを判定する(S401)。S401において、補助蓄電池充電条件が満たされていると判定された場合、ECU110は、スイッチSW2の端子tの接続先を端子aから端子cへ切り替えて、補助蓄電池130の充電を行う(S402)。
ここで補助蓄電池充電条件について説明する。
本実施形態では、ECU110の有するサブバッテリ管理部113により、アイドリングストップからのエンジンの始動回数及びアイドリングストップ時間の累計時間をカウントしている。本実施形態では、この始動回数及び累計時間を補助蓄電池充電条件として使用する。
具体的には例えば、ECU110は、始動回数が所定回数以上である場合に、補助蓄電池充電条件を満たすと判定しても良い。またECU110は、累計時間が所定時間以上である場合に、補助蓄電池充電条件を満たすと判定しても良い。またECU110は、始動回数が所定回数以上で、且つ累計時間が所定時間以上である場合に、補助蓄電池充電条件を満たすと判定しても良い。
ECU110は、補助蓄電池130の充電が開始されてから所定時間経過した後、スイッチ制御部114により、スイッチSW2の端子tの接続先を端子cから端子aへ切り替えて補助蓄電池130をオルタネータ300から切り離し、補助蓄電池130の充電を終了する(S403)。尚この所定時間は、図3で説明した補助蓄電池130使用直後に行われる充電時間と同様の時間であっても良いし、補助蓄電池充電条件を満たした場合の所定充電時間として別に設定されていても良い。
本実施形態では、このように補助蓄電池充電条件を決めることにより、補助蓄電池130の状態検出を行うための電流センサや温度センサを設けずに、簡素な構成で補助蓄電池130の充電状態を管理することができる。
次に、本実施形態の補助蓄電池130の寿命の判定について説明する。
本実施形態では、ECU110は、補助蓄電池130が車載用電子機器400と接続されているとき、補助蓄電池130の電圧が所定値以下となり、鉛蓄電池120と切り替えられた回数をカウントしている(図3のS306、S308参照)。
ECU110は、この切り替えが連続して所定回数発生した場合に、補助蓄電池130が劣化して充電不可能となったものと判断し、補助蓄電池130の劣化の警告を行う。
以上に説明したように、本実施形態によれば、鉛蓄電池120のSOCに基づき車載用電子機器400にのみ電力を供給する補助蓄電池130を設けることにより、小容量の補助蓄電池130で鉛蓄電池120の放電を抑制することができる。また本実施形態によれば、補助蓄電池130の状態を検出する温度センサや電流センサ等を設けずに、補助蓄電池130の状態管理を行うことができる。
よって本実施形態によれば、低コストで且つ簡易な構成でアイドリングストップ制御の禁止を回避することができる。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
本発明の車載用電源装置100を説明する図である。 本発明の車載用電源装置100のECU110の機能構成図である。 ECU110による切り替え制御を説明するフローチャートである。 補助蓄電池130の充電制御を説明するフローチャートである。
符号の説明
100 車載用電源装置
110 ECU
120 鉛蓄電池
130 補助蓄電池
140 ダイオード
200 スタータモータ
300 オルタネータ
400 車載用電子機器

Claims (6)

  1. アイドリングストップ制御を行う車両に搭載される車載用電源装置であって、
    主電源となる鉛蓄電池と、
    アイドリングストップ時のみ車両負荷に電力を供給する補助電源と、
    内燃機関の駆動により電力を発電する発電装置と、
    前記鉛蓄電池と前記車両負荷との接続/遮断を切り替える第一のスイッチと、
    前記補助電源と前記車両負荷及び前記発電装置との接続/遮断を切り替える第二のスイッチと、
    アイドリングストップ時に前記鉛蓄電池の状態が所定条件を満たすとき、前記第一のスイッチの切り替えと前記第二のスイッチの切り替えにより、前記車両負荷へ電力を供給する電力源を前記鉛蓄電池から前記補助電源へ切り替える制御手段とを有し、
    前記第二のスイッチは、
    前記補助電源と前記車両負荷との接続を切り離すための第一の端子と、
    前記車両負荷と接続された第二の端子と、
    前記発電装置と接続された第三の端子と、
    前記補助電源に接続されており、前記第一の端子ないし前記第三の端子の何れかに接続される第四の端子と、
    を有し、
    前記制御手段は、
    前記第一のスイッチにより前記鉛蓄電池と前記車両負荷とを遮断するタイミングと、前記第二のスイッチの前記第四の端子の接続先を前記第一の端子から前記第二の端子へ切り替えるタイミングとを同期させる車載用電源装置。
  2. 前記車両においてアイドリングストップ終了条件を満たすと判定された場合に、
    前記制御手段は、
    前記第一のスイッチにより前記鉛蓄電池と前記車両負荷とを接続し、前記第二のスイッチの前記第四の端子の接続先を前記第二の端子から前記第三の端子へ切り替える請求項1記載の車載用電源装置。
  3. 前記所定条件は、
    前記鉛蓄電池の充電状態を示す値が、所定値以下となることである請求項1又は2記載の車載用電源装置。
  4. 前記補助電源は、アイドリングストップ後の前記内燃機関の始動回数に基づき、前記発電装置により所定時間充電される請求項1乃至3の何れか一項に記載の車載用電源装置。
  5. 前記補助電源は、アイドリングストップ時間に基づき、前記発電装置により充電される請求項1乃至の何れか一項に記載の車載用電源装置。
  6. 前記補助電源は、前記補助電源が使用された後に、前記発電装置により充電される請求項1乃至の何れか一項に記載の車載用電源装置。
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