JP5027493B2

JP5027493B2 - 補助電源充放電構造

Info

Publication number: JP5027493B2
Application number: JP2006335942A
Authority: JP
Inventors: 裕乾
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP2008143469A

Description

本発明は、主電源から複数の電子機器に給電する給電システムを備えた車両に装備される補助電源充放電構造に関する。

車両に搭載される電子機器には、エンジン始動用のスタータのように作動時に大電力を必要とする大電力負荷、あるいは、オーディオ機器やナビゲーション装置などのように最低駆動電圧を補償する必要のある電圧補償対象負荷、などがある。電圧補償対象負荷は、印加電圧が最低駆動電圧を下回った場合に、その動作をリセット又は遮断するように構成されている。

そのため、単に主電源からの電力を大電力負荷と電圧補償対象負荷とに供給するように構成すると、電圧補償対象負荷を作動させた状態で大電力負荷を作動させる必要が生じた場合に、大電力負荷の作動に伴って、電圧補償対象負荷に対する印加電圧が最低駆動電圧を下回って、電圧補償対象負荷の動作がリセット又は一時的に遮断される不都合を招くことがある。

そこで、従来では、主電源からの給電によって充電されることで電圧補償対象負荷への給電が可能になる補助電源を備えるとともに、その補助電源の充電状態が、電圧補償対象負荷の最低駆動電圧を補償することが可能な所定の充電状態に至るまでの間は大電力負荷の作動を阻止し、かつ、所定の充電状態に至るのに伴って大電力負荷の作動を許容することで、大電力負荷の作動による電圧降下に起因して、電圧補償対象負荷の動作がリセット又は一時的に遮断される不都合の発生を防止するように構成したものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２５１２３４号公報

上記の従来構成は、大電力負荷の作動時に電圧補償対象負荷に対する給電を補う補助電源を設けるだけであることから、補助電源の放電によって主電源と補助電源との電位差が大きくなった場合には、主電源から補助電源に流れる電流値も大きくなる。そのため、主電源から補助電源にわたる充電経路に使用するハーネスなどにおける過電流に起因した損傷を回避するためには、それらの耐過電流性を上げる必要があり、結果、コストが嵩む不都合を招くことになる。

そこで、コストの高騰を抑制しながら過電流に起因したハーネスなどの損傷を回避するために、主電源から補助電源への給電を制限する制限回路を設けることが考えられるが、この場合には、電圧補償対象負荷の最低駆動電圧を補償することが可能な所定の充電状態に至るまでに要する補助電源の充電時間が長くなる。そして、補助電源の充電時間が長くなると、大電力負荷の作動阻止時間も長くなることから、例えば、大電力負荷がスタータである場合には、エンジンストール後にエンジンを再始動させる際に、エンジンを迅速に再始動させることができなくなる不都合を招く虞がある。

本発明の目的は、コストの高騰を抑制しながら、過電流に起因したハーネスなどの損傷を回避することができ、かつ、補助電源の充電時間を短縮することができる補助電源充放電構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、エンジン停止用の所定条件が成立した場合にエンジンを停止させ、かつ、エンジン再始動用の所定条件が成立した場合に主電源から給電されるスタータによりエンジンを再始動させるアイドルストップ制御部、主電源からの給電によって充電されることで車両に搭載された電子機器への給電が可能になる補助電源、前記主電源から前記補助電源への給電を制限する制限回路、前記主電源から前記補助電源への給電状態を、前記制限回路を介して行う第１給電状態と、前記制限回路を迂回して行う第２給電状態とに切り換える切換手段、及び、前記補助電源の充電量に基づいて前記切換手段の作動を制御する制御手段、を備え、前記制御手段を、前記補助電源の充電量が予め設定した所定電圧に達していない場合には前記切換手段を前記第１給電状態に切り換え、前記補助電源の充電量が前記所定電圧に達し、かつ、前記補助電源の充電量が前記電子機器の最低駆動電圧を補償することが可能な放電可能電圧以上でない場合には前記切換手段を前記第２給電状態に切り換え、前記補助電源の充電量が前記所定電圧に達し、かつ、前記補助電源の充電量が前記放電可能電圧以上である場合には前記切換手段を前記第１給電状態に切り換え、前記エンジン停止用の所定条件が成立して前記エンジンを停止させた場合には前記切り換え手段を前記第２給電状態に切り換えるように構成してあることを特徴とする。

この特徴構成によると、補助電源の充電量が予め設定した所定電圧に達していない場合、つまり、主電源と補助電源との電位差が大きい場合には、制御手段の制御作動によって切換手段が第１給電状態に切り換えられ、主電源から補助電源への給電が制限回路を介して行われるようになる。そのため、主電源から補助電源にわたる充電経路での過電流を防止することができ、結果、主電源から補助電源にわたる充電経路において、過電流に起因してハーネスなどが損傷する虞を未然に回避することができる。

又、補助電源の充電量が予め設定した所定電圧に達している場合、つまり、主電源と補助電源との電位差が小さい場合には、制御手段の制御作動によって切換手段が第２給電状態に切り換えられ、主電源から補助電源への給電が制限回路を迂回して行われるようになる。そのため、主電源からの給電による補助電源の充電を迅速に行わせることができ、結果、主電源から補助電源への給電を、補助電源の充電量にかかわらず制限回路を介して行う場合に比較して、補助電源の充電時間を短縮することができる。

従って、耐過電流性の高いハーネスなどを使用することによるコストの高騰を抑制しながらも、過電流に起因したハーネスなどの損傷を回避することができる上に、補助電源の充電時間を短縮することができ、早期のうちに電圧補償対象負荷の最低駆動電圧を補償することが可能になる。

ちなみに、切換手段の状態を切り換える際の判断基準となる所定電圧は、主電源から補助電源にわたる給電経路に使用するハーネスなどの耐過電流性に基づいて、切換手段を第２給電状態に切り換えた際に、そのハーネスなどにおいて過電流を招く虞のない値に設定されることになる。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる補助電源充放電構造を、アイドルストップ機能を備えた車両の給電システムに適用した場合について説明する。

図１〜４には、アイドルストップ機能を有する車両に備えた給電システムの一部が示されており、この給電システムには、ＣＰＵからなる制御手段１を備えたアイドルストップ制御部２と、車両に搭載されたスタータ（図示せず）などの種々の電子機器に給電する主電源としてのバッテリ３と、種々の電子機器のうちの最低駆動電圧を補償する必要のある電圧補償対象負荷４と、バッテリ３からの給電で充電されることによって補助電源として機能する蓄電素子（例えばキャパシタ）５などを備えた補助電源装置６とが装備されている。そして、この給電システムにおいて、バッテリ３、電圧補償対象負荷４、及び補助電源装置６は、それぞれアイドルストップ制御部２を介して接続されている。

図示は省略するが、アイドルストップ制御部２は、エンジン停止用の所定条件が成立した場合にエンジンを停止させ、かつ、エンジン再始動用の所定条件が成立した場合にエンジンを再始動させるアイドルストップ機能を有するように構成されている。

具体的には、アイドルストップ制御部２には、車軸の回転速度を検出する車速センサ、シフトレバーの操作位置を検出するシフトセンサ、及び、車輪に作用するブレーキ圧を検出するブレーキセンサ、などからの検出情報が入力されている。そして、アイドルストップ制御部２は、基本的に、車速センサからの検出情報に基づいて、車速が予め設定した所定速度から零速まで低下したことを検知した状態において、シフトセンサからの検出情報に基づいて、変速レバーが中立位置又はドライブ位置に操作されていることを検知し、ブレーキセンサからの検出情報に基づいて、予め設定した所定圧以上のブレーキ圧が車輪に作用していることを検知した場合に、エンジン停止用の所定条件が成立している（車両が走行停止しているアイドリング状態である）と判断し、その判断に基づいて、エンジンが停止されるように点火装置や燃料噴射装置などの作動を制御する。又、そのアイドルストップ機能によるエンジンの自動停止後に、ブレーキセンサからの検出情報に基づいて、車輪に作用しているブレーキ圧が所定圧よりも低下したことを検知した場合に、エンジン再始動用の所定条件が成立している（運転者に車両を動かす意志がある）と判断して、エンジンが再始動されるように点火装置や燃料噴射装置及びスタータなどの作動を制御する。

つまり、このアイドルストップ機能によって、信号待ちや渋滞などによる停車時にエンジン停止用の所定条件が成立した場合には、その成立に伴ってエンジンを自動的に停止させることができ、結果、停車中のアイドリングによる燃料の消費や排気ガスの発生などを抑制することができる。又、エンジンを自動停止させたアイドルストップ状態において、エンジン再始動用の所定条件が成立した場合には、その成立に伴ってエンジンを自動的に再始動させることができ、結果、エンジンの再始動操作に手間取るなどの不都合を招くことなく、車両を簡便に再発進させることができる。

尚、エンジン停止用の所定条件、及び、エンジン再始動用の所定条件は種々の変更が可能である。例えば、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサや、駐車ブレーキの作動状態を検出する駐車ブレーキセンサ、などからの検出情報をアイドルストップ制御部２に入力し、それらの検出情報を考慮するように構成してもよい。

電圧補償対象負荷４は、車両に搭載される電子機器のうち、オーディオ機器やナビゲーション装置などのように、印加電圧が最低駆動電圧を下回った場合に、その動作をリセット又は遮断するように構成された電子機器である。スタータは、車両に搭載される電子機器のうち、作動時に大電力を必要とする大電力負荷である。

そのため、単にバッテリ３からの電力を電圧補償対象負荷４とスタータとに供給するように構成すると、電圧補償対象負荷４を作動させた状態で、アイドルストップ機能によるエンジンの再始動が行われた場合に、大電力負荷であるスタータの作動に伴って、図５において破線で示すように、電圧補償対象負荷４に対する印加電圧が最低駆動電圧を下回って、電圧補償対象負荷４の動作がリセット又は一時的に遮断される不都合を招くことがある。

そこで、図１〜４に示すように、この給電システムには、前述した補助電源装置６とともに、電圧補償対象負荷４に対する給電状態の切り換えを可能にする制御回路７が備えられている。

制御回路７は、アイドルストップ制御部２に備えられており、電圧補償対象負荷４に対する給電ライン８に、バッテリ３への逆流を防止するダイオード９と、電圧補償対象負荷４に対する給電を断続する半導体スイッチ１０，１１とを備え、給電ライン８におけるダイオード９のアノード側を、バッテリ３から補助電源装置６への給電を断続するリレースイッチ１２と半導体スイッチ１３とを備えた充電ライン１４を介して、補助電源装置６に対する充放電ライン１５に接続し、給電ライン８におけるダイオード９のカソード側に、補助電源装置６への逆流を防止するダイオード１６を備えた放電ライン１７を介して充放電ライン１５を接続して構成されている。

そして、アクセサリスイッチ（図示せず）がオン状態に切り換えられると、制御手段１の制御作動によって、各半導体スイッチ１０，１１，１３及びリレースイッチ１２の作動が制御されることで、バッテリ３から電圧補償対象負荷４及び補助電源装置６に給電する給充電状態（図１及び図２参照）、又は、補助電源装置６から電圧補償対象負荷４に給電する放電状態（図３参照）に切り換えられる。又、アクセサリスイッチがオフ状態に切り換えられると、制御手段１の各半導体スイッチ１０，１１，１３及びリレースイッチ１２に対する制御作動が停止されることで、バッテリ３から電圧補償対象負荷４及び補助電源装置６への給電、並びに、補助電源装置６から電圧補償対象負荷４への給電を停止する給電停止状態（図４参照）に切り換わる。

制御手段１は、アクセサリスイッチのオン操作によって起動されることで、制御回路７が給充電状態に切り換わるように各半導体スイッチ１０，１１，１３及びリレースイッチ１２の作動を制御するとともに（図１及び図２参照）、制御回路７での電圧を監視する。制御回路７での電圧が電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧を超えて安定している場合には、制御回路７での電圧が電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧を下回る虞がないと判断して、制御回路７が給充電状態に維持されるように各半導体スイッチ１０，１１，１３及びリレースイッチ１２の作動を制御する（図１及び図２参照）。制御回路７での電圧が急激に降下する場合には、制御回路７での電圧が電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧を下回る虞があると判断して、制御回路７が放電状態に切り換わるように各半導体スイッチ１０，１１，１３及びリレースイッチ１２の作動を制御する（図３参照）。

つまり、スタータの作動によって電圧補償対象負荷４に対する印加電圧が最低駆動電圧を下回る虞がある場合には、制御手段１が制御回路７を放電状態（図３参照）に切り換えることで、蓄電素子５に充電した電力を電圧補償対象負荷４に供給することができる。

ところで、上記のように制御回路７を放電状態に切り換えても、蓄電素子５の充電が不十分である場合には、電圧補償対象負荷４に対する印加電圧を最低駆動電圧に補償することができなくなる。

そこで、制御手段１は、補助電源装置６における蓄電素子５の充電量を監視し、その蓄電素子５の充電量が、蓄電素子５からの放電によって電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧を補償することが可能な放電可能電圧（ここでは電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧とする）に達するまでの間はアイドルストップ機能を停止し、放電可能電圧に達するのに伴ってアイドルストップ機能を機能させるように構成されている。

この構成によって、アイドルストップ機能によってエンジンが再始動される場合には、必ず、蓄電素子５の充電量が放電可能電圧に達していることから、その再始動時において、スタータの作動による電圧降下によって電圧補償対象負荷４に対する印加電圧が最低駆動電圧を下回る虞が生じた場合には、制御回路７の制御作動によって、制御回路７が放電状態（図３参照）に切り換えられるとともに、電圧補償対象負荷４の最低駆動電圧を補償することが可能な電力が、蓄電素子５から電圧補償対象負荷４に向けて供給されることになる。

その結果、図５において実線で示すように、アイドルストップ機能によるエンジン再始動時のスタータの作動にかかわらず、電圧補償対象負荷４に対する印加電圧を最低駆動電圧以上に補償することができ、そのときのスタータの作動による電圧降下に起因して、電圧補償対象負荷４の動作がリセット又は一時的に遮断される不都合の発生を防止することができる。

図１〜４に示すように、補助電源装置６には、蓄電素子５の放電によってバッテリ３と蓄電素子５との電位差が大きくなった場合に、バッテリ３から蓄電素子５にわたる充電経路１８での過電流を防止する制限回路（例えば抵抗器）１９が備えられている。

これによって、充電経路１８を形成する上において、充電経路１８に備えられるリレースイッチ１２や半導体スイッチ１３、あるいは、バッテリ３からアイドルストップ制御部２にわたるハーネス２０や、アイドルストップ制御部２から補助電源装置６にわたるハーネス２１などに、その過電流に耐え得る耐過電流性の高いものを採用する必要がなくなり、結果、耐過電流性の高いハーネス２０，２１などを採用することによるコストの高騰を招くことなく、それらの過電流に起因した損傷を未然に回避することができる。

ところで、補助電源装置６に制限回路１９を備えるだけでは、図６の（ロ）に示すように、蓄電素子５の充電量が放電可能電圧に達するまでに要する時間ｔ２が長くなり、それに伴って、アイドルストップ機能の停止時間も長くなることから、停車中のアイドリングによる燃料の消費や排気ガスの発生などを効果的に抑制することが難しくなる。

そこで、図１〜４に示すように、この給電システムには、バッテリ３から蓄電素子５への給電状態を、制限回路１９を介して行う第１給電状態（図１参照）と、制限回路１９を迂回して行う第２給電状態（図２参照）とに切り換える切換手段２２が備えられている。切換手段２２は、制御手段１の制御作動に基づいて、アイドルストップ制御部２に備えたリレードライバ２３が、補助電源装置６に備えた常開型のリレースイッチ２４の作動状態を切り換えることで、バッテリ３から蓄電素子５への給電状態を第１給電状態と第２給電状態とに切り換えるように構成されている。

制御手段１は、蓄電素子５の充電量に基づいて切換手段２２の作動を制御することで、バッテリ３から蓄電素子５への給電を制御するように構成されている。

以下、図７のフローチャートに基づいて、制御手段１の制御作動による蓄電素子５に対する給電制御について説明する。

制御手段１は、アクセサリスイッチのオン操作によって起動されるとともに、蓄電素子５の充電量が予め設定した所定電圧に達しているか否かを判別する。所定電圧に達していない場合には、切換手段２２のリレースイッチ２４に対する励磁ライン２５への通電を阻止して、リレースイッチ２４をオフ状態に維持することで、切換手段２２を第１給電状態（初期状態）に維持する。つまり、バッテリ３から蓄電素子５に流れる電流が制限回路１９によって制限されるように蓄電素子５に給電する（図１参照）。所定電圧に達している場合、又は、その給電によって所定電圧に達した場合には、蓄電素子５の充電量が放電可能電圧に達しているか否かを判別する。放電可能電圧に達していない場合には、励磁ライン２５への通電を許容して、リレースイッチ２４をオン状態に切り換えることで、切換手段２２を第２給電状態に切り換える。つまり、バッテリ３から蓄電素子５に流れる電流が制限回路１９によって制限されないように蓄電素子５に給電する（図２参照）。放電可能電圧に達している場合、又は、その給電によって放電可能電圧に達した場合には、励磁ライン２５への通電を阻止して、リレースイッチ２４をオフ状態に切り換えることで、切換手段２２を第１給電状態に切り換える（図１参照）。そして、アクセサリスイッチのオフ操作が行われるまで、この給電制御を繰り返すように構成されている。

ちなみに、上記の所定電圧は、バッテリ３から蓄電素子５にわたる充電経路１８に使用するリレースイッチ１２や半導体スイッチ１３あるいはハーネス２０，２１などの耐過電流性に基づいて、切換手段２２を第２給電状態に切り換えた際に、それらにおいて過電流を招く虞のない値に設定されている。

この構成によって、蓄電素子５の充電量が所定電圧に達していない場合、つまり、充電経路１８において過電流を招く虞があるほどにバッテリ３と蓄電素子５との電位差が大きい場合には、図１に示すように、バッテリ３から蓄電素子５への給電が、制限回路１９によって制限された状態で行われることから、充電経路１８での過電流を防止することができる。

又、蓄電素子５の充電量が所定電圧に達している場合、つまり、充電経路１８において過電流を招く虞がない程度にバッテリ３と蓄電素子５との電位差が小さい場合には、図２に示すように、バッテリ３から蓄電素子５への給電が、制限回路１９によって制限されない状態で行われることから、図６に示すように、蓄電素子５の充電量が放電可能電圧に達するまでに要する充電時間ｔ１〔図６の（イ）参照〕を、蓄電素子５の充電量にかかわらず制限回路１９を介してバッテリ３から蓄電素子５に給電する場合の充電時間ｔ２〔図６の（ロ）参照〕に比較して短縮することができる。

そして、蓄電素子５の充電時間ｔ１が短縮されることで、アイドルストップ機能の停止時間が短縮されて、アイドルストップ機能を早期に機能させることができるようになり、結果、停車中のアイドリングによる燃料の消費や排気ガスの発生などを効果的に抑制することができる。

制御手段１は、エンジン停止用の所定条件が成立してエンジンを自動停止させたアイドルストップ状態では、図２に示すように、切換手段２２を第２給電状態に切り換えるように構成されている。これによって、エンジン再始動用の所定条件が成立してエンジンを再始動させる場合には、そのときのスタータの作動による電圧降下に基づいて、制御回路７が給充電状態（図２参照）から放電状態（図３参照）に切り換えられるのに伴って、蓄電素子５から電圧補償対象負荷４への給電が制限回路１９を迂回した状態で迅速に行われることになる。

図１〜４に示すように、制御手段１は、励磁ライン２５を介して蓄電素子５の充電量を監視するように構成されている。又、励磁ライン２５は、蓄電素子５と制限回路１９とにわたる充放電ライン２６（蓄電素子５のプラス側）に接続されている。

この構成から、制限回路１９とハーネス２１とにわたる充放電ライン２７（バッテリ３のプラス側）に励磁ライン２５を接続する場合に比較して、蓄電素子５の充電量を容易に監視することができる。又、アイドルストップ制御部２と補助電源装置６とにわたるハーネス２１のグランドショートや制御手段１の故障などに起因して、励磁ライン２５が不測に通電状態に切り換わったとしても、蓄電素子５が十分に充電されてリレースイッチ２４の作動電圧に達していない限り、切換手段２２が第２給電状態に切り換わらないようになる。その結果、励磁ライン２５を蓄電素子５と制限回路１９とにわたる充放電ライン２６に接続する場合には、励磁ライン２５が不測に通電状態に切り換わると招く虞のあった充電経路１８での過電流を防止することができ、その過電流に起因したハーネス２０，２１などの損傷を未然に回避することができる。

尚、上記の実施形態では、本発明にかかる補助電源充放電構造を、アイドルストップ機能を備えた車両の給電システムに適用した場合について例示したが、本発明は、主電源から複数の電子機器に給電する給電システムを備える車両であれば、アイドルストップ機能を有する車両に限定されることなく、それ以外の車両にも適用することができる。

切換手段を第１給電状態に切り換えた給充電状態を示す電気回路図切換手段を第２給電状態に切り換えた給充電状態を示す電気回路図放電状態を示す電気回路図給電停止状態を示す電気回路図スタータ作動時の電圧の変位を示す図蓄電素子の充電時間を示す図蓄電素子に対する給電制御のフローチャート

符号の説明

１制御手段
３主電源
４電子機器
５補助電源
１９制限回路
２２切換手段

Claims

エンジン停止用の所定条件が成立した場合にエンジンを停止させ、かつ、エンジン再始動用の所定条件が成立した場合に主電源から給電されるスタータによりエンジンを再始動させるアイドルストップ制御部、
前記主電源からの給電によって充電されることで車両に搭載された電子機器への給電が可能になる補助電源、
前記主電源から前記補助電源への給電を制限する制限回路、
前記主電源から前記補助電源への給電状態を、前記制限回路を介して行う第１給電状態と、前記制限回路を迂回して行う第２給電状態とに切り換える切換手段、
及び、前記補助電源の充電量に基づいて前記切換手段の作動を制御する制御手段、
を備え、
前記制御手段を、前記補助電源の充電量が予め設定した所定電圧に達していない場合には前記切換手段を前記第１給電状態に切り換え、前記補助電源の充電量が前記所定電圧に達し、かつ、前記補助電源の充電量が前記電子機器の最低駆動電圧を補償することが可能な放電可能電圧以上でない場合には前記切換手段を前記第２給電状態に切り換え、前記補助電源の充電量が前記所定電圧に達し、かつ、前記補助電源の充電量が前記放電可能電圧以上である場合には前記切換手段を前記第１給電状態に切り換え、前記エンジン停止用の所定条件が成立して前記エンジンを停止させた場合には前記切り換え手段を前記第２給電状態に切り換えるように構成してあることを特徴とする補助電源充放電構造。