JP5137725B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給するバッテリを備えた車両用電源装置に関するものである。

車両の電装品は増加し続けており、例えば、駐車中であってもセキュリティ、及び乗員の接近を検知する等の利便性を向上させる機能が搭載され、電力消費は増加する傾向にある。

特許文献１には、メインバッテリとオルタネータとからなるメイン電源部及びその制御を行うメイン電源制御部、並びにサブバッテリ及びその制御を行うサブ電源制御部を備えた車両電力分配システムが開示されている。メインバッテリ及びサブバッテリのバッテリ上がりを防止する為に、駐車時にはサブバッテリから駐車時監視装置のみに電力供給する。また、それと共に、駐車時監視装置から監視信号が出力された場合には、駐車時システムへの電力供給を直ちに開始する為の手段を備えている。
特開２００７−１９６８２５号公報

世界中の地域、国々ではＣＯ₂ 排出量の削減等を盛込んだ燃費等の法規制が存在している。また、天然資源の有効活用の面から、エンジン作動時だけでなく、エンジン停止時にも消費電力を低減し、燃費（ｋｍ／ｌ）向上の為に車両の発電機（オルタネータ）による発電を極力抑制することが望まれている。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン作動時だけでなく、エンジン停止時にも消費電力を低減し、燃費向上の為に発電機による発電を極力抑制できる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給するバッテリを備えた車両用電源装置において、前記発電機に第１スイッチを介して並列接続されるキャパシタと、前記発電機が出力する電圧を、前記バッテリに充電する為の第１電圧、又は該第１電圧より高い第２電圧に切替える電圧切替手段と、該第２電圧に切替えられた発電機、及び／又は前記第２電圧により充電されたキャパシタの出力電圧を前記第１電圧に降圧する降圧回路と、前記バッテリの正極側端子を前記降圧回路の出力端子又は前記発電機の出力端子に切替え接続する第２スイッチとを備え、与えられた車両の速度信号及び前記エンジンのオン／オフ信号に基づき、前記第１スイッチ、第２スイッチ、降圧回路及び電圧切替手段の一部又は全部を作動させ、前記発電機の発電を抑制し、前記バッテリの所定の残容量を確保するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、バッテリが、エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する。キャパシタが、発電機に第１スイッチを介して並列接続され、電圧切替手段が、発電機が出力する電圧を、バッテリに充電する為の第１電圧、又は第１電圧より高い第２電圧に切替える。降圧回路が、第２電圧に切替えられた発電機、及び／又は第２電圧により充電されたキャパシタの出力電圧を第１電圧に降圧し、第２スイッチが、バッテリの正極側端子を降圧回路の出力端子又は発電機の出力端子に切替え接続する。与えられた車両の速度信号及びエンジンのオン／オフ信号に基づき、第１スイッチ、第２スイッチ、降圧回路及び電圧切替手段の一部又は全部を作動させ、発電機の発電を抑制し、バッテリの所定の残容量を確保する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記速度信号が示す速度が増加しているとき、該速度が所定速度未満であるとき、又は該速度が０で前記オン／オフ信号がオンであるときは、前記第１スイッチにキャパシタを発電機から切離させ、前記電圧切替手段に第１電圧へ切替えさせ、前記降圧回路をオフにし、前記第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、速度信号が示す速度が増加しているとき、速度が所定速度未満であるとき、又は速度が０でエンジンのオン／オフ信号がオンであるときは、第１スイッチにキャパシタを発電機から切離させ、電圧切替手段に第１電圧へ切替えさせ、降圧回路をオフにし、第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させる。

第３発明に係る車両用電源装置は、前記速度信号が示す速度が減少しているとき、又は該速度が所定速度以上であるときは、前記第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、前記降圧回路をオンにし、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させ、前記電圧切替手段に第２電圧へ切替えさせるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、速度信号が示す速度が減少しているとき、又は速度が所定速度以上であるときは、第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、降圧回路をオンにし、第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させ、電圧切替手段に第２電圧へ切替えさせる。

第４発明に係る車両用電源装置は、前記オン／オフ信号がオフであるときに、前記キャパシタの出力電圧が前記第１電圧以上であるか否かを判定する判定手段を更に備え、該判定手段が第１電圧以上であると判定したときは、前記第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、該降圧回路をオンにし、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させ、前記判定手段が否と判定したときは、前記降圧回路をオフにし、前記第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させ、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、エンジンのオン／オフ信号がオフであるときに、判定手段が、キャパシタの出力電圧が第１電圧以上であるか否かを判定する。判定手段が第１電圧以上であると判定したときは、第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、降圧回路をオンにし、第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させる。判定手段が否と判定したときは、降圧回路をオフにし、第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させ、第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させる。

本発明に係る車両用電源装置によれば、エンジン作動時だけでなく、エンジン停止時にもメインバッテリからの放電を抑制し、燃費向上の為に車載発電機による発電を極力抑制し、エンジン始動用電力を確保することが可能な車両用電源装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、エンジン１に連動して、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）４が発電する。その発電電圧は、オルタネータ４に付設されたレギュレータ（電圧切替手段）５が、オルタネータ４の界磁電流を調節することにより定電圧制御され、また昇降圧制御される。
オルタネータ４が発電した電力は、オルタネータ４内で整流され、バッテリスイッチ（第２スイッチ）１４を通じて、バッテリ１５に充電される。また、キャパシタスイッチ（第１スイッチ）１１を通じて大容量のキャパシタ１２に充電される。

オルタネータ４の出力電圧は、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６に与えられ、電源ＥＣＵ６内の電圧検出手段２７により検出される。また、キャパシタ１２の正極端子の電圧は、電源ＥＣＵ６に与えられ、電源ＥＣＵ６内の電圧検出手段２８により検出される。電源ＥＣＵ６にはバッテリ１５から電源が与えられる。
電源ＥＣＵ６は、エンジンＥＣＵ９を通じて、オルタネータ４のレギュレータ５を制御し、オルタネータ４の出力電圧を、エンジンオン状態で負荷等に電力供給する為の電圧１２．８Ｖと、バッテリ１５へ充電する為の電圧１４．５Ｖと、キャパシタ１２へ充電する為の電圧３６Ｖとに切替える。尚、従来、オルタネータ４の出力電圧を変化させているものがあるが、鉛バッテリを充電する際、１４．５Ｖを超える高い電圧の印加はバッテリを劣化させてしまい、電圧を上げる幅に限界があった。

オルタネータ４及び／又はキャパシタ１２からの１２．８Ｖ〜３６Ｖの電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧回路）１３により１２．８Ｖに降圧され、バッテリスイッチ１４を通じて、バッテリ１５に充電され、また、電装品、負荷にも給電されている。
電源ＥＣＵ６は、イグニッションキー８の切替え信号を与えられ、与えられた切替え信号に基づき、スタータスイッチ１７、イグニッションスイッチ１８及びアクセサリスイッチ１９をそれぞれオン／オフする。

スタータスイッチ１７のオン／オフにより、スタータ２がオン／オフされる。イグニッションスイッチ１８のオン／オフにより、点火装置３及びエアコンディショナ等の負荷２１，２２のバッテリ１５との接続がオン／オフされる。アクセサリスイッチ１９のオン／オフにより、カーステレオ等の負荷２３，２４のバッテリ１５との接続がオン／オフされる。前照灯及び車内灯等の負荷２５，２６は、イグニッションスイッチ１８及びアクセサリスイッチ１９を介さずに、直接、バッテリ１５に接続されている。

電源ＥＣＵ６は、速度計７が検出した車両の速度信号を与えられる。電源ＥＣＵ６は、与えられた速度信号及びイグニッションキー８の切替え信号に基づき、エンジン停止、アイドリング、加速走行、減速走行、高速走行及び低速走行の各車両状態を判定する。
電源ＥＣＵ６は、判定した車両状態に応じて、エンジンＥＣＵ９を通じて、オルタネータ４のレギュレータ５を制御し、オルタネータ４の出力電圧を１２．８Ｖ〜１４．５Ｖ又は３６Ｖに切替える。また、判定した車両状態に応じて、キャパシタスイッチ１１、バッテリスイッチ１４及びＤＣ／ＤＣコンバータ１３をそれぞれ制御する。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作例を、それを示す図２，３のフローチャートを参照しながら説明する。
電源ＥＣＵ６は、車両の速度計７から与えられた車速値Ｓを読込み（Ｓ１）、その車速値Ｓ、及び以前に読込んだ車速値に基づき、車両が加速中であるか否かを判定する（Ｓ３）。車両が加速中であれば、キャパシタスイッチ１１をオフにして、キャパシタ１２をオルタネータ４から切離し（Ｓ３５）、オルタネータ４の出力電圧を１２．８Ｖに切替える（Ｓ３７）。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオフにし（Ｓ３９）、バッテリスイッチ１４をオルタネータ４の出力端子側に切替える（Ｓ４１）。

この場合、バッテリ１５の電圧、車両の速度、キャパシタ１２の正極端子電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のオン／オフ、オルタネータ４の出力電圧は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）のタイミングチャートにおいて、加速時（２）に示すようになっている。車両用電源装置内の電流は、図５の矢印Ｂに示すように流れ、オルタネータ４が出力した電流は、バッテリ１５を充電すると共に、各負荷に与えられる。
電源ＥＣＵ６は、バッテリスイッチ１４をオルタネータ４の出力端子側に切替えた（Ｓ４１）後は、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

電源ＥＣＵ６は、車両が加速中でなければ（Ｓ３）。車両が減速中であるか否かを判定する（Ｓ５）。車両が減速中であれば、バッテリスイッチ１４をＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力端子側に切替え（Ｓ１１）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオンにする（Ｓ１３）。次いで、キャパシタスイッチ１１をオンにして、キャパシタ１２をオルタネータ４に並列接続し（Ｓ１５）、オルタネータ４の出力電圧を３６Ｖに切替える（Ｓ１７）。

この場合、バッテリ１５の電圧、車両の速度、キャパシタ１２の正極端子電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のオン／オフ、オルタネータ４の出力電圧は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）のタイミングチャートにおいて、減速時（１）に示すようになっている。車両用電源装置内の電流は、図４の矢印Ａに示すように流れ、オルタネータ４が３６Ｖで出力した電流は、キャパシタ１２を充電し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で１２．８Ｖに降圧されて、バッテリ１５を充電すると共に、各負荷に与えられる。
電源ＥＣＵ６は、オルタネータ４の出力電圧を３６Ｖに切替えた（Ｓ１７）後は、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

電源ＥＣＵ６は、車両が減速中でなければ（Ｓ５）、車速値Ｓが所定の車速値Ｓ１以下であるか否かを判定する（Ｓ７）。車速値Ｓが車速値Ｓ１以下でなければ、車両は高速走行中であるとして、車両が減速中である場合と同様に実行する。即ち、バッテリスイッチ１４をＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力端子側に切替え（Ｓ１１）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオンにする（Ｓ１３）。次いで、キャパシタスイッチ１１をオンにして、キャパシタ１２をオルタネータ４に並列接続し（Ｓ１５）、オルタネータ４の出力電圧を３６Ｖに切替えた（Ｓ１７）後、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

電源ＥＣＵ６は、車速値Ｓが車速値Ｓ１以下であれば（Ｓ７）、イグニッションキー８の切替え信号に基づき、エンジン１が停止中であるか否かを判定する（Ｓ９）。エンジン１が停止中でなければ、車両は低速走行中又はアイドリング中であるとして、車両が加速中である場合と同様に実行する。即ち、キャパシタスイッチ１１をオフにして、キャパシタ１２をオルタネータ４から切離し（Ｓ３５）、オルタネータ４の出力電圧を１２．８Ｖに切替える（Ｓ３７）。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオフにし（Ｓ３９）、バッテリスイッチ１４をオルタネータ４の出力端子側に切替えた（Ｓ４１）後、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

電源ＥＣＵ６は、エンジン１が停止中であれば（Ｓ９）、キャパシタ１２の正極端子の電圧Ｖｃを読込み（Ｓ１９）、電圧Ｖｃが１２．８Ｖ以上であるか否かを判定する（Ｓ２１）。電圧Ｖｃが１２．８Ｖ以上でなければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオフにし（Ｓ２９）、バッテリスイッチ１４をオルタネータ４の出力端子側に切替える（Ｓ３１）。次いで、キャパシタスイッチ１１をオンにして、キャパシタ１２をオルタネータ４に並列接続した（Ｓ３３）後、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

この場合、車両用電源装置内の電流は、図６の破線矢印Ｄに示すように流れ、キャパシタ１２が出力した電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を経由せずに、バッテリ１５を充電すると共に、各負荷に与えられる。尚、当然ながら、オルタネータ４からは電流は出力されず、また、内蔵するダイオードにより、キャパシタ１２からの電流の逆流も生じない。

電源ＥＣＵ６は、キャパシタ１２の正極端子の電圧Ｖｃが１２．８Ｖ以上であれば（Ｓ２１）、バッテリスイッチ１４をＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力端子側に切替え（Ｓ２３）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３をオンにする（Ｓ２５）。次いで、キャパシタスイッチ１１をオンにして、キャパシタ１２をオルタネータ４に並列接続した（Ｓ２７）後、速度計７から与えられた車速値Ｓを読込む（Ｓ１）。

この場合、車両用電源装置内の電流は、図６の矢印Ｃに示すように流れ、キャパシタ１２が出力した電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で１２．８Ｖに降圧されて、バッテリ１５を充電すると共に、各負荷に与えられる。オルタネータ４へ電流が逆流しないのは上述した通りである。
この場合、バッテリ１５の電圧、車両の速度、キャパシタ１２の正極端子電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のオン／オフ、オルタネータ４の出力電圧は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）のタイミングチャートにおいて、駐車時（３）に示すようになっている。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の電流が流れる経路の例を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の電流が流れる経路の例を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の電流が流れる経路の例を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の各部の電圧、車両の速度、ＤＣ／ＤＣコンバータのオン／オフの各推移例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ スタータ
３ 点火装置
４ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
５ レギュレータ（電圧切替手段）
６ 電源ＥＣＵ
７ 速度計
８ イグニッションキー
９ エンジンＥＣＵ
１１ キャパシタスイッチ（第１スイッチ）
１２ キャパシタ
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧回路）
１４ バッテリスイッチ（第２スイッチ）
１５ バッテリ
２１〜２６ 負荷
２７，２８ 電圧検出手段

Claims (4)

1. エンジンに連動して発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給するバッテリを備えた車両用電源装置において、
   前記発電機に第１スイッチを介して並列接続されるキャパシタと、前記発電機が出力する電圧を、前記バッテリに充電する為の第１電圧、又は該第１電圧より高い第２電圧に切替える電圧切替手段と、該第２電圧に切替えられた発電機、及び／又は前記第２電圧により充電されたキャパシタの出力電圧を前記第１電圧に降圧する降圧回路と、前記バッテリの正極側端子を前記降圧回路の出力端子又は前記発電機の出力端子に切替え接続する第２スイッチとを備え、与えられた車両の速度信号及び前記エンジンのオン／オフ信号に基づき、前記第１スイッチ、第２スイッチ、降圧回路及び電圧切替手段の一部又は全部を作動させ、前記発電機の発電を抑制し、前記バッテリの所定の残容量を確保するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記速度信号が示す速度が増加しているとき、該速度が所定速度未満であるとき、又は該速度が０で前記オン／オフ信号がオンであるときは、前記第１スイッチにキャパシタを発電機から切離させ、前記電圧切替手段に第１電圧へ切替えさせ、前記降圧回路をオフにし、前記第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させるように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
3. 前記速度信号が示す速度が減少しているとき、又は該速度が所定速度以上であるときは、前記第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、前記降圧回路をオンにし、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させ、前記電圧切替手段に第２電圧へ切替えさせるように構成してある請求項１又は２記載の車両用電源装置。
4. 前記オン／オフ信号がオフであるときに、前記キャパシタの出力電圧が前記第１電圧以上であるか否かを判定する判定手段を更に備え、該判定手段が第１電圧以上であると判定したときは、前記第２スイッチに降圧回路の出力端子へ切替え接続させ、該降圧回路をオンにし、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させ、前記判定手段が否と判定したときは、前記降圧回路をオフにし、前記第２スイッチに発電機の出力端子へ切替え接続させ、前記第１スイッチにキャパシタを発電機に並列接続させるように構成してある請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源装置。

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