JP5534206B2

JP5534206B2 - 車両電源装置

Info

Publication number: JP5534206B2
Application number: JP2010191937A
Authority: JP
Inventors: 博一谷内
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: JP2012046127A

Description

本発明は、車両の電源装置に関し、特に車載電装機器への電力供給技術に関する。

車両に搭載された電装機器には、ＥＣＵ等のように略一定に電力を消費する機器と、セルモータ等のように瞬間的に大電力を必要とする機器がある。これらの車載電装機器は、車両に搭載されたバッテリと、エンジン（内燃機関）により駆動されて発電するオルタネータにより電力が供給される。
このような車両において、エンジン始動時には、バッテリからセルモータに電力が供給されて始動が行なわれるが、このときバッテリの電圧が急激に低下し、セルモータ以外の車載電装機器にバッテリから十分な電力が供給できず、車載電装機器の作動が不安定化してしまう虞がある。

そこで、セルモータに電力を供給するバッテリの他に車載電装機器への電源装置を備えるとともに、セルモータと車載電装機器との電気的接続を遮断するスイッチを備え、セルモータ作動時にはこのスイッチをオフにして、車載電装機器にバッテリの電圧降下の影響が及ぼされないようにする方法がある(特許文献１)。

特開平５−３２８５３０号公報

上記特許文献１の電源装置には、ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、効率を確保するために、通常、スイッチング制御を行なうものが用いられている。しかしながら、スイッチング制御を行なうＤＣ／ＤＣコンバータは、内部でフィードバック制御を行なって出力電圧を制御するので、電圧の低下に瞬時に対応することが困難である。例えば車載電装機器がブレーキシステムやステアリングシステムの電子制御部である場合には、例え瞬間的であっても電源電圧が低下すると、制御遅れが発生してブレーキやステアリングに対して運転者が違和感を感じる虞がある。そして、このような現象は、特に車両走行中にエンジンを始動させる場合があるハイブリッド車やアイドルストップ車において表われる虞がある。

本発明はこのような問題に鑑み発明されたものであって、エンジン始動時に車載電装機器に対して迅速かつ確実に電力を供給することが可能な車両電源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、車両に搭載されたエンジン始動用のモータに電力を供給して作動させるとともに、モータ以外の車載電装機器に電力を供給可能なバッテリと、バッテリから車載電装機器への電力供給路を開閉する第１の開閉手段と、車載電装機器へ電力を供給する補助電源手段と、を備え、モータの作動時に第１の開閉手段を開作動してバッテリから車載電装機器への電力供給路を遮断する車両電源装置において、補助電源手段は、スイッチング制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに並列に接続され当該ＤＣ／ＤＣコンバータより迅速に電力が供給可能な補助電力出力手段と、を含んで構成され、前記補助電力出力手段から前記車載電装機器への電力供給路を開閉する第２の開閉手段を備え、前記第２の開閉手段は、前記第１の開閉手段の開作動時にのみ閉作動して前記補助電力出力手段から前記車載電装機器への電力供給を許容することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１において、補助電力出力手段は、シリーズレギュレータであることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１において、補助電力出力手段は、キャパシタであることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項において、車両は、車両走行中にエンジンの始動が行なわれるハイブリッド車またはアイドルストップ車であることを特徴とする。

本発明の請求項１の車両電源装置によれば、エンジン始動時に、第１の開閉手段によりバッテリと車載電装機器との接続が遮断されるので、モータが作動してバッテリの電圧が低下しても、車載電装機器への影響が防止される。このとき、車載電装機器には、補助電源手段から電力が供給されて作動可能となる。
そして、本発明では、特に補助電源手段がスイッチング制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータと補助電力出力手段とを並列に接続して構成されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータにより効率よく車載電装機器に電力が供給されるとともに、第１の開閉手段による遮断直後のように車載電装機器への電力供給が瞬間的に低下する虞がある場合でも、補助電力出力手段により車載電装機器へ電力が迅速かつ安定的に供給される。したがって、エンジン始動時において補助電源手段により車載電装機器に対して迅速に十分な電力を供給することが可能となり、電源電圧低下による車載電装機器の作動不具合を防止することができる。

また、補助電源手段として補助電力出力手段とＤＣ／ＤＣコンバータとを並列に設けることで、電力供給能力を抑えた補助電力出力手段を採用することが可能となり、補助電力出力手段のみで補助電源手段を構成した場合と比較してスペース及びコストの低減を図ることができる。
更に、補助電力出力手段から車載電装機器への電力供給路を開閉する第２の開閉手段が、第１の開閉手段の開作動時にのみ閉作動するので、エンジン始動時にのみ補助電力出力手段を作動させて電力の消費を抑えることが可能となる。
本発明の請求項２の車両電源装置によれば、補助電力出力手段としてシリーズレギュレータを用いることで、簡単な構成で車載電装機器に電力を迅速に出力可能となり、エンジン始動時における車載電装機器電圧の安定した作動を容易に可能とすることができる。

本発明の請求項３の車両電源装置によれば、補助電力出力手段としてキャパシタを用いることで、簡単な構成で車載電装機器に電力を迅速に出力可能となり、エンジン始動時における車載電装機器電圧の安定した作動を容易に可能とすることができる。

本発明の請求項４の車両電源装置によれば、ハイブリッド車またはアイドルストップ車に採用されることで、車両走行中にエンジンの始動が行なわれても、車載電装機器へ電力が迅速かつ安定的に供給されるので、車両走行に関与する車載電装機器への電力供給不足による作動遅れを防止して、安定した車両走行を維持させることができる。

本発明に係る車両の電源回路の概略構成図である。補助電源装置の構成を示す回路図である。電源回路における制御要領を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両電源装置を備えた車両の電源回路の概略構成図である。図２は、補助電源装置の構成を示す回路図である。
本実施形態では、走行中にエンジン始動を行なう場合があるハイブリッド車に本発明の車両電源装置を適用している。本実施形態のハイブリッド車は、走行駆動用のモータを備え、当該モータは図示しない比較的大容量の車輪駆動モータ用バッテリから電力を供給されて駆動される。また、図１に示すように、エンジンを始動させるセルモータ１０やその他の車載電装機器１１は車輪モータ駆動用バッテリとは異なるバッテリ１２より電力を供給されて作動するように構成されている。

車載電装機器１１は、ナビシステム、オーディオ装置、パワーウインドウ、各種ランプ、アクセサリー及び各種電気コントロールユニットのように連続して作動し電力を一定的に必要とする機器や、ラジエータファン、各種ポンプ、ヘッドライト、アンチロックブレーキシステム、電動パワーステアリングシステム等のように瞬間的に作動を必要とする、あるいは大電力を必要とする機器とがある。

セルモータ１０及び車載電装機器１１は、バッテリ１２に並列に接続され、バッテリ１２から夫々異なる電力供給路を介して電力が供給されて作動可能となっている。セルモータ１０とバッテリ１２との間には、バッテリ１２からセルモータ１０への電力供給路を開閉するセルモータ作動スイッチ１３が設けられており、セルモータ作動スイッチ１３をオン作動させることで、バッテリ１２からセルモータ１０に電力が供給されてセルモータ１０が作動する。バッテリ１２と車載電装機器１１との間には、バッテリ１２から車載電装機器１１への電力供給路を開閉する第１のスイッチ１４が設けられており、第１のスイッチ１４を開作動させることで、バッテリ１２から車載電装機器１１への電力の供給が遮断される構成となっている。

第１のスイッチ１４と車載電装機器１１との間には、補助電源装置２０（補助電源手段）からの出力線が接続されており、補助電源装置２０から車載電装機器１１に電力が供給可能となっている。
補助電源装置２０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１、シリーズレギュレータ２２（補助電力出力手段）、補助バッテリ２３により構成されている。ＤＣ/ＤＣコンバータ２１とシリーズレギュレータ２２とは並列に接続され、夫々補助バッテリ２３から電力が供給可能に構成されている。補助バッテリからシリーズレギュレータ２２への電力供給路には、第２のスイッチ２５が設けられている。第２のスイッチ２５は、オンオフ作動することで、シリーズレギュレータ２２から車載電装機器１１への電力供給路を開閉することと同等の機能を有している。

図２に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１は公知のスイッチング制御方式の直流電圧変換装置であり、内部のスイッチング素子２１ａによりスイッチング制御を行なって入力電圧を変換する機能を有している。ＤＣ/ＤＣコンバータ２１は、内部にフィードバック機能を有しており、出力電圧が所望の電圧に維持されるように、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）コントローラ２１ｂによって内部のスイッチング素子２１ａによるスイッチング作動を制御する機能を有している。

シリーズレギュレータ２２は、負荷に対して直列に電圧制御素子２２ａが接続されて構成された公知の装置であり、連続的に入力電圧を降圧させて出力する機能を有する。
バッテリ１２及び補助バッテリ２３は、図示しない車輪駆動モータ用バッテリとともに、エンジンにより駆動されるオルタネータによって発電した電力を供給されて充電可能となっている。

ＥＣＵ３１（電気コントロールユニット）は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、アクセル等の入力装置から操作信号等を入力し、エンジンやモータ等の各種装置の制御を行なう。例えば、ＥＣＵ３１は、各種運転状況に応じてエンジンを始動させるか否かを判別する。詳しくは、ＥＣＵ３１は、車両電源オン時に車輪駆動モータ用バッテリの容量が所定値以下となった場合や所定以上の負荷を必要とするといったエンジン始動条件が満たされた場合に、セルモータ作動スイッチ１３をオン作動させエンジンを始動させる。

更に、ＥＣＵ３１は、車載電装機器１１の電源制御機能を有しており、エンジンの始動情報に基づき第１のスイッチ１４、第２のスイッチ２５を作動制御する。
なお、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１は、車両電源オン時に常に作動するように制御される。
図３は、ＥＣＵ３１における電源制御要領を示すフローチャートである。

本制御は、上述のエンジン始動条件が満たされる毎、即ちエンジン始動毎に行なわれる。
始めに、ステップＳ１０では、第２のスイッチ２５をオンにする。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、第１のスイッチ１４をオフにする。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、上述のようにセルモータ作動スイッチ１３をオン作動させ、セルモータ１０を作動させる。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、エンジンが始動したか否かを判別する。エンジンが始動している場合には、ステップＳ５０に進む。エンジンが始動していない場合には、ステップＳ３０に戻る。

ステップＳ５０では、セルモータ作動スイッチ１３をオフ作動させ、セルモータ１０を停止させる。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、第１のスイッチ１４をオン作動させる。そして、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、第２のスイッチ２５をオフにする。そして、本ルーチンを終了する。

このような構成により本実施形態では、エンジンを始動させるとき、詳しくはセルモータ１０を作動させる前に第１のスイッチ１４が開作動するので、セルモータ１０の作動によりバッテリ１２の電圧が降下したとしても、車載電装機器１１への影響を防止することができる。このとき、補助電源装置２０から電力が供給されて車載電装機器１１の作動が可能となる。

特に、本実施形態では、補助電源装置２０がスイッチング型のＤＣ/ＤＣコンバータ２１とシリーズレギュレータ２２を並列に接続して構成されているので、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１により略一定の電力が効率よく安定して車載電装機器１１に供給されるとともに、第１のスイッチ１４の開作動直後のように車載電装機器１１への電力供給が瞬間的に低下する虞がある場合でも、シリーズレギュレータ２２により車載電装機器１１へ電力が安定的に供給される。シリーズレギュレータ２２は、入力電圧を車載電装機器に適した電圧に迅速に制御することができるので、車載電装機器１１へ遅れなく電力を供給することが可能となる。よって、エンジン始動時において補助電源装置２０により車載電装機器１１に対して迅速かつ確実に電力を供給することが可能となり、電源電圧低下による車載電装機器１１の作動不具合を防止することができる。

特に、本実施形態はハイブリッド車に採用されているので、車両走行中にエンジンを始動させる場合がある。上記のように、本実施形態では、車載電装機器１１の電源電圧低下を確実に抑えることができるので、車両走行中に車載電装機器１１の電源電圧低下による作動遅れを防止することができる。したがって、例えば車載電装機器１１としてアンチロックブレーキシステムや電動パワーステアリングシステムが車両に搭載されている場合には、これらの車両走行中における作動遅れが防止されることで、走行フィーリングの悪化を防止することができる。

また、本実施形態では、第２のスイッチ２５によりシリーズレギュレータ２２から車載電装機器１１への電力供給をセルモータ１０の作動開始時のみ許容しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１では十分に電力が供給できない場合にのみシリーズレギュレータ２２が用いられ、シリーズレギュレータ２２の使用が控えられて効率のよいＤＣ／ＤＣコンバータ２１が極力使用され、エネルギー効率のよい車両電源装置が可能となる。

なお、上記実施形態では、補助電力出力手段が、シリーズレギュレータ２２であるが、本発明はこれに限定するものではない。例えばキャパシタのように、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１より迅速に電力が供給可能な装置であればよい。キャパシタは、充電を必要とするので始動を頻繁に繰り返すような場合に十分に対応することが困難となる虞があるが、シリーズレギュレータ２２と比較して、発熱が抑えられエネルギー効率に優れている。

また、上記実施形態では、ＤＣ/ＤＣコンバータ２１及びシリーズレギュレータ２２に電力を供給するために補助バッテリ２３を備えているが、バッテリ１２とは異なる電源であればよく、例えば車輪駆動モータ用バッテリを補助バッテリ２３の代わりに用いてもよい。
また、以上の実施形態では、ハイブリッド車に本発明の車載電源装置を適用しているが、本発明はこれに限定するものではなく、１つのバッテリからセルモータ１０と車載電装機器１１の両方に電力を供給するような車両であれば、本発明を適用することができる。しかしながら、上記実施形態のようなハイブリッド車、あるいはアイドルストップ車のように、走行中にエンジンを始動する機会のある車両では、本発明の車載電源装置を採用することで、エンジン始動時において走行に影響を及ぼす車載電装機器の作動遅れを防止することができるので特に有効となる。

１０セルモータ
１１車載電装機器
１２バッテリ
１４第１のスイッチ
２０補助電源装置
２１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２シリーズレギュレータ
２５第２のスイッチ
３１ＥＣＵ

Claims

車両に搭載されたエンジン始動用のモータに電力を供給して作動させるとともに、前記モータ以外の車載電装機器に電力を供給可能なバッテリと、前記バッテリから前記車載電装機器への電力供給路を開閉する第１の開閉手段と、前記車載電装機器へ電力を供給する補助電源手段と、を備え、前記モータの作動時に前記第１の開閉手段を開作動して前記バッテリから前記車載電装機器への電力供給路を遮断する車両電源装置において、
前記補助電源手段は、スイッチング制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに並列に接続され当該ＤＣ／ＤＣコンバータより迅速に電力が供給可能な補助電力出力手段と、を含んで構成され、
前記補助電力出力手段から前記車載電装機器への電力供給路を開閉する第２の開閉手段を備え、
前記第２の開閉手段は、前記第１の開閉手段の開作動時にのみ閉作動して前記補助電力出力手段から前記車載電装機器への電力供給を許容することを特徴とする車両電源装置。
前記補助電力出力手段は、シリーズレギュレータであることを特徴とする請求項１に記載の車両電源装置。
前記補助電力出力手段は、キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載の車両電源装置。
前記車両は、車両走行中にエンジンの始動が行なわれるハイブリッド車またはアイドルストップ車であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両電源装置。