JP6373038B2

JP6373038B2 - バッテリ昇圧装置

Info

Publication number: JP6373038B2
Application number: JP2014075105A
Authority: JP
Inventors: 杉本　薫; 薫杉本
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: JP2015196445A

Description

本発明は、アイドリングストップ車両がエンジンを再始動させるときにバッテリの出力電圧を昇圧させるバッテリ昇圧装置に関するものである。

車両が信号待ち等で停車しているときに、燃料消費量の節減や環境への配慮からエンジンを一時的に自動停止させるアイドリングストップを行う車両が実用化されている。アイドリングストップ車両では、エンジンの始動・停止の頻度が増えることになり、特に市街地等を走行中は頻繁に行う可能性がある。エンジン始動時は、スタータを作動させるためにバッテリから大電流が放電され、バッテリ電圧が一時的に低下する。エンジンの始動・停止を頻繁に行うとバッテリの容量が低下し、その結果スタータを作動させたときにバッテリ電圧が大きく低下するおそれがある。

車両に搭載されている電気負荷は、走行中はオルタネータ又はバッテリから電力の供給を受けているが、アイドリングストップにより一時的にエンジンが自動停止すると、作動中の電気負荷はバッテリのみから電力の供給を受ける。各電気負荷が正常に作動するには、それぞれの最低作動電圧以上の電圧で電力供給を受ける必要があるが、エンジンの始動・停止が頻繁に行われているとスタータ作動時にバッテリ電圧が最低作動電圧より低下するおそれがある。

そこで、アイドリングストップを行ってもバッテリ電圧が正常に維持されるようにする技術開発が進められている。例えば、エンジン始動時にスタータを作動させてもバッテリ電圧が所定の電圧設定値以上に維持されるようにしたアイドリングストップ車両の技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のアイドリングストップ車両の電気的構成を示すブロック図を図６に示す。同図に示すように、バッテリ１と電気負荷２との間に電圧補償回路６が設けられ、その制御手段である電圧補償コントローラ７が接続されている。電圧補償コントローラ７には、Ｅ／Ｇ停止始動コントローラからのエンジン停止信号、オルタネータ３からの作動信号、及びバッテリ１からバッテリ電圧が入力されている。

エンジン停止中、電圧補償コントローラ７はバッテリ電圧を監視しており、スタータ４を作動させたときにバッテリ電圧が所定の設定値以上に保持されていると電圧補償コントローラ７は何ら処理を行わない。一方、バッテリ電圧が所定の設定値を下回ったときは、電圧補償コントローラ７は電圧補償回路６から電流を放電させて電気負荷２に供給する。また、エンジン自動停止後、オルタネータ３からの作動信号が所定時間にわたって入力されないとき、あるいはスタータ４によるエンジン始動が完了しないときは、電圧補償コントローラ７は電圧補償回路６における充電を中断するとともに、電圧補償回路６による昇圧を行わない。

特開２００２−３８９８４号公報

しかしながら、特許文献１では電圧補償回路６が電気負荷２のすべてに供給できるだけの電流を充電しておく必要があるため、電圧補償回路６への充電量が大きくなってバッテリ１からの放電量が大きくなってしまう。特に、バッテリの充電率が低下してバッテリ電圧が所定の設定値近くまで低下しているとき、アイドリングストップが行われて電圧補償回路６への充電が行われると、次に停車したときにアイドリングストップが行えなくなるおそれもある。特許文献１に記載の技術では、バッテリへの負担が大きく、アイドリングストップが制限されるおそれがあるといった問題が生じる。

また、特許文献１ではバッテリ１はダイオード（図示せず）を介して電気負荷２に接続されるため、アイドリングストップによるエンジン停止中も作動する電気負荷のすべてに電力を供給し続ける構成となっていることから、バッテリからの放電量が大きくなる。特許文献１では、エンジン停止後オルタネータ３からの作動信号が所定時間にわたって入力されないときには電圧補償回路６の充電を中断するとしているが、バッテリから電気負荷への電力供給は継続されるため、その後のエンジン再始動ができなくなったり、アイドリングストップ作動時間が短くなったり、アイドリングストップが制限されたりするおそれがある。その結果、燃料消費量の節減や環境への配慮が十分にできなくなる問題が生じる。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、アイドリングストップ時の電気負荷への電力供給をバッテリ状態に応じて適切に行うことができるバッテリ昇圧装置を提供することを目的とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の第１の態様は、アイドリングストップを行う車両に搭載されたバッテリから電気負荷に電力を供給する給電経路に設けられるバッテリ昇圧装置であって、前記給電経路を並列に分岐させて設けた通常給電経路及び昇圧給電経路と、前記通常給電経路に設けられたバイパススイッチと、前記昇圧給電経路に設けられて前記バッテリからの電力を昇圧させて前記電気負荷側に出力する昇圧回路と、前記バイパススイッチ及び前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部と、を備え、前記電気負荷は、重要度に基づいて分類された第１の電気負荷と第２の電気負荷を含み、前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記第２の電気負荷に接続された、切替スイッチが設けられている個別負荷制御部をさらに備え、前記給電経路は、前記第１の電気負荷に接続された重要負荷用給電経路と、前記第２の電気負荷に接続された一般負荷用給電経路とに分岐されており、前記重要負荷用給電経路は、前記通常給電経路となる第１の通常給電経路と前記昇圧給電経路となる第１の昇圧給電経路とを有し、前記一般負荷用給電経路は、前記通常給電経路となる第２の通常給電経路と前記昇圧給電経路となる第２の昇圧給電経路とを有し、前記第２の通常給電経路及び前記第２の昇圧給電経路は、前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続され、前記第１の通常給電経路には前記バイパススイッチである第１のバイパススイッチが設けられ、前記第２の通常給電経路には前記バイパススイッチである第２のバイパススイッチが設けられ、前記第１の昇圧給電経路には前記昇圧回路である第１の昇圧回路が設けられ、前記第２の昇圧給電経路には前記昇圧回路である第２の昇圧回路が設けられており、前記昇圧回路制御部は、前記バッテリに設けられたバッテリ状態検知センサからの情報に基づいて前記バッテリの放電能力を示すＳＯＦを算出し、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に昇圧を行うか否かを判定するための昇圧作動閾値と、昇圧した電力を前記第１の電気負荷のみに供給するかあるいはすべての前記電気負荷に供給するかを判定するための放電限界閾値とを予め設定して、前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路及び前記第２の昇圧回路を作動させずに前記第１のバイパススイッチ、前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の通常給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧されていない電力を供給するとともに前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給し、前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値以下でかつ前記放電限界閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路及び前記第２の昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフにしさらに前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給するとともに前記第２の昇圧給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧された電力を供給し、前記ＳＯＦが前記放電限界閾値以下と判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチをオフにして前記第１の昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給し、さらに前記第２の昇圧回路を作動させずに前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給することを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、アイドリングストップを行う車両に搭載されたバッテリから電気負荷に電力を供給する給電経路に設けられるバッテリ昇圧装置であって、前記給電経路を並列に分岐させて設けた通常給電経路及び昇圧給電経路と、前記通常給電経路に設けられたバイパススイッチと、前記昇圧給電経路に設けられて前記バッテリからの電力を昇圧させて前記電気負荷側に出力する昇圧回路と、前記バイパススイッチ及び前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部と、を備え、前記電気負荷は、重要度に基づいて分類された第１の電気負荷と第２の電気負荷を含み、前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記第２の電気負荷に接続された、切替スイッチが設けられている個別負荷制御部と、前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記昇圧給電経路及び前記個別負荷制御部に接続された昇圧経路用切替スイッチと、をさらに備え、前記通常通常給電経路は、前記第１の電気負荷に接続される第１の通常給電経路と、前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続される第２の通常給電経路とに分岐され、前記第１の通常給電経路には前記バイパススイッチである第１のバイパススイッチが設けられ、前記第２の通常給電経路には前記バイパススイッチである第２のバイパススイッチが設けられており、前記昇圧給電経路は、前記第１の通常給電経路に並列に設けられて、前記第１の電気負荷に接続されるとともに前記昇圧経路用切替スイッチ及び前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続されており、前記昇圧回路制御部は、前記バッテリに設けられたバッテリ状態検知センサからの情報に基づいて前記バッテリの放電能力を示すＳＯＦを算出し、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に昇圧を行うか否かを判定するための昇圧作動閾値と、昇圧した電力を前記第１の電気負荷のみに供給するかあるいはすべての前記電気負荷に供給するかを判定するための放電限界閾値とを予め設定して、前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧経路用切替スイッチをオフにするとともに前記昇圧回路を作動させずに前記第１のバイパススイッチ、前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の通常給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧されていない電力を供給するとともに前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給し、前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値以下でかつ前記放電限界閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧回路を作動させるとともに前記個別負荷制御部の切替スイッチ及び前記昇圧経路用切替スイッチをオンにしさらに前記第１のバイパススイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフにして、前記昇圧給電経路から前記第１の電気負荷及び前記第２の電気負荷に昇圧された電力を供給し、前記ＳＯＦが前記放電限界閾値以下と判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチをオフにして前記昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給し、さらに前記昇圧経路用切替スイッチをオフにするとともに前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給することを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、前記バッテリ状態検知センサから得られたバッテリ劣化度及び充電率が所定の設定値以下に低下したときには、前記アイドリングストップによるエンジン停止中に前記個別負荷制御部の切替スイッチをオフにして前記第１の電気負荷のみに電力を供給することを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、前記昇圧回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、前記ＳＯＦは、前記アイドリングストップ時に前記バッテリ状態検知センサから前記バッテリの充電率及び劣化度を入力して更新されることを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、前記ＳＯＦは、前記バッテリ状態検知センサからさらに前記バッテリの内部抵抗又は内部インピーダンスと温度とを入力して算出されることを特徴とする。

本発明のバッテリ昇圧装置の他の態様は、前記第２の電気負荷は、前記車両に搭載されたマルチメディア機器、メータ、及びボディー系機器のいずれか１つ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、アイドリングストップ時の電気負荷への電力供給をバッテリ状態に応じて適切に行うことができるバッテリ昇圧装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態のバッテリ昇圧装置の構成を示すブロック図である。バッテリの内部抵抗又は内部インピーダンスに対するスタータの作動電流によるバッテリの端子間電圧の変化の一例を示すグラフである。本発明の第１実施形態のバッテリ昇圧装置における処理の流れを説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態のバッテリ昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態のバッテリ昇圧装置の構成を示すブロック図である。アイドリングストップ車両の従来の電気的構成を示すブロック図である。

本発明の好ましい実施の形態におけるバッテリ昇圧装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明のバッテリ昇圧装置は、アイドリングストップを行う車両に搭載されたバッテリに適用されるものである。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るバッテリ昇圧装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のバッテリ昇圧装置１００の構成を示すブロック図である。車両に搭載されたバッテリ１０には、エンジン（図示せず）を始動させるときに作動するスタータ１１や、エンジン始動後に発電を行うオルタネータ１２が接続されている。また、スタータ１１はエンジンＥＣＵ１３からの要求信号で作動する。オルタネータ１２は、電気負荷への給電とともに、必要に応じてバッテリ１０の充電を行う。キースイッチ部１４は、キースイッチが操作されたときの状態信号を有している。

車両には、安全走行等を行う上で重要な電気負荷から快適性を提供するマルチメディア機器まで各種電気負荷が搭載されている。本実施形態のバッテリ昇圧装置１００を適用するにあたって、各種電気負荷が重要度等に応じてあらかじめ区分されており、ここでは一例として４種類の電気負荷２１〜２４に区分している。この電気負荷の区分は、４種類に限定されるものではない。４種類の電気負荷のうち、電気負荷２１を重要度の高い重要電気負荷としている。なお、ここではアイドリングストップ時にも受電する可能性のある電気負荷（対象負荷）を対象としており、これらの対象負荷を電気負荷２１〜２４に区分したものである。

実施形態のバッテリ昇圧装置１００は、バッテリ１０及びオルタネータ１２と電気負荷２１〜２４との間の給電経路に接続され、バッテリ１０またはオルタネータ１２から受電した電力を電気負荷２１〜２４に供給している。バッテリ昇圧装置１００は、昇圧回路１１０、昇圧回路制御部１２０、個別負荷制御部１３０、及びバイパススイッチ１４０を備えている。

バッテリ１０及びオルタネータ１２から電気負荷２１〜２４への給電経路は、バイパススイッチ１４０を経由する通常給電経路１０１ａと、昇圧回路１１０を経由する昇圧給電経路１０１ｂとに並列に分岐されている。また、重要度の高い電気負荷２１は通常給電経路１０１ａと昇圧給電経路１０１ｂとに直接接続されているが、電気負荷２２〜２４は個別負荷制御部１３０を介して接続されている。個別負荷制御部１３０には切替スイッチ１３１〜１３３が設けられており、それぞれに電気負荷２２〜２４が接続されている。個別負荷制御部１３０は、昇圧回路制御部１２０からの制御信号Ｃ１によって切替スイッチ１３１〜１３３を個別にオン／オフ制御することが可能となっている。

昇圧回路１１０は、アイドリングストップ時に昇圧回路制御部１２０からの制御信号Ｃ２に従って、バッテリ１０からの電力を昇圧して少なくとも電気負荷２１に電力を供給する。ここでは、昇圧回路１１０がＤＣＤＣコンバータとして構成されており、昇圧制御スイッチ１１１、コイル１１２、ダイオード１１３及びコンデンサ１１４を備えている。昇圧回路１１０は、電力を供給する負荷の消費電力量に応じて、昇圧する電力量を調整することができる。この昇圧電力量の調整は、昇圧回路制御部１２０から昇圧制御スイッチ１１１に出力される制御信号Ｃ２によって行われる。

昇圧回路制御部１２０は、バッテリ１０の放電能力を判定し、アイドリングストップ後のエンジン再始動時にバッテリ１０からの電力を昇圧させる必要があるか否かを判定している。昇圧させる必要があると判定したときは、昇圧回路１１０に所定の制御信号Ｃ２を出力して昇圧させる。また、昇圧回路１１０でバッテリ１０の電圧を昇圧させて出力するときは、バイパススイッチ１４０に制御信号Ｃ３を出力してバイパススイッチ１４０をオフにする。

昇圧回路制御部１２０は、バッテリ１０の放電能力の判定のために、バッテリ１０の状態量を測定しているバッテリ状態検知センサ３０からバッテリ１０の端子間電圧や充電率等の状態量を入力する。なお、バッテリ状態検知センサ３０をバッテリ昇圧装置１００が備えるようにしてもよい。

本実施形態のバッテリ昇圧装置１００は、アイドリングストップ後のエンジン再始動時に必要となるバッテリの放電能力を、アイドリングストップを行う前に事前に推定している。エンジン再始動時に必要となるバッテリの放電能力は、スタータ１１を作動させるのに必要な放電能力と、対象負荷である電気負荷２１〜２４への放電能力との合計となる。電気負荷２１〜２４への放電能力は、電気負荷２１〜２４の最低作動電圧以上のバッテリ電圧で電力を供給することができる放電能力である。上記のバッテリの放電能力の推定は、昇圧回路制御部１２０で行っている。なお、バッテリ昇圧装置１００がバッテリ状態検知センサ３０を備える構成としたときは、バッテリ１０の放電能力の推定をバッテリ状態検知センサ３０で行わせてもよい。

昇圧回路制御部１２０におけるバッテリ１０の放電能力の判定方法を以下に説明する。バッテリ１０の放電能力を判定するための指標として、ＳＯＦ（ＳｔａｔｅｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎ）を用いることができる。ＳＯＦは、電気負荷が所定の機能を果たすのに必要な電力に対しバッテリが供給できる放電能力を示す指標である。ここでは、エンジン再始動時に必要となる電力に対するバッテリ１０の放電能力をＳＯＦとする。

バッテリ１０の放電能力を、例えば端子間電圧を用いて判定する場合には、バッテリ１０の充電率（ＳＯＣ）や劣化度（ＳＯＨ）を適切に反映させるのが難しい。スタータ１１を作動させたときのバッテリ１０の端子間電圧の降下量は、バッテリ１０のＳＯＣやＳＯＨによって異なってくる。そのため、例えばアイドリングストップ時の端子間電圧が所定の閾値以上であっても、スタータ１１を作動させたときの端子間電圧が、バッテリ１０の使用開始初期には最低作動電圧以上であったのに、バッテリ１０の劣化が進んだ時点では最低作動電圧より低下してしまう、といったことが起こる。

これに対しＳＯＦを用いてバッテリ１０の放電能力を判定する場合は、ＳＯＦがバッテリ１０のＳＯＣやＳＯＨを反映させて算出されることから、ＳＯＣやＳＯＨが変化してもＳＯＦのみでバッテリ１０の放電能力を適切に判定することができる。ＳＯＦが適切か否かを判定するための閾値として、本実施形態では昇圧作動閾値と放電限界閾値を昇圧回路制御部１２０にあらかじめ設定しておく。昇圧作動閾値は、アイドリングストップ後のエンジン再始動時に、昇圧回路１１０によるバッテリ電圧の昇圧が必要か否かを判定するための閾値である。また、放電限界閾値は、昇圧回路１１０で昇圧することで電気負荷２１〜２４のすべてに給電できるか、あるいは重要度の高い電気負荷２１のみに給電するかを判定するための閾値である。

本実施形態では、昇圧回路制御部１２０またはバッテリ状態検知センサ３０において、バッテリ状態検知センサ３０で測定されたバッテリ１０の端子間電圧、ＳＯＣ、ＳＯＨ等をもとにＳＯＦを算出する。ＳＯＦは、例えば端子間電圧、ＳＯＣ及びＳＯＨを変数として事前に作成された関数を用いて算出することができる。また、ＳＯＦを算出する関数として、さらにバッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスや温度を含む関数とすることができる。バッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスや温度は、バッテリ状態検知センサ３０で測定させることができる。

バッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスをＳＯＦの関数に含めることで、例えば図２に示すようなバッテリ１０の特性をＳＯＦに持たせることができる。図２は、横軸をバッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスとし、縦軸をスタータに作動電流が供給されたときのバッテリ１０の端子間電圧としている。同図より、バッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスが大きくなると、それによる電圧降下が大きくなって端子間電圧が低下することがわかる。バッテリ１０の内部抵抗又は内部インピーダンスは、バッテリ１０の劣化に伴って大きくなることから、内部抵抗又は内部インピーダンスを測定してＳＯＦの算出に用いることで、バッテリ１０の劣化をより高精度に反映して放電能力を判定することが可能となる。

本実施形態のバッテリ昇圧装置１００の動作を、図３を用いて以下に詳細に説明する。図３は、主に昇圧回路制御部１２０において行われる処理の流れを説明するフローチャートである。上記説明のように、本実施形態ではＳＯＦを用いてバッテリ１０の放電能力を判定する。ＳＯＦの算出をアイドリングストップを行う前に行っておくために、図３に示すフローチャートでは、エンジン始動前のステップＳ１でＳＯＦを算出するものとしている。これに限定されず、ＳＯＦの算出は何時行ってもよく、例えば車両のキー操作を行った段階でＳＯＦを算出してもよい。ＳＯＦの算出にあたっては、エンジン始動前における微小電流や周囲温度などの影響によるバッテリ状態の変化を反映することが、精度の高いＳＯＦの算出を行う点で好ましい。

図３では、ステップＳ１でバッテリ１０の端子間電圧、ＳＯＣ、ＳＯＨをバッテリ状態検知センサ３０から入力し、必要に応じてさらに内部抵抗又は内部インピーダンスや温度を入力する。そして、これらの状態量を用いてＳＯＦを算出する。なお、ＳＯＦの算出がバッテリ状態検知センサ３０で行われるときは、算出されたＳＯＦを昇圧回路制御部１２０に出力する。ＳＯＦの算出後、ステップＳ２でエンジンを始動させる。

ステップＳ３では、アイドリングストップが開始されたか否かを判定する。アイドリングストップが開始されていないときは、アイドリングストップが開始されるまでステップＳ３の判定を継続する。エンジン始動後、アイドリングストップが行われていないときは、本実施形態のバッテリ昇圧装置１００は以下のように作動している。

図１において、エンジン稼動中は、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３がオンになっており、バイパススイッチ１４０もオンになっている。また、昇圧回路制御部１２０から昇圧回路１１０への制御信号Ｃ２は出力されておらず、昇圧回路１１０は作動していない。これにより、エンジン稼動中は、バッテリ１０またはオルタネータ１２から通常給電経路１０１ａを経由して電気負荷２１〜２４に電力が供給されている。

一方、ステップＳ３でアイドリングストップが開始されたと判定されたときは、ステップＳ４でエンジン再始動が開始されたかを判定する。この判定は、例えばアイドリングストップ中に踏み込まれているブレーキが解除されたときに、エンジン再始動が開始されたと判定することができる。ステップＳ４でエンジン再始動の開始が判定されないときは、エンジン再始動の開始が判定されるまでステップＳ４の判定を継続する。

一方、ステップＳ４でエンジン再始動が開始されたと判定されると、ステップＳ５においてＳＯＦが昇圧作動閾値以下か否かを判定する。ＳＯＦが昇圧作動閾値より高いと判定されたときは、スタータ１１が作動されたときにもバッテリ１０が電気負荷２１〜２４に最低作動電圧より高い電圧で電力を供給することができる。よって、バッテリ昇圧装置１００の作動状態は、通常のアイドリングストップが行われていないときと同じ状態に維持される。そして、ステップＳ３に戻って次にアイドリングストップが行われるのを待つ。

また、ステップＳ５でＳＯＦが昇圧作動閾値以下であると判定されたときは、次にステップＳ６の判定に進む。ステップＳ６では、ＳＯＦが放電限界閾値以下か否かを判定する。ＳＯＦが放電限界閾値より高いと判定されたときは、昇圧回路１１０を作動させることにより電気負荷２１〜２４のすべてに最低作動電圧より高い電圧で電力を供給することができる。

そこで、次のステップＳ７では、電気負荷２１〜２４のすべてに供給可能な電力量に対応した制御信号Ｃ２を昇圧回路制御部１２０から昇圧回路１１０に出力してこれを作動させる。それと同時に、バイパススイッチ１４０に制御信号Ｃ３を出力してこれをオフにする。また、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３はすべてオンのままに維持する。これにより、バッテリ１０からの電力は、昇圧回路１１０で昇圧されて電気負荷２１〜２４に供給される。また、通常給電経路１０１ａからの給電は遮断される。その後、ステップＳ１０に進む。

一方、ステップＳ６でＳＯＦが放電限界閾値以下であると判定されたときは、重要度の高い電気負荷２１のみに給電するために、ステップＳ８で昇圧回路制御部１２０から個別負荷制御部１３０に制御信号Ｃ１を出力して切替スイッチ１３１〜１３３をすべてオフにする。なお、ここでは１つの放電限界閾値を用いて電気負荷２１〜２４のすべてに給電するか、あるいは重要度の高い電気負荷２１のみに給電するかを判定するようにしているが、放電限界閾値を複数設定して切替スイッチ１３１〜１３３を段階的にオフにするようにしてもよい。

次のステップＳ９では、電気負荷２１に供給する電力量に対応した制御信号Ｃ２を昇圧回路制御部１２０から昇圧回路１１０に出力してこれを作動させる。それと同時に、バイパススイッチ１４０に制御信号Ｃ３を出力してこれをオフにする。これにより、バッテリ１０からの電力は、昇圧回路１１０で昇圧されて電気負荷２１に供給される。また、通常給電経路１０１ａからの給電は遮断される。その後、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、エンジン再始動が完了したか否かを判定してその完了を待つ。ステップＳ１０でエンジン再始動が完了したと判定されると、次のステップＳ１１において制御信号Ｃ２の出力を停止して昇圧回路１１０の作動を停止させる。それと同時に、ステップＳ１２において個別負荷制御部１３０に制御信号Ｃ１を出力して切替スイッチ１３１〜１３３をオンにするとともに、バイパススイッチ１４０に制御信号Ｃ３を出力してこれをオンにする。これにより、アイドリングストップを行う前のエンジン作動時と同様に、バッテリ１０またはオルタネータ１２から通常給電経路１０１ａを経由して電気負荷２１〜２４に電力が供給される。その後、ステップＳ３に戻って次にアイドリングステップが行われるのを待つ。

上記説明のように本実施形態のバッテリ昇圧装置１００では、昇圧回路制御部１２０において、アイドリングストップ前に算出されたＳＯＦを用いてバッテリ１０の放電能力を判定していることから、バッテリ１０の充電率や劣化度等を適切に反映して昇圧回路１１０を制御することができ、電気負荷に適切に給電することができる。また、バッテリ１０の放電能力が適切に維持されることで、アイドリングストップが制限されるのをできるだけ回避させることができる。

なお、昇圧回路制御部１２０において、バッテリ状態検知センサ３０から入力した劣化度及び充電率が所定の設定値以下に低下したと判定されたときには、アイドリングストップによるエンジン停止中に個別負荷制御部１３０の切替スイッチをすべてオフにして重要度の高い電気負荷２１のみに電力を供給するようにすることができる。劣化度及び充電率に対する上記の所定の設定値は、例えば以下の条件を満たすように設定することができる。まず充電率ＳＯＣに対する設定値として、スタータ１１の始動に必要なバッテリ充電率と電気負荷２１〜２４が正常に作動する最低作動電圧を維持可能な充電率との合計に対して余裕分を見込んだ充電率を設定することができる。具体的には、例えば３０％程度以上のＳＯＣが要求されるときには、３０％に余裕分を見込んで５０％以下の充電率が１０秒間継続したときに重要度の高い電気負荷２１のみに電力を供給するようにする。また、充電率が同じであっても劣化が進むと電圧降下が大きくなることから、劣化度の判定を端子間電圧を用いて行うことができる。一例として、最低作動電圧が例えば１０Ｖ程度のときには、１０Ｖに余裕分を見込んで１１Ｖ以下の電圧が１０秒間継続したときに重要度の高い電気負荷２１のみに電力を供給するようにする。

上記で説明した昇圧回路制御部１２０における処理を、例えばエンジンＥＣＵ１３で行わせるようにし、エンジンＥＣＵ１３が判定結果に基づいて昇圧回路１１０等を制御するようにしてもよい。以下に説明する実施形態においても、同様に昇圧回路制御部１２０における処理をエンジンＥＣＵ１３で行わせることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るバッテリ昇圧装置を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態のバッテリ昇圧装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態のバッテリ昇圧装置２００は、バッテリ１０及びオルタネータ１２から電気負荷への給電経路が、重要度の高い電気負荷２１に接続される重要負荷用給電経路２０１と、その他の電気負荷２２〜２４に接続される一般負荷用給電経路２０２とに区分けされている。重要負荷用給電経路２０１と一般負荷用給電経路２０２は、それぞれ通常給電経路２０１ａと昇圧給電経路２０１ｂ及び通常給電経路２０２ａと昇圧給電経路２０２ｂを有している。

通常給電経路２０１ａ及び２０２ａにはそれぞれバイパススイッチ２４１、２４２が設けられており、昇圧給電経路２０１ｂ及び２０２ｂにはそれぞれ昇圧回路２１０−１、２１０−２が接続されている。昇圧回路２１０−１、２１０−２は、昇圧回路制御部２２０からの制御信号で作動する。また、一般負荷用給電経路２０２では、電気負荷２２〜２４が個別負荷制御部１３０を経由して通常給電経路２０２ａ及び昇圧給電経路２０２ｂに接続されている。

本実施形態では、昇圧回路制御部２２０においてＳＯＦが昇圧作動閾値以下でかつ放電限界閾値より高いと判定されたときは、昇圧回路２１０−１、２１０−２をともに作動させるとともに、バイパススイッチ２４１、２４２をともにオフにする。

昇圧回路制御部２２０は、電気負荷２１に供給する電力量に対応する制御信号を昇圧回路２１０−１に出力して作動させ、昇圧回路２１０−２に対しては電気負荷２２〜２４に供給する電力量に対応する制御信号を出力して作動させる。また、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３はすべてオンのままに維持される。これにより、昇圧給電経路２０１ｂ及び２０２ｂを経由して電気負荷２１〜２４のすべてに最低作動電圧より高い電圧で電力を供給することができる。

また、昇圧回路制御部２２０においてＳＯＦが放電限界閾値以下であると判定されたときは、昇圧回路２１０−１のみを作動させるとともに、バイパススイッチ２４１をオフにする。これにより、重要度の高い電気負荷２１には、昇圧給電経路２０１ｂを経由して最低作動電圧より高い電圧で電力が供給される。

一方、一般負荷用給電経路２０２に対しては、昇圧回路２１０−２を作動させず、バイパススイッチ２４２をオンのまま維持させる。また、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３もすべてオンのまま維持する。これにより、バッテリ１０からの電力が昇圧されずに電気負荷２２〜２４に供給される。電気負荷２２〜２４のそれぞれの最低作動電圧は、高く設定されているものや低く設定されているものがある。よって、バッテリ１０からの昇圧されていない電力によって作動できるものが含まれている可能性がある。本実施形態では、ＳＯＦが放電限界閾値以下であっても、重要度の高い電気負荷２１だけでなく低い電圧でも作動可能な電気負荷を作動させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るバッテリ昇圧装置を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態のバッテリ昇圧装置３００の構成を示すブロック図である。本実施形態のバッテリ昇圧装置３００は、第２実施形態のバッテリ昇圧装置２００と同様に、ＳＯＦが放電限界閾値以下の場合にも、低い電圧で差動可能な電気負荷を作動させるように構成されている。また、第２実施形態のバッテリ昇圧装置２００では２つの昇圧回路２１０−１、２１０−２を備える構成としていたが、本実施形態では第１実施形態と同様に１つの昇圧回路１１０のみを備える構成としている。

本実施形態では、バッテリ１０及びオルタネータ１２から電気負荷への給電経路が、第２実施形態と同様に、重要度の高い電気負荷２１に接続される重要負荷用給電経路３０１と、その他の電気負荷２２〜２４に接続される一般負荷用給電経路３０２に区分けされている。しかしながら、重要負荷用給電経路３０１が通常給電経路３０１ａと昇圧給電経路３０１ｂとを有しているのに対し、一般負荷用給電経路３０２は通常給電経路３０２ａのみを有している。昇圧回路１１０は、昇圧給電経路３０１ｂのみに接続されている。

また本実施形態では、個別負荷制御部１３０が一般負荷用給電経路３０２に接続されるとともに、切替スイッチ３５０を介して重要負荷用給電経路３０１の通常給電経路３０１ａ及び昇圧給電経路３０１ｂにも接続されている。切替スイッチ３５０のオン／オフは、昇圧回路制御部３２０からの制御信号によって制御される。アイドリングストップを行っていない通常時は、切替スイッチ３５０をオフにしておく。これにより、通常時は電気負荷２１には通常給電経路３０１ａを経由して電力が供給され、電気負荷２２〜２４には通常給電経路３０２ａを経由して電力が供給される。

本実施形態では、昇圧回路制御部３２０においてＳＯＦが昇圧作動閾値以下でかつ放電限界閾値より高いと判定されたとき、昇圧回路１１０を作動させるとともに、バイパススイッチ３４１、３４２をともにオフにし、さらに切替スイッチ３５０をオンにする。昇圧回路制御部３２０は、電気負荷２１〜２４に供給する電力量に対応する制御信号を昇圧回路１１０に出力して作動させる。また、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３はすべてオンのままに維持する。これにより、昇圧回路１１０から電気負荷２１〜２４のすべてに最低作動電圧より高い電圧で電力が供給される。

また、昇圧回路制御部３２０においてＳＯＦが放電限界閾値以下であると判定されたときは、昇圧回路１１０を作動させるとともに、バイパススイッチ３４１をオフにする。昇圧回路１１０に対しては、電気負荷２１に供給する電力量に対応する制御信号が出力される。これにより、重要度の高い電気負荷２１には、昇圧回路１１０から最低作動電圧より高い電圧で電力が供給される。

一方、電気負荷２２〜２４への電力供給経路では、切替スイッチ３５０がオフにされバイパススイッチ３４２はオンのまま維持される。また、個別負荷制御部１３０の切替スイッチ１３１〜１３３もすべてオンのまま維持される。これにより、バッテリ１０からの電力が昇圧されずに、一般負荷用給電経路３０２を経由して電気負荷２２〜２４に供給される。その結果、重要度の高い電気負荷２１だけでなく、低い電圧でも差動可能な電気負荷が作動する。

上記説明のように、本発明のバッテリ昇圧装置は、アイドリングストップ時の電気負荷への電力供給をバッテリ状態に応じて適切に行うことができる。なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るバッテリ昇圧装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるバッテリ昇圧装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０バッテリ
１１スタータ
１２オルタネータ
１３エンジンＥＣＵ
１４キースイッチ部
２１〜２４電気負荷
３０バッテリ状態検知センサ
１００、２００、３００バッテリ昇圧装置
１０１ａ、２０１ａ、２０２ａ、３０１ａ、３０２ａ通常給電経路
１０１ｂ、２０１ｂ、２０２ｂ、３０１ｂ昇圧給電経路
１１０、２１０−１、２１０−２昇圧回路
１１１昇圧制御スイッチ
１１２コイル
１１３ダイオード
１１４コンデンサ
１２０、２２０、３２０昇圧回路制御部
１３０個別負荷制御部
１３１〜１３３切替スイッチ
１４０、２４１、２４２、３４１、３４２バイパススイッチ
２０１、３０１重要負荷用給電経路
２０２、３０２一般負荷用給電経路
３５０切替スイッチ

Claims

アイドリングストップを行う車両に搭載されたバッテリから電気負荷に電力を供給する給電経路に設けられるバッテリ昇圧装置であって、
前記給電経路を並列に分岐させて設けた通常給電経路及び昇圧給電経路と、
前記通常給電経路に設けられたバイパススイッチと、
前記昇圧給電経路に設けられて前記バッテリからの電力を昇圧させて前記電気負荷側に出力する昇圧回路と、
前記バイパススイッチ及び前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部と、を備え、
前記電気負荷は、重要度に基づいて分類された第１の電気負荷と第２の電気負荷を含み、
前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記第２の電気負荷に接続された、切替スイッチが設けられている個別負荷制御部をさらに備え、
前記給電経路は、前記第１の電気負荷に接続された重要負荷用給電経路と、前記第２の電気負荷に接続された一般負荷用給電経路とに分岐されており、
前記重要負荷用給電経路は、前記通常給電経路となる第１の通常給電経路と前記昇圧給電経路となる第１の昇圧給電経路とを有し、
前記一般負荷用給電経路は、前記通常給電経路となる第２の通常給電経路と前記昇圧給電経路となる第２の昇圧給電経路とを有し、
前記第２の通常給電経路及び前記第２の昇圧給電経路は、前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続され、
前記第１の通常給電経路には前記バイパススイッチである第１のバイパススイッチが設けられ、
前記第２の通常給電経路には前記バイパススイッチである第２のバイパススイッチが設けられ、
前記第１の昇圧給電経路には前記昇圧回路である第１の昇圧回路が設けられ、
前記第２の昇圧給電経路には前記昇圧回路である第２の昇圧回路が設けられており、
前記昇圧回路制御部は、
前記バッテリに設けられたバッテリ状態検知センサからの情報に基づいて前記バッテリの放電能力を示すＳＯＦを算出し、
前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に昇圧を行うか否かを判定するための昇圧作動閾値と、昇圧した電力を前記第１の電気負荷のみに供給するかあるいはすべての前記電気負荷に供給するかを判定するための放電限界閾値とを予め設定して、
前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路及び前記第２の昇圧回路を作動させずに前記第１のバイパススイッチ、前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の通常給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧されていない電力を供給するとともに前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給し、
前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値以下でかつ前記放電限界閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路及び前記第２の昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフにしさらに前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給するとともに前記第２の昇圧給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧された電力を供給し、
前記ＳＯＦが前記放電限界閾値以下と判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記第１の昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチをオフにして前記第１の昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給し、さらに前記第２の昇圧回路を作動させずに前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給する
ことを特徴とするバッテリ昇圧装置。
アイドリングストップを行う車両に搭載されたバッテリから電気負荷に電力を供給する給電経路に設けられるバッテリ昇圧装置であって、
前記給電経路を並列に分岐させて設けた通常給電経路及び昇圧給電経路と、
前記通常給電経路に設けられたバイパススイッチと、
前記昇圧給電経路に設けられて前記バッテリからの電力を昇圧させて前記電気負荷側に出力する昇圧回路と、
前記バイパススイッチ及び前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部と、を備え、
前記電気負荷は、重要度に基づいて分類された第１の電気負荷と第２の電気負荷を含み、
前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記第２の電気負荷に接続された、切替スイッチが設けられている個別負荷制御部と、
前記昇圧回路制御部によって制御されるとともに前記昇圧給電経路及び前記個別負荷制御部に接続された昇圧経路用切替スイッチと、をさらに備え、
前記通常通常給電経路は、前記第１の電気負荷に接続される第１の通常給電経路と、前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続される第２の通常給電経路とに分岐され、
前記第１の通常給電経路には前記バイパススイッチである第１のバイパススイッチが設けられ、
前記第２の通常給電経路には前記バイパススイッチである第２のバイパススイッチが設けられており、
前記昇圧給電経路は、前記第１の通常給電経路に並列に設けられて、前記第１の電気負荷に接続されるとともに前記昇圧経路用切替スイッチ及び前記個別負荷制御部を介して前記第２の電気負荷に接続されており、
前記昇圧回路制御部は、
前記バッテリに設けられたバッテリ状態検知センサからの情報に基づいて前記バッテリの放電能力を示すＳＯＦを算出し、
前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に昇圧を行うか否かを判定するための昇圧作動閾値と、昇圧した電力を前記第１の電気負荷のみに供給するかあるいはすべての前記電気負荷に供給するかを判定するための放電限界閾値とを予め設定して、
前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧経路用切替スイッチをオフにするとともに前記昇圧回路を作動させずに前記第１のバイパススイッチ、前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして、前記第１の通常給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧されていない電力を供給するとともに前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給し、
前記ＳＯＦが前記昇圧作動閾値以下でかつ前記放電限界閾値より高いと判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧回路を作動させるとともに前記個別負荷制御部の切替スイッチ及び前記昇圧経路用切替スイッチをオンにしさらに前記第１のバイパススイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフにして、前記昇圧給電経路から前記第１の電気負荷及び前記第２の電気負荷に昇圧された電力を供給し、
前記ＳＯＦが前記放電限界閾値以下と判定されたときには、前記アイドリングストップからのエンジン再始動時に、前記昇圧回路を作動させるとともに前記第１のバイパススイッチをオフにして前記昇圧給電経路から前記第１の電気負荷に昇圧された電力を供給し、さらに前記昇圧経路用切替スイッチをオフにするとともに前記第２のバイパススイッチ及び前記個別負荷制御部の切替スイッチをオンにして前記第２の通常給電経路から前記第２の電気負荷に昇圧されていない電力を供給する
ことを特徴とするバッテリ昇圧装置。
前記バッテリ状態検知センサから得られたバッテリ劣化度及び充電率が所定の設定値以下に低下したときには、前記アイドリングストップによるエンジン停止中に前記個別負荷制御部の切替スイッチをオフにして前記第１の電気負荷のみに電力を供給する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇圧装置。
前記昇圧回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータである
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇圧装置。
前記ＳＯＦは、前記アイドリングストップ時に前記バッテリ状態検知センサから前記バッテリの充電率及び劣化度を入力して更新される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇圧装置。
前記ＳＯＦは、前記バッテリ状態検知センサからさらに前記バッテリの内部抵抗又は内部インピーダンスと温度とを入力して算出される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇圧装置。
前記第２の電気負荷は、前記車両に搭載されたマルチメディア機器、メータ、及びボディー系機器のいずれか１つ以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ昇圧装置。