JP6481765B2 - 車両用電源制御方法、車両用電源制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、要求された一定電圧を安定して供給することである。
《構成》
先ず、アイドリングストップシステムの概略について説明する。
アイドリングストップ(IS)とは、交差点や渋滞等で車両が停止した際に、エンジンを自動的に停止させ、且つ発進の際に再始動させる機能であり、ノー・アイドリングやアイドル・リダクションとも呼ばれる。
アイドリングストップシステムでは、コントローラ(ECU:Electronic Control Unit)11が各種センサからの検出値に応じて、アイドリングストップを実行する。各種センサには、例えば車輪速センサ12、マスタバック圧力センサ13、アクセルセンサ14、加速度センサ15、エンジン回転センサ16、シフトセンサ17、アイドリングストップOFFスイッチ18等が含まれる。
マスタバック圧力センサ13は、マスタバック(ブレーキブースタ)内の圧力をブレーキペダル踏力Pbとして検出する。このマスタバック圧力センサ13は、マスタバック内の圧力をダイヤフラム部で受け、このダイヤフラム部を介してピエゾ抵抗素子に生じる歪みを電気抵抗の変化として検出し、圧力に比例した電圧信号に変換してコントローラ11に出力する。コントローラ11は、入力された電圧信号からマスタバック内の圧力、つまりブレーキペダル踏力Pbを判断する。
エンジン回転センサ16は、エンジン回転数Neを検出する。このエンジン回転センサ16は、例えばセンサロータの磁力線を検出回路によって検出しており、センサロータの回転に伴う磁界の変化を電流信号に変換してコントローラ11に出力する。コントローラ11は、入力された電流信号からエンジン回転数Neを判断する。
アイドリングストップOFFスイッチ(IS−OFFスイッチ)18は、アイドリングストップシステムのキャンセル操作を検出する。このアイドリングストップOFFスイッチ18は、運転者が操作可能となるようにダッシュボード近傍に設けてあり、例えば常閉型接点の検出回路を介してキャンセル操作に応じた電圧信号をコントローラ11に出力する。コントローラ11は、入力された電圧信号からアイドリングストップ機能をキャンセルするか否かを判断する。
スタータモータ22は、例えば直巻整流子電動機からなり、出力軸のピニヨンギヤをエンジン21のリングギヤに噛合させてトルクを伝達することにより、エンジン21をクランキングする。スタータモータ22には、ピニヨンギヤを軸方向にスライドさせ、エンジン21のリングギヤに対して噛合する突出位置と噛合しない退避位置との間で進退させるソレノイドや、回転軸の回転を減速させる歯車機構等を備える。
エンジン21の動力は、サーペンタイン式のVベルト23を介してオルタネータ(ALT)24に伝達される。オルタネータ24は、Vベルト23を介して伝達された動力によって発電を行い、発電した電力は後述する電源回路へと供給される。オルタネータ24には、レギュレータが内蔵されており、このレギュレータを介して発電電圧が制御される。
アイドリングストップシステムでは、例えば下記の許可条件を全て満足するときに、アイドリングストップを許可するスタンバイ状態となる。
・IS−OFFスイッチ88が非操作状態(アイドリングストップ機能がON)
・バッテリの充電状態(SOC)が例えば70%以上
・シフトポジションがRレンジ以外
・車速Vが0km/h
・アクセルペダル開度PPOが0%
・ブレーキペダル踏力Pbが例えば0.8MPa以上
・路面勾配が例えば14%以下
・エンジン回転数Neが例えば1200rpm未満
ここでは、車輪速度VwFL〜VwRRの平均値等を車速Vとして用いる。また、加減速度に応じて路面勾配を算出している。なお、路面勾配は(垂直距離/水平距離)×100として計算してあり、例えば1Hzのローパスフィルタ処理を行っている。
・アイドリングストップ時からステアリング操作を開始
・車速Vが例えば2km/h以上
・アクセルペダル開度PPOが例えば5%以上
・PレンジからRレンジ又はDレンジへのシフト操作
・NレンジからRレンジ又はDレンジへのシフト操作
・DレンジからRレンジへのシフト操作
上記がアイドリングストップの作動概要である。
図2は、電源回路の構成図である。
電源回路31は、スタータモータ22、及び他の電装負荷25に電力を供給する回路であり、メインバッテリ32と、サブバッテリ33と、リレー34と、を備える。なお、電源回路31は、コントローラ11にも電力を供給しているものとする。
メインバッテリ32には、例えば鉛蓄電池を使用しており、正極には二酸化鉛を用い、負極には海綿状の鉛を用い、電解液には希硫酸を用いている。メインバッテリ32は、オルタネータ24の発電電力によって充電され、満充電状態での開放電圧は例えば12.7Vである。
図3は、断続制御処理を示すフローチャートである。
先ずステップS101では、電源回路31に対して一定の高電圧(以下、一定電圧と称す)を要求している電装負荷25があるか否かを判定する。一定電圧を要求する電装負荷25には、例えばワイパーや高圧燃料ポンプ等がある。ここで、一定電圧が要求されているときにはステップS102に移行する。一方、一定電圧が要求されていないときには、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。
図4は、サブバッテリを遮断するか否かを判断するためのマップである。
ここでは、横軸をサブバッテリ33の充電状態(SOC:State Of Charge)とし、縦軸を電流とする。先ず、オルタネータ24で出力可能な最大電流IMAXを表わす特性線L1を設定する。特性線L1は、横軸と平行な直線であり、エンジン回転数、電装負荷25の使用状況、メインバッテリ32の状態等に応じて求める。また、一定電圧を印加したときの充電状態に応じた充電電流を表わす特性線L2を設定する。特性線L2は、サブバッテリ33の充電状態が高いほど充電電流が小さくなる直線であり、要求される一定電圧に応じて求める。
ステップS104では、リレー34を開くことにより、サブバッテリ33を電源回路31から遮断し、所定のメインプログラムに復帰する。
ステップS105では、リレー34を閉じることにより、サブバッテリ33を電源回路31に接続し、所定のメインプログラムに復帰する。
上記が断続制御処理である。
次に、第1実施形態の作用について説明する。
電装負荷25のなかには、電源回路31に対して一定の高電圧を要求してくるものがある。このとき、リチウムイオンバッテリのように内部抵抗の低い、高性能のサブバッテリ33を接続すると、見かけ上の内部抵抗が減少することにより、同じ電流で充電しているとしても、サブバッテリ33の端子電圧が低下することがある。この場合、要求された一定電圧を供給できなくなる可能性がある。
低性能蓄電池を接続したときの内部抵抗をR1とし、高性能蓄電池を接続したときの内部抵抗をR2とする。高性能蓄電池は、低性能蓄電池に比べて内部抵抗が低く、充電時の受け入れ性能が高いため、R1>R2の関係となる。そして、充電電流をIとすると、低性能蓄電池の端子電圧は、開放電圧にE1=I×R1を加算した値となり、高性能蓄電池の端子電圧は、開放電圧にE2=I×R2を加算した値となる。したがって、高性能蓄電池を接続すると、低性能蓄電池を接続したときよりも、端子電圧が低下することになる。
このように、要求された一定電圧、オルタネータ24の最大電流IMAX、及びサブバッテリ33の充電状態を考慮したうえで、サブバッテリ33を接続するか、又は遮断するかを切り替えるので、要求された一定電圧を安定して供給することができる。
ここでは、アイドリングストップの作動状況、サブバッテリ33の断続状況、回生要求の有無、一定電圧要求の有無、及び電圧を、時間軸で示している。電圧においては、要求された一定電圧ENを実線で示し、サブバッテリ33の電圧ESubを点線で示す。
一定電圧の要求があるが、サブバッテリ33の充電状態が十分であるため、電圧ESubが一定電圧ENを達成している。したがって、サブバッテリ33を遮断する必要はなく、電源回路31に接続したままである。なお、時点t11で回生要求が出ているが、回生要求の有無に関わらず、サブバッテリ33を遮断するか否かを判断している。また、ここではアイドリングストップは作動していないものとする。
ここでは、アイドリングストップの作動状況、サブバッテリ33の断続状況、回生要求の有無、一定電圧要求の有無、及び電圧を、時間軸で示している。電圧においては、要求された一定電圧ENを実線で示し、サブバッテリ33の電圧ESubを点線で示す。
一定電圧の要求があるが、サブバッテリ33の充電状態が不十分であるため、電圧ESubは一定電圧ENよりも低い。この場合、オルタネータ24で一定電圧まで上昇させることができないため、サブバッテリ33を電源回路31から遮断したままである。これにより、メインバッテリ32の電圧EMain(図示省略)によって、一定電圧ENを達成している。なお、時点t12で回生要求が出ているが、回生要求の有無に関わらず、サブバッテリ33を遮断するか否かを判断している。また、ここではアイドリングストップは作動していないものとする。
ここでは、アイドリングストップの作動状況、サブバッテリ33の断続状況、回生要求の有無、一定電圧要求の有無、及び電圧を、時間軸で示している。電圧においては、要求された一定電圧ENを実線で示し、サブバッテリ33の電圧ESubを点線で示す。
一定電圧の要求があるが、サブバッテリ33の充電状態が不十分である。この状態で、時点t13で回生要求があり、サブバッテリ33を接続しても、オルタネータ24の出力性能の限界により、電圧ESubを一定電圧ENまで上昇させることができない。なお、ここではアイドリングストップは作動していないものとする。
アイドリングストップにより、エンジン21を停止している間は、メインバッテリ32の放電を抑制するために、サブバッテリ33を電源回路31に接続することが望ましい。
図9は、動作例3を示すタイムチャートである。
ここでは、アイドリングストップの作動状況、サブバッテリ33の断続状況、一定電圧要求の有無、及び電圧を、時間軸で示している。電圧においては、要求された一定電圧ENを実線で示し、サブバッテリ33の電圧ESubを点線で示す。
ここでは、アイドリングストップの作動状況、サブバッテリ33の断続状況、一定電圧要求の有無、及び電圧を、時間軸で示している。電圧においては、要求された一定電圧ENを実線で示し、サブバッテリ33の電圧ESubを点線で示す。
時点t16で、アイドリングストップによってエンジン21が停止し、時点t17で、エンジン21が再始動される。ここでは、要求される一定電圧ENが直ちに増加する場合を示している。例えば高圧燃料ポンプは、直ちに高電圧が要求されることがある。このような場合には、サブバッテリ33を直ちに遮断することで、一定電圧を安定して供給することを優先する。
第1実施形態では、リレー34が機械的な開閉器である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用してもよい。この場合、MOSFETをスイッチング制御して、回路電圧を高くし、サブバッテリ33の充電電流を低くする状態を作り出すようにすれば、同様の作用効果を得ることができる。
メインバッテリ32が「主蓄電池」に対応する。サブバッテリ33が「副蓄電池」に対応する。リレー34が「副蓄電池用の開閉器」に対応する。オルタネータ24が「発電機」に対応する。ステップS101〜S105の処理が「断続制御部」に対応する。
次に、第1実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第1実施形態に係る車両用電源制御方法では、メインバッテリ32が接続され、且つメインバッテリ32よりも内部抵抗の低いサブバッテリ33を接続可能な電源回路31に対して、一定電圧を要求される。このときに、要求された一定電圧と、電源回路31に対してオルタネータ24が出力可能な最大電流と、サブバッテリ33の充電状態とに応じて、サブバッテリ33を電源回路31に接続するか、又は電源回路31から遮断するかを切り替える。
このように、要求された一定電圧、オルタネータの最大電流、及びサブバッテリ33の充電状態を考慮したうえで、サブバッテリ33を接続するか、又は遮断するかを切り替えるので、要求された一定電圧を安定して供給することができる。
このように、エンジン21が停止している間は、サブバッテリ33を電源回路31に接続することで、メインバッテリ32の放電を抑制することができる。
このように、一定電圧が直ちに要求されていないときには、サブバッテリ33を電源回路31に接続したままにするので、リレー34の開閉動作を減らし、耐久性を高めることができる。
このように、一定電圧が直ちに要求されているときには、サブバッテリ33を電源回路31から遮断するので、要求された一定電圧を安定して供給することができる。
このように、リレー34を用いることにより、サブバッテリ33の接続又は遮断を、容易に、且つ確実に切り替えることができる。
このように、要求された一定電圧、オルタネータの最大電流、及びサブバッテリ33の充電状態を考慮したうえで、サブバッテリ33を接続するか、又は遮断するかを切り替えるので、要求された一定電圧を安定して供給することができる。
21 エンジン
22 スタータモータ
24 オルタネータ
25 電装負荷
31 電源回路
32 メインバッテリ
33 サブバッテリ
34 リレー
Claims (6)
- 主蓄電池が接続され、且つ前記主蓄電池よりも内部抵抗の低い副蓄電池を接続可能な電源回路に対して、発電機による発電時において一定電圧を要求されたときに、
要求された一定電圧と、前記電源回路に対する前記発電機の出力電流と、前記副蓄電池の充電状態とに応じて、前記副蓄電池を前記電源回路に接続したとき前記一定電圧を達成可能であるか否かを判断し、達成可能と判断された場合は前記副蓄電池を前記電源回路に接続し、達成不可能を判断された場合は前記副蓄電池を前記電源回路から遮断することを特徴とする車両用電源制御方法。 - 車両状態に応じてエンジンを停止させるエンジン停止機能がある場合には、
前記エンジン停止機能によって前記エンジンが停止している間は、前記副蓄電池を前記電源回路に接続することを特徴とする請求項1に記載の車両用電源制御方法。 - 前記エンジンを再始動したときに、前記一定電圧が直ちに要求されていないときには、前記副蓄電池を前記電源回路に接続した状態を維持することを特徴とする請求項2に記載の車両用電源制御方法。
- 前記エンジンを再始動したときに、前記一定電圧が直ちに要求されているときには、前記副蓄電池を前記電源回路から遮断することを特徴とする請求項2又は3に記載の車両用電源制御方法。
- 前記副蓄電池を前記電源回路に接続するか、又は前記電源回路から遮断するかを、前記副蓄電池用の開閉器によって切り替えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の車両用電源制御方法。
- 電源回路に接続された主蓄電池と、
前記主蓄電池よりも内部抵抗が低く、前記電源回路に接続可能な副蓄電池と、
発電した電力を前記電源回路に供給する発電機と、
前記電源回路に対して前記発電機による発電時において一定電圧を要求されたときに、要求された一定電圧と、前記発電機の出力電流と、前記副蓄電池の充電状態とに応じて、前記副蓄電池を前記電源回路に接続したとき前記一定電圧を達成可能であるか否かを判断し、達成可能と判断された場合は前記副蓄電池を前記電源回路に接続し、達成不可能を判断された場合は前記副蓄電池を前記電源回路から遮断する断続制御部と、を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。
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