JP7295664B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源装置に関し、特に、アイドリングストップ機能を有する車両に備えられる車両用電源装置に関する。

エンジンを備える車に於いては、近年、アイドリングストップ機能を備えたものが登場してきている。従来の車両では停止時にもエンジンが運転されているアイドリングを行っていたが、アイドリングストップ機能では、燃料の節約や排出ガスの削減などのため、不必要なアイドリングを停車時に止める。

アイドリングストップ時から車両を発進させる際には、エンジンを再起動させる。エンジンの当該再起動に際し、バッテリ等の主電源に加えて、キャパシタ等から電力を供給する発明が特許文献１ないし特許文献３に記載されている。

特開２０１８－５７１７９公報 特開２０１５－２１７９１９公報 特開２００５－１１２２５０公報

しかしながら、上記した特許文献１ないし特許文献３に記載された発明では、アイドリングストップ時から復帰してエンジンを再起動する際に、キャパシタ等の補助的電源から電力を負荷に供給する技術事項は記載されているものの、補助的電源から供給される電力の電力量に関する検討は必ずしも十分ではない。補助的電源から負荷に供給される電力量が不十分であれば、コンバータ等の電力変換装置の動作が不安定になり、カーナビゲーション等の設定情報が不用意にリセットされる恐れがある。また、補助的電源から負荷に供給される電力量が過大な場合は、大型の補助的電源が必要になり、小型化や低コスト化に反する。

特に、近年に於いては、車両に備えられる先進安全システムが進化しており、先進安全システムを制御するための各種カメラユニットおよびセンサ等が増大している。先進安全システムを構成しているこれらのユニットは、エンジン再始動時において所定の性能を維持するために電源安定化が必要である。よって、電力変換装置が電圧を補償するべき構成部品が増大している。

また、エンジン再起動に於いては、配線であるハーネスの電圧抵抗の増大により電圧降下が発生する。この対処方法として、ハーネスの直径を大きくすることで配線抵抗を小さくすることも考えられるが、この対処方法であると、ハーネスの配索が困難になる課題がある。また、掛かる電圧降下に対処するために、コンバータの容量を大きくする対策が存在するが、このようにすると装置の大型化やコスト高を招く恐れがある。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、アイドリングストップ状態からエンジン再始動時に移行する際における電力変換回路の動作を安定化できる車両用電源装置を提供することにある。

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路と接続された蓄電部と、前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、前記蓄電部から前記電力変換回路への電力の供給が終了した後に、前記通常電源の電圧が最低電圧を下回らないように、前記閾値電圧を設定することを特徴とする。

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路と接続された蓄電部と、前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、前記電力変換回路が前記車両搭載負荷に供給される電力を昇圧した後に、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を開始し、前記通常電源の電圧が前記閾値電圧に達したら、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を停止することを特徴とする。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、前記通常電源と前記電力変換回路との間に配置され、前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記通常電源の電力を、前記車両搭載負荷および前記蓄電部に供給することを特徴とする。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、前記電力変換回路を介して前記通常電源と接続され、前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記電力変換回路により昇圧された電力により、前記蓄電部を充電することを特徴とする。

本発明の車両用電源装置では、前記制御装置は、前記電力変換回路により降圧された電力を、前記車両搭載負荷に供給することを特徴とする。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、キャパシタであることを特徴とする。

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路と接続された蓄電部と、前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、前記蓄電部から前記電力変換回路への電力の供給が終了した後に、前記通常電源の電圧が最低電圧を下回らないように、前記閾値電圧を設定することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、通常電源が最低電圧を下回らないことで、電力変換回路により電圧を安定的に昇圧することができる。

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路と接続された蓄電部と、前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、前記電力変換回路が前記車両搭載負荷に供給される電力を昇圧した後に、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を開始し、前記通常電源の電圧が前記閾値電圧に達したら、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を停止することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、電力変換回路の動作に伴い電圧降下が発生する期間のみに、蓄電部から電力変換回路への給電を行うことで、蓄電部の小型化を達成できる。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、前記通常電源と前記電力変換回路との間に配置され、前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記通常電源の電力を、前記車両搭載負荷および前記蓄電部に供給することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、エンジンが再始動するまでの間に、蓄電部を充分に充電することができる。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、前記電力変換回路を介して前記通常電源と接続され、前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記電力変換回路により昇圧された電力により、前記蓄電部を充電することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、電力変換回路により昇圧して蓄電部を充電することで、蓄電部を更にコンパクトにすることができる。

本発明の車両用電源装置では、前記制御装置は、前記電力変換回路により降圧された電力を、前記車両搭載負荷に供給することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、電力変換回路により適切な電圧に変換された電力を車両搭載負荷に供給することができる。

本発明の車両用電源装置では、前記蓄電部は、キャパシタであることを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、蓄電部としてキャパシタを採用することで、電力変換回路に対して瞬時に電力を供給することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置が組み込まれた車両の接続構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は車両用電源装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ａに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｂに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｃに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｄに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｅに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置の効果を示す図であり、（Ａ）は本実施形態の車両用電源装置に於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートであり、（Ｂ）および（Ｃ）は比較例のタイミングチャートである。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す回路図である。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ａに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｂに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｃに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｄに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の他の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を示す回路図であり、（Ｂ）はエンジンの再始動時の期間Ｅに於ける電源電圧の変化を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る車両用電源装置１１を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

図１を参照して、車両用電源装置１１の構成を説明する。図１（Ａ）は車両用電源装置１１を含む車両１０の概略構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は車両用電源装置１１の構成を詳細に示す回路図である。

図１（Ａ）を参照して、車両１０は、通常電源１２と、車両用電源装置１１と、車両搭載負荷１３と、を備えている。車両１０は、ここでは図示しないエンジンを駆動源として走行する車両であり、アイドリングストップ機能を備えている。アイドリングストップ機能とは、燃料の節約や排出ガスの削減などのため、交差点等で車両１０が停車する際等に、不必要なアイドリングを止める機能である。

通常電源１２は、車両搭載負荷１３に電力を供給する。通常電源１２の具体例としては、例えば、１２Ｖの直流電力を発生する充電可能な鉛蓄電池やリチウムイオンバッテリである。

車両搭載負荷１３は、車両１０に搭載される負荷であり、例えば、エンジンを始動させるスタータ、カーナビゲーション装置、オーディオ装置、メータ装置、ＥＣＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、電動ステアリング、シートヒータ、デフロスタ用ヒータ、ヘッドライト等の照明装置、ワイパ、空調装置、カメラ、センサ、ディスプレイ、衝突被害軽減ブレーキに代表される先進安全システム等である。

車両用電源装置１１は、車両用電源装置１１から車両搭載負荷１３に供給される電力を変換する。

図１（Ｂ）を参照して、車両用電源装置１１の回路構成を説明する。車両用電源装置１１の内部には、通常電源１２と車両搭載負荷１３とを結ぶ径路として第１径路１７１が形成されている。第１径路１７１には、第１スイッチ２９１が介装されている。第１スイッチ２９１としては、電界効果型トランジスタまたはバイポーラ型トランジスタ等の半導体スイッチ、または、リレー等の機械式スイッチを採用することができる。この事項は後述する他のスイッチに関しても同様である。

また、第１径路１７１の第１接点２３１と第２接点２３２とを接続することで、第１径路１７１をバイパスすると共に、電力変換回路である昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１を含むバイバス径路が形成されている。

具体的には、このバイパス径路は、第２径路１７２、第３径路１７３および第４径路１７４を備える。第２径路１７２は、第１径路１７１の第１接点２３１から分岐している。第２径路１７２には昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１が介装されている。第２径路１７２の他端である第６接点２３６には第２スイッチ２９２が接続している。第２スイッチ２９２は、第６接点２３６と、第４接点２３４または第５接点２３５との接続を切り替えることができるスイッチである。

第４接点２３４は、第３径路１７３を介して、第２接点２３２と接続している。また第３径路１７３の途中に形成された第３接点２３３から、第４径路１７４が分岐している。第４径路１７４の他端は、第５接点２３５に接続している。第４径路１７４には、第３接点２３３の側から、第３スイッチ２９３、ダイオード１８および抵抗１９が介装されている。また、第４径路１７４において、抵抗１９と第５接点２３５との間に第７接点２３７が形成されており、第７接点２３７から第５径路１７５が枝分かれしている。第５径路１７５の他端は接地されており、第５径路１７５には蓄電部であるキャパシタ１５が介装されている。

制御装置１６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなり、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも称される。制御装置１６は、通常電源１２の電圧等に基づいて、上記した各スイッチの導通状態、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の動作、等を制御している。

次に図２から図６を参照して、上記した車両用電源装置１１の動作を説明する。ここでは、車両用電源装置１１は、アイドリングストップ機能を有する車両１０が、アイドリングストップ状態からエンジン再起動に遷移する再起動動作に於いて、車両搭載負荷１３に印加される電圧を一定以上に補償している。車両１０のこのような動作は、期間Ａないし期間Ｅを含んでおり、各期間を以下に説明する。

図２を参照して、再起動動作の最初の期間である期間Ａを説明する。図２（Ａ）は期間Ａに於ける車両用電源装置１１の動作を示す回路図であり、図２（Ｂ）は期間Ａに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ａは、例えば、乗員がブレーキペダルを踏み、車両１０が交差点等で停車し、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している期間である。図２（Ａ）では、車両用電源装置１１における電流の流れを一点鎖線で示しており、係る事項は後述する各図でも同様である。

図２（Ａ）を参照して、期間Ａでは、制御装置１６は、車両搭載負荷１３に電力を供給しつつ、キャパシタ１５を充電する。期間Ａでは、制御装置１６から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に入力されるＩＳＳ（Ｉｄｌｉｎｇ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）信号はＬｏｗ状態となっている。また、制御装置１６は、第１スイッチ２９１および第３スイッチ２９３を導通状態とし、第２スイッチ２９２を遮断状態としている。

車両用電源装置１１を上記の状態とすることで、第１径路１７１を経由して、通常電源１２から車両搭載負荷１３に電力が供給される。また、第１径路１７１、第２接点２３２、第３径路１７３、第３接点２３３、第４径路１７４、第３スイッチ２９３、ダイオード１８、抵抗１９、第７接点２３７および第５径路１７５を介して、キャパシタ１５が充電される。

図２（Ｂ）を参照して、期間Ａでは、通常電源１２の電圧は、例えば１２Ｖ程度で安定している。

図３を参照して、期間Ｂを説明する。図３（Ａ）は期間Ｂに於ける車両用電源装置１１の動作を示す回路図であり、図３（Ｂ）は期間Ｂに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｂでは、アイドリングストップ状態からエンジンを再起動させる際に、車両搭載負荷１３に供給される電圧が低下することを抑止するために、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１で昇圧した電力を車両搭載負荷１３に供給している。また、期間Ｂでは、制御装置１６が、エンジン起動の準備を行うための電気信号を、車両用電源装置１１の各構成部位に伝送する。

図３（Ａ）を参照して、期間Ｂでは、制御装置１６から発せられるＩＳＳ信号はＨｉｇｈ状態となっている。また、制御装置１６は、第１スイッチ２９１を遮断状態とし、第２スイッチ２９２により第４接点２３４と第６接点２３６とを接続し、第３スイッチ２９３を遮断状態としている。

車両用電源装置１１を上記の状態とすることで、第１径路１７１、第２接点２３２、第３径路１７３、第４接点２３４、第２スイッチ２９２、第６接点２３６、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１、第２径路１７２、第１接点２３１および第１径路１７１を介して、通常電源１２からの電力が昇圧されて車両搭載負荷１３に供給される。一方、キャパシタ１５は充分に充電されているので、キャパシタ１５には電力を供給しない。

図３（Ｂ）に示すように、期間Ｂは、例えば、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している期間に於いて、乗員がブレーキペダルから足を離してからエンジンが再起動するまでの期間である。期間Ｂでは、通常電源１２の電圧降下は未だ発生していない。

図４を参照して、期間Ｃを説明する。図４（Ａ）は期間Ｃに於ける車両用電源装置１１の動作を示す回路図であり、図４（Ｂ）は期間Ｃに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｃは、エンジンが再起動する瞬間を含み、キャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力が供給される。

図４（Ａ）を参照して、制御装置１６は、第１スイッチ２９１を遮断状態とし、第２スイッチ２９２により第５接点２３５と第６接点２３６とを接続し、第３スイッチ２９３を遮断状態としている。

車両用電源装置１１を上記の状態とすることで、第５径路１７５、第７接点２３７、第５接点２３５、第２スイッチ２９２、第６接点２３６、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１、第２径路１７２、第１接点２３１および第１径路１７１を介して、キャパシタ１５から車両搭載負荷１３に電力が供給される。

図４（Ｂ）を参照して、期間Ｃは、例えば、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している状態から、セルモータを運転することでエンジンを再起動させる瞬間およびその直後の間の期間である。ここで、期間Ｂから期間Ｃへの変遷、即ち、キャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１への給電は、通常電源１２の電圧降下が発生する直前または当該電圧降下が発生した直後である。

期間Ｃにおいて発生する電圧降下を説明する。昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１で昇圧する場合、入力時に低い電圧で規定の電力を要するため、入力電流量が大きくなる。具体的には、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に入力する入力電力が６Ｖ×２０Ａ＝１２０Ｗの場合、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１から出力される出力電力は１２Ｖ×１０Ａ＝１２０Ｗとなる。よって、入力電流値が大きくなることで配線抵抗による電圧降下も大きくなり、入力電圧が落ち込む現象が発生する。また、エンジン再始動を行うセルモータ等のスタータにより電力が消費されることも、電圧降下の要因の一つである。

電圧降下が発生すると、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の性能を発揮できない恐れがある。昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１が充分に性能を発揮できなければ、例えば、車両搭載負荷１３の一例であるカーナビゲーションシステムに充分な電圧を印加することができず、カーナビゲーションシステムの設定が不用意にリセットされてしまう恐れがある。

電圧降下から車両搭載負荷１３を保護するために、一般的には、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１で、昇圧した電力を車両搭載負荷１３に供給しているが、上記した配線抵抗により、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の性能を充分に発揮することは難しい。

そこで、本実施形態では、電圧降下が発生する期間Ｃに於いて、キャパシタ１５から、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力を供給している。このようにすることで、通常電源１２の電圧を、後述する閾値電圧まで回復させ、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の昇圧機能を十分に発揮することができる。また、キャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力が供給されるのは、通常電源１２の電圧が急激に低下する電圧降下が発生する期間のみである。よって、サイズが小さいキャパシタ１５を採用することができ、キャパシタ１５を採用することに伴う高コスト化および大型化を抑制できる。係る事項は、図７を参照して後述する。

図５を参照して、期間Ｄを説明する。図５（Ａ）は期間Ｄに於ける車両用電源装置１１の動作を示す回路図であり、図５（Ｂ）は期間Ｄに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｄは、アイドリングストップ期間の後に、エンジンが運転されている期間に於いて、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１により通常電源１２の電圧が補償されている期間である。

図５（Ａ）を参照して、期間Ｄに於いて、制御装置１６は、第１スイッチ２９１を遮断状態とし、第２スイッチ２９２により第４接点２３４と第６接点２３６とを接続し、第３スイッチ２９３を遮断状態としている。

車両用電源装置１１を上記の状態とすることで、第１径路１７１、第２接点２３２、第３径路１７３、第４接点２３４、第２スイッチ２９２、第６接点２３６、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１、第２径路１７２、第１接点２３１および第１径路１７１を介して、通常電源１２からの電力が昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１により昇圧されて車両搭載負荷１３に供給される。一方、キャパシタ１５には電力は供給されない。

図５（Ｂ）に示すように、本実施形態では、上記した期間Ｃでキャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力を供給することで、通常電源１２の電圧を閾値電圧まで回復させている。よって、期間Ｄに於いて、配線抵抗等に起因して電圧ドロップが発生したとしても、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回ることを防止し、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の昇圧性能を十分に発揮することができる。

図６を参照して、期間Ｅを説明する。図６（Ａ）は期間Ｅに於ける車両用電源装置１１の動作を示す回路図であり、図６（Ｂ）は期間Ｅに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。ここで、期間Ｅは、例えば、アイドリングストップ機能が終了した後に、エンジンの駆動力で車両１０が走行する期間である。

図６（Ａ）を参照して、制御装置１６は、第１スイッチ２９１および第３スイッチ２９３を導通状態とし、第２スイッチ２９２を遮断状態としている。これにより、期間Ｅでは、第１径路１７１を経由して、通常電源１２から車両搭載負荷１３に電力が供給される。また、通常電源１２からの電力は、第１径路１７１、第２接点２３２、第３径路１７３、第３接点２３３、第４径路１７４、第３スイッチ２９３、ダイオード１８、抵抗１９、第７接点２３７および第５径路１７５を介して、キャパシタ１５が充電される。

図６（Ｂ）を参照して、期間Ｅでは、通常電源１２の電圧は、例えば１２Ｖ程度で安定している。

図７を参照して、上記した本実施形態により奏される効果を説明する。図７（Ａ）は上記した本実施形態による通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートであり、図７（Ｂ）は期間Ｃにおける昇圧を閾値よりも低くした場合の比較例を示すタイミングチャートであり、図７（Ｃ）は期間Ｃにおける昇圧を閾値よりも高くした場合の比較例を示すタイミングチャートである。

図７（Ａ）を参照して、本実施形態では、期間Ｃに於いて、通常電源１２の電圧が閾値電圧に達するまで、キャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力を供給している。ここで、閾値電圧とは、その電圧まで通常電源１２の電圧を回復したら、その後の期間に於いて、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回ることがなく、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の性能を確保することができる電圧の下限であり、例えば、８Ｖないし１０Ｖである。期間Ｃにて通常電源１２の電圧を閾値まで回復させることで、期間Ｃより後の期間に於いて、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回ることを抑止することができる。ここで、最低電圧とは、それ以下の電圧となれば、その時点に於いて昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の性能を確保することができない電圧であり、例えば、６Ｖである。

図７（Ｂ）を参照して、一方、期間Ｃにて通常電源１２の電圧が閾値電圧に達しなければ、次の期間に於いて、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回り、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１が充分に昇圧することができない恐れがある。

図７（Ｃ）を参照して、また、期間Ｃにて通常電源１２の電圧が閾値電圧よりも過大となれば、通常電源１２の電圧を高めるために、ハッチングで示すように大きな容量のキャパシタ１５が必要になり、キャパシタ１５の大型化およびコスト高を招く恐れがある。

上記のことから、本実施形態では、期間Ｃに於いて、通常電源１２の電圧が閾値電圧に達するまで、キャパシタ１５から昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１に電力を供給している。これにより、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１により安定的に昇圧を行うことができ、キャパシタ１５の小型化を達成することができる。

図８以降の図を参照して、他の形態に係る車両用電源装置２１の構成および動作を説明する。車両用電源装置２１の基本的構成および回路動作は、上記した車両用電源装置１１と同様であり、重複する構成および動作の説明は上記形態を援用する。車両用電源装置２１では、電力変換回路として昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を採用している。

図８を参照して、車両用電源装置２１の回路構成を説明する。車両用電源装置２１の内部には、通常電源１２と車両搭載負荷１３とを結ぶ径路として第１径路３１１が形成されている。第１径路３１１には、第１スイッチ３４１が介装されている。

また、第１径路３１１の第１接点３２１と第２接点３２２とを接続することで、第１径路３１１をバイパスする昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を含むバイバス径路が形成されている。

具体的には、このバイパス径路は、第１径路３１１の第１接点３２１から分岐する第２径路３１２と、第２接点３２２から分岐する第３径路３１３と、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２とを含む。第２径路３１２と昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２との間には、第２スイッチ３４２が配設され、第３径路３１３と昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２との間に第３スイッチ３４３が配設されている。

昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２は、車両用電源装置２１に内蔵された電力変換回路であり、制御装置３５の指示に基づいて、入力電力の昇圧および降圧を行うことができる。昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の両端には、第９接点３２９および第８接点３２８が形成されている。

第４径路３１４は、車両用電源装置２１の内部に形成された径路であり、その両端に第６接点３２６および第５接点３２５が形成されている。第４径路３１４には、ダイオード３７、抵抗３８、第７接点３２７が形成されている。

第７接点３２７からは第５径路３１５が分岐しており、第５径路３１５にはキャパシタ３３が介装されている。第５径路３１５の他端は接地されている。

第２スイッチ３４２は、第３接点３２３または第６接点３２６と、第９接点３２９とを接続するスイッチである。第３スイッチ３４３は、第４接点３２４または第５接点３２５と、第８接点３２８とを接続するスイッチである。

制御装置３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなり、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも称される。制御装置３５は、通常電源１２の電圧等に基づいて、上記した各スイッチの導通状態、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の動作、等を制御している。

次に図９から図１３を参照して、上記した車両用電源装置２１の動作を説明する。ここでは、車両用電源装置２１は、アイドリングストップ機能を有する車両１０が、アイドリングストップ状態からエンジン再起動に遷移する再起動動作に於いて、車両搭載負荷１３に印加される電圧を一定以上に補償している。車両１０のこのような動作は、期間Ａないし期間Ｅを含んでおり、各期間を以下に説明する。

図９を参照して、再起動動作の最初の期間である期間Ａを説明する。図９（Ａ）は期間Ａに於ける車両用電源装置２１の動作を示す回路図であり、図９（Ｂ）は期間Ａに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。ここで、期間Ａは、例えば、乗員がブレーキペダルを踏み、車両１０が交差点等で停車し、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している期間である。

図９（Ａ）を参照して、期間Ａでは、車両搭載負荷１３に電力を供給しつつ、キャパシタ３３を充電する。期間Ａでは、制御装置３５が発生するＩＳＳ（Ｉｄｌｉｎｇ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）信号はＬｏｗ状態となっている。制御装置３５は、第１スイッチ３４１を導通状態としている。また、制御装置３５は、第２スイッチ３４２により第３接点３２３と第９接点３２９とを接続し、第３スイッチ３４３により第５接点３２５と第８接点３２８とを接続している。また、制御装置３５は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を、例えば１２Ｖから２４Ｖに昇圧する、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータとして動作させている。

車両用電源装置２１を上記の状態とすることで、第１径路３１１を経由して、通常電源１２から車両搭載負荷１３に電力が供給される。また、第１径路３１１、第１接点３２１、第２径路３１２、第３接点３２３、第２スイッチ３４２、第９接点３２９、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２、第８接点３２８、第３スイッチ３４３、第５接点３２５、第４径路３１４、ダイオード３７、抵抗３８、第７接点３２７、第５径路３１５を介して、通常電源１２によりキャパシタ３３が充電される。昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２は、通常電源１２からの電力を１２Ｖから２４Ｖに昇圧するので、キャパシタ３３には２４Ｖの電力が供給される。充電電圧を高くすることで、キャパシタの薄型化、高容量化が可能となり、キャパシタ３３の小型化を図れる。

図９（Ｂ）を参照して、期間Ａでは、通常電源１２の電圧は、例えば１２Ｖ程度で安定している。

図１０を参照して、期間Ｂを説明する。図１０（Ａ）は期間Ｂに於ける車両用電源装置２１の動作を示す回路図であり、図１０（Ｂ）は期間Ｂに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｂでは、アイドリングストップ状態からエンジンを再起動させる際に、車両搭載負荷１３に供給される電圧が低下することを抑止するために、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２で昇圧した電力を車両搭載負荷１３に供給している。

図１０（Ａ）を参照して、期間Ｂでは、制御装置３５から昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２に入力されるＩＳＳ信号はＨｉｇｈ状態となっている。また、制御装置３５は、第１スイッチ３４１を遮断状態とする。また、制御装置３５は、第２スイッチ３４２により第３接点３２３と第９接点３２９とを接続し、第３スイッチ３４３により第４接点３２４と第８接点３２８とを接続している。また、制御装置３５は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータとして動作させている。

車両用電源装置２１を上記の状態とすることで、通常電源１２からの電力は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２で所定の電圧に昇圧された後に、車両搭載負荷１３に供給される。具体的には、通常電源１２からの電力は、第１径路３１１、第１接点３２１、第２径路３１２、第３接点３２３、第２スイッチ３４２、第９接点３２９、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２、第８接点３２８、第３スイッチ３４３、第４接点３２４、第３径路３１３、第２接点３２２および第１径路３１１を介して、車両搭載負荷１３に供給される。

一方、キャパシタ３３は充分に充電されているので、キャパシタ３３には電力を供給しない。

図１０（Ｂ）に示すように、期間Ｂは、例えば、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している期間に於いて、乗員がブレーキペダルから足を離してからエンジンが再起動するまでの期間である。期間Ｂでは、通常電源１２の電圧降下は未だ発生していない。

図１１を参照して、期間Ｃを説明する。図１１（Ａ）は期間Ｃに於ける車両用電源装置２１の動作を示す回路図であり、図１１（Ｂ）は期間Ｃに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｃでは、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２にキャパシタ３３から電力を供給する。

図１１（Ａ）を参照して、制御装置３５は、第１スイッチ３４１を遮断状態とする。また、制御装置３５は、第２スイッチ３４２により第６接点３２６と第９接点３２９とを接続し、第３スイッチ３４３により第４接点３２４と第８接点３２８とを接続している。また、制御装置３５は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を、例えば、２４Ｖから１２Ｖに降圧する降圧ＤＣ－ＤＣコンバータとして動作させている。

車両用電源装置２１を上記の状態とすることで、キャパシタ３３から車両搭載負荷１３に電力を供給することができる。具体的には、第５径路３１５、第７接点３２７、第４径路３１４、第６接点３２６、第２スイッチ３４２、第９接点３２９、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２、第８接点３２８、第３スイッチ３４３、第４接点３２４、第３径路３１３、第２接点３２２および第１径路３１１を介して、降圧された電力が、キャパシタ３３から車両搭載負荷１３に電力が供給される。

図１１（Ｂ）を参照して、期間Ｃは、例えば、アイドリングストップ機能によりエンジンが停止している状態から、セルモータを運転することでエンジンを再起動させる期間である。

期間Ｃにおいて、上記のようにキャパシタ３３から車両搭載負荷１３に電力を供給することで、電圧降下に伴い車両搭載負荷１３の動作が不安定になることを抑制できる。具体的には、上記したように、キャパシタ３３から車両搭載負荷１３に電力を供給することで、通常電源１２の電圧を閾値電圧まで回復している。これにより、後述する期間Ｄに於いて、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回ることを抑止できる。更にここでは、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を用いて、昇圧状態でキャパシタ３３を充電し、キャパシタ３３の放電時には電力を降圧することで、キャパシタ３３の更なる小型化を図ることができる。

図１２を参照して、期間Ｄを説明する。図１２（Ａ）は期間Ｄに於ける車両用電源装置２１の動作を示す回路図であり、図１２（Ｂ）は期間Ｄに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｄは、アイドリングストップ期間の後に、エンジンが運転されている初期期間に於いて、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２により通常電源１２の電圧が補償されている期間である。

図１２（Ａ）を参照して、期間Ｄに於いて、制御装置３５は、第１スイッチ３４１を遮断状態とし、第２スイッチ３４２により第３接点３２３と第９接点３２９とを接続し、第３スイッチ３４３により第８接点３２８と第４接点３２４とを接続する。

車両用電源装置２１を上記の状態とすることで、通常電源１２からの電力は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２で所定の電圧に昇圧された後に、車両搭載負荷１３に供給される。具体的には、通常電源１２からの電力は、第１径路３１１、第１接点３２１、第２径路３１２、第３接点３２３、第２スイッチ３４２、第９接点３２９、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２、第８接点３２８、第３スイッチ３４３、第４接点３２４、第３径路３１３、第２接点３２２および第１径路３１１を介して、車両搭載負荷１３に供給される。

一方、キャパシタ３３は充分に充電されているので、キャパシタ３３には電力を供給しない。

図１２（Ｂ）に示すように、本実施形態では、上記した期間Ｃでキャパシタ３３から昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２に電力を供給することで、通常電源１２の電圧を上記した閾値電圧まで上昇させている。よって、期間Ｄに於いて、配線抵抗等に起因して電圧低下が発生したとしても、通常電源１２の電圧が最低電圧を下回ることを防止し、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の昇圧性能を十分に発揮することができる。

図１３を参照して、期間Ｅを説明する。図１３（Ａ）は期間Ｅに於ける車両用電源装置２１の動作を示す回路図であり、図１３（Ｂ）は期間Ｅに於ける通常電源１２の電圧値を示すタイミングチャートである。期間Ｅは、例えば、アイドリングストップ機能が終了した後に、エンジンの駆動力で車両１０が走行する期間である。

図１３（Ａ）を参照して、期間Ｅでは、車両搭載負荷１３に電力を供給しつつ、キャパシタ３３を充電する。制御装置３５は、第１スイッチ３４１を導通状態とし、第２スイッチ３４２により第３接点３２３と第９接点３２９とを接続し、第３スイッチ３４３により第５接点３２５と第８接点３２８とを接続している。また、制御装置３５は、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータとして動作させている。

車両用電源装置２１を上記の状態とすることで、第１径路３１１を経由して、通常電源１２から車両搭載負荷１３に電力が供給される。また、第１径路３１１、第１接点３２１、第２径路３１２、第３接点３２３、第２スイッチ３４２、第９接点３２９、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２、第８接点３２８、第３スイッチ３４３、第５接点３２５、第４径路３１４、ダイオード３７、抵抗３８、第７接点３２７、第５径路３１５を介して、通常電源１２からキャパシタ３３に給電される。

図１３（Ｂ）を参照して、期間Ｅでは、通常電源１２の電圧は、例えば１２Ｖ程度で安定している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。

１０ 車両
１１ 車両用電源装置
１２ 通常電源
１３ 車両搭載負荷
１４１ 昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ
１４２ 昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ
１５ キャパシタ
１６ 制御装置
１７１ 第１径路
１７２ 第２径路
１７３ 第３径路
１７４ 第４径路
１７５ 第５径路
１８ ダイオード
１９ 抵抗
２１ 車両用電源装置
２３１ 第１接点
２３２ 第２接点
２３３ 第３接点
２３４ 第４接点
２３５ 第５接点
２３６ 第６接点
２３７ 第７接点
２９１ 第１スイッチ
２９２ 第２スイッチ
２９３ 第３スイッチ
３１１ 第１径路
３１２ 第２径路
３１３ 第３径路
３１４ 第４径路
３１５ 第５径路
３２１ 第１接点
３２２ 第２接点
３２３ 第３接点
３２４ 第４接点
３２５ 第５接点
３２６ 第６接点
３２７ 第７接点
３２８ 第８接点
３２９ 第９接点
３３ キャパシタ
３４１ 第１スイッチ
３４２ 第２スイッチ
３４３ 第３スイッチ
３５ 制御装置
３７ ダイオード
３８ 抵抗

Claims (6)

1. アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、
   前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、
   前記電力変換回路と接続された蓄電部と、
   前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、
   前記制御装置は、
   前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、
   前記蓄電部から前記電力変換回路への電力の供給が終了した後に、前記通常電源の電圧が最低電圧を下回らないように、前記閾値電圧を設定することを特徴とする車両用電源装置。
2. アイドリングストップ機能を有する車両において、通常電源から車両搭載負荷に供給される電力を変換する装置であり、
   前記通常電源から出力される電力の電圧を変換する電力変換回路と、
   前記電力変換回路と接続された蓄電部と、
   前記電力変換回路を制御する制御装置と、を具備し、
   前記制御装置は、
   前記通常電源の電圧が降下する直前、または、前記通常電源の電圧の降下が開始された時に、前記通常電源の電圧が、予め規定された閾値電圧まで達するように、前記蓄電部から前記電力変換回路に電力を供給し、
   前記電力変換回路が前記車両搭載負荷に供給される電力を昇圧した後に、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を開始し、前記通常電源の電圧が前記閾値電圧に達したら、前記蓄電部から前記電力変換回路への給電を停止することを特徴とする車両用電源装置。
3. 前記蓄電部は、前記通常電源と前記電力変換回路との間に配置され、
   前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記通常電源の電力を、前記車両搭載負荷および前記蓄電部に供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記蓄電部は、前記電力変換回路を介して前記通常電源と接続され、
   前記制御装置は、アイドリングストップ機能が終了するに際して、前記電力変換回路により昇圧された電力により、前記蓄電部を充電することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用電源装置。
5. 前記制御装置は、前記電力変換回路により降圧された電力を、前記車両搭載負荷に供給することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
6. 前記蓄電部は、キャパシタであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の車両用電源装置。

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