(57)【要約】【課題】コストを削減可能な電源装置を提供することを課題とする。【解決手段】電源装置１は、車両９に搭載される。電源装置１において、バッテリ１１は、エンジン６が再始動していない場合、オンされたスイッチ１２を介して複数の電気負荷２の各々に電圧を供給する。バックブーストコンバータ１３は、車両９のエンジンの再始動時にバッテリ１１の電圧を所定の電圧に昇圧し、昇圧された電圧を複数の電気負荷２の各々に供給する。バックブーストコンバータ１３の最大出力電流は、複数の電気負荷２が前記エンジンの再始動時に消費する最大電流の積算値である。【選択図】図１
2020054129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電源装置であって、
複数の電気負荷の各々に電圧を供給するバッテリと、
前記車両のエンジンの再始動時に、前記複数の電気負荷の各々に所定の電圧を供給する電力供給部と、を備え、
前記電力供給部の最大出力電流は、前記複数の電気負荷が前記エンジンの再始動時に消費する最大電流の積算値である、電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記電力供給部は、前記バッテリから受けた電圧を前記所定の電圧に昇圧するバックブーストコンバータである、電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記電力供給部は、前記バッテリと異なるバッテリであり、
前記電力供給部の電気容量は、前記最大出力電流と前記エンジンの再始動に要する時間とに基づいて決定される、電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の停車中にエンジンを停止させるアイドリングストップ車両が従来から知られている。アイドリングストップ車両は、エンジンの再始動時に多くの電力を消費する。このため、アイドリングストップ車両が停止回数の多い市街地等で走行する場合、アイドリングストップ車両に搭載されたバッテリの電圧低下を招き、当該車両に搭載された電気負荷の動作に不具合を及ぼす虞がある。電気負荷は、例えば、ナビゲーション装置である。
【０００３】
例えば、エンジンの再始動時にバッテリの電圧が一時的に低下した場合、車両に搭載されたナビゲーション装置が再起動することが考えられる。ナビゲーション装置が再起動した場合、運転者は、案内中の経路をナビゲーション装置に再設定する必要がある。エンジンの再始動時におけるバッテリの電圧低下は、電気負荷で不都合が発生する要因となる。
【０００４】
特許文献１は、バッテリから供給される電圧を昇圧する昇圧回路を含む電源装置を開示している。特許文献１に係る電源装置は、エンジンの再始動時にバッテリの電圧を昇圧し、昇圧された電圧を電気負荷に供給する。これにより、エンジンの再始動時における電気負荷の不都合の発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０１５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る電源装置において、昇圧回路の電流容量は、昇圧回路に接続される電気負荷の定格電流に基づいて決定される。昇圧回路の電流容量が電気負荷の定格電流に基づいて決定された場合、電源装置のコストが増加する。この理由は、昇圧回路を構成する部品や、昇圧回路の周辺回路を構成する部品が大型化するとともに、これらの部品の数が増加するためである。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、コストを削減可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の発明は、車両に搭載される電源装置であって、バッテリと、電力供給部とを備える。バッテリは、複数の電気負荷の各々に電圧を供給する。電力供給部は、車両のエンジンの再始動時に、複数の電気負荷の各々に所定の電圧を供給する。電力供給部の最大出力電流は、複数の電気負荷がエンジンの再始動時に消費する最大電流の積算値である。
【０００９】
第１の発明によれば、電力供給部の最大許容電流を低下させることができる。電力供給部を構成する部品及び電力供給部の周辺回路を構成する部品を小型化でき、これらの部品の数を削減できる。これにより、電源装置のコストを削減できる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明であって、電力供給部は、バッテリから受けた電圧を所定の電圧に昇圧するバックブーストコンバータである。
【００１１】
第２の発明によれば、電力供給部としてバックブーストコンバータを使用することにより、電源装置を小型化することができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明であって、電力供給部は、バッテリと異なるバッテリである。電力供給部の電気容量は、最大出力電流とエンジンの再始動に要する時間とに基づいて決定される。
【００１３】
第３の発明によれば、バッテリである電力供給部が、エンジンの再始動時に複数の電気負荷の各々に電圧を供給する。電力供給部の電気容量は、最大出力電流とエンジンの再始動に要する時間とに基づいて決定される。これにより、エンジンの再始動時において、複数の電気負荷に安定的に電圧を供給できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電源装置のコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置を備える車載システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示すバッテリから供給される電圧の時間変化の一例を示す図である。
【図３】図１に示す車両の速度変化の一例を示す図である。
【図４】図１に示す電気負荷の消費電流の一例を示す表である。
【図５】図１に示す車載システムの変形例の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
｛１．構成｝
｛１．１．電源システム１００の構成｝
図１は、本実施の形態に係る電源装置１を備える電源システム１００の構成を示す機能ブロック図である。図１を参照して、電源システム１００は、例えば、アイドリングストップ機能を有する車両９に搭載される。車両９は、例えば、エンジン６を搭載する自動車である。
【００１８】
車両９は、エンジン６及び電源システム１００の他に、スタータ３と、オルタネータ４と、イグニッションスイッチ５とを搭載する。
【００１９】
スタータ３は、エンジン６を始動させるモータである。オルタネータ４は、エンジン６の回転を動力源として電圧を生成する。オルタネータ４は、車両９の減速時において回生ブレーキとして動作する。オルタネータ４により生成された電圧は、バッテリ１１に充電される。イグニッションスイッチ５は、イグニッション信号Ｓを、電源装置１に供給する。イグニッション信号Ｓのレベルは、図示しないキーシリンダーの位置に応じて変化する。
【００２０】
電源システム１００は、電源装置１と、複数の電気負荷２とを備える。
【００２１】
電源装置１は、イグニッションスイッチ５からイグニッション信号Ｓを受け、その受けたイグニッション信号Ｓに基づいて、複数の電気負荷２の各々に電圧を供給する。複数の電気負荷２の各々は、電源装置１から供給される電圧により駆動する。
【００２２】
｛１．２．電源装置１の構成｝
電源装置１は、バッテリ１１と、スイッチ１２と、バックブーストコンバータ１３と、電源管理装置１４とを備える。
【００２３】
バッテリ１１は、２次電池であり、複数の電気負荷の各々に電圧を供給する電源である。バッテリ１１は、例えば、鉛蓄電池や、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池である。
【００２４】
バッテリ１１は、エンジン６が稼働している場合、オルタネータ４により生成された電圧を充電する。バッテリ１１は、イグニッションスイッチがオンである場合、スイッチ１２又はバックブーストコンバータ１３を介して電気負荷２に電圧を供給する。
【００２５】
スイッチ１２は、電源管理装置１４によりオンオフを制御される。スイッチ１２がオンである場合、スイッチ１２は、バッテリ１１と複数の電気負荷２の各々とを電気的に接続する。
【００２６】
バックブーストコンバータ１３は、電源管理装置１４の制御により駆動する。バックブーストコンバータ１３は、エンジン６が再始動中である場合、複数の電気負荷の各々に電圧を供給する電力供給部として動作する。具体的には、バックブーストコンバータ１３は、エンジン６が再始動中である場合、バッテリ１１から供給された電圧を所定の電圧に昇圧し、昇圧された電圧を複数の電気負荷２の各々に供給する。バックブーストコンバータ１３の構成は特に限定されず、昇圧方法は特に限定されない。所定の電圧は、例えば、１４Ｖである。エンジン６が再始動中でない場合、バックブーストコンバータ１３は停止する。
【００２７】
バックブーストコンバータ１３の最大許容電流は、エンジン６が再始動するときにおける複数の電気負荷２の各々の消費電流の積算値である。バックブーストコンバータ１３の最大許容電流の詳細については、後述する。
【００２８】
電源管理装置１４は、イグニッション信号Ｓがオンである場合、スイッチ１２及びバックブーストコンバータ１３のいずれか一方を介して、バッテリ１１と複数の電気負荷２の各々とを接続する。
【００２９】
エンジン６が再始動中でない場合、電源管理装置１４は、スイッチ１２をオンにし、バックブーストコンバータ１３を停止する。つまり、エンジン６が稼働中である場合、複数の電気負荷２の各々は、バッテリ１１から電圧の供給を受ける。エンジンが稼働中であるとは、燃焼によってエンジンが回転している状態を示す。
【００３０】
エンジン６が再始動中である場合、電源管理装置１４は、スイッチ１２をオフにし、バックブーストコンバータ１３を駆動させる。つまり、エンジン６が再始動中である場合、複数の電気負荷２の各々は、バックブーストコンバータ１３により昇圧された電圧の供給を受ける。
【００３１】
｛１．３．電気負荷２｝
電気負荷２は、ＥＰＳ（電動パワーステアリング：Electric Power Steering）装置２１と、ＶＳＣ（車両安定制御：Vehicle Stability Control）装置と２２、ＡＶＮ（Audio Visual Navigation）装置２３とを含む。
【００３２】
ＥＰＳ装置２１は、運転者によるステアリングホイールの操作を補助する装置である。
【００３３】
ＶＳＣ装置２２は、車両９の旋回時における姿勢を制御する。具体的には、ＶＳＣ装置２２は、車両９の制動時に車輪のロックを防ぐＡＢＳ（Anti-lock Brake System）や、車輪の空転を防ぐＴＣＳ（Traction Control System）等を制御することによって、旋回時における車両９の姿勢を制御する。
【００３４】
ＡＶＮ装置２３は、ナビゲーション機能、記録媒体に記録された音声信号やラジオ放送を再生する音響再生機能、記録媒体に記録された画像信号やテレビ放送を再生する画像再生機能を有する複合装置である。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）や、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等である。
【００３５】
｛２．電源装置１の動作｝
電源管理装置１４は、イグニッションスイッチ５がオンであることを示すイグニッション信号Ｓを受けている場合、バッテリ１１と複数の電気負荷２の各々とを電気的に接続する。バッテリ１１から複数の電気負荷２の各々までの経路は、エンジン６が再始動中あるか否かに依存する。
【００３６】
エンジン６が再始動中でない場合、電源管理装置１４は、スイッチ１２をオンにする。これにより、バッテリ１１は、スイッチ１２を介して複数の電気負荷２の各々に電圧を供給する。電源管理装置１４は、エンジン６が再始動中でない場合、バックブーストコンバータ１３を駆動させない。例えば、電源管理装置１４は、エンジン６が再始動中でない場合、バックブーストコンバータ１３を構成するスイッチング素子を継続的にオフにする。エンジン６が再始動中でないとは、図示しない車両９のイグニッションスイッチの位置がオン又はアクセサリである状態を示す。
【００３７】
エンジン６が再始動中である場合、電源管理装置１４は、スイッチ１２をオフにし、バックブーストコンバータ１３を駆動させる。バックブーストコンバータ１３は、バッテリ１１から電圧の供給を受け、その受けた電圧を所定の電圧に昇圧する。バックブーストコンバータ１３は、昇圧された電圧を複数の電気負荷の各々に供給する。つまり、エンジン６が再始動中である場合、複数の電気負荷の各々は、バックブーストコンバータ１３から所定の電圧の供給を受ける。
【００３８】
｛３．エンジンの再始動に伴う電圧低下｝
アイドリングストップ機能を有する車両９は、赤信号などで停止した場合にエンジンを停止させ、発進する場合にエンジンを再始動させる。つまり、車両９は、エンジンの停止と再始動とを繰り返す。エンジンの再始動時において、バッテリ１１から供給される電圧が大幅に低下する。以下、詳しく説明する。
【００３９】
図２は、車両９に搭載されたバッテリの電圧変化の一例を示す図である。図２を参照して、バッテリ１１の出力電圧は、時刻ｔ１までの期間においてＶａである。電圧Ｖａは、例えば、１４Ｖである。エンジンが時刻ｔ１において再始動を開始し、時刻ｔ２において再始動を終了すると仮定する。時刻ｔ１〜ｔ３の期間において、バッテリ１１の電圧の大半がスタータ３に供給される。スタータ３が備えるモータが、エンジン６を回転させるためである。この結果、バッテリ１１の出力電圧は、時刻ｔ１から急激に低下する。バッテリ１１の出力電圧は、時刻ｔ２においてＶｂまで低下した後、徐々に増加する。スタータ３の消費電力が、エンジンの回転増加に伴って徐々に減少するためである。
【００４０】
エンジンの再始動が終了した時刻ｔ３において、バッテリ１１の電圧は、Ｖａよりも低いＶｃである。時刻ｔ３よりも後の時刻ｔ４において、バッテリ１１の電圧は、Ｖａに回復する。以下、エンジンの再始動に伴ってバッテリ１１の出力電圧が低下する期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ４）を、「電圧低下期間」と記載する。
【００４１】
エンジン６が再始動中である場合において、複数の電気負荷の各々が、スイッチ１２を介してバッテリ１１から電圧の供給を受けていると仮定する。この仮定では、複数の電気負荷２の各々に供給される電圧は、電圧低下期間において低下する。つまり、複数の電気負荷の各々は、エンジン６の再始動に起因した影響を受ける。
【００４２】
具体的には、ＥＰＳ装置２１に供給される電圧が、エンジン６の再始動に伴って低下した場合、車両９の運転者は、ステアリングを操作することが困難になる虞がある。ＥＰＳ装置２１が、ステアリング操作を補助することができないためである。ＶＳＣ装置２２に供給される電圧が、エンジン６の再始動に伴って低下した場合、ＶＳＣ装置２２がＡＢＳを利用することができず、車両９の姿勢を適切に制御できない虞がある。ＡＶＮ装置２３に供給される電圧が、エンジン６の再始動に伴って低下した場合、ＡＶＮ装置２３は、リセットされ、再起動を始める。ＡＶＮ装置２３が再起動した場合、車両９の運転者が経路を再設定する、ナビゲーション画面が一時的に表示されなくなる等の不都合が生じる。
【００４３】
そこで、電源装置１は、エンジン６を再始動させる場合、バックブーストコンバータ１３により昇圧された電圧を複数の電気負荷２の各々に供給する。例えば、バックブーストコンバータ１３は、バッテリ１１から受けた電圧を図２に示す電圧Ｖａに昇圧する。この結果、複数の電気負荷２に供給される電圧は、エンジン６の再始動に伴う電圧低下期間においても低下しない。複数の電気負荷２の各々は、エンジン６の再始動の影響を受けることなく動作を継続できる。
【００４４】
｛４．バックブーストコンバータ１３の許容電流｝
図３は、車両９の状態変化の一例を示す図である。図３を参照して、車両９の状態は、停車、エンジン再始動、加速、等速及び減速のいずれかである。図３において、エンジン再始動の期間は、エンジンの再始動に要する実際の時間を誇張して示している。
【００４５】
図３において、停車は、車両９の速度がゼロであることを示す。車両９が停車している場合、エンジン６は停止している。再始動は、車両９を発進させるためにエンジン６を始動させていることを示す。エンジン６は、車両９の運転者がアクセルを踏み込むなど、運転者が車両９を発進させる操作をすることにより再始動する。車両９の発進操作は、具体的には、車両９のアクセルペダルの踏み込みである。
【００４６】
加速は、車両９が速度を増加させながら前進していることを示す。等速は、車両９が速度を維持しながら前進していることを示す。減速は、車両９が速度を減少させながら前進していることを示す。
【００４７】
ＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３の各々の最大消費電流は、図３に示す５つの状態において変化する。図４は、図１に示す電気負荷２の各々の最大消費電流の一例を示す表である。
【００４８】
図４を参照して、ＥＰＳ装置２１の最大消費電流は、エンジンの再移動時において１（Ａ）、加速時において６（Ａ）である。ＥＰＳ装置２１の最大消費電流は、停車時、等速時及び減速時の各々において２（Ａ）である。ＶＳＣ装置２２の最大消費電流は、停止時、再始動時及び加速時の各々において５（Ａ）である。ＶＳＣ装置２２の最大消費電流は、等速時において６（Ａ）であり、減速時において１０（Ａ）である。ＡＶＮ装置２３の最大消費電流は、停止時、再始動時、加速時、等速時及び減速時の各々において２（Ａ）である。
【００４９】
ＥＰＳ装置２１の消費電流は、車両９が加速している時に最大となり、その値は６（Ａ）である。ＶＳＣ装置２２の消費電流は、車両９が減速している時に最大となり、その値は１０（Ａ）である。ＡＶＮ装置２３の消費電流は、車両９の走行状態に依存しないため一定である。従って、ＡＶＮ装置２３の最大消費電流は、２（Ａ）である。
【００５０】
バックブーストコンバータ１３の最大許容電流を、ＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３の最大消費電流に基づいて決定した場合、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流は、ＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３の各々の最大消費電流を積算することにより算出される。この結果、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流は、１８（Ａ）である。
【００５１】
エンジン６再始動時におけるＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３の消費電流は、１（Ａ）、５（Ａ）及び２（Ａ）である。従って、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流を、ＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３のエンジン再始動時における消費電流に基づいて決定した場合、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流は、ＥＰＳ装置２１、ＶＳＣ装置２２及びＡＶＮ装置２３の各々のエンジン再始動時における消費電流を積算することにより算出される。従って、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流は、８Ａ（Ａ）である。
【００５２】
エンジン再始動時における電気負荷２の各々の消費電流に基づいて決定した最大許容電流は、電気負荷２の各々の最大消費電流に基づいて決定した最大消費電流の１／２以下である。バックブーストコンバータ１３の最大許容電流をエンジン再始動時における電気負荷２の各々の消費電流に基づいて決定することにより、バックブーストコンバータ１３の最大許容電流を低下させることができる。
【００５３】
この結果、バックブーストコンバータ１３を構成する部品や、バックブーストコンバータ１３の周辺回路を構成する部品を、大電流に対応させなくてもよい。これらの部品を小型化でき、かつ、これらの部品の点数を削減することができるため、電源装置１のコストを削減することができる。また、電力供給部としてバックブーストコンバータ１３を使用することにより、電源装置１を小型化することができる。
【００５４】
｛変形例｝
図５は、本実施の形態に係る電源装置１の変形例である電源装置１Ａの構成を示す機能ブロック図である。図５を参照して、電源装置１Ａは、バックブーストコンバータ１３に代えて、バッテリ１３Ａを備える。バッテリ１３Ａはバッテリ１１とは別体で構成される。バッテリ１３Ａは、複数の電気負荷２の各々に接続され、スタータ３及びオルタネータ４に接続されない。バッテリ１３Ａの最大許容電流は、バックブーストコンバータ１３と同様に、エンジン６再始動時における電気負荷２の各々の消費電流に基づいて決定される。
【００５５】
バッテリ１３Ａの電気容量は、エンジンの再始動時間をバッテリ１３Ａの最大許容電流に乗じた値以上であればよい。エンジン６が再始動する場合、バッテリ１３Ａは、電気負荷２の各々の消費電流をエンジンの再始動期間にわたって継続して電気負荷２の各々に供給する必要があるためである。これにより、エンジンの再始動時において、複数の電気負荷２の各々に安定的に電圧を供給できる。
【００５６】
なお、上記実施の形態において、電気負荷２がＥＰＳ装置２１と、ＶＳＣ装置２２と、ＡＶＮ装置２３である例を説明したが、これに限られない。電気負荷２の数は、２以下であってもよいし、４以上であってもよい。バックブーストコンバータ１３は、昇圧された電圧を図１に示す電気負荷以外の負荷に供給してもよい。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  車載システム
１  電源装置
２  電気負荷
３  スタータ
４  オルタネータ
５  イグニッションスイッチ
９  車両
１１  バッテリ
１２  スイッチ
１３  バックブーストコンバータ
【図１】
2020054129.tif 000003
【図２】
2020054129.tif 000004
【図３】
2020054129.tif 000005
【図４】
2020054129.tif 000006
【図５】
2020054129.tif 000007