(57)【要約】【課題】エンジン再始動時にＤＣ／ＤＣコンバータからの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができる車両用電源装置を提供することを課題とする。【解決手段】第２の蓄電装置（４）に蓄電された電力を降圧して車載の電気負荷（５）に電力を供給する変換器（１０、２０）は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段（１２）を備えると共に、エンジンの再始動条件が成立したとき、電流制限手段（１２）による所定の電流上限値への制限を解除する電流制限解除手段（２０）を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2015178324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させるエンジンのアイドルストップ制御装置を備えた車両のための電源装置であって、
前記エンジンによって駆動される発電機と、
前記発電機により発電された電力を蓄え、前記エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をエンジン始動手段に供給する第１の蓄電装置と、
前記発電機にスイッチ手段を介して接続され、該スイッチ手段が閉状態で前記発電機により発電された電力を蓄える第２の蓄電装置と、
前記第２の蓄電装置に蓄電された電力を降圧して車載の電気負荷に電力を供給する変換器と、を備え、
前記変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、前記エンジンの再始動条件が成立したとき、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除する電流制限解除手段を備える
ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記電流制限解除手段は、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除し、出力電流を前記所定の電流上限値よりも高い供給可能最大電流値に制限する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電源装置、特に、アイドルストップシステムを備えた車両のための電源装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
現在、エンジンの燃費性能向上のためのシステムとして、車両停止時に、ブレーキＯＮ、車速ゼロ等の所定の停止条件成立でエンジンを自動停止させ、エンジン停止中、ブレーキＯＦＦ等の所定の再始動条件成立で自動的に再始動させるアイドルストップシステムが実用化されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されているように、アイドルストップシステムを搭載した車両の電源装置は、図５に示すように、エンジンによって駆動される発電機５０１、スタータ等のエンジン始動手段５０２に電力を供給する第１バッテリ５０３、発電機５０１によって発電された電力を蓄える第２バッテリ５０４、及び、車両に搭載された各種電気デバイス（以下、「電気負荷」という）５０５と第２バッテリ５０４との間に介設され、電気負荷５０５への給電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ５０６を備えている。
【０００４】
ここで、第１バッテリ５０３には、例えば鉛バッテリが用いられ、第２バッテリ５０４には、例えばリチウムイオンバッテリや容量型蓄電器（キャパシタ）が用いられる。また、電気負荷５０５には、例えば、ランプ、電動パワーステアリング、オーディオ、パワーウインド、デフォガ、シートヒータ、ダイナミックスタビリティコントロール等が含まれる。
【０００５】
一方で、ＤＣ／ＤＣコンバータは、通常、耐久性等を考慮して、その放熱特性に基づき出力電流が所定電流値に制限される。
【０００６】
これに関するものとして、特許文献２には、ＤＣ／ＤＣコンバータは、電気負荷が高負荷状態となってＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流供給能力を超えると、２つのバッテリを併用して電力供給することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２０８５９９号公報
【特許文献２】特開２００７−６４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、アイドルストップシステムを搭載した車両の電源装置では、エンジン再始動時、鉛バッテリは、エンジン始動手段によるクランキングに出力電力を専ら供給する必要がある。したがって、再始動時には、電気負荷はＤＣ／ＤＣコンバータからの電力だけで電気負荷の作動をまかわなければならないことになる。その場合、例えばパワーウインドを開けながらブレーキから足を離す等、エンジンの再始動時に電力消費量が大きい電気負荷（例えば、ランプ、パワーウインド、高出力オーディオシステムなど）が作動すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの制限電流内では作動中の電気負荷に対する供給電力が不足するおそれがある。特に、運転者によるステアリング操作がアイドルストップ中のエンジンの再始動条件とされている場合は、この操作によるパワーステアリングユニットによる電力消費が大きいため、他の電気負荷に対する供給電力が不足しやすくなる。
【０００９】
そこで本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、エンジン再始動時にＤＣ／ＤＣコンバータからの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができる車両用電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、
所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させるエンジンのアイドルストップ制御装置を備えた車両のための電源装置であって、
前記エンジンによって駆動される発電機と、
前記発電機により発電された電力を蓄え、前記エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をエンジン始動手段に供給する第１の蓄電装置と、
前記発電機にスイッチ手段を介して接続され、該スイッチ手段が閉状態で前記発電機により発電された電力を蓄える第２の蓄電装置と、
前記第２の蓄電装置に蓄電された電力を降圧して車載の電気負荷に電力を供給する変換器と、を備え、
前記変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、前記エンジンの再始動条件が成立したとき、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除する電流制限解除手段を備える
ことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記電流制限解除手段は、前記電流制限手段による前記所定の電流上限値への制限を解除し、出力電流を前記所定の電流上限値よりも高い供給可能最大電流値に制限する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述の各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。
【００１４】
まず、請求項１に記載の発明によれば、アイドルストップ制御装置を備えた車両において、車載の電気負荷に電力を供給する変換器は、出力電流を所定の電流上限値に制限する電流制限手段を備えると共に、エンジンの再始動条件が成立したときに、変換器の電流制限手段による制限を解除する電流制限解除手段を備えるので、エンジンの再始動時のみ、変換器は所定の電流上限値を超える大電流を流すことができる。このとき、エンジンの再始動時に電気負荷が過渡的に増加すると、変換器に大電流が流れるが、エンジンの再始動時間は短時間（通常、１秒以内）であるので、変換器がジュール熱により損傷するおそれがない。したがって、本発明によれば、エンジン再始動時に変換器からの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、電流制限解除手段が電流制限手段による電流上限値への制限を解除したとき、エンジンの再始動時に電流上限値よりも大きな電流が流れることとなるが、その電流は供給可能最大電流値に制限されるので、過渡的な大電流から変換器を保護して信頼性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。
【図２】図１の車両用電源装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る車両用電源装置のシステム構成を示す図である。
【図５】従来の車両用電源装置のシステム構成を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源装置について、図１を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、所定の停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、所定の再始動条件の成立によりエンジンを自動再始動させる車両１のための電源装置１００のシステム構成を示している。
【００１９】
図１に示すように、車両用電源装置１００は、車両の減速時に行う減速回生発電とエンジン（図示しない）に駆動されて行う通常発電とが可能な回生オルタネータ１と、エンジンの始動を行うスタータ２と、回生オルタネータ１により発電された電力を蓄え、エンジンの自動再始動時に、蓄えた電力をスタータ２に供給するバッテリ３と、回生オルタネータ１にノーマルオープン型の第１リレー６を介して接続され、第１リレー６が閉状態で回生オルタネータ１により発電された電力を蓄えるキャパシタ４と、キャパシタ４に蓄電された電力を降圧して車両に搭載された各種電気負荷５にメインヒューズボックス７を介して電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０と、を有している。
【００２０】
回生オルタネータ１は、エンジンによりベルト駆動されて、減速時等の運動エネルギを効率的に電力回生する可変電圧式（例えば１２〜２５Ｖ）のオルタネータであり、効率よく送電と蓄電を行うために例えば最大２５Ｖまで高電圧化が可能である。
【００２１】
バッテリ３は、一般的な鉛バッテリである。
【００２２】
キャパシタ４は、回生した大量の電気エネルギを瞬時に蓄え、効率的に取り出して使用できる、大容量の低抵抗電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）であり、例えば最大２５Ｖの電圧を発生できる。なお、このキャパシタ４は、電気自動車などに使われるリチウムイオン電池や一般的な鉛電池と比べた時、急速蓄電（例えば５０〜６０ｋｍ／ｈ走行時に数秒）が可能であり、放電深度が無制限であり、半永久的な寿命を持つ等の優位性を備えるものである。
【００２３】
電気負荷５には、例えば、ランプ、電動パワーステアリング、オーディオ、パワーウインド、デフォガ、シートヒータ、ダイナミックスタビリティコントロール、ナビゲーションシステム等が含まれる。
【００２４】
第１リレー６は、感電防止のために、車両の衝突事故や保守時にキャパシタ４に蓄電された電流を車両用電源装置１００から遮断するものである。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０は、キャパシタ４に蓄電された電力を電気負荷５に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１、キャパシタ４に蓄電された電力を蓄えるコンデンサ１６を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１は、出力電流を制限する電流リミッタ１２を備え、該電流リミッタ１２によって、出力電流を供給可能最大電流値（例えば１３０Ａ）から所定の電流上限値（例えば、９５Ａ）に制限することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１は、例えば、最大ＤＣ２５ＶをＤＣ１４Ｖまで降圧して出力することが可能である。
【００２６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０には、回生オルタネータ１からバッテリ３に供給される電力を遮断可能なノーマルオープン型の第２リレー１３と第３リレー１４が直列に設けられている。
【００２７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０には、バッテリ３に蓄えられた電力を電気負荷５にＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１を介さずに供給するための第１のバイパス回路部１７が設けられている。この第１のバイパス回路部１７は、その一端が第２リレー１３と第３リレー１４の間の回路部に接続されると共に、その他端がＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１の出力側に接続されている。
【００２８】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０には、第３リレー１４が故障により開状態のままになった場合に、バッテリ３から電気負荷５に給電できるように、第３リレー１４をバイパスするように２つのダイオード１５が並列に設けられている。
【００２９】
上述のＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０によって制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０は、エンジンのアイドルストップ制御等を行うエンジン用ＥＣＵ３０からの出力信号等の各種信号に基づいて信号処理を行い、その処理結果に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０に制御信号を出力する。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０は、エンジン用ＥＣＵ３０からエンジンの再始動条件が成立した旨の出力信号を受け取ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１の電流リミッタ１２による所定の電流上限値への制限を解除するように構成されている。
【００３０】
なお、請求項１の「変換器」は、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０とＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０を併せたものに相当する。
【００３１】
次に、図２を参照しながら、車両用電源装置１００の具体的な電源制御方法について説明する。
【００３２】
まず、エンジン用ＥＣＵ３０からの出力信号に基づいて、エンジンが始動しているか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００３３】
エンジンが始動していると判定した場合、ブレーキＯＮ、車速ゼロ等の所定のアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。一方で、エンジンが始動していないと判定した場合、ステップＳ１に戻る。
【００３４】
ステップＳ２でアイドルストップ条件が成立していると判定すると、エンジン用ＥＣＵ３０はエンジンを自動停止する（ステップＳ３）。一方で、アイドルストップ条件が不成立と判定した場合、ステップＳ２に戻る。
【００３５】
次に、エンジン停止中、ブレーキＯＦＦ等、所定のエンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００３６】
ステップＳ４で再始動条件が成立していると判定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０がＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１の電流リミッタ１２による電流制限を解除する（ステップＳ５）。一方で、再始動条件が不成立と判定した場合、ステップＳ３に戻る。
【００３７】
次に、第２リレー１３の接点を開状態（オフ状態）にする（ステップＳ６）。
【００３８】
次に、エンジン用ＥＣＵ３０はエンジンを再始動する（ステップＳ７）。
【００３９】
次に、エンジンが再始動したか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４０】
ステップＳ８でエンジンが再始動したと判定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１の出力電流を電流リミッタ１２によって制限する（ステップＳ９）。一方で、ステップＳ８でエンジンが再始動していないと判定すると、ステップＳ７に戻る。
【００４１】
最後に、第２リレー１３の接点を閉状態（オン状態）にする（ステップＳ１０）。
【００４２】
以上により、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１は、エンジンの再始動時のみ所定の電流上限値（例えば９５Ａ）を超える大電流（例えば１３０Ａ）を流すことができる。このとき、エンジンの自動再始動時に電気負荷５が過渡的に増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１に大電流が流れるが、エンジンの再始動時間は短時間（通常、１秒以内）であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１がジュール熱により損傷するおそれがない。したがって、エンジン再始動時にＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１からの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷５を作動させることができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ２０が電流リミッタ１２による電流上限値（例えば９５Ａ）への制限を解除したとき、エンジンの再始動時に電流上限値よりも大きな電流が流れることとなるが、その電流は供給可能最大電流値（例えば１３０Ａ）に制限されるので、過渡的な大電流からＤＣ／ＤＣコンバータ本体１１を保護して信頼性をより向上させることができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る車両用電源装置２００について、図３を参照しながら説明する。なお、上述の第１の実施形態と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。
【００４５】
上述の第１の実施形態では、リレー６の接点を開状態から閉状態（オン状態）にした際、リレー６の両端の電位差が大きいと（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０側でＤＣ５Ｖ、キャパシタ４側でＤＣ１６Ｖの場合）、リレー６に瞬間的に過大な電流（数百Ａ）が流れることで、リレー６の接点が溶損するおそれがある。
【００４６】
そこで、第２の実施形態は、リレー６の接点を開状態から閉状態にする直前に、リレー６の両端の電位を縮小させるための第２のバイパス回路部２０１が設けられている。第２のバイパス回路部２０１は、リレー６をバイパスするように設けられ、第２のバイパス回路部２０１には、ＦＥＴリレー２０２とダイオード２０３が直列に設けられている。
【００４７】
ここで、一般にＦＥＴリレーは、通常の有接点リレーのような機械的な可動部を持たず、半導体素子で構成された無接点リレーである。ＦＥＴリレーは、通電時に半導体素子が発熱するが、短時間であれば通常の有接点リレーに比べて大きな電流を通電することが可能である。また、ＦＥＴリレーには接点が存在しないので、当然にリレー接点が溶損するおそれがない。
【００４８】
そして、上述の車両用電源装置２００は、リレー６を開状態から閉状態にする前に、まず第２のバイパス回路部２０１のＦＥＴリレー２０２を閉状態にし、第２のバイパス回路部２０１を介してＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０内のコンデンサ１６に充電を行い（図３の矢印参照）、リレー６の両端の電位差を所定の範囲内に縮小させた後（例えば、コンデンサ１６の電圧をＤＣ１６Ｖ付近、すなわち、リレー６のＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０側の接点電圧をＤＣ１６Ｖ付近にした後）、リレー６を閉状態にするように制御される。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば、リレー６を流れる過渡電流を抑制し、リレー６の接点を保護することができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る車両用電源装置３００について、図４を参照しながら説明する。なお、上述の第１の実施形態と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。
【００５１】
上述の第１の実施形態では、リレー１４が閉状態で、リレー１３の接点を開状態から閉状態（オン状態）にした際、リレー１３の両端の電位差が大きいと（例えば、バッテリ３側でＤＣ１４Ｖ、キャパシタ４側でＤＣ５Ｖの場合）、リレー１３に瞬間的に過大な電流（数百Ａ）が流れることで、リレー１３の接点が溶損するおそれがある。
【００５２】
そこで、第３の実施形態は、リレー１３の接点を開状態から閉状態にする直前に、リレー１３の両端の電位を縮小させるための第３のバイパス回路部３１１が設けられている。第３のバイパス回路部３１１は、リレー１３をバイパスするように設けられ、第３のバイパス回路部３１１には、ＦＥＴリレー３１２とダイオード３１３が直列に設けられている。
【００５３】
そして、上述の電源装置３００は、リレー１３を開状態から閉状態にする前に、まず第３のバイパス回路部３１１のＦＥＴリレー３１２を閉状態にし、第３のバイパス回路部３１１を介してコンデンサ１６に充電を行い（図４の矢印参照）、リレー１３の両端の電位差を所定の範囲内に縮小させた後（例えば、コンデンサ１６の電圧をＤＣ１４Ｖ付近、すなわち、リレー１３のコンデンサ１６側の接点電圧をＤＣ１４Ｖ付近にした後）、リレー１３を閉状態にするように制御される。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、上述の第２の実施形態と同様に、リレー１３を流れる過渡電流を抑制し、リレー１３の接点を保護することができる。
【００５５】
なお、本発明は例示された実施形態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において、種々の改良および設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００５６】
例えば、上述の第１の実施形態乃至第３の実施形態は、一部または全部を適宜組み合わせて実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明によれば、車両用電源装置において、エンジン再始動時にＤＣ／ＤＣコンバータからの電力のみで電力消費量が大きい電気負荷を作動させることができるので、この種の車両の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００５８】
１    回生オルタネータ（発電機）
２    スタータ（エンジン始動手段）
３    バッテリ（第１の蓄電装置）
４    キャパシタ（第２の蓄電装置）
５    電気負荷
６    第２リレー（スイッチ手段）
１０    ＤＣ／ＤＣコンバータユニット
１２    電流リミッタ（電流制限手段）
２０    ＤＣ／ＤＣコンバータ用ＥＣＵ（電流制限解除手段）
３０    エンジン用ＥＣＵ（アイドルストップ制御装置）
１００、２００、３００  車両用電源装置
【図１】
2015178324.tif 000003
【図２】
2015178324.tif 000004
【図３】
2015178324.tif 000005
【図４】
2015178324.tif 000006
【図５】
2015178324.tif 000007