(57)【要約】【課題】２つ以上の異なる特性を有する２次電池を切り替えて使用する場合に、車両の搭乗者にその切り替えを認識させない。【解決手段】アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、アイドルストップ条件が成立すると、エンジン７００が停止する前にスタータ電源切り替えリレー３００に通電してスタータ７１０に鉛蓄電池４００ではなくリチウムイオン電池５００から電力が供給されるように切り替える回路と、エンジン再始動条件が成立するとリチウムイオン電池５００から供給された電力を用いてスタータ７１０を作動させてエンジン７００を再始動させる回路と、エンジン７００の回転数が予め定められた回転数以上になると、スタータ電源切り替えリレー３００への通電を停止させて、スタータ７１０にリチウムイオン電池５００ではなく鉛蓄電池４００から電力が供給されるように切り替える回路とを含む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性の異なる複数の２次電池から構成され、車両に用いられる電源システムの制御装置であって、
前記複数の２次電池と前記車両に搭載された負荷との接続を切り替えるためのリレーと、
前記リレーを切り替えるタイミングを判断するための判断手段と、
前記判断手段により判断されたタイミングで切り替えるように、前記リレーを制御するための制御手段とを含み、
前記判断手段は、前記車両から発生する音が大きいときを前記タイミングとして判断するための手段を含む、電源システムの制御装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記車両のエンジンが回転中であるときを、前記タイミングとして判断するための手段を含む、請求項１に記載の電源システムの制御装置。
【請求項３】
前記車両はアイドル時にエンジンを自動停止させるアイドルストップ機能を有し、
前記判断手段は、前記エンジンの自動停止前を、前記タイミングとして判断するための手段を含む、請求項１に記載の電源システムの制御装置。
【請求項４】
前記リレーは、イグニッションキーに連動してエンジンを始動するときに用いられる第１の電池および前記自動停止させた後のエンジンの再始動時に用いられる第２の電池と、前記エンジンの始動装置との接続を切り替えるリレーであって、
前記判断手段は、前記エンジンの自動停止前を、前記始動装置の接続先を前記第１の電池から前記第２の電池へ切り替えるタイミングとして判断するとともに、前記エンジンの再始動後を、前記始動装置の接続先を前記第２の電池から前記第１の電池へ切り替えるタイミングとして判断するための手段を含む、請求項３に記載の電源システムの制御装置。
【請求項５】
前記リレーは、前記リレーへの非通電時には前記始動装置の接続先を前記第１の電池に、通電時には前記始動装置の接続先を前記第２の電池に、切り替えるリレーである、請求項４に記載の電源システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電源の制御技術に関し、特に、特性の異なる２つの２次電池の切り替え制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動パワーステアリングや電動エアコンなど自動車搭載機器の電動化，大容量化に対応するため、従来の１４Ｖ系電源に４２Ｖ系電源を加えた４２Ｖ自動車電源システムが提案されている。４２Ｖ系電源では電圧が従来の１４Ｖ系の３倍となるため、電流が３分の１で済み、損失の低減、ハーネスの軽量化が図れる。また、大容量負荷への対応も容易になる。電池の容量も従来より大きくなり、将来的には現状の鉛蓄電池に代わってニッケル水素電池やリチウムイオン電池などが適用される可能性もある。
【０００３】
しかしながら、ランプ類などは４２Ｖ化すると寿命が短くなるなどのデメリットが生じるため、従来の１４Ｖ系もそのまま残す必要がある。そこで、最近、４２Ｖ系の主電池と１４Ｖ系の副電池を両方備え、両者をＤＣ／ＤＣコンバータで接続して主電池から副電池への充電が制御できるような電源システムが提案されている。なお、１４Ｖ系の電池とは、充電電圧が１４Ｖで、放電電圧が１２Ｖの電池をいう。また、４２Ｖ系の電池とは、充電電圧が４２Ｖで、放電電圧が３６Ｖの電池をいう。
【０００４】
また、このような電源システムをアイドリングストップ機能（交差点の赤信号などで車両が一時的に停止した場合にエンジンを停止して良好な燃費を実現する機能）を有する車両に適用して、アイドリングストップ中に、エアコンのコンプレッサ、ウォータポンプ、パワーステアリングポンプ等の補機類を４２Ｖ系の主電池から供給される電力でモータジェネレータを駆動させて作動させたり、電動エアコン、ランプ、オーディオ等の補機類を４２Ｖ系の主電池からＤＣ／ＤＣコンバータで１４Ｖに降圧した電力で作動させたりするシステムもある。
【０００５】
このような特性の異なる２つの電源を有する場合、４２Ｖ系の電池と１４Ｖ系の電池とを制御する制御装置が必要になる。特開２００１−２３９９０２公報（特許文献１）は、このような電源の制御装置を開示する。この制御装置は、電池の残存量を測定する残存量測定回路と、エンジンが停止中あるいはキースイッチがオフの場合に、あらかじめ定めた電力負荷を動作させるとともに、電力負荷の優先度に対応させて残存量のしきい値を複数定めておき、電池の残存量が小さくなるにつれて優先度の低い電力負荷から順に動作を停止させる制御部とを含む。
【０００６】
この制御装置によると、エンジン停止時やキースイッチがオフの際にも電力負荷の動作が可能で、かつ残存量に応じて優先度の高い電力負荷のみに電力を供給するので、主電池の残存量の低下が防止できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２３９９０２公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された制御装置では、電源と負荷との接続および遮断をスイッチで実現している。このようなスイッチで電源と負荷とを切り替えたり、２つの電源を切り替えて使用するために切り替えリレーを用いると、その切り替え時に発生する切替え音が運転者に聞こえる。特に、２つの特性の異なる電源を用いてアイドリングストップシステムを構築して、２つの電源を切り替えリレーで切り替えて使用する場合、アイドリングストップ時にはエンジン音や駆動系の振動音が発生しておらず、車両の搭乗者にその切り替え音が聞こえ易い。
【０００９】
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って、その目的は、車両に搭載される電源システムの制御装置であって、２つ以上の異なる特性を有する電源を切り替えて使用する場合に、車両の搭乗者にその切り替えを意識させることがない、電源システムの制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る制御装置は、特性の異なる複数の２次電池から構成され、車両に用いられる電源システムを制御する。この制御装置は、複数の２次電池と車両に搭載された負荷との接続を切り替えるためのリレーと、リレーを切り替えるタイミングを判断するための判断手段と、判断手段により判断されたタイミングで切り替えるように、リレーを制御するための制御手段とを含む。判断手段は、車両から発生する音が大きいときをタイミングとして判断するための手段を含む。
【００１１】
第１の発明によると、たとえば、特性の異なる２つの電池（４２Ｖ系と１４Ｖ系、リチウムイオン電池と鉛蓄電池等）から構成される電源システムにおいて、その２つ以上の電池と車両の補機類の負荷との接続をリレーで切り替える。制御手段は、判断手段が判断したタイミングで、このリレーを切り替える。判断手段により判断されるタイミングは、車両から発生する音が大きいときである。このため、制御手段がこのリレーを切り替える時には、車両のエンジン音などが大きくて、リレーの切り替え音を吸収してしまう。その結果、車両の搭乗者に電源システムを構成する２以上の電源の切り替えを意識させることがない、電源システムの制御装置を提供することができる。
【００１２】
第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、判断手段は、車両のエンジンが回転中であるときを、タイミングとして判断するための手段を含む。
【００１３】
第２の発明によると、車両のエンジンが回転中でエンジン音が発生しているときに、２つ以上の電池と車両の補機類の負荷との接続をリレーで切り替える。このため、車両のエンジンから発生する音により、リレーの切り替え音が吸収される。
【００１４】
第３の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、判断手段は、エンジンの自動停止前を、タイミングとして判断するための手段を含む。
【００１５】
第３の発明によると、アイドル時にエンジンを自動停止させるアイドルストップ機能を有する車両において、アイドルストップ機能により車両のエンジンが自動停止する前に、２つ以上の電池と車両の補機類の負荷との接続をリレーで切り替える。このとき、エンジンの再始動を特定の電池で行なうようにリレーを切り替える。このため、エンジンが自動停止した後の再始動時に適した２次電池を使用できるとともに、車両のエンジンから発生する音により、リレーの切り替え音が吸収される。
【００１６】
第４の発明に係る制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、リレーは、イグニッションキーに連動してエンジンを始動するときに用いられる第１の電池および自動停止させた後のエンジンの再始動時に用いられる第２の電池と、エンジンの始動装置との接続を切り替えるリレーである。判断手段は、エンジンの自動停止前を、始動装置の接続先を第１の電池から第２の電池へ切り替えるタイミングとして判断するとともに、エンジンの再始動後を、始動装置の接続先を第２の電池から第１の電池へ切り替えるタイミングとして判断するための手段を含む。
【００１７】
第４の発明によると、アイドルストップ機能により車両のエンジンが自動停止する前に、エンジンの始動装置であるスタータの接続先を第１の電池（たとえば、１２Ｖ系の鉛蓄電池）から第２の電池（たとえば１４Ｖ系のリチウムイオン電池）へ切り替えて、第２の電池を用いてスタータでエンジンを再始動した後に、スタータの接続先を第２の電池から第１の電池へ切り替える。このため、エンジンが自動停止した後に繰返し実行されるエンジンの再始動には、そのような用途に適したリチウムイオン電池を使用できるとともに、イグニッションオンによるエンジン始動には、通常の鉛蓄電池を使用できるとともに、車両のエンジンから発生する音により、スタータと第１の２次電池および第２の２次電池との切り替えリレーの切り替え音が吸収される。
【００１８】
第５の発明に係る制御装置においては、第４の発明の構成に加えて、リレーは、リレーへの非通電時には始動装置の接続先を第１の電池に、通電時には始動装置の接続先を第２の電池に、切り替えるリレーである。
【００１９】
第５の発明によると、イグニッションオンによるエンジンの始動後、アイドルストップ期間においてのみリレーに通電して始動装置であるスタータと第２の２次電池とを接続する。このようにすると、イグニッションオンによるエンジンの始動後、リレーに常時通電して始動装置であるスタータと第２の２次電池とを接続する場合に比べて、通電時間が短くできるのでエネルギ効率が上がり、車両の燃費が向上する。さらに、このリレーが故障した場合などであっても、非通電時には通常の鉛蓄電池にスタータが接続されているので、車両を通常通りに動作させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２１】
図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるアイドリングストップ制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含む車両の制御ブロック図について説明する。図１に示すように、この車両には、赤信号の交差点などで車両が停止するとエンジンを自動的に停止させるアイドルストップ機能を実現するアイドルストップ制御ＥＣＵ１００と、エンジン７００を制御するエンジンＥＣＵ２００と、通常時に電力が使用される、公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池４００と、専らアイドルストップ期間に電力が使用される、公称電圧１４．４Ｖのリチウムイオン電池５００と、リチウムイオン電池５００からの電力を降圧して鉛蓄電池４００に供給するとともに、鉛蓄電池４００からの電力を昇圧してリチウムイオン電池５００に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ６００と、エンジン７００をクランキングする始動装置であるスタータ７１０と、エンジン７００の回転力により電力を発電するオルタネータ７２０と、スタータ７１０に供給する電力を鉛蓄電池４００およびリチウムイオン電池５００のいずれかから供給されるようにスタータ７１０の電源を切り替えるスタータ電源切り替えリレー３００とを含む。
【００２２】
また、鉛蓄電池４００には、鉛蓄電池４００の温度を検知する温度センサ４１０と、鉛蓄電池４００の充放電電流を検知する電流センサ４２０とを含む。リチウムイオン電池５００は、リチウムイオン電池５００の温度を検知する温度センサ５１０と、リチウムイオン電池の充放電電流を検知する電流センサ５２０と、リチウムイオン電池リレー５３０とを含む。アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ２００に接続され、エンジンＥＣＵ２００は、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００から受信した信号に基づいて、エンジン７００への燃料供給を停止するフューエルカットを実現する。アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、アイドルストップ条件の成立やエンジン再始動条件の成立などに基づいて、スタータ電源切り替えリレー３００を切り替えて、スタータ７１０に鉛蓄電池４００およびリチウムイオン電池５００のいずれかから、電力を供給させる。また、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ２００からエンジン回転数を受信し、そのエンジン回転数に基づいて、スタータ電源切り替えリレー３００への通電／非通電を制御する。
【００２３】
この車両は、運転者がイグニッションキーをスタート位置まで回すと、鉛蓄電池４００からの電力がスタータ電源切り替えリレー３００を介してスタータ７１０に供給され、スタータ７１０がエンジン７００を始動する。通常走行時においては、オルタネータ７２０からの発電電力を鉛蓄電池４００および車両補機に供給する。また、リチウムイオン電池５００のＳＯＣ（State Of Charge）が低い場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００を介してリチウムイオン電池５００の充電を行なう。回生発電時には、エンジンＥＣＵ２００が車両の減速中を検知してかつその他の条件が成立すると、フューエルカットを行なうとともに、オルタネータ７１０の発電電圧を高めることにより回生発電を行なう。このとき発電された電力により、リチウムイオン電池５００が充電される。
【００２４】
アイドルストップ時においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００を介してリチウムイオン電池５００から車両補機や自動変速機の電動オイルポンプなどに電力が供給される。アイドルストップ中は、登坂路などにおける後退抑制のため、スキッドコントロールコンピュータによりホイールシリンダの油圧が保持される。エンジン再始動時には、シフトレバーがＤレンジにある場合には、ブレーキペダルをリリースするのと同時にエンジン７００が再始動する。このエンジンの再始動時には、リチウムイオン電池５００の電力がスタータ７１０に供給され、スタータ７１０によりエンジン７００のクランキングが行なわれる。
【００２５】
このように、この車両においては、イグニッションキーによるエンジンの初回始動時においては、鉛蓄電池４００からスタータ７１０に電力が供給されるように、アイドルストップ後のエンジン再始動時にはリチウムイオン電池５００からスタータ７１０に電力が供給されるように、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００によりスタータ電源切り替えリレー３００が制御される。
【００２６】
図２を参照して、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００で実行されるスタータ電源切り替え処理を実行するプログラムの制御構造について説明する。
【００２７】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、アイドルストップ条件が成立したか否かを判断する。この判断は、アクセル開度、車速、エンジン回転数、登坂路判定、リチウムイオン電池のＳＯＣなどに基づいて行なわれる。アイドルストップ条件が成立すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、アイドルストップ条件が成立するまで待つ。
【００２８】
Ｓ２００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、スタータ電源切り替えリレー３００への通電をオンにする。スタータ電源切り替えリレー３００は、通電状態で、リチウムイオン電池５００からスタータ７００へ電力が供給されるように構成される。Ｓ３００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵに、フューエルカット実行要求信号を送信する。これにより、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン７００への燃料供給を停止し、エンジン７００が停止する。
【００２９】
Ｓ４００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、エンジン再始動条件が成立したか否かを判断する。この条件は、運転者がブレーキペダルから足を離したりシフトチェンジをしたりリチウムイオン電池５００のＳＯＣが低下した場合などに成立する。エンジン再始動条件が成立すると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ４００へ戻され、エンジン再始動条件が成立するまでアイドルストップが継続される。
【００３０】
Ｓ５００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、スタータ７１０を用いて、スタータ７１０によりエンジン７００を再始動させる。Ｓ６００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上であるか否かを判断する。エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上であると（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ７００へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ６００へ戻され、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上になるまで待つ。
【００３１】
Ｓ７００にて、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、スタータ電源切り替えリレー３００への通電をオフにする。
【００３２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るアイドルストップ制御ＥＣＵ１００を含む車両の動作について説明する。
【００３３】
車両が赤信号で交差点などに停止して、Ｄレンジでブレーキペダルが踏まれるなどするとアイドルストップ条件が成立する（Ｓ１００にてＹＥＳ）。アイドルストップ制御ＥＣＵ１００により、スタータ電源切り替えリレー３００に通電が行なわれ、リチウムイオン電池５００からの電力がスタータ７００に供給されるようにリレーが切り替えられる（Ｓ２００）。エンジンＥＣＵ２００により、エンジン７００のフューエルカットが実行され、エンジン７００が停止する。すなわちスタータ電源切り替えリレー３００の切り替え時には、エンジン７００が回転している。
【００３４】
図３に示すように、アイドルストップ条件が成立してフューエルカットが開始されるときにはエンジン回転数はアイドル回転数付近で回転しており、その時点で、スタータ電源切り替えリレー３００への通電が開始され、リレーが切り替わる。このとき、エンジン７００が回転しているので、エンジン７００から発生する音により、スタータ電源切り替えリレー３００の切り替え音が吸収され、車両の搭乗者にはその切り替え音が聞こえにくい。このような状態がアイドルストップ期間中継続する。
【００３５】
スタータ電源切り替えリレー３００が通電状態となり、リチウムイオン電池５００からの電力がスタータ電源切り替えリレー３００を介してスタータ７００に供給されている状態で、運転者がブレーキペダルから足を離すなどしてエンジン再始動条件が成立すると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、スタータ７１０がエンジン７００を始動する。このとき、図３に示すように、エンジン再始動条件が成立し、エンジン７００が再始動されるため、スタータ７１０によりエンジン７００がクランキングされ、エンジン７００が始動される。
【００３６】
エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上になると（Ｓ６００にてＹＥＳ）、アイドルストップ制御ＥＣＵ１００は、スタータ電源切り替えリレー３００の通電状態を非通電状態に切り替える（Ｓ７００）。すなわち、図３に示すように、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上になった時点で、スタータ電源切り替えリレー３００が通電状態から非通電状態に切り替えられる。このとき、エンジンの回転数が十分に上昇しており、エンジンから発生する音によりスタータ電源切り替えリレー３００の切り替え音が吸収される。
【００３７】
以上のようにして、本実施の形態に係るアイドルストップ制御ＥＣＵによると、イグニッションキーによるエンジン始動時に用いられる鉛蓄電池と、アイドルストップ後のエンジン再始動時に用いられるリチウムイオン電池とを切り替えるスタータ電源切り替えリレーの切り替えを、アイドルストップ条件が成立しフューエルカットを開始する前に鉛蓄電池からリチウムイオン電池に切り替えるとともに、エンジンが再始動した後エンジン回転数が予め定められた回転数以上になるとリチウムイオン電池から鉛蓄電池に切り替える。そのため、スタータ電源切り替えリレーが切り替え動作を行なうときには、エンジンが回転しており、そのエンジンから発生する音や、エンジンの振動やエンジンの振動が伝播した駆動系の振動などにより発生する音などにより、スタータ電源切り替えリレーの切り替え音が吸収される。その結果、車両の搭乗者がスタータの電源が切り替わったことを認識することを防止あるいは（少なくとも）抑制できる。また、イグニッションキーによるエンジンの始動後イグニッションキーがオフにされるまではスタータ電源切り替えリレーをリチウムイオン電池側にするためにスタータ電源切り替えリレーを常時通電状態にすることも考えられるが、このようにすると、スタータ電源切り替えリレーに電力を通電する時間が長くなるため、エネルギ効率の点から好ましくない。本実施の形態に係るアイドルストップ制御ＥＣＵは、スタータ電源切り替えリレーへの通電時間を極力抑えるようにしたため、エネルギ効率を上昇させ車両の燃費を向上させることができる。
【００３８】
なお、スタータの電源を切り替えるタイミングは、エンジン以外に起因する音であって、車両の搭乗者の聴覚を刺激する音であればよい。たとえば、エアコンディショナを作動させることにより車内に発生する音や、オーディオ機器から発生する音などであってもよい。
【００３９】
また、スタータの電源を切り替えるタイミングは、アイドルストップ条件が成立し、フューエルカットを同時に行なってもよい。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の制御ブロック図である。
【図２】図１に示すアイドルストップ制御ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３】この車両のアイドルストップ時のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
１００  アイドルストップ制御ＥＣＵ、２００  エンジンＥＣＵ、３００  スタータ電源切り替えリレー、４００  鉛蓄電池、５００  リチウムイオン電池、６００  ＤＣ／ＤＣコンバータ、７００  エンジン、７１０  スタータ、７２０オルタネータ。
【図１】
2004190626.tif 000003
【図２】
2004190626.tif 000004
【図３】
2004190626.tif 000005