(57)【要約】【課題】エンジン始動時に、キャパシタ群７０からモータ２０に十分な電力を供給する。【解決手段】通常時には並列に接続されているキャパシタ群７０ａおよび７０ｂを、エンジン始動時には、スイッチ１７０，１８０の切り換えにより、直列に接続し、直列に接続されたキャパシタ群７０ａおよび７０ｂからモータ２０に電力を供給する。これにより、バッテリ８０の電力を持ち出すことなく、モータ２０に十分な電力を供給することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタから構成され、モータの駆動力によるエンジン始動時には少なくとも、インバータを介して前記モータに電力を供給するキャパシタ群と、
前記複数のキャパシタを並列に接続または直列に接続する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンの始動時には、前記複数のキャパシタを直列に接続することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
前記制御手段は、少なくとも前記キャパシタ群の充電時には、前記複数のキャパシタを並列に接続することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用電源制御装置において、
前記エンジンを停止させるためのアイドルストップ条件が成立したか否かを判定するアイドルストップ判定手段と、
前記エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
前記キャパシタ群の充電が完了しているか否かを判定する充電完了判定手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記エンジンの始動後は直列に接続されている複数のキャパシタを並列に接続し、
前記エンジン停止手段は、前記アイドルストップ判定手段により前記アイドルストップ条件が成立したと判定され、かつ、前記充電完了判定手段により前記キャパシタ群の充電が完了していると判定された後に、前記エンジンを停止させることを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用電源制御装置において、
前記アイドルストップ条件が成立したと判定された場合に、前記充電完了判定手段により前記キャパシタ群の充電が完了していないと判定されると、前記モータの回生運転により発電される電力を用いて前記並列接続された複数のキャパシタを充電することを特徴とする車両用電源制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の車両用電源制御装置において、
前記キャパシタ群の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記キャパシタ群に流れる充電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記充電完了判定手段は、電圧検出手段により検出された前記キャパシタ群の電圧が所定の電圧以上になるか、前記電流検出手段により検出された前記充電電流が所定の電流以下であるかの少なくともいずれか一方の条件が成立した時に、前記キャパシタ群の充電が完了したと判定することを特徴とする車両用電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動時にキャパシタからモータに電力を供給する車両用電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
並列に接続されたバッテリとキャパシタとをインバータを介してモータと接続する技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている車両用電源調整回路では、車両の始動時には、キャパシタからインバータを介してモータに電力を供給してモータを駆動している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２７１２０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用電源調整回路では、エンジン始動時に、キャパシタからモータに電力を供給していたので、キャパシタの電圧が所定電圧未満の場合には、モータを駆動させるのに必要な電力が供給されない可能性があった。
【０００５】
本発明は、エンジン始動時に複数のキャパシタを直列に接続して、直列に接続されたキャパシタからモータに電力を供給する車両用電源制御装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による車両用電源制御装置は、複数のキャパシタから構成されるキャパシタ群と、複数のキャパシタを並列に接続または直列に接続する制御手段とを備える。制御手段は、モータの駆動力によるエンジン始動時には、複数のキャパシタを直列に接続して、直列に接続されたキャパシタ群から、インバータを介してモータに電力を供給することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による車両用電源制御装置によれば、エンジン始動時には、複数のキャパシタを直列に接続して、直列に接続されたキャパシタ群からモータに電力を供給するので、モータに供給する電力量を増大させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の一実施の形態における構成を示す図である。このアイドルストップ車両は、エンジン１０の駆動力がトルクコンバータ２５、自動変速機３０および減速機４０を介して駆動輪５０ａ，５０ｂに伝達されることにより走行する。エンジン１０は、プーリー＆ベルト動力伝達機構１５を介してモータ２０と連結されている。
【０００９】
一般に、電動機（モータ）は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機（ジェネレータ）は、駆動力を電力に変換して発電運転（回生運転と同等）するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。つまり、電動機（モータ）と発電機（ジェネレータ）とは基本的に同一構造であり、どちらも駆動（力行）と発電（回生）とが可能である。したがって、本明細書では、電気エネルギー（電力）を回転エネルギー（駆動力）に変換する電動機（モータ）の機能と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）の機能を合わせ持つ回転電機を、モータジェネレータまたは単にモータと呼ぶ。一方、内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃やしたときに発生する燃焼エネルギーを回転エネルギー（駆動力）に変換するものであり、この明細書ではこれらの内燃機関をエンジンと総称する。
【００１０】
モータ２０は、その回転力によりエンジン１０を始動するために用いられるとともに、発電電力により補機９０を駆動する。エンジン１０の始動時にモータ２０を駆動するための電力は、複数のキャパシタ（コンデンサ）から構成されるキャパシタ群７０から供給される。補機９０は、例えば、エアコンや車載オーディオであり、バッテリ８０によっても駆動される。エンジン１０およびモータ２０は、コントローラ１００により制御される。コントローラ１００は、ＣＰＵ１００ａ、ＲＯＭ１００ｂ、ＲＡＭ１００ｃを備え、エンジン１０、モータ２０、および、インバータ６０を制御する。
【００１１】
コントローラ１００には、イグニッションスイッチ２００、車両の速度を検出する車速センサ１１０、図示しないブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ１２０、図示しないアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ１３０が接続されている。コントローラ１００は、各センサ１１０〜１３０で検出された検出値に基づいてエンジントルク指令値を算出し、不図示のスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御することによりエンジン１０の制御を行う。
【００１２】
コントローラ１００には、さらに、キャパシタ群７０の電圧を検出するキャパシタ電圧センサ７５と、バッテリ８０の電圧を検出するバッテリ電圧センサ８５と、キャパシタ群７０の充電時にキャパシタ群７０に流れる充電電流を検出する電流センサ１４０が接続されている（図２参照）。コントローラ１００は、各センサ８５，１１０〜１３０で検出された検出値に基づいて、アイドルストップの実施／解除を決定する。具体的には、車速センサ１１０で検出した車速が０ｋｍ／ｈであり、アクセルペダル操作量が所定操作量未満、ブレーキ操作量が所定操作量以上、かつ、バッテリ８０の電圧が所定電圧以上の全ての条件が満たされた時に、アイドルストップを実施する。また、アイドルストップしている状態から、上述したいずれかの条件が満たされなくなった時、すなわち、アクセルペダル操作量が所定操作量以上か、ブレーキ操作量が所定操作量未満であるか、バッテリ電圧が所定電圧未満となるかのいずれかの条件が成立した場合に、アイドルストップを解除する。
【００１３】
インバータ６０は、コントローラ１００にて算出される電圧指令値に基づいて、キャパシタ群７０の直流電力を３相交流電力に変換してモータ２０に供給し、モータ２０を駆動（力行）運転する。また、モータ２０は、コントローラ１００からの指令に基づいて、エンジン１０を動力源とする回生運転により発電を行う。発電された電力は、インバータ６０で直流電力に変換されて、キャパシタ群７０および／またはバッテリ８０に蓄電される。
【００１４】
一実施の形態における車両用電源制御装置では、キャパシタ群７０は、複数のキャパシタが直列に接続されたキャパシタ群７０ａおよび７０ｂから構成されており、キャパシタ群７０の充電時および放電時において、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂの接続状態を変える。キャパシタ群７０ａおよび７０ｂの接続状態について、図２および図３を用いて説明する。図２は、キャパシタ群７０の充電時の接続状態を示し、図３は、キャパシタ群７０の放電時の接続状態を示す。
【００１５】
キャパシタ群７０ａは、並列に接続されたスイッチ１５０およびダイオード１６０を介して、バッテリ８０と並列に接続されている。キャパシタ群７０ａとキャパシタ群７０ｂとを直列／並列に接続するための切り換え制御は、コントローラ１００からの指令に基づいて、スイッチ１７０およびスイッチ１８０の開閉動作により行われる。なお、ダイオード１６０は、バッテリ８０からキャパシタ群７０に電流が流れる向きに設けられている。
【００１６】
キャパシタ群７０の充電を行う時には、図２に示すように、キャパシタ群７０ａとキャパシタ群７０ｂとを並列に接続する。この時、スイッチ１５０およびスイッチ１８０は閉じられている。キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを並列に接続した状態で充電を行うことにより、直列に接続した状態で充電を行う場合に比べて、低電圧にて充電を行うことができる。
【００１７】
一方、キャパシタ群７０の放電時、すなわち、エンジン始動時には、図３に示すように、キャパシタ群７０ａとキャパシタ群７０ｂとを直列に接続する。この時、スイッチ１５０およびスイッチ１８０は開かれる。スイッチ１５０が開かれることにより、キャパシタ群７０とバッテリ８０とは、ダイオード１６０を介して接続されるので、直列に接続されたキャパシタ群７０からバッテリ８０に電流が流出することを防ぐことができる。また、エンジン始動時に、キャパシタ群７０の電圧が低下して、キャパシタ群７０の電圧と、ダイオード１６０において降下した電圧とを加算した値がバッテリ８０の電圧より低下した場合でも、バッテリ８０からもモータ２０に電力が供給されるので、良好なエンジン始動特性を得ることができる。
【００１８】
このように、エンジン始動時にキャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続することにより、モータ２０に十分な電力を供給することができる。キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを並列接続した場合と、直列接続した場合とにおいて、キャパシタ群７０から放出される電荷量の違いについて検討する。ただし、キャパシタ群７０ａ，７０ｂの静電容量をＣ（Ｆ）、充電完了時のキャパシタ群７０ａ，７０ｂの充電電圧をＶｃ１（Ｆ）、放電後のキャパシタ群７０の放電電圧をＶｃ２（Ｆ）とする。
【００１９】
キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを並列に接続したまま、放電を行った場合の放電電荷量Ｑ１（Ｃ）は、次式（１）にて表される。
Ｑ１＝Ｃ×（Ｖｃ１−Ｖｃ２）    …（１）
一方、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続した場合には、キャパシタ群７０全体での静電容量は（１／２・Ｃ）となり、放電開始前のキャパシタ群７０全体の電圧は、２Ｖｃ１となる。従って、直列接続時の放電電荷量Ｑ２（Ｃ）は、次式（２）にて表される。
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【００２０】
上式（１），（２）により、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続した場合には、並列接続のままの状態に比べて、放電電荷量が１／２・Ｃ×Ｖｃ２（Ｃ）増加する。なお、スイッチ１５０，１７０，１８０は、図２に示す状態、すなわち、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂが並列に接続された状態を基本的な状態とする。従って、イグニッションスイッチ２００がオンされた後のエンジン始動時、および、車両がアイドルストップしている状態から、アイドルストップ解除条件が成立して、エンジン１０の再始動を行う時に、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続してエンジン始動が行われた後は、再び、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを並列に接続する。
【００２１】
図４は、コントローラ１００にて行われる制御プログラムを示す一実施の形態のフローチャートである。ステップＳ１０では、イグニッションスイッチ２００がオンされているか否かを判定する。イグニッションスイッチ２００がオンされていると判定するとステップＳ２０に進み、オンされていないと判定するとオンされるまでステップＳ１０で待機する。
【００２２】
ステップＳ２０では、バッテリ８０の電力を用いて、キャパシタ群７０の充電を開始する。なお、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂは並列に接続されている。
キャパシタ群７０の充電を開始すると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０およびステップＳ４０では、キャパシタ群７０の充電が完了したか否かを判定する。図５は、充電開始後のキャパシタ群７０の充電電圧と、充電電流との時間変化を示す図である。図５に示すように、充電時間の経過とともに、充電電圧は上昇し、充電電流は減少して、それぞれ所定の値に収束していく。
【００２３】
ステップＳ３０では、キャパシタ電圧センサ７５により検出されるキャパシタ群７０の電圧が所定しきい値以上であるか否かを判定する。キャパシタ群７０の電圧が所定しきい値以上であると判定すると、ステップＳ４０に進み、所定しきい値未満であると判定すると、ステップＳ２０に戻って充電を継続する。ステップＳ４０では、電流センサ１４０により検出される充電電流が所定しきい値以下であるか否かを判定する。充電電流が所定しきい値以下であると判定するとステップＳ５０に進み、所定しきい値未満であると判定すると、ステップＳ２０に戻って充電を継続する。
【００２４】
ステップＳ５０では、スイッチ１５０，１７０，１８０を図２に示す状態から図３に示す状態に切り換える。すなわち、並列に接続されていたキャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続する。スイッチ１５０，１７０，１８０の切り換えを行うとステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、エンジン１０の始動を行う。すなわち、直列に接続したキャパシタ群７０ａおよび７０ｂからモータ２０に電力を供給してモータ２０を駆動し、モータ２０の駆動力によりエンジン１０を始動する。エンジン１０の始動を行うとステップＳ７０に進む。
【００２５】
ステップＳ７０では、スイッチ１５０，１７０，１８０を図３に示す状態から図２に示す状態に切り換える。すなわち、ステップＳ５０で直列に接続したキャパシタ群７０ａおよび７０ｂを再び並列に接続する。スイッチ１５０，１７０，１８０の切り換えを行うとステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、バッテリ電圧センサ８５、車速センサ１１０、ブレーキセンサ１２０、アクセルセンサ１３０により検出された各センサ値に基づいて、上述したアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。アイドルストップ条件が成立していないと判定するとステップＳ１６０に進み、アイドルストップ条件が成立したと判定するとステップＳ９０に進む。
【００２６】
ステップＳ９０では、ステップＳ３０で行った処理と同一の処理、すなわち、キャパシタ電圧センサ７５により検出されるキャパシタ群７０の電圧が所定しきい値以上であるか否かを判定する。キャパシタ群７０の電圧が所定しきい値以上であると判定すると、ステップＳ１００に進み、所定しきい値未満であると判定すると、ステップＳ８０に戻る。ステップＳ１００では、ステップＳ４０で行った処理と同一の処理、すなわち、電流センサ１４０により検出される充電電流が所定しきい値以下であるか否かを判定する。充電電流が所定しきい値以下であると判定するとステップＳ１１０に進み、所定しきい値未満であると判定すると、ステップＳ８０に戻る。ステップＳ１１０では、エンジン１０を停止させて、ステップＳ１２０に進む。
【００２７】
すなわち、一実施の形態における車両用電源制御装置では、アイドルストップ条件が成立し（ステップＳ８０）、キャパシタ群７０の充電が完了していると判定された場合（ステップＳ９０，Ｓ１００）にのみ、エンジン１０を停止させる。アイドルストップ条件が成立した場合には、エンジン１０の回転力によってモータ２０が回生運転を行っているので、モータ２０の回生運転により発電される電力を用いてキャパシタ群７０の充電が行われる。従って、ステップＳ９０およびＳ１００の判定において、キャパシタ群７０の充電が完了していないと判定されると、モータ２０の回生運転により発電される電力を用いてキャパシタ群７０の充電が行われ、充電が完了するまでは、エンジン１０の停止処理は行われない。
【００２８】
ステップＳ１２０では、エンジン１０の再始動条件、すなわち、上述したアイドルストップの解除条件が成立したか否かを判定する。アイドルストップの解除条件の成立判定は、バッテリ電圧センサ８５、車速センサ１１０、ブレーキセンサ１２０、アクセルセンサ１３０により検出される各センサ値に基づいて行う。
エンジン１０の再始動条件が成立していないと判定すると、再始動条件が成立するまでステップＳ１２０で待機し、エンジン再始動条件が成立したと判定するとステップＳ１３０に進む。
【００２９】
ステップＳ１３０では、ステップＳ５０で行った処理と同一の処理、すなわち、スイッチ１５０，１７０，１８０を図２に示す状態から図３に示す状態に切り換える。スイッチ１５０，１７０，１８０の切り換えを行うとステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、エンジン１０の再始動を行う。エンジン１０の始動方法は、ステップＳ６０でエンジン１０を始動させる方法と同一である。エンジン１０の再始動を行うとステップＳ１５０に進む。
【００３０】
ステップＳ１５０では、ステップ７０で行った処理と同一の処理、すなわち、スイッチ１５０，１７０，１８０を図３に示す状態から図２に示す状態に切り換える。スイッチ１５０，１７０，１８０の切り換えを行うとステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、イグニッションスイッチ２００がオフになったか否かを判定する。イグニッションスイッチ２００がオフになっていないと判定すると、ステップＳ８０に戻り、上述したステップＳ８０以降の処理を繰り返し行う。一方、イグニッションスイッチ２００がオフになったと判定すると、エンジン１０の停止処理を行って、図４に示すフローチャートによる処理を終了する。
【００３１】
一実施の形態における車両用電源制御装置によれば、エンジン１０の始動時には、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続して、直列に接続したキャパシタ群７０からモータ２０に電力を供給するので、エンジン始動に際し、モータ２０を駆動するのに十分な電力を供給することができる。すなわち、バッテリ８０に蓄積されている電力を持ち出すことなく、モータ２０を駆動するために必要な電力を供給することができる。
【００３２】
また、キャパシタ群７０の充電時には、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂを並列に接続するので、直列に接続された状態で充電する場合に比べて、低電圧にて充電することができる。従って、キャパシタ群７０ａ，７０ｂを並列に接続して充電を行い、エンジン始動（再始動も含む）時にキャパシタ群７０ａおよび７０ｂを直列に接続して、モータ２０に電力を供給するので、キャパシタ群７０ａ，７０ｂに貯蔵された電力を有効に利用することができる。
【００３３】
さらに、アイドルストップ条件が成立すると、キャパシタ群７０の充電が完了していると判定されるまでは、エンジン１０の停止処理を行わないようにしたので、エンジン１０の再始動を行う時には、充電が完了しているキャパシタ群７０の電力を用いて、モータ２０を駆動させることにより、確実にエンジン始動を行うことができる。すなわち、アイドルストップ条件が成立した時に、キャパシタ群７０の充電が完了していない場合には、すぐにエンジン１０を停止させずに、モータ２０の回生運転により発電された電力を用いてキャパシタ群７０の充電を行い、充電が完了した後にエンジン１０の停止処理を行う。
【００３４】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、キャパシタ群７０の充電が完了したか否かを判定するために、キャパシタ電圧センサ７５により検出されるキャパシタ群７０の電圧が所定しきい値以上であるか（ステップＳ３０，Ｓ１００）、電流センサ１４０により検出される充電電流が所定しきい値以下であるか（ステップＳ４０，Ｓ１１０）を判定し、双方の判定を肯定する場合に充電が完了したと判定した。しかし、双方の判定のうちのいずれか一方が肯定される場合に、キャパシタ群７０の充電が完了したと判定するようにしてもよい。
【００３５】
上述した一実施の形態では、キャパシタ群７０は、キャパシタ群７０ａおよび７０ｂから構成されるものとしたが、３つ以上のキャパシタ群から構成されていてもよい。この場合にも、エンジン始動時には、３つ以上のキャパシタ群を直列に接続するが、エンジン始動に用いるモータ２０を駆動するのに十分な電力を供給できるのであれば、全てのキャパシタ群を直列に接続せずに、一部のキャパシタ群を直列に接続して、モータに電力を供給する構成としてもよい。また、キャパシタ群７０ａおよびキャパシタ群７０ｂは、直列に接続された複数のキャパシタから構成されるものとして説明したが、それぞれ、１つのキャパシタで構成されていてもよい。但し、１つのキャパシタで構成する場合には、大容量のキャパシタを用いることが好ましい。
【００３６】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、キャパシタ群７０がキャパシタ群を、コントローラ１００およびスイッチ１７０，１８０が制御手段を、コントローラ１００がアイドルストップ判定手段、エンジン判定手段、充電完了判定手段を、キャパシタ電圧センサ７５が電圧検出手段を、電流センサ１４０が電流検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電源制御装置を適用したアイドルストップ車両の一実施の形態における構成を示す図
【図２】キャパシタ群の充電時の各スイッチの状態を示す図
【図３】キャパシタ群の放電時の各スイッチの状態を示す図
【図４】コントローラ１００にて行われる制御プログラムを示す一実施の形態のフローチャート
【図５】キャパシタの充電電圧と充電電流の時間特性を示す図
【符号の説明】
１０…エンジン、２０…モータジェネレータ、２５…トルクコンバータ、３０…トランスミッション、４０…減速機、５０ａ，５０ｂ…駆動輪、６０…インバータ、７０…キャパシタ、７５…キャパシタ電圧センサ、８０…バッテリ、８５…バッテリ電圧センサ、９０…補機、１００…コントローラ、１００ａ…ＣＰＵ、１００ｂ…ＲＯＭ、１００ｃ…ＲＡＭ、１１０…車速センサ、１２０…ブレーキセンサ、１３０…アクセルセンサ、１４０…電流センサ、１５０，１７０，１８０…スイッチ、１６０…ダイオード、２００…イグニッションスイッチ、５００…ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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