(57)【要約】【課題】非常用電力の供給を安定的に行うために、非常用蓄電池の内部状態の初期値を精よく求めることができる車載電源システムを提供すること。【解決手段】車両用発電機１２と、この車両用発電機１２によって充電されるメインバッテリ１０と、サブバッテリ２０と、サブバッテリを定期的に放電して放電電流、サブバッテリ端子電圧を検出してサブバッテリの内部抵抗を算出し、充放電電流の積算量をリセットする制御装置４０とを備えて車載電源システムが構成されている。【選択図】        図１
2004289892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用発電機と、
前記車両用発電機によって充電され、イグニッションＯＮ時に常時使用される電気装置に接続される第１の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置に断続的に接続される第２の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置の状態量および前記車両用発電機の状態量の少なくとも一方に基づいて、前記第２の蓄電装置の充放電動作を制御する充放電制御装置とを備え、
前記第２の蓄電装置を定期的に放電させて電圧−電流特性を測定することを特徴とする車載電源システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記電圧−電流特性から前記第２の蓄電装置の内部インピーダンスを算出して第２の蓄電装置の寿命に関する状態量を検出し、該状態量が所定値を下回った場合に警報することを特徴とする車載電源システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記第２の蓄電装置を第１の蓄電装置に断続的に接続する手段はＤＣ／ＤＣコンバータとし、互いを遮断する場合にＤＣ／ＤＣコンバータを停止することを特徴とする車載電源システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記電圧−電流を測定する方法は、前記第２の蓄電装置から前記第１の蓄電装置に接続された特定の電気装置に電流供給可能に定期的に接続し、該特定電気装置を稼動させることを特徴とする車載電源システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記電圧−電流を測定する方法は、前記第１の蓄電装置には接続されない電気抵抗値固定の抵抗体を、定期的に前記第２の蓄電装置に接続することを特徴とする車載電源システム。
【請求項６】
請求項３において、
前記第２の蓄電装置から前記第１の蓄電装置に接続された特定の電気装置に電流供給可能に接続する手段は前記ＤＣ／ＤＣコンバータを短絡させることを特徴とする車載電源システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
エンジン始動期間には前記第２の蓄電装置の放電を禁止することを特徴とする車載電源システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記第１の蓄電装置は主電源として、前記第２の蓄電装置は補助電源としてそれぞれ用いられ、
前記第１のおよび第２の蓄電装置から並行して電力供給が行われる電気装置をさらに備えることを特徴とする車載電源システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記第１の蓄電装置は、車両のエンジンルーム内に搭載され、前記第２の蓄電装置は、車室内あるいは車両のトランクルーム内に搭載されることを特徴とする車載電源システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記第１および第２の蓄電装置は、定格電圧が等しいことを特徴とする車載電源システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記第２の蓄電装置は、前記第１の蓄電装置を用いて充電されることを特徴とする車載電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の蓄電装置を備える車載電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の車載装置の電子制御化、電動化が進んでおり、その内容もますます高度になっている。このような背景から、車載電源には、大容量化とともに信頼性向上が要求されている。これらの要求に応える従来技術としては、蓄電装置を複数備えて電源の２重化を図った車載電源システムが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
【０００３】
電源を２重化する目的は電源を冗長化して信頼度を上げることを主眼に置いている。しかしながら蓄電装置、特に電気化学反応に基づいた電池には内部構成部材の劣化に起因する寿命が存在し、寿命期間を外れての冗長化は困難である。
【０００４】
そこで電気化学式蓄電装置の状態検出を併用して寿命末期を早期に検出して電池交換を促す技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３０８２７５号公報（第２−４頁、図１−２）
【特許文献２】
特開２００１−６９６８３号公報（第３−５頁、図１−３）
【特許文献３】
特開昭６３−５６１３５号公報（第２−４頁、図１−５）
【特許文献４】
特許第２５０８７６７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献４に開示されているように電池の充放電量を積算して電池残量の逐次値を追跡する方法では、積算開始時点からの残量の相対変化分はわかるものの積算開始時点での絶対的な残量が分からない。
【０００７】
始動装置が接続される蓄電池に対してはエンジン始動時に必ず放電機会が存在するので始動のタイミングで電圧−電流特性等を測定して積算開始前残量初期値を確定することができるが、冗長用電池などは普段は殆ど放電する機会がなく主電池もしくは車載発電機が破綻した際にのみにしか放電する機会がないので冗長用電池の残量予測は困難であった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、冗長用電池の残量を確実に算定可能にし、非常用電力の供給を安定的に行うことができる車載電源システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車載電源システムは、車両用発電機と、車両用発電機によって充電されイグニッションＯＮ時には常時使用される電気装置に接続される第１の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置に断続的に接続される第２の蓄電装置と、第１の蓄電装置の状態量および車両用発電機の状態量の少なくとも一方に基づいて、第２の蓄電装置の充放電動作を制御する充放電制御装置とを備え、
前記第２の蓄電装置を定期的に放電させて電圧−電流特性を測定する。
【００１０】
これにより放電機会の少ない冗長用としての第２の蓄電装置の残量の絶対値を定期的に把握することができるため、従来の充放電電流値の積算方式を適用しても、前記放電のタイミングで積算量をリセットして残量絶対値を積算の初期値として常に精度良く電池残量を把握することができる。
【００１１】
また、電圧−電流特性から第２の蓄電装置の内部抵抗を算出し、第２の特電装置の寿命に関する状態量を検知して、前記状態量が所定値を下回ったら警報する。このように監視・警報することで第２の蓄電装置の交換時期を運転者に知らしめることができ第２の蓄電装置を常に良好な状態に維持できる。
【００１２】
また、前記電圧−電流を測定する方法は、前記第２の蓄電装置から前記第１の蓄電装置に接続された特定の電気装置に電流供給可能に定期的に接続し、該特定電気装置を稼動させる。このように構成することで放電専用の電気装置を設けることなく第２の蓄電装置の放電機会を得ることができる。
【００１３】
好適には、第１の電気装置と第２の電気装置をＤＣ／ＤＣコンバータで接続し、第２の蓄電装置から特定電気装置に放電する際には前記ＤＣ／ＤＣコンバータを短絡する。このように構成すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは第２の蓄電装置への充電専用コンバータとすることができ、充電を定電流充電とし充電電流を小さく設定することで、安定充電できるとともにＤＣ／ＤＣコンバータの容量を低減できるのでコンバータの信頼性が向上できる。
【００１４】
また、前記電圧−電流を測定する方法は、前記第１の蓄電装置には接続されない電気抵抗値固定の抵抗体を、定期的に前記第２の蓄電装置に接続する。このように構成することで第２の蓄電装置の放電電流値は前記抵抗体の両端電圧に比例して得られるので、抵抗体の両端電圧を検出することで高精度に検知でき、ホール式や磁気抵抗式などの高価な電流センサを不要とできる。更に、このように専用抵抗を持つことで、いつ稼動するか分からない特定電気装置の放電に依存するのではなく自身の管理下にて放電機会を設定できるので好都合である。
【００１５】
また、上述した充放電制御装置は、エンジン始動期間、即ち始動モータが稼動している期間、には前記第２蓄電装置の放電を禁止することが望ましい。始動時には始動モータに大電力が第１蓄電装置から供給される、かつエンジン始動前なのでエンジンで駆動される発電機は発電することができないので第１蓄電装置の充電状態量は極端に低下してしまう。このようなときに第２蓄電装置を放電させると、放電量も大きくなり、第２蓄電装置の充電状態を回復させるのに時間がかかる。本発明はこのような危険な状態を回避し、常時第２蓄電装置の充電状態を良好に保つことができる。
【００１６】
また、上述した第１の蓄電装置は主電源として、第２の蓄電装置は補助電源としてそれぞれ用いられ、第１のおよび第２の蓄電装置から並行して電力供給が行われる電気装置をさらに備えることが望ましい。これにより、電気装置に対する電力供給を確実に行うことが可能になる。
【００１７】
また、上述した第１の蓄電装置は、車両のエンジンルーム内に搭載され、第２の蓄電装置は、車室内あるいは車両のトランクルーム内に搭載されることが望ましい。エンジンルーム内に搭載されて温度変化が大きい第１の蓄電装置の端子電圧は大きく変動するが、このような場合であっても第２の蓄電装置の良好な充電状態を維持することが可能になる。また、第２の蓄電装置をトランクルーム内に搭載することにより、第２の蓄電装置の端子電圧の変動を低減することが可能になり、充電状態が良好な第２の蓄電装置による電力の供給をさらに安定させることができる。
【００１８】
また、上述した第１および第２の蓄電装置は、定格電圧が等しいことが望ましい。これにより、車載の各電気負荷に対する電力供給を行うために電圧変換器のような複雑な構成の電力変換装置が不要になり、構成の簡略化が可能になる。
【００１９】
また、上述した第２の蓄電装置は、第１の蓄電装置を用いて充電されることが望ましい。このような構成とすることにより、第１の蓄電装置の充電状態が良好なときに第２の蓄電装置に対する充電を行うとともに、第１の蓄電装置の充電状態が悪化しても第２の蓄電装置の充電状態を良好に維持することが可能になり、第２の蓄電装置による電力供給を安定的に行うことが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車載電源システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明を適用した第１の実施形態の車載電源システムの全体構成を示す図である。図１に示す本実施形態の車載電源システムは、メインバッテリ１０、車両用発電機（Ｇ）１２、スタータ（Ｓ）１４、常用電気負荷１６、緊急用電気装置１８、特定電気負荷５６、サブバッテリ２０、電力変換装置２２、電流センサ２４、５２、温度センサ２６、ダイオード２８、スイッチ３０、３２、５４、制御装置４０を含んで構成されている。
【００２２】
車両用発電機１２は、エンジン（図示せず）によって回転駆動されて、主電源としてのメインバッテリ１０の充電電力や常用電気負荷１６の動作電力を発生する。スタータ１４は、エンジンのクランクシャフトを回転させてエンジンを始動する。常用電気負荷１６は、通常の車両走行において使用される照明やエアコン等の電気機器である。緊急用電気装置１８は、緊急時に稼働させる必要のある電気機器であり、通常の車両走行において待機状態にある。特定電気装置とは運転者が必要に応じて不定期に稼動させる電気装置でありヒータやエアコン等の比較的電力容量の大きな電気負荷である。
【００２３】
サブバッテリ２０は、緊急用電気装置１８に対する給電がメインバッテリ１０から正常に行われないときに、代わりに緊急用電気装置１８に動作電力を供給する補助電源である。電力変換装置２２は、メインバッテリ１０から印加される電圧をほぼ一定の所定の電圧に変換する。このほぼ一定の出力電圧がサブバッテリ２０の端子に印加され、サブバッテリ２０に対する充電が行われる。
【００２４】
サブバッテリへの充電はサブバッテリの充電状態、即ち残存容量を電流センサ５２による充放電電流値の積算量にて算出し、該積算量を適正値になるように制御する。積算量が過剰ぎみであれば電力変換装置を休止し、積算量が不足気味であれば電力変換装置を稼動させる。
【００２５】
電流センサ２４はメインバッテリ１０の端子に入出力される充放電電流を、電流センサ５２はサブバッテリ２０の端子に入出力される充放電電流を各々検出する。温度センサ２６は、メインバッテリ１０の所定位置に設置されており、メインバッテリ１０の温度を検出する。
【００２６】
ダイオード２８は、緊急用電気装置１８の配線を経由してメインバッテリ１０からサブバッテリ２０に直接流れ込む電流を阻止するためのものであり、サブバッテリ２０と緊急用電気装置１８との間を接続する配線に挿入されている。スイッチ３０は、イグニッションキーに連動するイグニッションスイッチであり、閉成したときにスタータ１４に動作電力が供給される。スイッチ３２は、ダイオード２８に直列に接続されており、閉成したときにサブバッテリ２０から緊急用電気装置１８に動作電力を供給する。
【００２７】
スイッチ５４はサブバッテリ２０を直接特定電気負荷５６に接続しサブバッテリ２０から負荷５６に電力供給するスイッチである。
【００２８】
制御装置４０は、スイッチ３２を閉成あるいは開成することにより、サブバッテリ２０の放電状態を制御する。この充放電状態の制御は、直接検出されるメインバッテリ１０の端子電圧と、電流センサ２４によって検出した充放電電流値に基づいて判定されるメインバッテリ１０の充電状態と、温度センサ２６によって検出したメインバッテリ１０の温度とに基づいて行われる。
【００２９】
更に、該制御装置４０は前記スイッチ５４の開閉制御を司り、特定電気負荷５６が稼動開始したらスイッチ５４を閉成し、前記サブバッテリ２０の放電電流値、放電電圧値を計測しそのときのサブバッテリ２０の内部抵抗値を算出してその時点でのサブバッテリの残存容量を初期値として算出する。同時に今までのサブバッテリの充放電電流の積算量をリセットし積算量ゼロから前記初期値に加算してゆく。
【００３０】
上述したメインバッテリ１０が第１の蓄電装置に、サブバッテリ２０が第２の蓄電装置に、制御装置４０が充放電制御装置にそれぞれ対応する。
【００３１】
本実施形態の車載電源システムはこのような構成を有しており、次に、制御装置４０によってサブバッテリ２０の残存容量検出ロジックについて説明する。
【００３２】
図２は、制御装置４０の制御項目のうちサブバッテリの残存容量を検出する動作手順を示す流れ図である。
【００３３】
キースイッチ（図示せず）が投入されると、まず、制御装置４０は、特定の電気負荷５６が稼動しているか否かを判定する（ステップ１０２）。特定電気負荷が稼動している場合にはサブバッテリを放電させるためにスイッチ５４を閉成する（ステップ１０４）。サブバッテリの放電電流値、電圧値を検出する（ステップ１０６、１０８）。もとめた電圧−電流関係よりサブバッテリの内部抵抗を算出する。蓄電池は一般的に内部抵抗値が電池構成部材の劣化度合いに応じて上昇してゆく傾向があり、したがって電池内部抵抗値を算出することで、サブバッテリの劣化度合い、即ち残存容量を一義的に算定できる。その値を現時点での初期値ＳＯＣ０と設定する（ステップ１１０）。残存容量初期値が確定したらスイッチ５４を開成する（ステップ１１２）。以降はサブバッテリの充電放電電流値を規定のサンプリング間隔△ｔで検出し（ステップ１１４）、前記初期値に随時電流検出値にサンプリング間隔時間を乗じた値を加算（ステップ１１６）してゆくことでサブバッテリの残存容量の瞬時値を追跡することができる。尚、ステップ１０２で特定負荷５４が稼動していないと判断されたらステップ１０４〜ステップ１１２までをスキップしてステップ１１４を実行する。この場合、加算前のＳＯＣ値は前回走行時の最終値を記憶しておき、その値を利用する。
【００３４】
このように定期的にサブバッテリを放電させることで積算量をリセットすることで電流センサの誤差そのものが蓄積される積算誤差の影響を容易に排除できる。
【００３５】
従って緊急用途のサブバッテリの交換時期を運転者に知らせることができ、システムが破綻することを抑止できる。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
上述した第１の実施形態では、放電先を車載の特定電気装置に供給したが、これではどのタイミングで放電されるかわからないので、変形例では放電タイミングも管理下におくために放電専用の抵抗値既知の抵抗体５８を備える。該抵抗体５８を接続するスイッチ６０の制御は制御装置４０Ａで実行する。抵抗既知の抵抗体を使用する理由は放電電流値が端子電圧として検出できるので専用電流センサが不要とできる。
【００３７】
前記スイッチの閉成タイミングは例えば始動完了後に数秒間接続し、電池電圧、放電電流値を測定完了したら前記スイッチを開成する。
【００３８】
始動工程中は主電源である第１バッテリから始動モータに大容量放電をしている最中であるから、この間にサブバッテリを放電させるのは待機電源としての機能を考えると適当ではないので、始動完了後にサブバッテリの放電を開始することが望ましい。
【００３９】
このように設定すれば必ず一回の走行中に残存容量の初期値を確定できる。
【００４０】
こうして得られたサブバッテリの残存容量がある所定値を下回ったら運転者にサブバッテリの交換を促すシグナルを発信する。例えばインジケータランプを点灯、点滅したり、メッセージを表示する。このような監視を実施することでサブバッテリが破綻する前に交換完了して、非常用電源の安定供給可能状態で待機させることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、メインバッテリ１０やサブバッテリ２０の搭載場所については特に言及していないが、メインバッテリ１０をエンジンルーム内に搭載し、サブバッテリ２０をトランクルーム内に搭載するようにしてもよい。エンジンルーム内に搭載されて温度変化が大きいメインバッテリ１０の端子電圧は大きく変動するが、このような場合であってもサブバッテリ２０の良好な充電状態を維持することが可能になる。また、サブバッテリ２０をトランクルーム内に搭載することにより、サブバッテリ２０の端子電圧の変動を低減することが可能になり、充電状態が良好なサブバッテリ２０による電力の供給をさらに安定させることができる。
【００４２】
なお、所定期間内（例えば、１週間）に少なくとも１回、サブバッテリ２０の放電を行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車載電源システムの全体構成を示す図である。
【図２】制御装置の動作手順を示す流れ図である。
【図３】第２の実施形態の車載電源システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…メインバッテリ
１２…車両用発電機（Ｇ）
１４…スタータ（Ｓ）
１６…電気負荷
１８…緊急用電気装置
２０…サブバッテリ
２２…電力変換装置
２４、５２…電流センサ
２６…温度センサ
２８…ダイオード
３０、５４、６０…スイッチ
４０、４０Ａ…制御装置
【図１】
2004289892.tif 000003
【図２】
2004289892.tif 000004
【図３】
2004289892.tif 000005