(57)【要約】【課題】キャパシタからスタータへの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチの劣化を適切に判定する車両用電源装置を提供する。【解決手段】キャパシタ１からスタータ２１への電力供給中の所定時点におけるスイッチ２の両端電圧値を取得するスイッチ電圧取得手段（制御部９）と、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段１１と、所定時点を含む期間にキャパシタ電圧検出手段１１が検出したキャパシタ電圧の下降速度を算出する下降速度算出手段（制御部９）と、キャパシタ１の静電容量、及び、算出したキャパシタ電圧の下降速度に基づいて、スイッチを通流する電流値を算出する電流算出手段（制御部９）と、取得した両端電圧値、及び、算出した電流値に基づき、スイッチのオン抵抗を算出する抵抗算出手段（制御部９）と、算出したオン抵抗が、所定値を超えるか否かを判定する判定手段（制御部９）とを備える。【選択図】図１
2013091477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備えられた発電機からの電力を蓄電するキャパシタ、及び、該キャパシタと該キャパシタから電力を供給されるスタータとの間に設けられたスイッチを備える車両用電源装置において、
前記キャパシタから前記スタータへの電力供給中の所定時点における前記スイッチの両端電圧値を取得するスイッチ電圧取得手段と、
前記キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記所定時点を含む期間に前記キャパシタ電圧検出手段が検出したキャパシタ電圧の下降速度を算出する下降速度算出手段と、
前記キャパシタの静電容量、及び、前記下降速度算出手段が算出したキャパシタ電圧の下降速度に基づいて、前記スイッチを通流する電流値を算出する電流算出手段と、
前記スイッチ電圧取得手段が取得した両端電圧値、及び、前記電流算出手段が算出した電流値に基づき、前記スイッチのオン抵抗を算出する抵抗算出手段と、
該抵抗算出手段が算出したオン抵抗が、所定値を超えるか否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記スイッチ電圧取得手段は、前記キャパシタから前記スタータへの電力供給中の複数の時点における前記スイッチの両端電圧値を取得するように構成してあり、
前記スイッチ電圧取得手段が検出した複数の両端電圧値の平均を算出する平均算出手段をさらに備え、
前記抵抗算出手段は、前記平均算出手段が算出した両端電圧値の平均を用いて、前記スイッチのオン抵抗を算出するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記発電機及びキャパシタの間に接続され、定電流値により前記キャパシタを充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記キャパシタの充電中におけるキャパシタ電圧の上昇速度を算出する上昇速度算出手段と、
前記定電流値、及び、前記上昇速度算出手段が測定した前記キャパシタ電圧の上昇速度に基づいて、前記キャパシタの静電容量を算出する静電容量算出手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記抵抗算出手段が算出したオン抵抗が所定値を超えたと、前記判定手段が判定した場合に、所定の信号を出力する信号出力手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項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、大電流の通流のオン／オフを切り替えるスイッチの劣化を判定する車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が備えるスタータは、エンジンを始動する都度用いられるが、特にアイドルストップ機能を備える車両では、アイドルストップからエンジンを始動するので、スタータが頻繁に用いられる。したがって、鉛蓄電池によりスタータへの電力供給を行うと、充放電の繰り返しにより鉛蓄電池の劣化が進む。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の車両用電源装置では、鉛蓄電池（主電源）とキャパシタ（蓄電部）とを併用している。特許文献１では、車両の使用開始時にのみ、鉛蓄電池からスタータに電力を供給する。エンジンが回転している間は、車両の減速時に発電機で発生する電力をキャパシタに蓄電し、車両がアイドルストップからエンジンを始動する際には、キャパシタに蓄電されている電力を、スタータに供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の車両用電源装置では、少なくとも、アイドルストップからエンジンを始動する都度、キャパシタとスタータとの間に設けられたスイッチに大電流が通流するため、スイッチの劣化が著しい。スイッチが劣化した状態で大電流を通流させると、スイッチが故障して導通状態から切断できない、又は、接触不良により導通ができない、等の不具合が発生することがある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、キャパシタからスタータへの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチの劣化を適切に判定することのできる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両用電源装置は、車両に備えられた発電機からの電力を蓄電するキャパシタ、及び、該キャパシタと該キャパシタから電力を供給されるスタータとの間に設けられたスイッチを備える車両用電源装置において、前記キャパシタから前記スタータへの電力供給中の所定時点における前記スイッチの両端電圧値を取得するスイッチ電圧取得手段と、前記キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、前記所定時点を含む期間に前記キャパシタ電圧検出手段が検出したキャパシタ電圧の下降速度を算出する下降速度算出手段と、前記キャパシタの静電容量、及び、前記下降速度算出手段が算出したキャパシタ電圧の下降速度に基づいて、前記スイッチを通流する電流値を算出する電流算出手段と、前記スイッチ電圧取得手段が取得した両端電圧値、及び、前記電流算出手段が算出した電流値に基づき、前記スイッチのオン抵抗を算出する抵抗算出手段と、該抵抗算出手段が算出したオン抵抗が、所定値を超えるか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明にあっては、スイッチの両端電圧値、及び、キャパシタの静電容量とキャパシタ電圧の下降速度とに基づくスイッチに通流する電流値により、スイッチのオン抵抗を算出し、算出したオン抵抗により、スイッチの劣化を判定するので、キャパシタからスタータへの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチの劣化を適切に判定することができる。
【０００９】
また、本発明に係る車両用電源装置は、前記スイッチ電圧取得手段は、前記キャパシタから前記スタータへの電力供給中の複数の時点における前記スイッチの両端電圧値を取得するように構成してあり、前記スイッチ電圧取得手段が検出した複数の両端電圧値の平均を算出する平均算出手段をさらに備え、前記抵抗算出手段は、前記平均算出手段が算出した両端電圧値の平均を用いて、前記スイッチのオン抵抗を算出するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、複数の時点におけるスイッチの両端電圧値の平均を算出し、算出した両端電圧値の平均をオン抵抗の算出に用いる。これにより、オン抵抗をより精度良く算出することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両用電源装置は、前記発電機及びキャパシタの間に接続され、定電流値により前記キャパシタを充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記キャパシタの充電中におけるキャパシタ電圧の上昇速度を算出する上昇速度算出手段と、前記定電流値、及び、前記上昇速度算出手段が測定した前記キャパシタ電圧の上昇速度に基づいて、前記キャパシタの静電容量を算出する静電容量算出手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、キャパシタの充電にＤＣ／ＤＣコンバータを用い、キャパシタを定電流値で充電する際の充電電圧の上昇速度を算出し、算出した上昇速度に基づいて、キャパシタの静電容量を算出する。これにより、キャパシタの劣化により静電容量が変化している場合でも、変化した静電容量によりスイッチのオン抵抗を算出するので、オン抵抗を精度良く算出することができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両用電源装置は、前記抵抗算出手段が算出したオン抵抗が所定値を超えたと、前記判定手段が判定した場合に、所定の信号を出力する信号出力手段を、さらに備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、オン抵抗が所定値を超えたと判定手段が判定した場合に、所定の信号を出力する。これにより、スイッチが劣化している場合に、ユーザ又は関連装置に、スイッチが劣化していることを通知することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、キャパシタからスタータへの電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチの劣化を適切に判定することのできる車両用電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】スイッチの劣化を判定する処理の例を示すフローチャートである。
【図３】スイッチの劣化を判定する処理の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。図１に示す各部は、車両に搭載されている。図１には、車両用電源装置１０、スイッチ３、バッテリ５、負荷群６、車両制御部８、スタータ２１、発電機２２、及び、エンジン２３を示す。車両用電源装置１０は、キャパシタ１、スイッチ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、及び、制御部９を有する。
【００１９】
キャパシタ１の負極端子は接地され、正極端子は、スイッチ２を通じてスタータ２１の正極端子に接続されている。キャパシタ１の正極端子は、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の一方の端子に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の他方の端子は、バッテリ５の正極に接続されている。
【００２０】
バッテリ５の正極は、スイッチ３を通じてスタータ２１の正極端子に接続されている。バッテリ５の正極は、さらに、発電機２２の正極端子、及び、負荷群６が有するそれぞれの負荷６１の正極端子に接続されている。バッテリ５の負極、発電機２２の負極端子、及び、負荷６１の負極端子は、接地されている。発電機２２及びスタータ２１は、エンジン２３と連動する。
【００２１】
電圧計１１は、キャパシタ１の充電電圧値（又は、放電電圧値）Ｖ１を検出する。電圧計１２は、スイッチ２の両端電圧値Ｖ２を検出する。
【００２２】
制御部９は、電圧計１１及び電圧計１２から、それぞれ、充電電圧値Ｖ１及び両端電圧値Ｖ２が与えられる。制御部９は、また、イグニッションキー信号、エンジンＥＣＵ信号、ブレーキ操作信号、及び、車速信号が与えられる。イグニッションキー信号は、イグニッションキーのオン及びオフを示す。エンジンＥＣＵ信号は、エンジンの始動開始、及び、エンジンが回転中であるか否かを示す。ブレーキ操作信号は、運転者によりブレーキが操作されたことを示す。これらの信号は、図示しないＥＣＵから与えられる。車速信号は、図示しないセンサから与えられ、車両が走行中である場合に、車速値を示す。
【００２３】
図２及び図３は、スイッチ２の劣化を判定する処理の例を示すフローチャートである。図２及び図３の処理は、制御部９が実行する。図２の処理は、車両が駐車しており、イグニッションキーがオフになっている状態から開始する。先ず、制御部９が、イグニッションキーオンによるエンジン２３の始動が開始されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。すなわち、イグニッションキー信号の値がオンであり、かつ、エンジンＥＣＵ信号の値がエンジン２３の始動開始であるか否かを判定する。イグニッションキーオンによるエンジン２３の始動が開始されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）は、ステップＳ１１を繰り返す。
【００２４】
一方、イグニッションキーオンによるエンジン２３の始動が開始された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）は、制御部９は、スイッチ３をオンにし、バッテリ５からスタータ２１への電力供給を開始する（ステップＳ１２）。
【００２５】
続いて、制御部９は、エンジン２３の始動が終了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、エンジンＥＣＵ信号の値が、エンジン２３が回転中であることを示すか否かを判定する。エンジン２３の始動が終了していない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、ステップＳ１３を繰り返す。エンジン２３の始動が終了した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、スイッチ３をオフにし、バッテリ５からスタータ２１への電力供給を停止する（ステップＳ１４）。
【００２６】
車両が走行している間に、運転者がブレーキを操作することにより、回生電力が、発電機２２からＤＣ／ＤＣコンバータ４に供給される。制御部９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対し、発電機２２から供給される電力を、電流値Ｉ１で、キャパシタ１に対して出力する指示を与え、時刻ｔを０にリセットして計時を開始する（ステップＳ２１）。これにより、車両が走行している間にブレーキが作動して、発電機２２が発生させる回生電力を、キャパシタ１に蓄電することができる。
【００２７】
続いて、制御部９は、所定の時点ｔ１を含む期間のキャパシタ１の充電電圧値Ｖ１の上昇速度（ｄＶ１／ｄｔ１）を算出する（ステップＳ２２）。所定の時点ｔ１とは、キャパシタ１に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が継続して電力を供給している期間内のある時点である。上昇速度は、例えば、２つの時点の充電電圧値Ｖ１の差を、２つの時点の間の時間で除することにより算出する。
【００２８】
続いて、次式（１）により、キャパシタ１の静電容量Ｃを算出する（ステップＳ２３）。
【００２９】
Ｃ＝Ｉ１／（ｄＶ１／ｄｔ１）  ・・・（１）
但し、Ｃは、キャパシタ１の静電容量、
Ｉ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からキャパシタ１へ供給する電力の電流値、
Ｖ１は、キャパシタ１の充電電圧値
である。
【００３０】
続いて、制御部９は、Ｖ１が所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２４）。所定値は、キャパシタ１が蓄電を終了する際の充電電圧値である。Ｖ１が所定値を超えていない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）は、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。一方、Ｖ１が所定値を超えている場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）は、イグニッションキーがオフになったか否かを判定する（ステップＳ２５）。すなわち、イグニッションキー信号の値がオフか否かを判定する。
【００３１】
制御部９は、イグニッションキーがオフになった場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）は、処理を終了する。一方、イグニッションキーがオフになっていない場合（ステップＳ２５：ＮＯ）は、アイドルストップからエンジン２３の始動が開始されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。すなわち、イグニッションキー信号の値がオンを継続している場合に、エンジンＥＣＵ信号の値が、エンジン２３の始動を開始する値であるか否かを判定する。エンジン２３の始動を開始されていない場合（ステップＳ２６：ＮＯ）はステップＳ２６を繰り返す。
【００３２】
制御部９は、アイドルストップからエンジン２３の始動が開始された場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）は、スイッチ２をオンにし、キャパシタ１からスタータ２１への電力供給を開始し、時刻ｔを０にリセットして計時を開始する（ステップＳ２７）。
【００３３】
続いて、所定の時点ｔ２における、スイッチ２の両端電圧値Ｖ２を取得する（ステップＳ２８）。所定の時点ｔ２は、スタータ２１の始動時の突入電流による両端電圧値Ｖ２の急激な変化が収束した期間に含まれるとよい。また、複数の時点ｔ２において、両端電圧値Ｖ２を取得し、それらの平均を求め、後述するオン抵抗Ｒを算出する際に求めた平均を用いることにより、精度を高めることができる。続いて、両端電圧値Ｖ２が第２所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２９）。第２所定値は、スイッチ２のオン抵抗が所定値を超えていると推測される場合に、スイッチ２の両端に生じる電位差を推定して定められる。
【００３４】
両端電圧値Ｖ２が第２所定値を超えている場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）は、両端電圧値Ｖ２が第２所定値を超えていると判定した際の所定の時点ｔ２を含む期間におけるキャパシタ１の放電電圧値Ｖ１の下降速度（ｄＶ１／ｄｔ２）を算出する（ステップＳ３０）。より詳細には、例えば、図示しない記憶部に、所定の時点ｔ２毎のＶ１値を記憶しておき、ステップＳ２９で第２所定値を超えていると判定された両端電圧値Ｖ２を取得した時点を含む期間に取得した複数の放電電圧値Ｖ１から、下降速度（ｄＶ１／ｄｔ２）を算出する。下降速度は、取得した複数の放電電圧値Ｖ１の平均値にするとよい。
【００３５】
続いて、スイッチ２のオン抵抗Ｒを、次式（２）及び式（３）により、算出する（ステップＳ３１）。
【００３６】
Ｉ２＝Ｃ×（ｄＶ１／ｄｔ２）  ・・・（２）
Ｒ＝Ｖ２／Ｉ２              ・・・（３）
但し、Ｖ１は、キャパシタ１の放電電圧値、
（ｄＶ１／ｄｔ２）は、所定の時点ｔ２を含む期間におけるキャパシタ１の放電電圧値の下降速度、
Ｃは、キャパシタ１の静電容量、
Ｉ２は、所定の時点ｔ２においてスイッチ２を通流する電流値、
Ｖ２は、所定の時点ｔ２におけるスイッチ２の両端電圧、
Ｒは、オン抵抗
である。
【００３７】
続いて、オン抵抗Ｒが、第３所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ３２）。オン抵抗Ｒが、第３所定値を超えている場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）は、車両制御部８に対し、スイッチ２が劣化している旨の信号を出力する（ステップＳ３３）。
【００３８】
この信号に基づいて、車両制御部８は、例えば、図示しないインストルメント・パネル等に設けられている表示装置にスイッチが劣化している旨の通知を表示する、又は、図示しないＬＥＤを点灯させる等の処理を行う。車両制御部８は、また例えば、図示しないアイドルストップＥＣＵに対し、アイドルストップを禁止する信号を出力する。車両制御部８は、また例えば、制御部９に対し、アイドルストップからのエンジン２３の始動の際に、スイッチ２をオフにし、スイッチ３をオンにすることにより、スタータ２１への電力供給をバッテリ５から行う指示を出力する。
【００３９】
両端電圧値Ｖ２が第２所定値を超えていない場合（ステップＳ２９：ＮＯ）、ステップＳ３１で算出したオン抵抗Ｒが第３所定値を超えていない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、又は、ステップＳ３３の後に、ステップＳ３４に進む。制御部９は、アイドルストップからのエンジンの始動が終了したか否かを判定する（ステップＳ３４）。すなわち、エンジンＥＣＵ信号の値が、エンジンが回転中であるか否かを判定する。
【００４０】
エンジンの始動が終了している場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）は、ステップＳ２１に戻って処理を繰り返す。一方、エンジンの始動が終了していない場合（ステップＳ３４：ＮＯ）は、ステップＳ２８に戻って処理を繰り返す。
【００４１】
図４は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。図４の構成は、図１の車両用電源装置１０に代えて車両用電源装置１０ａが設けられ、、電圧計１２に代えて、電圧計３２が設けられている。車両用電源装置１０ａは、制御部９に代えて制御部９ａが設けられている。その他は、図１の構成と同一である。ここでは、主に、制御部９ａ、及び、電圧計３２について説明する。
【００４２】
電圧計１１は、キャパシタ１の充電電圧値（又は、放電電圧値）Ｖ１を測定し、電圧計３２は、スイッチ２のスタータ側端子の電圧値Ｖ４を測定する。充電電圧値Ｖ１及び電圧値Ｖ４は、制御部９ａに与えられる。制御部９ａは、また、イグニッションキー信号、エンジンＥＣＵ信号、ブレーキ操作信号、及び、車速信号が与えられる。イグニッションキー信号は、イグニッションキーのオン及びオフを示す。エンジンＥＣＵ信号は、エンジンの始動開始、及び、エンジンが回転中であるか否かを示す。ブレーキ操作信号は、運転者によりブレーキが操作されたことを示す。これらの信号は、図示しないＥＣＵから与えられる。車速信号は、図示しないセンサから与えられ、車両が走行中である場合に、車速値を示す。
【００４３】
制御部９ａが実行するスイッチ２の劣化を判定する処理は、図２及び図３とほぼ同一である。より詳細には、スイッチ２の両端電圧値Ｖ２として、電圧値Ｖ４と放電電圧値Ｖ１との差の値を用いる。このため、制御部９ａは、Ｖ２＝（Ｖ４−Ｖ１）の計算を行う。
【００４４】
以上、発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は、この発明を実施するための形態で述べた実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１          キャパシタ
２、３      スイッチ
４          ＤＣ／ＤＣコンバータ
５          バッテリ
６          負荷群
８          車両制御部
９、９ａ    制御部（スイッチ電圧取得手段、下降速度算出手段、電流算出手段、抵抗算出手段、判定手段、平均算出手段、上昇速度算出手段、静電容量算出手段、信号出力手段）
１１        電圧計（キャパシタ電圧検出手段）
１２        電圧計
２１        スタータ
２２        発電機
２３        エンジン
３２        電圧計
６１        負荷
【図１】
2013091477.tif 000003
【図２】
2013091477.tif 000004
【図３】
2013091477.tif 000005
【図４】
2013091477.tif 000006