(57)【要約】      （修正有）【課題】突入電流による蓄電素子の性能劣化を防止する自動車用電源装置を提供する。【解決手段】オルタネータ１と蓄電素子２との間に、オルタネータの発電開始時に蓄電素子への突入電流を抑制する突入電流防止回路１１を介在させる。突入電流防止回路は、突入電流抑制素子１２と、突入電流抑制素子に並列に接続されるスイッチ回路１３と、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値未満となったとき、スイッチ回路を導通させる制御部１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オルタネータと蓄電素子との間に、該オルタネータの発電開始時に前記蓄電素子への突入電流を抑制する突入電流防止回路を介在させたことを特徴とする自動車用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動車用電源装置において、
前記突入電流防止回路は、
突入電流抑制素子と、
前記突入電流抑制素子に並列に接続されるスイッチ回路と、
前記オルタネータの出力電圧と前記蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値未満となったとき、前記スイッチ回路を導通させる制御部と
を備えたことを特徴とする自動車用電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自動車用電源装置において、
前記突入電流抑制素子を抵抗とし、前記スイッチ回路はＦＥＴ素子としたことを特徴とする自動車用電源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか1項に記載の自動車用電源装置において、
前記オルタネータの出力電圧を降圧してメインバッテリー及び負荷群に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータに前記突入電流防止回路を備えたことを特徴とする自動車用電源装置。
【請求項５】
オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧を比較し、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧の電位差がしきい値以上であるとき、オルタネータの発電電力を突入電流抑制素子を介して蓄電素子に供給し、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧の電位差がしきい値未満であるとき、前記突入電流抑制素子及び該突入電流抑制素子に並列に接続したスイッチ回路を介して前記オルタネータの発電電力を蓄電素子に供給することを特徴とする自動車用電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回生システムを備えた自動車用電源装置及び自動車用電源装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃料消費量を低減するために、エネルギー回生システムを備えた自動車が実用化されている。回生システムの一例として、自動車の減速時の慣性エネルギーでオルタネータを作動させて発電した電力をキャパシタ及びメインバッテリーに蓄え、アイドリングストップに続くエンジンの再始動時に、キャパシタの蓄電電力でスターターモータを駆動するようにしたものがある。また、走行時にキャパシタの蓄電電力でモータを作動させて、エンジンの出力トルクを補うことも行われる。
【０００３】
このような動作により、メインバッテリーの電力消費が低減されるため、通常走行時にオルタネータの作動時間が短縮されるとともに、ハイブリッドシステムを搭載した自動車では、エンジンの出力トルクもモータで補われるので、エンジンの負荷が低減されて、燃料消費量の低減が図られている。
【０００４】
図３は、上記のような回生システムを備えた自動車用電源装置の一例を示す。オルタネータ１で発電される電力はキャパシタ２に充電されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧されてメインバッテリー４及び負荷群５に供給される。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力は、メインバッテリー４及び負荷群５で必要とする電力に基づいて電源制御ＥＣＵ６により制御される。
そして、オルタネータ１は電源制御ＥＣＵ６の制御に基づいて主に減速時に作動し、その発電電力がキャパシタ２に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して、メインバッテリー４及び負荷群５に供給される。
【０００６】
特許文献１及び特許文献２には、オルタネータの発電電力でキャパシタを充電するとともに、オルタネータの発電電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してバッテリー及び電気負荷に供給するようにした車両用電源制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２５２０１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５２０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図３に示す自動車用電源装置では、キャパシタ２の充電量が低下してその出力電圧Ｖｃが低下している状態で、オルタネータ１の発電電圧Ｖｏが立ち上がると、図４に示すように、キャパシタ２に流入する充電電流Ｉｃに突入電流Ｉｐが流れる。
【０００９】
そして、このような突入電流Ｉｐがキャパシタ２に繰り返し流入すると、キャパシタ２の蓄電性能が低下するという問題点がある。
特許文献１及び特許文献２に開示された自動車用電源装置では、バッテリーの過放電による劣化を防止する構成は開示されているが、キャパシタに流入する突入電流によるキャパシタの性能劣化を防止する構成は開示されていない。
【００１０】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は突入電流による蓄電素子の性能劣化を防止し得る自動車用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する自動車用電源装置は、オルタネータと蓄電素子との間に、該オルタネータの発電開始時に前記蓄電素子への突入電流を抑制する突入電流防止回路を介在させたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、該オルタネータの発電開始時に前記蓄電素子への突入電流が抑制される。
また、上記の自動車用電源装置において、前記突入電流防止回路は、突入電流抑制素子と、前記突入電流抑制素子に並列に接続されるスイッチ回路と、前記オルタネータの出力電圧と前記蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値未満となったとき、前記スイッチ回路を導通させる制御部を備えることが好ましい。
【００１３】
この構成により、オルタネータの発電開始時に、オルタネータの出力電圧と前記蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値以上であれば、突入電流抑制素子からのみ蓄電素子に充電電流が供給されるので、蓄電素子への突入電流が抑制される。
【００１４】
また、上記の自動車用電源装置において、前記突入電流抑制素子を抵抗とし、前記スイッチ回路はＦＥＴ素子とすることが好ましい。
この構成により、蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値以上であれば、抵抗を介して蓄電素子に充電電流が供給され、蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値未満であれば、ＦＥＴ素子及び抵抗から蓄電素子に充電電流が供給される。
【００１５】
また、上記の自動車用電源装置において、前記オルタネータの出力電圧を降圧してメインバッテリー及び負荷群に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータに前記突入電流防止回路を備えることが好ましい。
【００１６】
この構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータにオルタネータと蓄電素子を接続すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ内の突入電流防止回路により蓄電素子への突入電流が抑制される。
また、上記課題を解決する自動車用電源装置の制御方法は、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧を比較し、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧の電位差がしきい値以上であるとき、オルタネータの発電電力を突入電流抑制素子を介して蓄電素子に供給し、オルタネータの出力電圧と蓄電素子の出力電圧の電位差がしきい値未満であるとき、前記突入電流抑制素子及び該突入電流抑制素子に並列に接続したスイッチ回路を介して前記オルタネータの発電電力を蓄電素子に供給することを特徴とする。
【００１７】
この制御方法により、オルタネータの発電開始時に、オルタネータの出力電圧と前記蓄電素子の出力電圧の電位差があらかじめ設定したしきい値以上であれば、突入電流抑制素子からのみ蓄電素子に充電電流が供給され、しきい値未満であれば、スイッチ回路及び突入電流抑制素子から蓄電素子に充電電流が供給される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の自動車用電源装置によれば、突入電流による蓄電池の性能劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の自動車用電源装置を示す回路図である。
【図２】一実施形態の自動車用電源装置の動作を示す説明図である。
【図３】従来の自動車用電源装置を示す回路図である。
【図４】従来の自動車用電源装置の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、自動車用電源装置の一実施形態を図面に従って説明する。上記従来例と同一構成部分は、同一符号を付して説明する。
図１に示す自動車用電源装置は、オルタネータ１で発電される電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１０に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に設けられる突入電流防止回路１１を介してキャパシタ２に供給される。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、オルタネータ１の出力電圧Ｖｏあるいはキャパシタ２の出力電圧Ｖｃを降圧して、メインバッテリー４及び負荷群５に供給する。
そして、オルタネータ１は電源制御ＥＣＵ６の制御に基づいて主に減速時に作動し、その発電電力が突入電流防止回路１１を介してキャパシタ２に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してメインバッテリー４及び負荷群５に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電力は、メインバッテリー４及び負荷群５で必要とする電力に基づいて電源制御ＥＣＵ６により制御される。
【００２２】
突入電流防止回路１１は、オルタネータ１とキャパシタ２との間に抵抗１２とＦＥＴ素子１３とが並列に接続されて構成されている。ＦＥＴ素子１３はＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成される。ＦＥＴ素子１３のゲートには、ＦＥＴ駆動回路１４から駆動信号が入力され、そのＦＥＴ駆動回路１４の動作はマイコン１５で制御される。
【００２３】
そして、ＦＥＴ素子１３はマイコン１５の制御に基づいてオン・オフ駆動され、オン動作時には０％〜１００％の間のデューティ比でスイッチング駆動される。
また、ＦＥＴ素子１３はＦＥＴ駆動回路１４から出力されるＬレベルのゲート信号により常にはオン状態に維持され、オルタネータ１の発電動作開始時にオフ状態となるように制御される。
【００２４】
オルタネータ１及びキャパシタ２の出力電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電圧変換部１６に供給される。電圧変換部１６は、オルタネータ１及びキャパシタ２の電力出力端子と接地端子との間に直列に接続されたＦＥＴ素子１７，１８と、ＦＥＴ素子１７，１８間に一端が接続されたコイル１９とで構成されている。
【００２５】
そして、ＦＥＴ素子１７，１８はマイコン１５によりＦＥＴ駆動回路１４を介して交互にオンするようにスイッチング制御され、そのデューティ比を制御することにより、コイル１９を介してメインバッテリー４及び負荷群５に供給する電圧及び電力が制御される。
【００２６】
オルタネータ１は電源制御ＥＣＵ６から出力される発電電圧指示信号Ｓ１に基づいて制御される出力電圧Ｖｏを出力する。また、電源制御ＥＣＵ６は発電電圧指示信号Ｓ１をＤＣ／ＤＣコンバータ１０のマイコン１５に出力し、マイコン１５は発電電圧指示信号Ｓ１に基づいてオルタネータ１の出力電圧Ｖｏを認識する。
【００２７】
また、マイコン１５にはキャパシタ２の出力電圧Ｖｃが入力される。そして、マイコン１５はキャパシタ２の出力電圧Ｖｃがオルタネータ１の出力電圧Ｖｏよりあらかじめ設定されたしきい値Ｖｔ以上低いときには、ＦＥＴ素子１３をオフさせるように制御する。
【００２８】
キャパシタ２の出力電圧Ｖｃとオルタネータ１の出力電圧Ｖｏの電位差がＶｔ未満となると、マイコン１５はＦＥＴ素子１３をオンさせるとともに、電位差が小さくなるにつれて、オン時間が長くなるようにデューティ比を制御する。
【００２９】
次に、上記のような自動車用電源装置の作用を図２に従って説明する。
キャパシタ２の充電量が低下して出力電圧Ｖｃが低下している状態で、回生動作が開始されてオルタネータ１が発電を開始すると、キャパシタ２の出力電圧Ｖｃがオルタネータ１の出力電圧Ｖｏよりしきい値Ｖｔ以上低い場合には、ＦＥＴ素子１３がオフ状態に維持される。
【００３０】
すると、オルタネータ１の発電電力は抵抗１２を介してキャパシタ２に供給されるため、キャパシタ２に流れる充電電流Ｉｃはオルタネータ１の出力電圧Ｖｏと抵抗１２で規定される電流値を上限として立ち上がる。
【００３１】
キャパシタ２への充電電流Ｉｃの供給により、キャパシタ２の出力電圧Ｖｃが上昇して、オルタネータ１の出力電圧Ｖｏとの電位差がしきい値Ｖｔ以下となると、ＦＥＴ素子１３がオンされる。
【００３２】
このとき、ＦＥＴ素子１３はマイコン１５によりＰＷＭ制御され、オン時間が徐々に長くなるようにデューティ比が制御される。
この結果、オルタネータ１の発電電力はＦＥＴ素子１３を介してキャパシタ２に供給されるため、抵抗１２を介して供給される充電電流に比して、低抵抗で十分な充電電流が供給されて、充電効率が上昇する。
【００３３】
また、オルタネータ１の発電電力は電圧変換部１６で降圧されて、メインバッテリー４及び負荷群５に供給される。
上記のような自動車用電源装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）キャパシタ２の出力電圧Ｖｃが低下している状態で、オルタネータ１が発電を開始するとき、抵抗１２を介してキャパシタ２に充電電流Ｉｃを供給することができる。従って、オルタネータ１の発電開始時におけるキャパシタ２への突入電流の流入を阻止することができる。
（２）オルタネータ１の出力電圧Ｖｏとキャパシタ２の出力電圧Ｖｃとの電位差がしきい値Ｖｔ未満となると、オルタネータ１からオン抵抗の低いＦＥＴ素子１３を介してキャパシタ２に充電電流Ｉｃを供給することができる。従って、キャパシタ２を効率よく充電することができる。
（３）オルタネータ１の出力電圧Ｖｏとキャパシタ２の出力電圧Ｖｃとの電位差がしきい値Ｖｔ未満となるまでＦＥＴ素子１３をオンさせないので、ＦＥＴ素子１３のオン動作時にキャパシタ２への突入電流は生じない。
（４）ＦＥＴ素子１３は、オルタネータ１の発電開始時にのみオフされ、通常時はＬレベルのゲート信号によりオン状態に維持される。従って、ＦＥＴ駆動回路１４はオルタネータ１の発電開始時にのみＦＥＴ素子１３にＨレベルのゲート信号を出力すればよいので、ＦＥＴ駆動回路１４の消費電力を低減することができる。
（５）抵抗１２及びＦＥＴ素子１３をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に内蔵したので、キャパシタ２への突入電流を阻止する突入電流防止機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ１０を容易に構成することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ＦＥＴ素子１３に代えて、電磁リレーを使用してもよい。
・抵抗１２に代えて、突入電流を阻止可能としたコイルを使用してもよい。
・キャパシタ２に代えて、他の蓄電素子としてもよい。
・キャパシタ２を内蔵したＤＣ／ＤＣコンバータ１０としてもよい。このような構成とすると、オルタネータ１をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に接続するだけで、キャパシタへの突入電流防止機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータを構成することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…オルタネータ、２…蓄電素子（キャパシタ）、１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１…突入電流防止回路、１２…突入電流抑制素子（抵抗）、１３…スイッチ回路（ＦＥＴ素子）、１４…制御部（ＦＥＴ駆動回路）、１５…制御部（マイコン）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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