(57)【要約】【課題】キャパシタの劣化を防止しつつ、キャパシタが使用可能な状態となるまでに要する充電時間を短縮することができる車両用電源装置の提供。【解決手段】本発明は、車両用電子機器に対して接続されるキャパシタ２２と、前記キャパシタに蓄積された電荷をグランドに流す放電回路２４と、車両の主電源がオフにされたときに前記放電回路により前記キャパシタを放電させる制御装置３０とを備える車両用電源装置１であって、前記制御装置は、前記キャパシタの電圧がゼロになる前に、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする。【選択図】図２
2009225530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用電子機器に対して接続されるキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷をグランドに流す放電回路と、車両の主電源がオフにされたときに前記放電回路により前記キャパシタを放電させる制御装置とを備える車両用電源装置であって、
前記制御装置は、前記キャパシタの電圧がゼロになる前に、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする、車両用電源装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記キャパシタの電圧が、ゼロよりも大きい所定電圧に降下した際に、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止す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】
前記所定電圧は、前記キャパシタに必要とされる所与の保証期間中に前記キャパシタの交換を要する劣化が生じないような電圧範囲の最大値に基づいて適合され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４】
前記車両の主電源は、ＩＧ電源で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５】
前記車両用電子機器と前記キャパシタの間には、前記キャパシタの出力電圧を昇圧する昇圧回路が設けられ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６】
前記キャパシタを充電する充電回路を更に備え、
前記充電回路は、前記キャパシタに接続される車両の主バッテリと、前記主バッテリと前記キャパシタの間に設けられるチョッパ式のＤＣ／ＤＣコンバータとを備え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７】
前記車両用電子機器は、電子制御によりブレーキ圧を昇圧する電子制御式ブレーキシステムのアクチュエータで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８】
車両用電子機器に対して接続されるキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷をグランドに流す放電回路とを備える車両用電源装置に適用される制御装置であって、
車両の主電源がオフにされたときに、前記放電回路により前記キャパシタを放電させ、前記キャパシタの電圧が、ゼロよりも大きい所定電圧に降下したときに、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタを備える車両用電源装置及びこれに用いる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気的な制御により車両を制動させる際に用いられる車両用電源装置であって、電子制御部と、バッテリと、このバッテリの異常時に前記電子制御部を介してブレーキへの電力供給を行うための補助電源（キャパシタ）とを有し、このキャパシタが複数のキャパシタで形成されるキャパシタユニットを用いた電源バックアップユニットからなり、車両走行開始時に前記電源バックアップユニットの電荷が充電されるとともに、車両走行終了時に前記電源バックアップユニットの電荷が完全に放電される車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４５９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、車両走行終了時に電源バックアップユニットのキャパシタの電荷が完全に放電されるので、キャパシタの劣化を防止することができる反面、車両走行開始時に電源バックアップユニットのキャパシタの電荷を充電する際に、キャパシタが使用可能な充電状態となるまでに要する充電時間が長くなり、その長い充電時間の間、キャパシタの補助機能が損なわれるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、キャパシタの劣化を防止しつつ、キャパシタが使用可能な状態となるまでに要する充電時間を短縮することができる車両用電源装置及びこれに用いる制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、車両用電子機器に対して接続されるキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷をグランドに流す放電回路と、車両の主電源がオフにされたときに前記放電回路により前記キャパシタを放電させる制御装置とを備える車両用電源装置であって、
前記制御装置は、前記キャパシタの電圧がゼロになる前に、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記制御装置は、前記キャパシタの電圧が、ゼロよりも大きい所定電圧に降下した際に、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記キャパシタに必要とされる所与の保証期間中に前記キャパシタの交換を要する劣化が生じないような電圧範囲の最大値に基づいて適合されることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記車両の主電源は、ＩＧ電源であることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記車両用電子機器と前記キャパシタの間には、前記キャパシタの出力電圧を昇圧する昇圧回路が設けられることを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記キャパシタを充電する充電回路を更に備え、
前記充電回路は、前記キャパシタに接続される車両の主バッテリと、前記主バッテリと前記キャパシタの間に設けられるチョッパ式のＤＣ／ＤＣコンバータとを備えることを特徴とする。
【００１１】
第７の発明は、第１の発明に係る車両用電源装置において、
前記車両用電子機器は、電子制御によりブレーキ圧を昇圧する電子制御式ブレーキシステムのアクチュエータであることを特徴とする。
【００１２】
第８の発明は、車両用電子機器に対して接続されるキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷をグランドに流す放電回路とを備える車両用電源装置に適用される制御装置であって、
車両の主電源がオフにされたときに、前記放電回路により前記キャパシタを放電させ、前記キャパシタの電圧が、ゼロよりも大きい所定電圧に降下したときに、前記放電回路による前記キャパシタの放電を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、キャパシタの劣化を防止しつつ、キャパシタが使用可能な状態となるまでに要する充電時間を短縮することができる車両用電源装置及びこれに用いる制御装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１５】
図１は、本発明による車両用電源装置１の一実施例の主要構成を示す図である。車両用電源装置１は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０と、キャパシタユニット２０と、マイクロコンピューター３０と、バッテリ４０と、オルタネータ４２と、ＩＧスイッチ５０とを備える。
【００１６】
ＥＣＢ・ＥＣＵ１０は、車両のブレーキシステムを電子制御するＥＣＵであり、２系統の昇圧回路１２，１４を備える。昇圧回路１２は、ブレーキアクチュエータ７０に接続され、昇圧回路１４は、ブレーキアクチュエータ７２に接続される。ブレーキアクチュエータ７０は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０による制御下で、例えば車両の左前輪及び右後輪の各ホイールシリンダに対して供給する油圧を昇圧するよう動作し、ブレーキアクチュエータ７２は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０による制御下で、例えば車両の右前輪及び左後輪の各ホイールシリンダに対して供給する油圧を昇圧するよう動作する。昇圧回路１２，１４は、後述のキャパシタ２２、又は、バッテリ４０及びオルタネータ４２の出力電圧を昇圧してブレーキシステムの各系列のブレーキアクチュエータ７０，７２に供給する。尚、昇圧回路１２，１４は、好ましくは高効率のチョッパ方式の昇圧回路であるが、ドロッパ方式等を含め昇圧方式は任意であってよい。
【００１７】
キャパシタユニット２０は、キャパシタ２２と、放電回路２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、スイッチ２８を備える。キャパシタ２２の正極端子は、スイッチ２８を介してＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４のそれぞれに接続される。キャパシタ２２の負極端子は、グランドに接続される。スイッチ２８のオン／オフ状態はマイクロコンピューター３０により制御される。マイクロコンピューター３０は、車両の主バッテリであるバッテリ４０が失陥したときにスイッチ２８をオンにする。スイッチ２８がオンとなると、キャパシタ２２とＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４との間が導通し、キャパシタ２２を電源としてＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４（ひいてはブレーキシステムのブレーキアクチュエータ７０、７２）が動作可能な状態となる。このようにキャパシタ２２は、バッテリ４０のフェール時のバックアップ電源として機能する。放電回路２４は、キャパシタ２２の正極端子と負極端子の間に接続される。放電回路２４は、マイクロコンピューター３０からの指示に応じた放電態様で、キャパシタ２２の正極側に蓄積された電荷をグランドに放電する機能を有する。この放電回路２４による放電態様は後に詳説する。キャパシタ２２の正極端子は、また、直流電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介して、バッテリ４０及びオルタネータ４２に直接接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、動作時、バッテリ４０及びオルタネータ４２の出力電圧を昇圧してキャパシタ２２を充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、好ましくは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのようなスイッチング素子を用いた高効率のスイッチング方式（チョッパ方式）を採用する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６による充電態様はマイクロコンピューター３０により制御される。
【００１８】
マイクロコンピューター３０は、図１に示すように、キャパシタユニット２０内に組み込まれてもよい。マイクロコンピューター３０には、バスを介してＥＣＢ・ＥＣＵ１０が接続される。マイクロコンピューター３０とＥＣＢ・ＥＣＵ１０との間では、例えば図１に示すようにキャパシタ使用許可信号や充電許可信号のような各種信号が送受される。また、マイクロコンピューター３０には、制御対象として放電回路２４及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６が接続される。また、マイクロコンピューター３０は、電圧計等を用いて、キャパシタ２２の電圧Ｖｃ（キャパシタ２２の両端間の電圧Ｖｃ）を監視する。
【００１９】
バッテリ４０は、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性負荷を含む。バッテリ４０の正極端子は、上述の如くＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介してキャパシタ２２に接続される。また、バッテリ４０の正極端子は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４のそれぞれに接続される。尚、バッテリ４０の正極端子とＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４との間は、スイッチ等が設定されず（図示のような順方向のダイオードが設定されているだけであり）、常に導通状態となっている。
【００２０】
オルタネータ４２は、エンジンに接続され、エンジンの回転により発電する発電機である。オルタネータ４２の正極端子は、バッテリ４０と同様、上述の如くＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介してキャパシタ２２に接続される。また、オルタネータ４２の正極端子は、バッテリ４０と同様、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４のそれぞれに接続される。尚、オルタネータ４２の正極端子とＥＣＢ・ＥＣＵ１０の昇圧回路１２，１４との間は、スイッチ等が設定されず（図示のような順方向のダイオードが設定されているだけであり）、常に導通状態となっている。
【００２１】
オルタネータ４２の発電量は、例えばエンジンを制御するＥＣＵ（ＥＦＩ・ＥＣＵ）により、車両の走行状態に応じて制御される。例えば、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時には、オルタネータ４２の発電電圧は、バッテリ４０の放電が生じないような値に調整される。また、車両減速時（回生ブレーキ作動時）には、オルタネータ４２の発電電圧は、定常走行時やアイドル運転時に比して大きな値に調整される。また、車両加速時には、発電によるエンジン負荷を低減するため、アイドルストップ中（即ち、エンジン停止中）と同様、オルタネータ４２の発電電圧はゼロになる（即ち、発電が行われない）。尚、本発明は、オルタネータ４２の発電制御を特定するものでなく、如何なる態様の発電制御に対しても適用可能である。
【００２２】
図２は、ＩＧ電源がオフされたときに本実施例のマイクロコンピューター３０により実現される放電制御の流れの一例を示す図である。
【００２３】
ステップ１００では、ＩＧスイッチ５０の状態に基づいてＩＧ電源がオフされたか否かが判定される。ＩＧ電源がオフされた場合には、ステップ１０２に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理はそのまま終了する。
【００２４】
ステップ１０２では、放電回路２４に対して放電指示信号を供給して、放電回路２４によりキャパシタ２２を放電させる。
【００２５】
ステップ１０４では、キャパシタ２２の電圧Ｖｃの監視結果に基づいて、キャパシタ２２の電圧Ｖｃが所定電圧Ａよりも小さくなったか否かが判定される。所定電圧Ａは、ゼロよりも大きい電圧であり、キャパシタ２２の劣化が生じない範囲の電圧の最大値（又はそれに所定の余裕分を差し引いた値）に対応し、キャパシタ２２の電圧に対する劣化特性、必要な保証期間等に基づいて適合される。例えば、所定電圧Ａは、キャパシタ２２に必要とされる所与の保証期間中にキャパシタ２２の交換を要する劣化が生じないような最大許容電圧（最大許容電荷量）を試験により導出し、該最大許容電圧基づいて設定される。キャパシタ２２の電圧Ｖｃが所定電圧Ａよりも小さくなった場合には、ステップ１０６に進み、キャパシタ２２の電圧Ｖｃが所定電圧Ａ以上である場合には、ステップ１０２に戻り、キャパシタ２２の放電が継続される。
【００２６】
ステップ１０６では、放電回路２４に対して放電停止指示信号を供給して、放電回路２４によるキャパシタ２２の放電を停止させる。本ステップ１０６の処理が終了すると、今回のＩＧ電源オフ時における放電制御が終了する。
【００２７】
図３は、本実施例による図２の放電制御の利点を示す図であり、図３（Ａ）は、従来例として、ＩＧ電源がオフされたときにキャパシタを完全に放電させる場合を示し、図３（Ｂ）は、本実施例によりＩＧ電源がオフされたときにキャパシタ２２を完全に放電せずに電荷を残存させる場合を示す。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、ＩＧ電源がオフされる前のバッテリ状態、ＩＧ電源がオフされた後のバッテリ状態、ＩＧ電源がオンされたときのバッテリ状態、及び、ＩＧ電源がオンされた後のバッテリ状態が時系列で示され、色が付けられた範囲が、バッテリの充電量を模式的に示す。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、ＩＧ電源がオフされたときにキャパシタを完全に放電させる従来例では、ＩＧ電源がオンされたときに、キャパシタを充電量ゼロから充電しなければならないので、必要な充電量（この例では満充電状態）まで充電するのに要する時間が長くなる。
【００２９】
これに対して、本実施例によれば、図３（Ｂ）に示すように、ＩＧ電源がオフされたときにキャパシタ２２を完全に放電せずに電荷を残存させるので、その後、ＩＧ電源が再びオンされたときに、キャパシタ２２をゼロより大きい充電量から充電し始めることができ、必要な充電量（この例では満充電状態）まで充電するのに要する時間を、従来例に比べて短くすることができる。
【００３０】
図４は、ＩＧ電源がオンされたときに本実施例のマイクロコンピューター３０及びＥＣＢ・ＥＣＵ１０により実現される充電制御の流れの一例を示す図である。
【００３１】
ステップ２００では、エンジン（又はＩＧ電源）がオンされたか否かが判定される。尚、ハイブリッド車の場合には、ＲＥＡＤＹオンとなったか否かが判定される。エンジンがオンされた場合、又は、ＲＥＡＤＹオンとなった場合には、ステップ２０２に進み、それ以外の場合には、今回周期の処理はそのまま終了する。
【００３２】
ステップ２０２では、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０により昇圧回路１２，１４がオンにされる。
【００３３】
ステップ２０４では、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０からマイクロコンピューター３０に充電許可信号が送信される。
【００３４】
ステップ２０６では、マイクロコンピューター３０によりＤＣ／ＤＣコンバータ２６がオンにされ、キャパシタ２２の充電が開始される。
【００３５】
図５は、本実施例の利点を示すその他の図であり、ＩＧ電源がオンされた時点からのキャパシタ２２の電圧の変化態様を示す。図５には、本実施例による変化態様と共に、従来例による変化態様が対照的に示されている。ここでの従来例は、上述の如くＩＧ電源がオフされたときにキャパシタを完全に放電させる構成であり、且つ、本実施例における昇圧回路１２，１４を備えておらず、且つ、本実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２６に対応するＤＣ／ＤＣコンバータがドロッパ方式であるものとする。また、本実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６はチョッパ方式であるものとする。
【００３６】
図５に示すように、本実施例では、ＩＧ電源がオフされたときにキャパシタ２２を完全に放電せずに一定の電荷量を残存させるので、充電開始電圧がゼロよりも大きく、従って、充電開始電圧がゼロである従来例に比べて、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０による使用開始電圧に達するまでの時間（使用開始可能時間）を短くすることができる。また、本実施例では、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０とキャパシタ２２の間に昇圧回路１２，１４が設定されるので、かかる昇圧回路が存在しない従来例に比べて、キャパシタ２２の使用開始電圧を小さくすることができる。これにより、本実施例によれば、従来例に比べて、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０による使用開始電圧に達するまでの時間（使用開始可能時間）を短くすることができる。また、本実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６がチョッパ方式であるので、従来例に比べて高効率でキャパシタ２２を充電させることができる。これにより、本実施例では、従来例に比べて、単位時間当たりの充電量が大きくなり、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０による使用開始電圧に達するまでの時間（使用開始可能時間）を短くすることができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３８】
例えば、上述した実施例では、昇圧回路１２，１４は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０側に設定されているが、昇圧回路１２，１４は、ＥＣＢ・ＥＣＵ１０とキャパシタ２２の間の任意の位置に設定されてよく、例えばキャパシタユニット２０内に設定されてもよい。
【００３９】
また、上述した実施例では、電子制御式ブレーキシステム用のブレーキアクチュエータ７０，７２に対してキャパシタ２２が設定されているが、本発明は、ＥＰＳ（電子制御式パワーステアリングシステム）等のような他の電子制御式のシステムのアクチュエータやＥＣＵに対して設定される同様のキャパシタにも適用可能である。
【００４０】
また、上述した実施例は、エンジンを車両走行の動力源とする車両に関するものであるが、エンジンに加えて電気モータを車両走行の動力源とするハイブリッド車両に対しても同様に適用可能である。また、本発明は、電気モータのみを車両走行の動力源とする電気自動車にも適用可能である。
【００４１】
また、上述した実施例では、オルタネータ４２は、エンジンに接続される発電機であったが、ハイブリッド車等の電気自動車においては、オルタネータ４２は、走行用モータ（モータジェネレータ）により置換されてもよい。
【００４２】
また、上述した実施例では、バッテリ４０が１つの電源システムであったが、本発明は、定格電圧が異なる２つのバッテリ（例えば１４Ｖの低圧系バッテリと４２Ｖの高圧系バッテリ）を用いる２電源システムにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による車両用電源装置１の一実施例の主要構成を示す図である。
【図２】本実施例のマイクロコンピューター３０により実現される放電制御の流れの一例を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、従来例として、ＩＧ電源がオフされたときにキャパシタを完全に放電させる場合を示し、図３（Ｂ）は、本実施例によりＩＧ電源がオフされたときにキャパシタ２２を完全に放電せずに電荷を残存させる場合を示す図である。
【図４】本実施例のマイクロコンピューター３０及びＥＣＢ・ＥＣＵ１０により実現される充電制御の流れの一例を示す図である。
【図５】ＩＧ電源がオンされた時点からのキャパシタ２２の電圧の変化態様を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    車両用電源装置
１０    ＥＣＢ・ＥＣＵ
１２    昇圧回路
１４    昇圧回路
２０    キャパシタユニット
２２    キャパシタ
２４    放電回路
２６    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８    スイッチ
３０    マイクロコンピューター
４０    バッテリ
４２    オルタネータ
５０    ＩＧスイッチ
７０，７２    ブレーキアクチュエータ
【図１】
2009225530.tif 000003
【図２】
2009225530.tif 000004
【図３】
2009225530.tif 000005
【図４】
2009225530.tif 000006
【図５】
2009225530.tif 000007