JP2015229469A - 車載用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池及び補助電池を搭載した車両において、鉛蓄電池から補助電池への過大な電流の流れ込みを無くし、鉛蓄電池の劣化を抑制することが可能な車載用電源制御装置を提供する。【解決手段】実施形態の車載用電源制御装置は、鉛蓄電池を電源として搭載した車両において用いられる車載用電源制御装置である。そして、整流降圧部は、外部電源から供給される電力を整流しつつ、降圧し鉛蓄電池に供給可能とされ、接続制御部は、整流降圧部を鉛蓄電池と外部電源との間に接続可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、車載用電源制御装置に関する。

従来、鉛蓄電池と、補助電池としてのリチウムイオン電池と、を車両に搭載したアイドリングストップシステムが提案されている。
このようなアイドリングストップシステムにおいては、アイドリング時には、エンジンを停止しているので、ジェネレータ（発電機）も駆動していないことから、オーディオ機器等の車載機器にリチウムイオン電池側から電力供給を行うようにされていた。

特開２００９−１２６３９５号公報 特開２０１１−１６２１１２号公報

しかしながら、上記従来のアイドリングストップシステムにおいては、アイドリング時に鉛蓄電池と、リチウムイオン電池と、の接続を切り、再始動時に両者を接続するに際して、鉛蓄電池の電圧が補助電池の電圧よりも高いと、鉛蓄電池から補助電池へと電流が急激に流れ込む虞が有り、その電圧差によっては、鉛蓄電池の劣化を招く虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、鉛蓄電池及び補助電池を搭載した車両において、鉛蓄電池から補助電池への過大な電流の流れ込みを無くし、鉛蓄電池の劣化を抑制することが可能な車載用電源制御装置を提供する。

実施形態の車載用電源制御装置は、鉛蓄電池を電源として搭載した車両において用いられる車載用電源制御装置である。
そして、整流降圧部は、外部電源から供給される電力を整流しつつ、降圧し鉛蓄電池に供給可能とされ、接続制御部は、整流降圧部を鉛蓄電池と外部電源との間に接続可能とされている。

図１は、実施形態の車載用電源装置の概要構成ブロック図である。 図２は、第３リレーの構成例の説明図である。 図３は、第４リレーの構成例の説明図である。 図４は、鉛蓄電池とリチウムイオン電池の電圧及び電流の変化の一例の説明図である。 図５は、キーオフ時（エンジン停止時）におけるスイッチボックスの動作説明図である。 図６は、ジェネレータ駆動後におけるスイッチボックスの動作説明図である。 図７は、通常走行時におけるスイッチボックスの動作説明図である。 図８は、リクランク時におけるスイッチボックスの動作説明図である。

次に図面を参照して実施形態について説明する。
図１は、実施形態の車載用電源装置の概要構成ブロック図である。
車載用電源装置１０は、大別すると、主として第１の電源電圧で動作する第１の機器（群）１１（例えば、下限電圧９．５Ｖまで動作可能な機器：ランプ、ＡＢＳ［Antilock Brake System］等）及びエンジン１２の初期駆動を行うスタータモータ１３に電力を供給する鉛蓄電池１４と、主として第１の電源電圧系よりも下限動作電圧が高い第２の電源電圧で動作する第２の機器（群）１５（例えば、下限電圧１１Ｖまで動作可能な機器：（ＣＶＴ［Continuously Variable Transmission］、オーディオ機器等）に電力を供給する補助電池としてのリチウムイオン電池１６と、エンジン１２により駆動されて発電を行うジェネレータ１７と、キースイッチ１８の状態、鉛蓄電池１４の蓄電状態、リチウムイオン電池１６の蓄電状態及びジェネレータ１７の発電状態に基づいて、電力供給経路の制御を行うスイッチボックス１９と、を備えている。

スイッチボックス１９は、一端が鉛蓄電池１４に接続され、他端がスタータモータ１３に接続されたメカニカルリレーとして構成された第１リレー２１と、一端が鉛蓄電池１４に接続され、他端がジェネレータ１７及び機器（群）１５に接続されたメカニカルリレーとして構成された第２リレー２２と、整流作用を有し、入力端がジェネレータ１７及び機器（群）１５に接続され、出力端が鉛蓄電池１４に接続された第３リレー２３と、一端がリチウムイオン電池１６と接続され、他端が第２リレー２２の入力端、ジェネレータ１７及び機器（群）１５に接続された第４リレー２４と、キースイッチ１８の状態、鉛蓄電池１４の蓄電状態、リチウムイオン電池１６の蓄電状態及びジェネレータ１７の発電状態に基づいて、制御信号Ｃ１〜Ｃ４により第１リレー２１〜第４リレー２４を制御し、電力供給経路の制御を行うコントローラ２５と、を備えている。

ここで、第３リレー２３及び第４リレー２４の構成について説明する。
図２は、第３リレーの構成例の説明図である。
第３リレー２３は、入力端にドレイン端子Ｄが接続され、ゲート端子Ｇにコントローラ２５からの制御信号Ｃ３が入力されるｎチャネルＭＯＳトランジスタ３１と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ３１のソース端子Ｓにアノード端子Ａが接続され、カソード端子Ｋが出力端に接続されたダイオード３２と、を備えている。
ここで、ダイオード３２の順方向降下電圧（ＶＦ）としては、例えば、０．５Ｖ〜１．９Ｖのものを用いている。以下の説明では、ダイオード３２の順方向降下電圧（ＶＦ）＝１．０Ｖであるものとする。

図３は、第４リレーの構成例の説明図である。
第４リレー２４は、ソース端子Ｓがバックツーバック接続された一対のｎチャネルＭＯＳトランジスタ３５，３６により構成されている。
上記構成において、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ３５及びｎチャネルＭＯＳトランジスタ３６のそれぞれのゲート端子Ｇには、コントローラ２５からの制御信号Ｃ４が入力され、同時にオン／オフ制御がなされる。

次に実施形態の動作を説明する。
図４は、鉛蓄電池とリチウムイオン電池の電圧及び電流の変化の一例の説明図である。
図４に示すように、初期状態（時刻ｔ０）において、鉛蓄電池１４の電圧ＶＰは、１２．５〜１２．７Ｖであり、リチウムイオン電池１６の電圧ＶＬは１３．８Ｖである。

図５は、キーオフ時（エンジン停止時）におけるスイッチボックスの動作説明図である。
ここで、キーオフ時とは、例えば、キーレスエントリーシステムにおいては、携帯機を持ったドライバーが乗車して、ブレーキペダルを踏まずにエンジンスタートボタンを押した状態をいう。したがって、エンジンは始動しないが、車載機器に電源が供給可能な状態である。

まず、キーオフ時には、スイッチボックスの１９のコントローラ２５により、制御信号Ｃ１〜Ｃ４が出力され、第１リレー２１はオフ状態、第２リレー２２はオン状態、第３リレー２３はオフ状態、第４リレー２４はオフ状態とされる。

この結果、鉛蓄電池１４は、直接的にランプ、ＡＢＳ等の第１の電源電圧で動作する第１の機器（群）１１に電力を供給可能な状態となっている。
また鉛蓄電池１４は、第２リレー２２を介してＣＶＴ、オーディオ機器等の第２の電源電圧で動作する第２の機器（群）１５に電力を供給可能な状態となっている。

この結果、鉛蓄電池のみを搭載した通常の車両と同様に全ての電力が鉛蓄電池１４から供給される。
そして、鉛蓄電池１４は、一定の電流値で機器（群）１１及び機器（群）１５に電力を供給することとなるが、これに伴い鉛蓄電池１４の電圧は、電力の供給に伴い、徐々に低下する。

時刻ｔ１に至り、ドライバーがブレーキペダルを踏んだ状態でエンジンスタートボタンを押すと、キーオン状態となる。
これにより、スイッチボックス１９のコントローラ２５は、制御信号Ｃ１〜Ｃ４を出力し、キーオン時には、第１リレー２１をオン状態に移行させ、第２リレー２２はオン状態、第３リレー２３はオフ状態、第４リレー２４はオフ状態をそれぞれ維持する。
そして、鉛蓄電池１４の電力がスタータモータ１３に供給され、エンジン１２が始動されてジェネレータ１７が駆動される。

図６は、ジェネレータ駆動後におけるスイッチボックスの動作説明図である。
エンジン１２が始動されジェネレータ１７が駆動されると、スイッチボックス１９のコントローラ２５は、制御信号Ｃ１を出力し、第１リレー２１を再びオフにする。
この結果、ジェネレータ１７が生成（発電）した１５．５Ｖの電圧を有する電力は、機器（群）１５に直接供給される。

これと同時に、第４リレー２４を介してジェネレータ１７が生成（発電）した１５．５Ｖの電圧を有する電力は、リチウムイオン電池１６に供給され、リチウムイオン電池１６は、充電状態に移行し、およそ１５．０Ｖ〜１５．５Ｖの間の電圧で定電圧充電がなされる。

これと並行して、ジェネレータ１７が生成（発電）した、例えば、１５．１Ｖの電圧を有する電力は、第３リレー２３を介して、鉛蓄電池１４に供給される。
このとき、第３リレー２３を構成しているダイオード３２による電圧降下（ＶＦ＝１．０Ｖ）で、鉛蓄電池１４の端子電圧は、およそ１４．５Ｖとなり、１４．５Ｖで定電圧充電がなされることとなる。

そして、時刻ｔ２に至り、ドライバーがブレーキを踏むなどして、車両の速度が一定速度以下に至るなど、アイドリングストップ条件が満たされると、アイドリングストップ状態に移行して、エンジン１２が停止し、ジェネレータ１７の駆動も停止される。

そこで、アイドリングストップ状態に移行したことを検知したスイッチボックス１９のコントローラ２５は、鉛蓄電池１４の電圧と、リチウムイオン電池１６の電圧と、を比較する。

図７は、通常走行時におけるスイッチボックスの動作説明図である。
図４の例の場合には、リチウムイオン電池１６の電圧ＶＬは、急激に低下し、鉛蓄電池１４の電圧ＶＰとほぼ等しいか、あるいは、鉛蓄電池１４の電圧ＶＰ未満となる。

そこで、スイッチボックス１９のコントローラ２５は、図７（ａ）に示すように、第１リレー２１はオフ状態を維持し、第２リレー２２はオフ状態を維持し、第３リレー２３はオフ状態に移行し、第４リレー２４は、オン状態を維持する。

この結果、鉛蓄電池１４は、放電状態となり、機器（群）１１に一定電流で電力を供給し、徐々に電圧が低下する。
一方、リチウムイオン電池１６も、放電状態となり、第４リレー２４を介して機器（群）１５に一定電流で電力を供給し、徐々に電圧が低下する。

図８は、リクランク時におけるスイッチボックスの動作説明図である。
そして、時刻ｔ３において、ドライバーが再びアクセルを踏むなどにより、エンジン１２の再始動（リクランク）が指示されると、スイッチボックス１９のコントローラ２５は、第１リレー２１をオン状態に移行させ、第２リレー２２をオフ状態に移行させ、第３リレー２３をオン状態に移行させ、第４リレー２４はオン状態を維持する。

これにより、リチウムイオン電池１６の電力は、第４リレー２４を介して機器（群）１５に供給される。
また、第４リレー２４及び第３リレー２３を介して、鉛蓄電池１４の供給電力に重畳されて、機器（群）１１及びスタータモータ１３に供給される。

この結果、時刻ｔ３において、スタータモータ１３は、再始動されて、再びジェネレータ１７が駆動される。
そして、時刻ｔ３以降、第４リレー２４を介してジェネレータ１７が生成（発電）した１５．５Ｖの電圧を有する電力は、リチウムイオン電池１６に供給され１５．１Ｖで定電圧充電がなされるとともに、第３リレー２３を介して、鉛蓄電池１４に供給されて、１４．５Ｖで鉛蓄電池１４が定電圧充電されることとなる。

以上の説明においては、アイドリングストップ状態において、リチウムイオン電池１６の電圧が、鉛蓄電池１４の電圧とほぼ等しいか、あるいは、鉛蓄電池１４の電圧未満となった場合について説明したが、アイドリングストップ状態において、リチウムイオン電池１６の電圧が、鉛蓄電池１４の電圧を超えている場合には、スイッチボックス１９のコントローラ２５は、図７（ｂ）に示すように、第１リレー２１はオフ状態を維持し、第２リレー２２はオフ状態を維持し、第３リレー２３及び第４リレー２４は、オン状態を維持する。

この結果、リチウムイオン電池１６は、放電状態となり、鉛蓄電池１４、機器（群）１１及び機器（群）１５に一定電流で電力を供給し、徐々に電圧が低下する。
そして、鉛蓄電池１４は、充電状態となり、電圧を維持あるいは満充電状態に近づくこととなる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、アイドリングストップ時、走行時等において補助電池として機能するリチウムイオン電池１６から負荷（スタータモータ、機器（群））への電力供給を主体とすることにより、鉛蓄電池１４の充放電量、ひいては、蓄電量の変動を抑制して、鉛蓄電池１４の蓄電量を最適な値範囲に保持することができ、鉛蓄電池１４の劣化を抑制することが可能となる。

以上の説明においては、補助電池としてリチウムイオン電池を用いる場合について説明したが、これに限らず、鉛蓄電池などの他の二次電池を用いるように構成することも可能である。
以上の説明においては、スタータモータ１３を鉛蓄電池で駆動する構成を採っていたが、補助電池側で駆動する構成を採ることも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 車載用電源装置
１２ エンジン
１３ スタータモータ
１４ 鉛蓄電池
１６ リチウムイオン電池（外部電源）
１７ ジェネレータ（外部電源）
１８ キースイッチ
１９ スイッチボックス（車載用電源制御装置）
２１ 第１リレー
２２ 第２リレー
２３ 第３リレー
２４ 第４リレー
２５ コントローラ

Claims (10)

1. 鉛蓄電池を電源として搭載した車両において用いられる車載用電源制御装置であって、
   外部電源から供給される電力を整流しつつ、降圧し前記鉛蓄電池に供給可能な整流降圧部と、
   前記整流降圧部を前記鉛蓄電池と前記外部電源との間に接続可能な接続制御部と、
   を備えた車載用電源制御装置。
2. 前記接続制御部は、前記外部電源の電圧が前記鉛蓄電池の電圧よりも高い場合に、前記整流降圧部を前記鉛蓄電池と前記外部電源との間に接続する、
   請求項１記載の車載用電源制御装置。
3. 前記整流降圧部は、前記外部電源から供給される電力の電圧を前記鉛蓄電池の充電電圧に降圧するダイオードを備えた、
   請求項１又は請求項２記載の車載用電源制御装置。
4. 前記接続制御部は、前記ダイオードに直列に接続されたスイッチングトランジスタを備えた請求項３記載の車載用電源制御装置。
5. 前記接続制御部は、前記車両のエンジンのアイドリングストップ後のリクランク時であって、前記外部電源の電圧が前記鉛蓄電池の電圧よりも高い場合に、前記整流降圧部を介して、前記外部電源から前記車両のスタータモータに始動用電力を供給させる、
   請求項３記載の車載用電源制御装置。
6. 前記接続制御部は、前記車両のスタータモータに始動用電力を供給させるに際し、前記鉛蓄電池からの供給電力に重畳して、前記外部電源から前記車両のスタータモータに始動用電力を供給させる、
   請求項５記載の車載用電源制御装置。
7. 前記接続制御部は、前記車両のエンジンの始動時には、前記整流降圧部を前記鉛蓄電池と前記外部電源との間で非接続状態を維持し、前記鉛蓄電池から前記スタータモータに始動用電力を供給させる、
   請求項５又は請求項６記載の車載用電源制御装置。
8. 前記外部電源として、前記鉛蓄電池を充電可能な発電機が接続される、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車載用電源制御装置。
9. 前記外部電源として、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池が接続される、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車載用電源制御装置。
10. 前記外部電源として、発電機及びリチウムイオン電池等の二次電池が接続され、前記発電機が発電状態にある場合に前記整流降圧部を介して前記鉛蓄電池を充電するとともに、前記二次電池を前記整流降圧部を介さずに充電を行う、
    請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の車載用電源制御装置。

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