JP3826295B2 - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のバッテリを備える車両用の電源制御装置に係り、より詳細には、アイドルストップ中の補機バッテリの充放電を防止することができる車両用電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発電機と、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して相互接続された低圧バッテリ（補機バッテリ）と高圧バッテリとを備えるハイブリッド車用電源制御装置において、クルーズ走行時やエンジンのアイドル運転時に、ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力量に応じて、発電機の発電量を制御することが知られている（例えば、特許文献１）。この従来技術では、高圧バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が所定の範囲内にあるときは、発電機の発電量はＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力量と同一に設定され、高圧バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が所定の範囲より小さいときは、高圧バッテリへの充電を促進すべく、発電機の発電量はＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力量よりも高い値に設定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３１８００２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、車両が交差点等で一時的に停止したとき、エンジンを自動的に停止させるアイドルストップを実行し、排気ガスの減少や燃費の向上を図る提案がなされている。このようなアイドルストップ時には発電機による発電が実行されないため、各種補機は、補機バッテリ（鉛バッテリ）の寿命を考慮して、補機バッテリとは別に設けられたメインバッテリを電力源として動作する。即ち、アイドルストップ時には、ＤＣ／ＤＣコンバータの補機バッテリ側端子の目標出力電圧を指示することで、メインバッテリ側の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータで目標出力電圧まで降圧され、各種補機に出力される。
【０００５】
しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータの補機バッテリ側端子の目標出力電圧の指示値及び補機バッテリの充電状態の如何によっては、補機バッテリの充放電が行われてしまい、次のような不都合が生ずる。即ち、補機バッテリが充電される場合には、走行時等にＤＣ／ＤＣコンバータを介してメインバッテリに貯めた電気エネルギが再びＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機バッテリに貯められることになり、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動効率が悪化するという問題点が生ずる。一方、補機バッテリが放電される場合には、補機バッテリから各種補機へ電力供給を行うことになるため、補機バッテリの寿命が低下するという問題点が生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は、アイドルストップ中の補機バッテリの充放電に起因したＤＣ／ＤＣコンバータの駆動効率の悪化及びそれに伴う燃費の悪化や補機バッテリの寿命の低下を防止することができる車両用電源制御装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、アイドルストップを実行する車両で用いる電源制御装置であって、
アイドルストップ中に所定の補機に電力を供給する第１のバッテリと、
前記第１のバッテリと前記所定の補機との間に介在するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記所定の補機に接続されると共に、前記第１のバッテリに前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続された第２のバッテリと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも前記第２のバッテリ側の出力電圧を制御する制御ユニットと、
前記第２のバッテリの電流値を検出する電流センサとを備え、
前記制御ユニットが、アイドルストップ中において、前記電流センサにより検出される電流値が略ゼロになるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を可変制御することを特徴とする、電源制御装置によって達成される。
【０００８】
本発明において、第２のバッテリ（補機バッテリ）の寿命の低下を防止すべく、第１のバッテリ（メインバッテリ）は、アイドルストップ中に所定の補機に対して電力供給を行う。この際、制御ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のバッテリ側の出力電圧を制御する。本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のバッテリ側の出力電圧を、第２のバッテリの電流値がゼロになるように可変制御することによって、アイドルストップ中の第２のバッテリの充放電を防止することができる。この結果、アイドルストップ中の第２のバッテリの充放電に起因したＤＣ／ＤＣコンバータの駆動効率の悪化及びそれに伴う燃費の悪化や第２のバッテリの寿命の低下を確実に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例である車両用電源制御装置１０のシステム構成図を示す。図１に示す如く、車両用電源制御装置１０は、マイクロコンピュータにより構成された電子制御ユニット２４（以下、「ＥＣＵ２４」と称す）を中心に構成されており、２つのバッテリ１２，１４を備えている。本実施例では、バッテリ１２は、１２Ｖ程度の電圧を有する鉛バッテリ（補機バッテリ）であり、一方、バッテリ１４は、１４．４Ｖ程度の電圧を有するリチウムイオンバッテリ（メインバッテリ）である。尚、鉛バッテリ１２は、リチウムイオンバッテリ１４に比して、単位体積当たりに取り出せる出力（出力密度；単位はＷ／ｌ）が高い一方、単位体積当たりに取り出せるエネルギ（エネルギ密度；単位はＷｈ／ｌ）が低いバッテリである。
【００１１】
鉛バッテリ１２及びリチウムイオンバッテリ１４には、切換スイッチ１６を介してスタータ１８が接続されている。スタータ１８は、車両の動力源として機能するエンジンに取り付けられている。スタータ１８は、切換スイッチ１６を介して接続する鉛バッテリ１２又はリチウムイオンバッテリ１４から供給される電力を用いて、エンジンを停止状態から始動させる始動装置として機能する。具体的には、スタータ１８は、通常的なエンジン始動時には鉛バッテリ１２を電力源として動作し、アイドルストップ終了後のエンジン再始動時にはリチウムイオンバッテリ１４を電力源として動作する。
【００１２】
車両用電源制御装置１０は、また、電流センサ４０を備えている。電流センサ４０は、鉛バッテリ１２の電流値を所定のサンプリング周期でそれぞれに検出する。電流センサ４０の検出信号は、ＥＣＵ２４に上記サンプリング周期で供給される。ＥＣＵ２４は、後述する如く、電流センサ４０の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。
【００１３】
エンジンには、電子制御ユニット４９（以下、「ＥＦＩ・ＥＣＵ４９」という）が接続されている。ＥＦＩ・ＥＣＵ４９は、各種アイドルストップの許可条件（例えば、エンジン冷却水温度に関する条件や、バッテリの温度等に関する条件、エンジン回転数に関する条件）の成立状況を確認して、最終的にアイドルストップの実行条件が成立するか否かを判定する。最終的にアイドルストップの実行条件が成立した場合、運転者がイグニションスイッチをＩＧオン状態からオフ状態へ移行させることなく燃料噴射や点火等の実行が停止され、エンジンが運転状態から停止状態へ移行される。
【００１４】
アイドルストップ中、即ちエンジンが一時的に停止状態にある間、ＥＦＩ・ＥＣＵ４９は、車両がＡＴ車である場合は変速機のシフト位置が“Ｎ”レンジから“Ｄ”レンジ又は“Ｒ”レンジに移行したか否か或いはブレーキ操作が解除されたか否か、また、車両がＭＴ車である場合はクラッチペダルが踏み込まれたか否かに基づいて、アイドルストップの解除条件が成立するか否を判定する。その結果、アイドルストップの解除条件が成立した場合は、運転者がイグニションスイッチをＩＧオン状態からスタータオン状態に移行させることなくスタータ１８が作動状態となり、エンジンが再始動される。
【００１５】
車両用電源制御装置１０は、また、エンジンの回転により発電する直流発電機（オルタネータ）２０を備えている。ＥＦＩ・ＥＣＵ４９は、燃費の効率化を図るべく、車両の走行状態に応じて直流発電機２０の発電電圧を制御する。具体的には、定常走行時やアイドル運転時には、直流発電機２０の発電電圧は、例えば１２．５Ｖ〜１３．５Ｖの範囲内で調整される。また、車両減速時には、直流発電機２０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（例えば、１４．５Ｖ）。また、車両加速時には、アイドルストップ中（即ち、エンジン停止中）と同様、直流発電機２０の発電電圧はゼロになる（即ち、発電が行われない）。
【００１６】
直流発電機２０には、負荷２６及び鉛バッテリ１２が接続されると共に、リチウムイオンバッテリ１４がＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して接続されている。直流発電機２０が発生する電気エネルギは、負荷２６の電力源として用いられると共に、鉛バッテリ１２及び／又はリチウムイオンバッテリ１４の充電に用いられる。
【００１７】
負荷２６には、直流発電機２０及び鉛バッテリ１２が接続されると共に、リチウムイオンバッテリ１４がＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して接続されている。負荷２６には、各種補機、及び、アクセルやブレーキ等のいわゆるバイワイヤシステムが含まれる。尚、補機には、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングシグナルランプ、コーナーランプ等のランプ類、エアコン等の空調装置、オーディオ、カーナビゲーション、ＡＢＳシステム、オイルポンプ、メータ類、デフォガ、ワイパ、パワーウィンド等が含まれる。各補機および各バイワイヤシステムは、エンジン作動時には主に直流発電機２０から電力供給され、一方、アイドルストップ中のようなエンジン停止時には主にリチウムイオンバッテリ１４から電力供給される。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、内蔵するパワートランジスタのスイッチング動作に従って、鉛バッテリ１２側の電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ１４側へ供給し、或いは、リチウムイオンバッテリ１４側の電圧を降圧して鉛バッテリ１２側へ供給する。
【００１９】
ＥＣＵ２４がＤＣ／ＤＣコンバータ２２に対して行う制御内容には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の方向指示、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３の目標出力電圧の指示、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のリチウムバッテリ側端子１５の目標出力電圧の指示、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作の停止指示が含まれる。
【００２０】
具体的には、ＥＣＵ２４は、２種類の方向指示信号（即ち、鉛バッテリ１２側の電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ１４側へ供給する方向、又は、リチウムイオンバッテリ１４側の電圧を降圧して鉛バッテリ１２側へ供給する方向）を選択的にＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作方向を制御する。
【００２１】
また、ＥＣＵ２４は、Ｌｉ側端子１５の目標出力電圧（本例では、１４．５Ｖ〜１５．５Ｖの範囲内の目標出力電圧）をＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＬｉ側端子１５の出力電圧を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＬｉ側端子１５の目標出力電圧が指示されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、鉛バッテリ１２側の電圧を当該目標出力電圧まで昇圧してリチウムイオンバッテリ１４側に出力する。これにより、目標出力電圧に応じたリチウムイオンバッテリ１４の充電が実現される。
【００２２】
このＬｉ側端子１５の出力電圧の制御は、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時、車両の減速時（回生ブレーキ作動時）において実行される。尚、このとき、鉛バッテリ１２側においても、Ｌｉ側端子１５の目標出力電圧及び直流発電機２０の発電電圧に依存した充電が実現される。
【００２３】
一方、ＥＣＵ２４は、Ｐｂ側端子１３の目標出力電圧（本例では、１３．０Ｖ〜１３．５Ｖの範囲内の目標出力電圧）をＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＰｂ側端子１３の出力電圧を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＰｂ側端子１３の目標出力電圧が指示されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、リチウムイオンバッテリ１４側の電圧を当該目標出力電圧まで降圧して鉛バッテリ１２側に出力する。これにより、リチウムイオンバッテリ１４側では、Ｐｂ側端子１３の目標出力電圧に依存した放電が実現される。
【００２４】
このＰｂ側端子１３の出力電圧の制御は、アイドルストップ中において実行される。即ち、アイドルストップ中においては、鉛バッテリ１２の寿命低下を防止するため、鉛バッテリ１２に代わってリチウムイオンバッテリ１４が負荷２６の電力源として機能する。
【００２５】
尚、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を停止させる制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給することにより、若しくは、上述の方向指示信号の供給を停止することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を停止させる。このＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作の停止は、車両加速時に実行される。即ち、車両加速時（このとき、直流発電機２０の発電電圧は上述の如くゼロである）には、鉛バッテリ１２が負荷２６の電力源として機能する。
【００２６】
ところで、本実施例では、上述の如く、アイドルストップ中において、鉛バッテリ１２の寿命低下を防止すべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３の目標出力電圧を指示することで、鉛バッテリ１２に代わってリチウムイオンバッテリ１４を負荷２６の電力源として機能させている。しかしながら、指示する目標出力電圧の値の如何によっては、鉛バッテリ１２の充電状態等に起因して鉛バッテリ１２の充放電が行われてしまい、以下のような不都合が生ずる。即ち、鉛バッテリ１２が充電される場合には、定常走行時等にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介してリチウムイオンバッテリ１４に貯めた電気エネルギが再びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して鉛バッテリ１２に貯められることになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の駆動効率の観点から問題点が生ずる。一方、鉛バッテリ１２が放電される場合には、鉛バッテリ１２から負荷２６へ電力供給を行うことになるため、鉛バッテリ１２の寿命が低下するという問題点が生ずる。
【００２７】
これに対して、本実施例では、以下で詳説する如く、アイドルストップ中に鉛バッテリ１２を流れる電流（即ち、電流センサ４０による電流検出値）を監視し、当該電流がゼロになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３の目標出力電圧を可変制御することで、上述の不都合を防止する。
【００２８】
図２は、上述の不都合を防止すべく本実施例のＥＣＵ２４が実行する処理のフローチャートである。尚、本処理ルーチンは、電流センサ４０のサンプリング周期毎に実行されてよく、ＥＣＵ２４には当該サンプリング周期毎に電流センサ４０の検出信号が供給されている。
【００２９】
ステップ１００では、アイドルストップが開始されたか否かを判断する処理が実行される。尚、アイドルストップは、上述の如く、各種アイドルストップの許可条件（例えば、エンジン冷却水温度に関する条件や、バッテリの温度等に関する条件、エンジン回転数に関する条件）が満足された場合に開始される。アイドルストップが開始された場合、ステップ１１０に進み、一方、アイドルストップが開始されていない場合、以後何ら処理が行われることなく今回のルーチンが終了する。
【００３０】
ステップ１１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３の目標出力電圧の初期値（例えば、１３．３Ｖ）を指示する処理が実行される。本ステップ１１０の処理が実行されると、上述の如く、目標出力電圧の初期値に応じたＤＣ／ＤＣコンバータ２２のパワートランジスタのスイッチング動作が行われ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３が目標出力電圧の初期値に設定される。
【００３１】
続くステップ１２０では、鉛バッテリ１２を流れる電流（即ち、電流センサ４０による電流検出値）がゼロより大きいか否かを判断する処理が実行される。尚、ここで、鉛バッテリ１２の電流値は、充電電流を正とする。鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロより大きい場合、目標出力電圧の次回指示値が、前回指示値からδ１だけ減算した値としてセットされ、ステップ１５０に進む。鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロより大きくない場合、ステップ１３０に進む。
【００３２】
ステップ１３０では、鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロより小さいか否かを判断する処理が実行される。鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロより小さい場合、目標出力電圧の次回指示値が、前回指示値にδ２だけ加算した値としてセットされ、ステップ１５０に進む。一方、鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロより小さくない場合（即ち、鉛バッテリ１２を流れる電流がゼロの場合）、目標出力電圧の次回指示値が、前回指示値と同一の値にセットされる（即ち、目標出力電圧の指示値が保持される）。
【００３３】
ステップ１５０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の目標出力電圧の次回指示値を指示する処理が実行される。本ステップ１５０の処理が実行されると、上述の如く、目標出力電圧の次回指示値に応じたＤＣ／ＤＣコンバータ２２のパワートランジスタのスイッチング動作が行われ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の鉛バッテリ側端子１３が目標出力電圧の次回指示値に設定される。
【００３４】
上記ステップ１２０乃至１５０の処理は、続くステップ１６０でアイドルストップが終了したと判断されるまで繰り返し実行される。
【００３５】
尚、本実施例において、上記ステップ１２０及び１３０で減分及び増分されるδ１及びδ２の値は、一定値であってよいが、必ずしも同一の値である必要はない。また、δ１及びδ２の値は、鉛バッテリ１２の電流値（電流センサ４０による電流検出値）の絶対値に所定の利得（ゲイン）を乗算した値であってよい。この場合、上記所定の利得は、一定値である必要はなく、鉛バッテリ１２の電流値の絶対値に応じた値であってもよい。或いは、δ１及びδ２の値は、過去のδ１及びδ２の値に対する電流値の変動量の学習結果に基づいて決定されてもよく、若しくは、ルーチン毎の電流値の変化率に応じて決定されてもよい。
【００３６】
図３は、図２の処理の結果として得られる、鉛バッテリ１２の電流とＤＣ／ＤＣコンバータ２２の目標出力電圧との関係を示す図である。図３に示すように、制御開始時（ｔ＝０）に放電状態にあった鉛バッテリ１２の電流値は、上述のＤＣ／ＤＣコンバータ２２の目標出力電圧の可変制御によって、最終的には略ゼロに収束している。従って、本実施例によれば、鉛バッテリ１２の電流値がゼロになるようにフィードバック制御することによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の駆動効率の悪化及びそれに伴う燃費の悪化や鉛バッテリ１２の寿命の低下を確実に防止することができる。
【００３７】
尚、上記実施例においては、特許請求の範囲に記載の「第１のバッテリ」がリチウムイオンバッテリ１４に、「第２のバッテリ」が鉛バッテリ１２にそれぞれ対応している。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、上述した実施例は、２個のバッテリ、即ち鉛バッテリ１２とリチウムイオンバッテリ１４とを備えた電源制御装置に関するものであったが、本発明は、特にバッテリの数及び種類を特定するものではなく、２個以上のバッテリを有する如何なる電源制御装置に対しても適用可能である。例えば、本発明は、高圧のハイブリッドバッテリーと鉛バッテリとを備えたハイブリッド車用の電源制御装置に対しても適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のバッテリを備える車両用電源制御装置において、補機バッテリの電流をフィードバックし、当該電流がゼロになるようにＤＣ／ＤＣコンバータの目標出力電圧を可変制御することによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動効率の悪化及びそれに伴う燃費の悪化や補機バッテリの寿命の低下を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である車両用電源制御装置のシステム構成図を示す。
【図２】本実施例のＥＣＵが実行する処理のフローチャートである。
【図３】鉛バッテリの電流とＤＣ／ＤＣコンバータの目標出力電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 車両用電源制御装置
１２ 鉛バッテリ
１４ リチウムイオンバッテリ
１６ 切換スイッチ
１８ スタータ
２０ 直流発電機
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４ 電子制御ユニット
２６ 負荷
４０ 電流センサ
４９ ＥＦＩ・ＥＣＵ

Claims (1)

1. アイドルストップを実行する車両で用いる電源制御装置であって、
   アイドルストップ中に所定の補機に電力を供給する第１のバッテリと、
   前記第１のバッテリと前記所定の補機との間に介在するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記所定の補機に接続されると共に、前記第１のバッテリに前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続された第２のバッテリと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも前記第２のバッテリ側の出力電圧を制御する制御ユニットと、
   前記第２のバッテリの電流値を検出する電流センサとを備え、
   前記制御ユニットが、アイドルストップ中において、前記電流センサにより検出される電流値が略ゼロになるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を可変制御することを特徴とする、電源制御装置。

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