JP5474600B2

JP5474600B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP5474600B2
Application number: JP2010032176A
Authority: JP
Inventors: 正樹小室
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011172340A

Description

本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。

車両の燃費性能を向上させるため、減速時にオルタネータを積極的に発電させて電気エネルギーを回収し、その後の加速時や定常走行時には回収した電気エネルギーを用いて補機等を動作させることにより、オルタネータの発電を停止させてエンジン負荷を軽減するようにした所謂マイクロハイブリッド車両が開発されている(例えば、特許文献１参照)。このマイクロハイブリッド車両においては、オルタネータの発電電流を積極的に変動させることから、オルタネータの発電電流を把握することが必要となっていた。また、バッテリ(蓄電体)を積極的に充放電させることから、バッテリの充放電電流を把握することが必要となっていた。

特開２００４−２２５６４９号公報

しかしながら、発電電流および充放電電流の双方を把握するためには、オルタネータおよびバッテリに対して電流センサを取り付ける必要があった。このように、車両用電源装置に対して２つの電流センサを組み込むことは、車両用電源装置の高コスト化を招く要因であった。

本発明の目的は、車両用電源装置の低コスト化を達成することにある。

本発明の車両用電源装置は、接続点を介して接続される発電機、第１蓄電体および電気負荷を備える車両用電源装置であって、前記接続点と前記発電機とを接続する第１配線と、前記接続点と前記第１蓄電体とを接続する第２配線と、前記接続点と前記電気負荷とを接続する第３配線と、前記第１配線の電流値を検出する電流検出手段と、前記第２配線の電圧降下値を検出する電圧検出手段と、前記電流値と前記電圧降下値とに基づき、前記第２配線の配線抵抗値を算出する抵抗算出手段と、前記電圧降下値と前記配線抵抗値とに基づき、前記電流検出手段によって検出されていない前記第２配線の電流値を推定する電流推定手段と、前記第３配線に設けられ、前記発電機および前記第１蓄電体から前記電気負荷を切り離す開放状態に切り換えられる分離スイッチと、前記電気負荷と前記分離スイッチとの間の前記第３配線に接続される第２蓄電体と、を有し、前記電流検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電流値を検出し、前記電圧検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電圧降下値を検出する、ことを特徴とする。

本発明の車両用電源装置は、接続点を介して接続される発電機、第１蓄電体および電気負荷を備える車両用電源装置であって、前記接続点と前記発電機とを接続する第１配線と、前記接続点と前記第１蓄電体とを接続する第２配線と、前記接続点と前記電気負荷とを接続する第３配線と、前記第２配線の電流値を検出する電流検出手段と、前記第１配線の電圧降下値を検出する電圧検出手段と、前記電流値と前記電圧降下値とに基づき、前記第１配線の配線抵抗値を算出する抵抗算出手段と、前記電圧降下値と前記配線抵抗値とに基づき、前記電流検出手段によって検出されていない前記第１配線の電流値を推定する電流推定手段と、前記第３配線に設けられ、前記発電機および前記第１蓄電体から前記電気負荷を切り離す開放状態に切り換えられる分離スイッチと、前記電気負荷と前記分離スイッチとの間の前記第３配線に接続される第２蓄電体と、を有し、前記電流検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電流値を検出し、前記電圧検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電圧降下値を検出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１配線の配線抵抗値を算出することができるため、第１配線の電圧降下値を検出することにより、第１配線の電流値を推定することが可能となる。または、第２配線の配線抵抗値を算出することができるため、第２配線の電圧降下値を検出することにより、第２配線の電流値を推定することが可能となる。これにより、電流センサを削減することができるため、車両用電源装置の低コスト化を達成することが可能となる。

本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成を示す概略図である。車両用電源装置の作動状態を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は車両用電源装置の作動状態を示す説明図である。車両用電源装置を示す概略図である。他の車両用電源装置を示す概略図である。本発明の他の実施の形態である車両用電源装置を示す概略図である。車両用電源装置を示す概略図である。他の車両用電源装置を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０を備えた車両１１の構成を示す概略図である。図１に示すように、車両１１にはエンジン１２および変速機１３が搭載されている。変速機１３の出力軸１４にはデファレンシャル機構１５を介して駆動輪１６が連結されている。また、エンジン１２にはスタータモータ１７が組み付けられている。さらに、エンジン１２には発電機であるオルタネータ１８が駆動ベルト１９を介して連結されている。

なお、図示する車両１１は所謂マイクロハイブリッド車両であり、車両１１にはオルタネータ１８を用いた低電圧系の回生システムが搭載されている。アクセルペダルの踏み込みが解除される減速時には、オルタネータ１８を発電駆動させることにより、車両１１の運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収している。また、アクセルペダルが踏み込まれる加速時や定常走行時には、オルタネータ１８による発電を停止させてエンジン負荷を軽減している。このように、エンジン負荷を増加させないようにオルタネータ１８を制御することで、車両１１の燃費性能を向上させている。

車両用電源装置１０には、第１蓄電体であるメインバッテリ２０が設けられている。このメインバッテリ２０にはスタータモータ１７およびオルタネータ１８が接続されている。このように、メインバッテリ２０、スタータモータ１７およびオルタネータ１８によって第１電源系２１が構成されている。なお、第１電源系２１を構成するメインバッテリ２０やオルタネータ１８の許容電圧範囲は約１２〜１８Ｖに設定されている。すなわち、メインバッテリ２０やオルタネータ１８の制御上の上限電圧は１８Ｖに設定されている。

メインバッテリ２０としては、充放電抵抗が小さくサイクル特性に優れる蓄電デバイスが用いられる。このような蓄電デバイスとしては、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素バッテリ等の所謂ロッキングチェア型蓄電体が挙げられる。なお、ここでロッキングチェア型蓄電体とは、リチウムイオンや水素イオン等が電極間を往復することで充放電を行う蓄電体を指す。また、ロッキングチェア型蓄電体の蓄電機構は、電極の物理的構造変化(溶解・析出)を伴わない。このため、ロッキングチェア型蓄電体は、充放電抵抗が小さくサイクル特性に優れるという特性を有している。

また、車両用電源装置１０には、第２蓄電体としてサブバッテリ２２が設けられている。このサブバッテリ２２には、電気負荷として、ヘッドライト２３、イグニッションコイル２４および電子制御ユニット２５等の電装品２６が接続されている。このようにサブバッテリ２２および電装品２６によって第２電源系２７が構成されている。なお、第２電源系２７を構成するサブバッテリ２２や電装品２６の許容電圧範囲は約１２〜１５Ｖに設定されている。すなわち、サブバッテリ２２や電装品２６の制御上の上限電圧は１５Ｖに設定されている。

サブバッテリ２２としては、所定の蓄電容量を備える蓄電デバイスが用いられるサブバッテリ２２の蓄電容量としては、所定期間(例えば３ヶ月)に渡る車両放置後の始動性能を考慮して設定される。このような蓄電デバイスとしては、低コストで蓄電容量の大きな鉛蓄電池等の所謂リザーブ型蓄電体が挙げられる。なお、ここでリザーブ型蓄電体とは、電極の金属等から電解液中にイオンが溶解し、電解液中のイオンが金属等として電極に析出することで充放電を行う蓄電体を指す。また、リザーブ型蓄電体の蓄電機構は、電極の物理的構造変化(溶解・析出)を伴う。このため、リザーブ型蓄電体は、ロッキングチェア型蓄電体に比して、充放電抵抗が大きくサイクル特性が悪いという特性を有しているが、鉛等の安価な電極材料を利用可能であるため、蓄電容量を大きく取り易いという特徴がある。なお、サブバッテリ２２はリザーブ型蓄電体に限られることはなく、低コストで所定の蓄電容量を確保することが可能であれば、ロッキングチェア型蓄電体をサブバッテリ２２として用いても良い。

また、図１に示すように、オルタネータ１８のプラス端子には第１配線として通電ライン３０が接続されている。また、メインバッテリ２０の正極端子には第２配線として通電ライン３１が接続されている。さらに、電装品２６のプラス端子には第３配線として通電ライン３２が接続されている。これらの通電ライン３０〜３２は、共通の接続点３３を介して互いに接続されている。また、通電ライン３２には、ｎチャネルＦＥＴ等の分離スイッチ３４が設けられている。この分離スイッチ３４を接続状態に切り換えることにより、第１電源系２１と第２電源系２７とを電気的に接続することが可能となる。一方、分離スイッチ３４を開放状態に切り換えることにより、第１電源系２１と第２電源系２７とを電気的に切り離すことが可能となっている。すなわち、分離スイッチ３４を開放することにより、オルタネータ１８およびメインバッテリ２０から電装品２６を切り離すことが可能となっている。

以下、車両用電源装置１０の作動状態について説明する。車両用電源装置１０を制御する制御ユニット３５は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、一時的にデータを記憶するＲＡＭ、各種センサやアクチュエータ等に接続される入出力ポート等によって構成されている。制御ユニット３５に接続されるセンサ等としては、ブレーキペダルの踏み込みの有無を検出するブレーキスイッチ３６、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３７、セレクトレバーの操作位置を検出するインヒビタスイッチ３８、車速を検出する車速センサ３９等がある。また、制御ユニット３５には、通電ライン３１の電流値を検出する電流検出手段としての電流センサ４０、オルタネータ１８のプラス端子の電圧を検出する電圧センサ４１、接続点３３の電圧を検出する電圧センサ４２が接続されている。

図２は車両用電源装置１０の作動状態を示す説明図である。図２には、アクセルペダルが踏み込まれる車両加速時や定常走行時の状態、つまりオルタネータ１８が発電駆動されていない状態が示されている。また、図３(ａ)および(ｂ)は車両用電源装置１０の作動状態を示す説明図である。図３(ａ)および(ｂ)にはアクセルペダルの踏み込みが解除される車両減速時の状態、つまりオルタネータ１８が発電駆動されている状態が示されている。なお、図２および図３においては、黒塗りの矢印を用いて電力の供給状態を表している。

まず、制御ユニット３５は、メインバッテリ２０の電圧、充放電電流、温度に基づき、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍを算出する。充電状態ＳＯＣｍの算出方法としては、例えば特開２００５−２０１７４３号公報に記載される算出方法を用いることが可能である。この算出方法は、充放電電流の積算値に基づく充電状態ＳＯＣｃと、推定される開放電圧に基づく充電状態ＳＯＣｖとを算出し、これらの充電状態ＳＯＣｃ，ＳＯＣｖを重み付け合成して充電状態ＳＯＣｍを算出する方法である。なお、充電状態ＳＯＣｍの算出方法としては、前述の方法に限られることはなく、他の算出方法を用いて充電状態ＳＯＣｍを算出しても良い。

図２に示すように、アクセルペダルが踏み込まれた場合(アクセルＯＮ)には、制御ユニット３５はオルタネータ１８の目標発電電流を「０」に設定し、オルタネータ１８は発電を停止する。このとき、図３に示すように、制御ユニット３５によって分離スイッチ３４は接続状態に保持され、電装品２６にはメインバッテリ２０およびサブバッテリ２２が接続された状態となる。ここで、メインバッテリ２０の蓄電容量を発揮できる電圧範囲は、サブバッテリ２２の蓄電容量を発揮できる電圧範囲に比べて高く設計されている。このため、主にメインバッテリ２０から電装品２６に対して電力が供給される一方、サブバッテリ２２からの電力供給は抑制されることになる。このように、サブバッテリ２２の充放電を抑制することにより、リザーブ型蓄電体等からなるサブバッテリ２２の劣化を防止することが可能となる。なお、ロッキングチェア型蓄電体からなるメインバッテリ２０のサイクル特性は良好であるため、頻繁に充放電させてもメインバッテリ２０が著しく劣化することはない。

また、アクセルペダルの踏み込みが解除された場合(アクセルＯＦＦ)には、制御ユニット３５は車速に応じてオルタネータ１８の目標発電電流を設定する。そして、制御ユニット３５は、目標発電電流が得られるようにオルタネータ１８の発電電圧を調整する。このオルタネータ１８の発電制御においては、オルタネータ１８の発電量を増やすことが重要である。そこで、充電状態ＳＯＣｍが所定範囲内に収まる場合に、制御ユニット３５は分離スイッチ３４を開放状態に切り換える。ここで、図３(ａ)に示すように、分離スイッチ３４を開放することにより、第１電源系２１と第２電源系２７とが電気的に切り離された状態となる。このように、分離スイッチ３４を開放して第２電源系２７からオルタネータ１８およびメインバッテリ２０を切り離すことにより、第２電源系２７の上限電圧(１５Ｖ)を超えてオルタネータ１８の発電電圧を設定することが可能となる。これにより、オルタネータ１８の発電量を増大させることが可能となっている。なお、分離スイッチ３４を開放した場合であっても、サブバッテリ２２から電装品２６に電力が供給されるため、電装品２６を正常に作動させ続けることが可能である。

一方、充電状態ＳＯＣｍが所定範囲を外れている場合、つまり充電状態ＳＯＣｍが低下している場合や上昇している場合に、制御ユニット３５は分離スイッチ３４を接続状態に切り換える。ここで、図３(ｂ)に示すように、分離スイッチ３４を接続することにより、第１電源系２１と第２電源系２７とが電気的に接続された状態となる。すなわち、上限電圧が１５Ｖである第２電源系２７を保護するため、オルタネータ１８の発電電圧は１５Ｖ以下に制限されることになる。しかしながら、充電状態ＳＯＣｍが低下している場合には、メインバッテリ２０の開放電圧が低いことから、発電電圧を１５Ｖまで引き上げずに所定の目標発電電流(例えば２００Ａ)を得ることが可能である。このように、分離スイッチ３４を開放せずに必要な発電電流が得られる場合には、サブバッテリ２２の充放電を抑制するため、分離スイッチ３４を接続したままオルタネータ１８が発電駆動される。また、充電状態ＳＯＣｍが上昇している場合には、メインバッテリ２０の開放電圧が高いことから、発電電圧を１５Ｖ以上に引き上げたとしても十分な発電電流を得ることが困難である。このように、発電電圧を引き上げても必要な発電電流が得られない場合には、サブバッテリ２２の充放電を抑制するため、分離スイッチ３４を接続したままオルタネータ１８が発電駆動される。

このように、車両用電源装置１０を制御する際には、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍを算出するため、メインバッテリ２０の充放電電流を把握することが必要となっている。また、車両用電源装置１０を制御する際には、目標発電電流に向けてオルタネータ１８の発電電圧を制御するため、オルタネータ１８の発電電流を把握することが必要となっている。しかしながら、オルタネータ１８およびメインバッテリ２０の双方に対して電流センサを組み付けることは、車両用電源装置１０の高コスト化を招く要因となっていた。そこで、車両用電源装置１０の制御ユニット３５は、これまでオルタネータ１８に設けられていた電流センサを削減するため、以下のように、オルタネータ１８の発電電流を推定している。

以下、制御ユニット３５によって実行される発電電流の推定制御について説明する。図４は車両用電源装置１０を示す概略図である。図４に示すように、制御ユニット３５は、通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１を求めるため、分離スイッチ３４を開放してオルタネータ１８の発電電流Ｉ_１をメインバッテリ２０に案内する。このように分離スイッチ３４を開放することにより、発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とを一致させることが可能となる。そして、電圧検出手段として機能する制御ユニット３５は、電圧センサ４１によって検出されるオルタネータ１８のプラス端子の電圧Ｖ_１と、電圧センサ４２によって検出される接続点３３の電圧Ｖ_２とに基づいて、通電ライン３０の電圧降下値Ｖｄ(＝Ｖ_１−Ｖ_２)を算出する。続いて、抵抗算出手段として機能する制御ユニット３５は、電流センサ４０からの充放電電流(電流値)Ｉ_２と算出された電圧降下値Ｖｄとに基づき、以下の式(１)に従って通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１を算出する。なお、電流センサ４０からの充放電電流Ｉ_２、電圧センサ４１からの電圧Ｖ_１、電圧センサ４２からの電圧Ｖ_２は、同じタイミングで得られた検出値であることはいうまでもない。
Ｒ_１＝Ｖｄ／Ｉ_２ …(１)

前述したように、通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１が算出されると、制御ユニット３５は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_１を格納する。そして、電流推定手段として機能する制御ユニット３５は、通電ライン３０の電圧降下値Ｖｄを求めることにより、以下の式(２)に従って発電電流Ｉ_１を推定することが可能となる。なお、配線抵抗値Ｒ_１は、経年変化や温度環境によって変動することから、定期的に算出されて更新されることになる。
Ｉ_１＝Ｖｄ／Ｒ_１ …(２)

これまで説明したように、分離スイッチ３４を開放して発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とを一致させるようにしたので、電流センサ４０によって検出された充放電電流Ｉ_２を用いて、発電電流Ｉ_１が流れる通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１を精度良く求めることが可能となる。これにより、電圧降下値Ｖｄを検出するだけで、発電電流Ｉ_１を精度良く推定することが可能となる。したがって、オルタネータ１８側の電流センサ４０を削減することができ、車両用電源装置１０の低コスト化を達成することが可能となる。しかも、メインバッテリ２０に充電抵抗の小さなロッキングチェア型蓄電体を採用したので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を大幅に引き上げることが可能となる。また、分離スイッチ３４を開放して電装品２６やサブバッテリ２２を切り離すようにしたので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を大幅に引き上げることが可能となる。このように、発電電流Ｉ_１を引き上げることができるため(例えば２００Ａ)、電圧降下値Ｖｄを拡大させて配線抵抗値Ｒ_１を精度良く算出することが可能となる。これにより、発電電流Ｉ_１を精度良く推定することが可能となる。また、オルタネータ１８側の電流センサを削減することにより、車両用電源装置１０の小型化を達成することが可能となる。このような小型の車両用電源装置１０をエンジンルームに搭載することにより、衝突安全性能や歩行者保護性能を高めることが可能となる。さらに、オルタネータ１８側の電流センサを削減することにより、車両用電源装置１０の信頼性を高めることも可能となる。

また、前述の説明では、メインバッテリ２０側の通電ライン３１に電流センサ４０を設けているが、これに限られることはなく、オルタネータ１８側の通電ライン３０に電流センサ４０を設けても良い。この場合には、オルタネータ１８のプラス端子の電圧を検出していた電圧センサ４１が削減され、メインバッテリ２０の正極端子の電圧を検出する電圧センサが追加される。そして、制御ユニット３５は、各電圧センサからの電圧に基づいて、通電ライン３１の電圧降下値を算出する。また、制御ユニット３５は、電流センサからの発電電流Ｉ_１と、算出された通電ライン３１の電圧降下値とに基づき、通電ライン３１の配線抵抗値を算出する。このように、通電ライン３１の配線抵抗値が求められるため、制御ユニット３５は、通電ライン３１の電圧降下値を検出するだけで充放電電流Ｉ_２を推定することが可能となる。

また、前述の説明では、メインバッテリ２０側の通電ライン３１またはオルタネータ１８側の通電ライン３０に電流センサ４０を設けているが、これに限られることはなく、双方の通電ライン３０，３１から電流センサ４０を削減しても良い。ここで、図５は他の車両用電源装置５０を示す概略図である。なお、図５において、図４に示す部品と同様の部品については同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、車両用電源装置５０には、メインバッテリ２０の正極端子の電圧Ｖ３を検出する電圧センサ５１が設けられている。また、オルタネータ１８には保護回路であるレギュレータ５２が組み込まれており、このレギュレータ５２によってオルタネータ１８の発電電流Ｉ_１は所定の上限電流値Ｉ_ｍａｘ(例えば２００Ａ)以下に制限されている。このような車両用電源装置５０の発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２を推定するため、以下のように、制御ユニット５３は発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２の推定制御を実行する。

まず、制御ユニット５３は、通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１を求めるため、分離スイッチ３４を開放してオルタネータ１８の発電電流Ｉ_１をメインバッテリ２０に案内する。このように分離スイッチ３４を開放することにより、発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とを一致させることが可能となる。このとき、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１が上限電流値Ｉ_ｍａｘに達するように、オルタネータ１８の発電電圧は上限電圧まで引き上げられる。すなわち、発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと一致した状態となっている。

そして、第１電圧検出手段として機能する制御ユニット５３は、電圧センサ４１によって検出されるオルタネータ１８のプラス端子の電圧Ｖ_１と、電圧センサ４２によって検出される接続点３３の電圧Ｖ_２とに基づいて、通電ライン３０の第１電圧降下値Ｖｄ_１(＝Ｖ_１−Ｖ_２)を算出する。同様に、第２電圧検出手段として機能する制御ユニット３５は、電圧センサ４２によって検出される接続点３３の電圧Ｖ_２と、電圧センサ５１によって検出されるメインバッテリ２０の正極端子の電圧Ｖ_３とに基づいて、通電ライン３１の第２電圧降下値Ｖｄ_２(＝Ｖ_２−Ｖ_３)を算出する。

続いて、第１抵抗算出手段として機能する制御ユニット５３は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと算出された電圧降下値Ｖｄ_１とに基づき、以下の式(３)に従って通電ライン３０の第１配線抵抗値Ｒ_１を算出する。同様に、第２抵抗算出手段として機能する制御ユニット３５は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと算出された電圧降下値Ｖｄ_２とに基づき、以下の式(４)に従って通電ライン３１の第２配線抵抗値Ｒ_２を算出する。
Ｒ_１＝Ｖｄ_１／Ｉ_ｍａｘ …(３)
Ｒ_２＝Ｖｄ_２／Ｉ_ｍａｘ …(４)

前述したように、通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１が算出されると、制御ユニット５３は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_１を格納する。そして、第１電流推定手段として機能する制御ユニット５３は、通電ライン３０の電圧降下値Ｖｄ_１を求めることにより、以下の式(５)に従って発電電流Ｉ_１を推定することが可能となる。同様に、通電ライン３１の配線抵抗値Ｒ_２が算出されると、制御ユニット５３は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_２を格納する。そして、第２電流推定手段として機能する制御ユニット５３は、通電ライン３１の電圧降下値Ｖｄ_２を求めることにより、以下の式(６)に従って充放電電流Ｉ_２を推定することが可能となる。なお、配線抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２は、経年変化や温度環境によって変動することから、定期的に算出されて更新されることになる。
Ｉ_１＝Ｖｄ_１／Ｒ_１ …(５)
Ｉ_２＝Ｖｄ_２／Ｒ_２ …(６)

これまで説明したように、オルタネータ１８のレギュレータ５２によって制限される上限電流値Ｉ_ｍａｘを用いて、通電ライン３０の配線抵抗値Ｒ_１と通電ライン３１の配線抵抗値Ｒ_２とを求めることが可能となる。これにより、電圧降下値Ｖｄ_１を検出するだけで発電電流Ｉ_１を推定することができるため、オルタネータ１８側の電流センサを削減することが可能となる。さらに、電圧降下値Ｖｄ_２を検出するだけで充放電電流Ｉ_２を推定することができるため、メインバッテリ２０側の電流センサを削減することが可能となる。このように、２つの電流センサを削減することができるため、車両用電源装置５０の大幅な低コスト化を達成することが可能となる。しかも、メインバッテリ２０に充電抵抗の小さなロッキングチェア型蓄電体を採用したので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を上限電流値Ｉ_ｍａｘまで引き上げることが可能となる。また、分離スイッチ３４を開放することで電装品２６やサブバッテリ２２を切り離すようにしたので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を上限電流値Ｉ_ｍａｘまで引き上げることが可能となる。このように、発電電流Ｉ_１を上限電流値Ｉ_ｍａｘまで引き上げることができるため、電圧降下値Ｖｄ_１，Ｖｄ_２を拡大させて配線抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２を精度良く算出することが可能となる。これにより、発電電流Ｉ_１や充放電電流Ｉ_２を精度良く推定することが可能となる。また、２つの電流センサを削減することにより、車両用電源装置５０の小型化を達成することが可能となる。このような小型の車両用電源装置５０をエンジンルームに搭載することにより、衝突安全性能や歩行者保護性能を高めることが可能となる。さらに、２つの電流センサを削減することにより、車両用電源装置５０の信頼性を高めることも可能となる。

また、前述した車両用電源装置５０の構成は、特許請求の範囲として、次のように記載することができる。接続点を介して接続される発電機、蓄電体および電気負荷を備える車両用電源装置であって、前記接続点と前記発電機とを接続する第１配線と、前記接続点と前記蓄電体とを接続する第２配線と、前記接続点と前記電気負荷とを接続する第３配線と、前記発電機の発電電流が所定の上限電流値まで引き上げられたときに、前記第１配線の第１電圧降下値を検出する第１電圧検出手段と、前記発電機の発電電流が所定の上限電流値まで引き上げられたときに、前記第２配線の第２電圧降下値を検出する第２電圧検出手段と、前記上限電流値と前記第１電圧降下値とに基づき、前記第１配線の第１配線抵抗値を算出する第１抵抗算出手段と、前記上限電流値と前記第２電圧降下値とに基づき、前記第２配線の第２配線抵抗値を算出する第２抵抗算出手段と、前記第１電圧降下値と前記第１配線抵抗値とに基づき、前記第１配線の電流値を推定する第１電流推定手段と、前記第２電圧降下値と前記第２配線抵抗値とに基づき、前記第２配線の電流値を推定する第２電流推定手段とを有することを特徴とする車両用電源装置。

ところで、前述した車両用電源装置１０，５０においては、第１電源系２１および第２電源系２７を備えているが、この構成の車両用電源装置１０，５０に限られることはなく、他の車両用電源装置に対して本発明を適用しても良い。ここで、図６は本発明の他の実施の形態である車両用電源装置６０を示す概略図である。なお、図６において、図１に示す部品と同様の部品については同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、オルタネータ１８のプラス端子には第１配線として通電ライン６１が接続されている。また、電装品２６のプラス端子には第３配線として通電ライン６２が接続されている。これらの通電ライン６１，６２は接続点６３を介して互いに接続されている。すなわち、オルタネータ１８と電装品２６とは、メインバッテリ２０を迂回する通電ライン６１，６２を介して接続されている。また、通電ライン６１にはｎチャネルＦＥＴ等からなる第１スイッチＳＷ１が設けられている。また、接続点６３とメインバッテリ２０の正極端子とは、第２配線としての通電ライン６４を介して接続されている。また、メインバッテリ２０の負極端子とオルタネータ１８のプラス端子とは通電ライン６５を介して接続されている。このように、メインバッテリ２０とオルタネータ１８とは直列に接続された状態となる。また、通電ライン６５にはｎチャネルＦＥＴ等からなる第２スイッチＳＷ２が設けられている。さらに、スイッチＳＷ２とメインバッテリ２０との間の通電ライン６５には接地ライン６６が接続されている。この接地ライン６６によって、スイッチＳＷ２とメインバッテリ２０との接続点６７が接地されている。この接地ライン６６にはｎチャネルＦＥＴ等からなる第３スイッチＳＷ３が設けられている。また、サブバッテリ２２の正極端子に接続される通電ライン６８は接続点６３に接続されている。さらに、サブバッテリ２２の負極端子に接続される通電ライン６９は接地されている。このようにサブバッテリ２２はメインバッテリ２０およびオルタネータ１８に対して並列に接続されている。なお、図示する電装品２６には、スタータモータ１７が含まれている。

このような構成を有する車両用電源装置６０は、メインバッテリ２０とオルタネータ１８とを直列に接続することが可能となる。これにより、サブバッテリ２２や電装品２６の下限電圧によって制限を受けることなく、メインバッテリ２０を深く放電させることが可能となる。すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を開放状態に切り換え、スイッチＳＷ２を接続状態に切り換えた状態のもとで、メインバッテリ２０の電圧降下に合わせてオルタネータ１８の発電電圧が引き上げられる。これにより、メインバッテリ２０を深く放電させた場合であっても、サブバッテリ２２や電装品２６に対する印加電圧を下限電圧以上に保持することが可能となる。したがって、メインバッテリ２０が有する蓄電容量を十分に活用することが可能となり、車両用電源装置６０において使用可能な蓄電容量を増加させることが可能となる。

このような車両用電源装置６０においても、メインバッテリ２０の充放電電流とオルタネータ１８の発電電流とを把握することが必要である。しかしながら、オルタネータ１８およびメインバッテリ２０の双方に対して電流センサを組み付けることは、車両用電源装置６０の高コスト化を招く要因となっていた。そこで、車両用電源装置６０の制御ユニット７０は、これまでオルタネータ１８に設けられていた電流センサを削減するため、以下のように、オルタネータ１８の発電電流を推定している。

以下、制御ユニット７０によって実行される発電電流の推定制御について説明する。図７は車両用電源装置６０を示す概略図である。図７に示すように、車両用電源装置６０には、オルタネータ１８のプラス端子の電圧Ｖ_１を検出する電圧センサ４１が設けられている。また、車両用電源装置６０には、接続点６３の電圧Ｖ_２を検出する電圧センサ４２が設けられている。さらに、車両用電源装置６０には、通電ライン６４の電流値を検出する電流検出手段としての電流センサ４０が設けられている。

まず、制御ユニット７０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を接続してスイッチＳＷ２を開放する。これにより、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１がメインバッテリ２０に向けて案内されるため、発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とがほぼ一致した状態となる。なお、破線の矢印で示すように、発電電流Ｉ_１は接続点６３を経てサブバッテリ２２や電装品２６に対しても案内されるが、サブバッテリ２２や電装品２６への供給電流はメインバッテリ２０の充放電電流Ｉ_２に比べて大幅に小さいものである。すなわち、メインバッテリ２０は充電抵抗の小さなロッキングチェア型蓄電体であるため、メインバッテリ２０に対して多くの電流が供給されるようになっている。

そして、電圧検出手段として機能する制御ユニット７０は、電圧センサ４１によって検出されるオルタネータ１８のプラス端子の電圧Ｖ_１と、電圧センサ４２によって検出される接続点６３の電圧Ｖ_２とに基づいて、通電ライン６１の電圧降下値Ｖｄ(＝Ｖ_１−Ｖ_２)を算出する。次いで、抵抗算出手段として機能する制御ユニット７０は、電流センサ４０からの充放電電流(電流値)Ｉ_２と算出された電圧降下値Ｖｄとに基づき、以下の式(７)に従って通電ライン６１の配線抵抗値Ｒ_１を算出する。なお、電流センサ４０からの充放電電流Ｉ_２、電圧センサ４１からの電圧Ｖ_１、電圧センサ４２からの電圧Ｖ_２は、同じタイミングで得られた検出値であることはいうまでもない。
Ｒ_１＝Ｖｄ／Ｉ_２ …(７)

前述したように、通電ライン６１の配線抵抗値Ｒ_１が算出されると、制御ユニット７０は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_１を格納する。そして、電流推定手段として機能する制御ユニット７０は、通電ライン６１の電圧降下値Ｖｄを求めることにより、以下の式(２)に従って発電電流Ｉ_１を推定することが可能となる。なお、配線抵抗値Ｒ_１は、経年変化や温度環境によって変動することから、定期的に算出されて更新されることになる。
Ｉ_１＝Ｖｄ／Ｒ_１ …(８)

これまで説明したように、発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とをほぼ一致させることができるため、電流センサ４０によって検出された充放電電流Ｉ_２を用いて、通電ライン６１の配線抵抗値Ｒ_１を求めることが可能となる。これにより、電圧降下値Ｖｄを検出するだけで、発電電流Ｉ_１を推定することが可能となる。したがって、オルタネータ１８側の電流センサを削減することができ、車両用電源装置６０の低コスト化を達成することが可能となる。しかも、メインバッテリ２０に充電抵抗の小さなロッキングチェア型蓄電体を採用したので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を大幅に引き上げることが可能となる。このように、発電電流Ｉ_１を引き上げることができるため(例えば２００Ａ)、電圧降下値Ｖｄを拡大させて配線抵抗値Ｒ_１を精度良く算出することが可能となる。これにより、発電電流Ｉ_１を精度良く推定することが可能となる。また、オルタネータ１８側の電流センサを削減することにより、車両用電源装置６０の小型化を達成することが可能となる。このような小型の車両用電源装置６０をエンジンルームに搭載することにより、衝突安全性能や歩行者保護性能を高めることが可能となる。さらに、オルタネータ１８側の電流センサを削減することにより、車両用電源装置６０の信頼性を高めることも可能となる。

また、前述の説明では、メインバッテリ２０側の通電ライン６４に電流センサ４０を設けているが、これに限られることはなく、オルタネータ１８側の通電ライン６１に電流センサ４０を設けても良い。この場合には、オルタネータ１８のプラス端子の電圧を検出していた電圧センサ４１が削減され、メインバッテリ２０の正極端子の電圧を検出する電圧センサが追加される。そして、制御ユニット７０は、各電圧センサからの電圧に基づき、通電ライン６４の電圧降下値を算出する。また、制御ユニット７０は、電流センサ４０からの発電電流Ｉ_１と、算出された通電ライン６４の電圧降下値とに基づき、通電ライン６４の配線抵抗値を算出する。このように、通電ライン６４の配線抵抗値が求められるため、制御ユニット７０は、通電ライン３１の電圧降下値を検出するだけで充放電電流Ｉ_２を推定することが可能となる。

また、前述の説明では、メインバッテリ２０側の通電ライン６４またはオルタネータ１８側の通電ライン６１に電流センサ４０を設けているが、これに限られることはなく、双方の通電ライン６１，６４から電流センサ４０を削減しても良い。ここで、図８は他の車両用電源装置８０を示す概略図である。なお、図８において、図７に示す部品と同様の部品については同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、車両用電源装置８０には、メインバッテリ２０の正極端子の電圧Ｖ３を検出する電圧センサ５１が設けられている。また、オルタネータ１８には保護回路であるレギュレータ５２が組み込まれており、このレギュレータ５２によってオルタネータ１８の発電電流Ｉ_１は所定の上限電流値Ｉ_ｍａｘ(例えば２００Ａ)以下に制限されている。このような車両用電源装置８０の発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２を推定するため、以下のように、制御ユニット８１は発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２の推定制御を実行する。

まず、制御ユニット８１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３を接続してスイッチＳＷ２を開放する。これにより、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１がメインバッテリ２０に向けて案内されるため、発電電流Ｉ_１と充放電電流Ｉ_２とがほぼ一致した状態となる。このとき、オルタネータ１８の発電電流が上限電流値Ｉ_ｍａｘに達するように、オルタネータ１８の発電電圧は上限電圧まで引き上げられる。すなわち、発電電流Ｉ_１および充放電電流Ｉ_２は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと一致した状態となっている。

そして、第１電圧検出手段として機能する制御ユニット８１は、電圧センサ４１によって検出されるオルタネータ１８のプラス端子の電圧Ｖ_１と、電圧センサ４２によって検出される接続点６３の電圧Ｖ_２とに基づいて、通電ライン６１の第１電圧降下値Ｖｄ_１(＝Ｖ_１−Ｖ_２)を算出する。同様に、第２電圧検出手段として機能する制御ユニット８１は、電圧センサ４２によって検出される接続点６３の電圧Ｖ_２と、電圧センサ５１によって検出されるメインバッテリ２０の正極端子の電圧Ｖ_３とに基づいて、通電ライン６４の第２電圧降下値Ｖｄ_２(＝Ｖ_２−Ｖ_３)を算出する。

次いで、第１抵抗算出手段として機能する制御ユニット８１は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと算出された電圧降下値Ｖｄ_１とに基づき、以下の式(９)に従って通電ライン６１の第１配線抵抗値Ｒ_１を算出する。同様に、第２抵抗算出手段として機能する制御ユニット８１は、上限電流値Ｉ_ｍａｘと算出された電圧降下値Ｖｄ_２とに基づき、以下の式(１０)に従って通電ライン６４の第２配線抵抗値Ｒ_２を算出する。
Ｒ_１＝Ｖｄ_１／Ｉ_ｍａｘ …(９)
Ｒ_２＝Ｖｄ_２／Ｉ_ｍａｘ …(１０)

前述したように、通電ライン６１の配線抵抗値Ｒ_１が算出されると、制御ユニット８１は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_１を格納する。そして、第１電流推定手段として機能する制御ユニット８１は、通電ライン６１の電圧降下値Ｖｄ_１を求めることにより、以下の式(１１)に従って発電電流Ｉ_１を推定することが可能となる。同様に、通電ライン６４の配線抵抗値Ｒ_２が算出されると、制御ユニット８１は電流算出時に用いるデータとして配線抵抗値Ｒ_２を格納する。そして、第２電流推定手段として機能する制御ユニット８１は、通電ライン６４の電圧降下値Ｖｄ_２を求めることにより、以下の式(１２)に従って充放電電流Ｉ_２を推定することが可能となる。なお、配線抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２は、経年変化や温度環境によって変動することから、定期的に算出されて更新されることになる。
Ｉ_１＝Ｖｄ_１／Ｒ_１ …(１１)
Ｉ_２＝Ｖｄ_２／Ｒ_２ …(１２)

これまで説明したように、オルタネータ１８のレギュレータ５２によって制限される上限電流値Ｉ_ｍａｘを用いて、通電ライン６１の配線抵抗値Ｒ_１と通電ライン６４の配線抵抗値Ｒ_２とを求めることが可能となる。これにより、電圧降下値Ｖｄ_１を検出するだけで発電電流Ｉ_１を推定することができるため、オルタネータ１８側の電流センサを削減することが可能となる。さらに、電圧降下値Ｖｄ_２を検出するだけで充放電電流Ｉ_２を推定することができるため、メインバッテリ２０側の電流センサを削減することが可能となる。このように、２つの電流センサを削減することができるため、車両用電源装置８０の大幅な低コスト化を達成することが可能となる。しかも、メインバッテリ２０に充電抵抗の小さなロッキングチェア型蓄電体を採用したので、オルタネータ１８の発電電流Ｉ_１を上限電流値Ｉ_ｍａｘまで引き上げることが可能となる。このように、発電電流Ｉ_１を上限電流値Ｉ_ｍａｘまで引き上げることができるため、電圧降下値Ｖｄ_１，Ｖｄ_２を拡大させて配線抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２を精度良く算出することが可能となる。これにより、発電電流Ｉ_１や充放電電流Ｉ_２を精度良く推定することが可能となる。また、２つの電流センサを削減することにより、車両用電源装置８０の小型化を達成することが可能となる。このような小型の車両用電源装置８０をエンジンルームに搭載することにより、衝突安全性能や歩行者保護性能を高めることが可能となる。さらに、２つの電流センサを削減することにより、車両用電源装置８０の信頼性を高めることも可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する場合には、動力源としてエンジン１２のみを備える車両１１の車両用電源装置１０，５０，６０，８０に本発明を適用しているが、これに限られることはなく、動力源としてエンジン１２および電動モータを備えるハイブリッド車両の車両用電源装置に対して本発明を適用しても良い。また、図示する車両用電源装置１０，５０，６０，８０にはメインバッテリ２０およびサブバッテリ２２が設けられているが、これに限られることはなくサブバッテリ２２を備えていない車両用電源装置に対して本発明を適用しても良い。

また、前述の説明では、オルタネータ１８とスタータモータ１７を別個に設けているが、オルタネータ１８とスタータモータ１７との機能を兼ね備えた電動モータを設けても良い。さらに、前述の説明では、第１電源系２１の許容電圧範囲を約１２〜１８Ｖに設定しているが、この電圧範囲に限られることはない。同様に、第２電源系２７の許容電圧範囲を約１２〜１５Ｖに設定しているが、この電圧範囲に限られることはない。

１０車両用電源装置
１８オルタネータ(発電機)
２０メインバッテリ(蓄電体)
２３ヘッドライト(電気負荷)
２４イグニッションコイル(電気負荷)
２５電子制御ユニット(電気負荷)
２６電装品(電気負荷)
３０通電ライン(第１配線)
３１通電ライン(第２配線)
３２通電ライン(第３配線)
３３接続点
３４分離スイッチ
３５制御ユニット(電圧検出手段，抵抗算出手段，電流推定手段)
４０電流センサ(電流検出手段)
６０車両用電源装置
６１通電ライン(第１配線)
６２通電ライン(第３配線)
６３接続点
６４通電ライン(第２配線)
７０制御ユニット(電圧検出手段，抵抗算出手段，電流推定手段)
Ｉ_１発電電流(電流値)
Ｉ_２充放電電流(電流値)
Ｉ_ｍａｘ上限電流値
Ｒ_１配線抵抗値
Ｖｄ電圧降下値

Claims

接続点を介して接続される発電機、第１蓄電体および電気負荷を備える車両用電源装置であって、
前記接続点と前記発電機とを接続する第１配線と、
前記接続点と前記第１蓄電体とを接続する第２配線と、
前記接続点と前記電気負荷とを接続する第３配線と、
前記第１配線の電流値を検出する電流検出手段と、
前記第２配線の電圧降下値を検出する電圧検出手段と、
前記電流値と前記電圧降下値とに基づき、前記第２配線の配線抵抗値を算出する抵抗算出手段と、
前記電圧降下値と前記配線抵抗値とに基づき、前記電流検出手段によって検出されていない前記第２配線の電流値を推定する電流推定手段と、
前記第３配線に設けられ、前記発電機および前記第１蓄電体から前記電気負荷を切り離す開放状態に切り換えられる分離スイッチと、
前記電気負荷と前記分離スイッチとの間の前記第３配線に接続される第２蓄電体と、を有し、
前記電流検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電流値を検出し、
前記電圧検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電圧降下値を検出する、ことを特徴とする車両用電源装置。
接続点を介して接続される発電機、第１蓄電体および電気負荷を備える車両用電源装置であって、
前記接続点と前記発電機とを接続する第１配線と、
前記接続点と前記第１蓄電体とを接続する第２配線と、
前記接続点と前記電気負荷とを接続する第３配線と、
前記第２配線の電流値を検出する電流検出手段と、
前記第１配線の電圧降下値を検出する電圧検出手段と、
前記電流値と前記電圧降下値とに基づき、前記第１配線の配線抵抗値を算出する抵抗算出手段と、
前記電圧降下値と前記配線抵抗値とに基づき、前記電流検出手段によって検出されていない前記第１配線の電流値を推定する電流推定手段と、
前記第３配線に設けられ、前記発電機および前記第１蓄電体から前記電気負荷を切り離す開放状態に切り換えられる分離スイッチと、
前記電気負荷と前記分離スイッチとの間の前記第３配線に接続される第２蓄電体と、を有し、
前記電流検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電流値を検出し、
前記電圧検出手段は、前記分離スイッチを開放状態に切り換えた状態のもとで、前記配線抵抗値の算出に用いられる前記電圧降下値を検出する、ことを特徴とする車両用電源装置。