JP2005287146A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも２つのバッテリを備えた構成で、良好なバッテリの充電効率を確保し、また、バッテリの劣化や故障の発生を抑制し得る車両の電源装置を提供する。
【解決手段】 車両に搭載される電源装置において、エンジンを始動させるためのスタータモータを起動させる第１のバッテリ及び第２のバッテリと、上記第１及び第２のバッテリに給電し該バッテリを充電するオルタネータと、上記第１及び第２のバッテリとオルタネータとの間に配置され、所定条件下でオンオフ切替え動作を行なうリレー手段と、上記リレー手段の切替え動作を制御する制御手段と、第１及び第２のバッテリの残存容量を検出する残存容量検知手段とを設ける。制御手段は、残存容量検知手段から取得された情報に基づき、残存容量の少ない方のバッテリを優先して、第１及び第２のバッテリが交互に充電されるように、リレー手段を切り替える。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動車等の車両に搭載される電源装置に関する。

近年、省エネルギー及び環境保護の観点から、車両停止時にエンジンを一時停止させ、発進時にスタータでエンジンを再始動させるアイドルストップが奨励されている。しかし、このアイドルストップでは、スタータを作動させる際、バッテリからスタータへ給電されるが、エンジン再始動を繰り返すと、オルタネータからのバッテリ充電が充分にできず、結果として、スタータを始動させる際に、エンジン始動性が悪化することがある。

かかるスタータの繰り返し作動を考慮して、従来では、少なくとも２つのバッテリを用いて、エンジンの再始動を円滑にし、且つ、バッテリが著しく劣化するのを抑制することができるエンジン自動始動システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、複数のバッテリと、これらバッテリを並列接続又は直列接続にするリレーと、エンジンを再始動させるスタータ機能とエンジンにより駆動されて発電する発電機能とを有する始動発電機と、車両停止によりエンジンを一時停止させ、車両発進の指示が出されると始動発電機へ通電してエンジンを再始動させる制御器と、が設けられ、エンジン運転中には制御器に基づいてリレーにより並列接続させてバッテリを始動発電機により充電が行なわれ、エンジン一時停止中に車両発進の指示が出されると、制御器に基づいてリレーにより並列接続側から直列接続側に切り替えられ、直列接続時電圧がインバータを介して始動発電機へ通電されてエンジンが再始動させられる。

特開２００３−１５５９６８号公報

ところで、バッテリの特性としては、充電を続けると、例えば鉛のバッテリを採用した場合にはバッテリ内の電極まわりの硫酸濃度が高くなり、充電効率が低下すること、また、充放電を繰り返すにつれ、電極の劣化が進むこと、更に、過充電や過放電に起因して故障が生じる等が知られている。複数のバッテリが設けられた電源装置の構成においては、通常、１つのオルタネータから１つ又は複数のバッテリに対して充電が行なわれるが、かかる特性を考慮しつつオルタネータと各バッテリとの接続を切り替えるようにした制御が必要である。

本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、少なくとも２つのバッテリを備えた構成で、良好なバッテリの充電効率を確保し、また、バッテリの劣化や故障の発生を抑制し得る車両の電源装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、車両に搭載される電源装置において、エンジンを始動させるためのスタータモータを起動させる第１のバッテリ及び第２のバッテリと、上記第１及び第２のバッテリに給電し該バッテリを充電するオルタネータと、上記第１及び第２のバッテリとオルタネータとの間に配置され、所定条件下でオンオフ切替え動作を行なうリレー手段と、該リレー手段の切替え動作を制御する制御手段と、を有しており、該制御手段は、上記第１及び第２のバッテリが交互に充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、更に、上記第１及び第２のバッテリの残存容量を検出する残存容量検知手段を有しており、上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得された情報に基づき、残存容量の少ない方のバッテリが充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得された情報に基づき、充電されているバッテリの残存容量が充電されていないバッテリの残存容量を所定量上回ったことを検知すると、それまで充電されていなかったバッテリが充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明において、上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得された情報に基づき、一方のバッテリが満充電状態にあることを検知すると、該バッテリの充電が停止されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１〜４に係る発明のいずれか一において、上記第１のバッテリが、エンジンを始動させるための第１のスタータモータを起動させるバッテリであり、上記第２のバッテリが、アイドルストップ時に停止したエンジンを再始動させるための第２のスタータモータを起動させるバッテリであることを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る発明によれば、２つのバッテリを交互に充電することで、第１及び第２のバッテリをそれぞれ充電する上で良好な充電効率を確保することができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、残存容量の少ない方のバッテリが優先して充電されるため、第１及び第２のバッテリ間で均衡のとれた充電を実現することができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、充電されているバッテリの残存容量が充電されていないバッテリの残存容量を所定量上回った時点で、充電対象のバッテリが切り替えられるため、所定量の設定次第で、使用頻度等を考慮したバッテリの重み付けを行なうことができる。

また、更に、本願の請求項４に係る発明によれば、過充電によるバッテリ故障の発生を防止することができる。

また、更に、本願の請求項５に係る発明によれば、上記各請求項に係る発明が奏する効果に加え、アイドルストップに伴うエンジン再始動を円滑にすることが可能である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る車両の電源装置を概略的に示す図である。この電源装置１は、エンジン（不図示）を始動させるための第１のスタータモータＭ１に給電して、該第１のスタータモータＭ１を起動させる第１のバッテリＢ１と、アイドルストップ時に、エンジンを再始動させるための第２のスタータモータＭ２に給電して、該第２のスタータモータＭ２を起動させる第２のバッテリＢ２と、を備えている。第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２は、互いに等しい蓄電容量を有するものである。

電源装置１は、また、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の充電に際し、それらに電力を供給するオルタネータＡと、オルタネータＡから第１のバッテリＢ１への給電をオンオフする第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２と、を備えている。第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２は、オルタネータＡに対して、両者が互いに並列に配列されるように接続されており、また、第１のリレーＲ１には、第１のバッテリＢ１が直列に接続され、他方、第２のリレーＲ２には、第２のバッテリＢ２が直列に接続されている。更に、第１のバッテリＢ１には、第１のスタータモータＭ１が該第１のバッテリＢ１から受電可能に接続され、他方、第２のバッテリＢ２には、第２のスタータモータＭ２が該第２のバッテリＢ２から受電可能に接続されている。

また、図１に示すように、かかる電源装置１に対して、車両に装備される照明器やオーディオ機器等の電装補器類Ｌ１〜Ｌｎが、オルタネータＡ又は第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２から受電可能に接続されている。通常、これらの電装補器類Ｌ１〜Ｌｎに対しては、エンジン作動状態において、オルタネータＡから給電が行なわれ、エンジン停止状態においては、バックアップ電源として第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２に蓄えられた電気が暗電流として供給される。

電源装置１は、更に、第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２の切替え動作を制御し得る制御回路Ｃを備えている。この制御回路Ｃは、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２側で検知される各バッテリの残存容量Ｐ１，Ｐ２をあらわす情報，車速センサにより検知される車両の走行速度（車速）をあらわす情報，エンジン停止時間測定タイマーにより測定されるエンジン停止からの経過時間をあらわす情報，ユーザが携帯する送信機から送られてくるドアロック・アンロック信号を受信するキーレスエントリ用の受信機での受信情報，エンジン制御ユニットの作動状態を切り替えるイグニッションスイッチのオンオフ状態をあらわす情報，パーキングブレーキの操作状態をあらわす情報、及び、変速操作を行なうチェンジレバーの操作状態をあらわす情報、並びに、ドアスイッチにより検知されたドアの開閉状態をあらわす情報などの各種情報を取得することができる。そして、制御回路Ｃは、これらの情報に基づき、所定の判断を行い、第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２のオンオフ切替え動作を制御する。

制御回路Ｃにより、第１のリレーＲ１がオン状態（閉状態）に設定されると、オルタネータＡからの給電により第１のバッテリＢ１が充電され、また、第１のリレーＲ１がオフ状態（開状態）に設定されると、第１のバッテリＢ１は、オルタネータＡ及び電装補器類Ｌ１〜Ｌｎから切り離され、第１のスタータモータＭ１を起動させ得る状態となる。
他方、第２のリレーＲ２がオン状態（閉状態）に設定されると、オルタネータＡからの給電により第２のバッテリＢ２が充電され、オフ状態に設定されると、第２のバッテリＢ１は、オルタネータＡ及び電装補器類Ｌ１〜Ｌｎから切り離され、第２のスタータモータＭ２を起動させ得る状態となる。

更に、制御回路Ｃは、必要に応じて、第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２をオン状態に設定し、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の両方から、第１のスタータモータＭ１へ給電し該第１のスタータモータＭ１を起動させる、若しくは、第２のスタータモータＭ２へ給電し該第２のスタータモータＭ２を起動させるような制御を行なうことも可能である。

本実施形態に係る電源装置１では、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の良好な充電効率を確保し、また、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の劣化や故障の発生を抑制するために、オルタネータＡと第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２との接続状態を決める第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２のオンオフ切替え動作について工夫がなされている。具体的には、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２が交互に充電されるように、第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２のオンオフ切替え動作が制御される。そして、それらの切替えは、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の残存容量Ｐ１及びＰ２に基づき、残存容量の少ない方のバッテリが充電されるように行なわれる。また、バッテリが満充電状態になった場合には、オルタネータＡからそのバッテリへの給電が停止されるように、切替えが行なわれる。

図２は、このような第１及び第２のリレーＲ１及びＲ２の切替え時における第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の残存容量Ｐ１及びＰ２をあらわす図である。まず、図２の（ａ）には、第１のリレーＲ１が閉状態にかつ第２のリレーＲ２が開状態に設定され、第１のバッテリＢ１が充電されている状態が示されている。この状態においては、第１のバッテリＢ１の残存容量Ｐ１が、ハッチングを付した矩形で示す容量から白抜き矩形で示す容量が上乗せされた容量となっており、また、第２のバッテリＢ２の残存容量Ｐ２に対してｐ１だけ上回っている。本実施形態では、図２の（ａ）に示すように、第１のバッテリＢ１の残存容量Ｐ１が第２のバッテリＢ２の残存容量Ｐ２に対してｐ１だけ上回った時点で、第２のバッテリＢ２の充電に切り替わるように、第１のリレーＲ１が開状態にかつ第２のリレーＲ２が閉状態に設定される。

次に、図２の（ｂ）には、第１のリレーＲ１が開状態にかつ第２のリレーＲ２が閉状態に設定され、第２のバッテリＢ２が充電されている状態が示されている。この状態においては、第２のバッテリＢ２の残存容量Ｐ２が、ハッチングを付した矩形で示す容量から白抜き矩形で示す容量が上乗せされた容量となっており、また、第１のバッテリＢ１の残存容量Ｐ１に対してｐ２だけ上回っている。本実施形態では、図２の（ｂ）に示すように、第２のバッテリＢ２の残存容量Ｐ２が第１のバッテリＢ１の残存容量Ｐ１に対してｐ２だけ上回った時点で、第１のバッテリＢ１の充電に切り替わるように、第１のリレーＲ１が閉状態にかつ第２のリレーＲ２が開状態に設定される。
なお、充電対象とするバッテリを切り替える時点での残存容量の差ｐ１及びｐ２を任意に設定可能とすれば、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２間で、使用頻度等を考慮した重み付けをその設定次第で行なうことができる。

図２の（ａ）及び（ｂ）に示すような第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の充電は、いずれか一方のバッテリが満充電状態になるまで交互に繰り返される。そして、図２の（ｃ）に示すように、第１のリレーＲ１が閉状態にかつ第２のリレーＲ２が開状態に設定され、第１のバッテリＢ１が満充電状態、すなわち、残存容量Ｐ１がその最大値Ｐｍａｘをとる状態になると、第１のリレーＲ１が開状態に切り替えられて、オルタネータＡから第１のバッテリＢ１への給電が停止される。第２のリレーＲ２が満充電状態になった場合にも、同様に、第２のリレーＲ２が開状態に切り替えられて、オルタネータＡからの給電が停止される。
また、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２が共に満充電状態になった場合には、第１及びリレーＲ１及びＲ２の両方が開状態に設定されて、オルタネータＡから第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２への給電が共に停止される。

図３は、電源装置１によるリレー切替え制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の残存容量Ｐ１及びＰ２が比較され、Ｐ１がＰ２よりも大きいか（Ｐ１＞Ｐ２であるか）否かが判断される（Ｓ１１）。その結果、Ｐ１がＰ２より大きいと判断された場合には、Ｓ１５へ進む。他方、Ｐ１がＰ２以下であると判断された場合には、第１のリレーＲ１が閉状態にかつ第２のリレーＲ２が開状態に設定され（Ｓ１２）、第１のバッテリＢ１の充電が行なわれる（Ｓ１３）。

その後、Ｐ１がＰ２よりも大きいか否かが再度判断され（Ｓ１４）、その結果、Ｐ１がＰ２以下であると判断された場合には、Ｓ１３へ戻り、第１のバッテリＢ１の充電が続行される。他方、Ｓの１４の結果、Ｐ１がＰ２より大きいと判断された場合には、引き続き、第１のバッテリＢ１が満充電状態にあるか否かが判断される（Ｓ１５）。

Ｓ１５の結果、第１のバッテリＢ１が満充電状態にあると判断された場合には、Ｓ１９へ進む。他方、第１のバッテリＢ１が満充電状態にないと判断された場合には、第１のリレーＲ１が開状態にかつ第２のリレーＲ２が閉状態に設定され（Ｓ１６）、第２のバッテリＢ２の充電が行なわれる（Ｓ１７）。

その後、Ｐ２がＰ１よりも大きいか否かが判断され（Ｓ１８）、その結果、Ｐ２がＰ１以下であると判断された場合には、Ｓ１７へ戻り、第２のバッテリＢ２の充電が続行される。他方、Ｐ２がＰ１より大きいと判断された場合には、引き続き、第２のバッテリＢ２が満充電状態にあるか否かが判断される（Ｓ１９）。

Ｓ１９の結果、第２のバッテリＢ２が満充電状態にないと判断された場合には、Ｓ１２へ戻り、それ以降のステップが繰り返される。他方、第２のバッテリＢ２が満充電状態にあると判断された場合には、オルタネータＡから第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２への給電が停止されるような制御（オルタネータ制御）が行なわれ（Ｓ２０）、以上で処理が終了される。

以上のように、本実施形態に係る電源装置１では、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２が交互に充電されることで、各充電において良好な充電効率を確保することができる。また、それらの切替えが、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の残存容量Ｐ１及びＰ２に基づき、残存容量の少ない方のバッテリが優先して充電されるように行なわれることで、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の間で均衡のとれた充電を実現することができる。その結果として、満充電状態になるまでの充電を１回とした場合に、全体として１つのバッテリ当たりの充電回数が減るため、電極の劣化を抑制し、バッテリ自体の劣化を抑制することができる。更に、バッテリが満充電状態になった場合には、そのバッテリへの給電を停止しその充電を止めることで、過充電による故障の発生を防止することができる。

本実施形態のように、互いに等しい蓄電容量を有する第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２を採用した場合には、図３のＳ１１，Ｓ１４又はＳ１８でそれらの残存容量Ｐ１，Ｐ２を比較するに際して、残存容量の絶対値を比較するが、例えば第１のバッテリＢ１の蓄電容量が第２のバッテリＢ２の蓄電容量を大きい場合など、互い異なる蓄電容量を有する第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２を採用した場合には、各バッテリの残存割合（すなわち残存容量／蓄電容量）を比較するようにしてもよい。これにより、第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２の間で均衡のとれた充電が一層確実に実現可能となる。このことはまた各バッテリの寿命を確保する上でも有効である。

なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係る車両の電源装置の基本構成を概略的に示す図である。 リレーＲ１及びＲ２の切替え時におけるバッテリＢ１及びＢ２の残存容量Ｐ１及びＰ２をあらわす図である 上記電源装置によるリレー切替え制御処理についてのフローチャートである。

符号の説明

１…電源装置
Ａ…オルタネータ
Ｂ１…第１のバッテリ
Ｂ２…第２のバッテリ
Ｌ１，・・・，Ｌｎ…電装補器類
Ｍ１…第１のスタータモータ
Ｍ２…第２のスタータモータ
Ｐ１…第１のバッテリの残存容量
Ｐ２…第２のバッテリの残存容量
Ｒ１…第１のリレー
Ｒ２…第２のリレー

Claims (5)

1. 車両に搭載される電源装置において、
   エンジンを始動させるためのスタータモータを起動させる第１のバッテリ及び第２のバッテリと、
   上記第１及び第２のバッテリに給電し該バッテリを充電するオルタネータと、
   上記第１及び第２のバッテリとオルタネータとの間に配置され、所定条件下でオンオフ切替え動作を行なうリレー手段と、
   上記リレー手段の切替え動作を制御する制御手段と、を有しており、
   上記制御手段は、上記第１及び第２のバッテリが交互に充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴とする車両の電源装置。
2. 更に、上記第１及び第２のバッテリの残存容量を検出する残存容量検知手段を有しており、
   上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得される情報に基づき、残存容量の少ない方のバッテリが充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴とする請求項１記載の車両の電源装置。
3. 上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得された情報に基づき、充電されているバッテリの残存容量が充電されていないバッテリの残存容量を所定量上回ったことを検知すると、それまで充電されていなかったバッテリが充電されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴とする請求項２記載の車両の電源装置。
4. 上記制御手段は、上記残存容量検知手段から取得された情報に基づき、一方のバッテリが満充電状態にあることを検知すると、該バッテリの充電が停止されるように、上記リレー手段を切り替えることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両の電源装置。
5. 上記第１のバッテリが、エンジンを始動させるための第１のスタータモータを起動させるバッテリであり、上記第２のバッテリが、アイドルストップ時に停止したエンジンを再始動させるための第２のスタータモータを起動させるバッテリであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の車両の電源装置。
   

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