特許 7373114 車両用電源制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-25

(45)【発行日】2023-11-02

(54)【発明の名称】車両用電源制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/26 20060101AFI20231026BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20231026BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20231026BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20231026BHJP

   B60L 58/20 20190101ALI20231026BHJP

   B60K 6/485 20071001ALI20231026BHJP

   B60K 6/28 20071001ALI20231026BHJP

   B60K 6/54 20071001ALI20231026BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20231026BHJP

   B60R 16/033 20060101ALI20231026BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

B60W10/26 900

B60L1/00 L ZHV

B60L50/16

B60L50/60

B60L58/20

B60K6/485

B60K6/28

B60K6/54

B60W20/13

B60R16/033 D

H02J7/00 P

H02J7/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019099050

(22)【出願日】2019-05-28

(65)【公開番号】P2020192866

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100059959

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100123630

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】栗原 健

(72)【発明者】

【氏名】中野 雄介

(72)【発明者】

【氏名】冨依 英将

(72)【発明者】

【氏名】添田 征洋

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 亜紀菜

(72)【発明者】

【氏名】大塚 雄太

【審査官】井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１６６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３２０８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１１０４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９５４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６１１８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｗ １０／２６

Ｂ６０Ｌ １／００

Ｂ６０Ｌ ５０／１６

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５８／２０

Ｂ６０Ｋ ６／４８５

Ｂ６０Ｋ ６／２８

Ｂ６０Ｋ ６／５４

Ｂ６０Ｗ ２０／１３

Ｂ６０Ｒ １６／０３３

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される電源の制御装置であって、
車両に搭載され、車両の運動エネルギーを回生して発電する発電機と、
この発電機によって生成された電力を蓄積する高電圧バッテリと、
この高電圧バッテリよりも公称電圧が低い低電圧バッテリと、
上記高電圧バッテリからの出力電圧を降圧するための電圧変換器と、
上記電圧変換器を制御する制御ユニットと、
を有し、
上記電圧変換器は、上記高電圧バッテリからの出力電圧を降圧して上記低電圧バッテリに充電するように構成され、
上記制御ユニットは、車両の電源投入後、車両に搭載されたエンジンを始動させる前に、上記電圧変換器を作動させ、上記低電圧バッテリへの充電を開始させ、
上記制御ユニットは、車両の電源投入後、停車状態において、車両に搭載されたエンジンを始動させる前には、上記電圧変換器から上記低電圧バッテリへの出力電流を、所定の最大電流よりも低い所定の第１電流以下に制限し、車両に搭載されたエンジンの始動後においては、上記最大電流以下の出力電流を許容するように上記電圧変換器を制御することを特徴とする車両用電源制御装置。

【請求項2】

上記制御ユニットは、車両の電源投入時において、上記高電圧バッテリの電圧が所定の電圧以下である場合には、上記電圧変換器による上記低電圧バッテリへの充電を開始させない請求項１記載の車両用電源制御装置。

【請求項3】

上記制御ユニットは、車両の電源投入後、クランキングが実行されている状態においては、上記高電圧バッテリから上記低電圧バッテリへの充電が停止されるように上記電圧変換器を制御する請求項１又は２に記載の車両用電源制御装置。

【請求項4】

さらに、上記高電圧バッテリと上記電圧変換器の接続、非接続を切り替えるリレー装置と、車両のボンネットの開状態、閉状態を検出するボンネットセンサと、を有し、上記制御ユニットは、車両の電源投入後、上記ボンネットセンサによってボンネットの開状態が検出された場合には、上記リレー装置を非接続に切り替え、又は上記リレー装置を非接続に切り替えられたままにする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用電源制御装置に関し、特に、車両に搭載される電源の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１６－１１８１２６号公報（特許文献１）には、エンジンの停止制御装置が記載されている。このエンジンの停止制御装置には、第１蓄電部と第２蓄電部が備えられており、エンジンの始動に必要な始動電力量以上の電力が第２蓄電部に貯蔵されていない場合には、発電機に第２蓄電部を蓄電させ、所要の電力が貯蔵された後にエンジンが停止される。また、このエンジンの停止制御装置においては、第１蓄電部と第２蓄電部の充電状態に応じてＤＣ－ＤＣコンバータを作動させ、高圧の第２蓄電部に蓄積された電力を降圧して低圧の第１蓄電部に充電するように構成されている。

【0003】

特許文献１記載の発明のように、作動する電圧が異なる２つの蓄電部を備え、それらの充電状態に応じてＤＣ－ＤＣコンバータを作動させて、各蓄電部に蓄積されている電力を移し替え、効率的に電力を使用しようとする車両用の電源制御装置が知られている。例えば、第１、第２の蓄電部として、高電圧バッテリと低電圧バッテリを備えた車両用の電源装置や、キャパシタと低電圧バッテリである鉛バッテリを備えた車両用の電源装置が知られている。これらの電源装置において、高電圧の蓄電部に蓄積された電力やモータジェネレータで生成された電力の一部を、エンジンの始動後にＤＣ－ＤＣコンバータで降圧して、鉛バッテリや、各種電気負荷に供給することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１１８１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、車両の電源を投入した後（イグニッションスイッチを「オン」の位置にした後）、エンジンが始動される前に、車両に搭載された電気機器が比較的長時間使用される場合があり、このような場合には、低電圧バッテリに蓄積された電気エネルギーが不足するという問題がある。また、高電圧バッテリが満充電の状態で車両が運転されると、発電機により回生された電気エネルギーを高電圧バッテリに蓄積することができず、回生された電気エネルギーを有効に活用することができないという問題がある。

【0006】

従って、本発明は、エンジン始動前にも、車載電気機器を十分に使用することができると共に、発電機により回生された電気エネルギーを有効に活用することができる車両用電源制御装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される電源の制御装置であって、車両に搭載され、車両の運動エネルギーを回生して発電する発電機と、この発電機によって生成された電力を蓄積する高電圧バッテリと、この高電圧バッテリよりも公称電圧が低い低電圧バッテリと、高電圧バッテリからの出力電圧を降圧するための電圧変換器と、電圧変換器を制御する制御ユニットと、を有し、電圧変換器は、高電圧バッテリからの出力電圧を降圧して低電圧バッテリに充電するように構成され、制御ユニットは、車両の電源投入後、車両に搭載されたエンジンを始動させる前に、電圧変換器を作動させ、低電圧バッテリへの充電を開始させ、制御ユニットは、車両の電源投入後、停車状態において、車両に搭載されたエンジンを始動させる前には、電圧変換器から低電圧バッテリへの出力電流を、所定の最大電流よりも低い所定の第１電流以下に制限し、車両に搭載されたエンジンの始動後においては、最大電流以下の出力電流を許容するように電圧変換器を制御することを特徴としている。

【0008】

このように構成された本発明においては、発電機が車両の運動エネルギーを回生して発電し、生成された電力は高電圧バッテリに蓄積される。電圧変換器は、高電圧バッテリからの出力電圧を降圧し、高電圧バッテリよりも公称電圧が低い低電圧バッテリに充電する。制御ユニットは、車両の電源投入後、車両に搭載されたエンジンを始動させる前に、電圧変換器を作動させ、低電圧バッテリへの充電を開始させる。

【0009】

このように構成された本発明によれば、車両の電源投入後、車両に搭載されたエンジンを始動させる前に、電圧変換器を作動させ、低電圧バッテリへの充電が開始されるので、エンジン始動前に、車載電気機器が比較的長時間使用された場合でも、低電圧バッテリが充電不足に陥るのを抑制することができる。また、上記のように構成された本発明によれば、搭載されたエンジンを始動させる前に、電圧変換器が作動され、高電圧バッテリからの出力電圧を降圧して低電圧バッテリに充電が行われる。このため、高電圧バッテリが満充電にされていた場合においても、エンジン始動時には、高電圧バッテリに充電を行う余地が生まれ、車両の運転中に回生された電力を高電圧バッテリに充電することが可能になり、回生電力を有効に活用することができる。
一般に、電圧変換器は大電流を出力することにより発熱する。このため、電圧変換器は、比較的長時間大電流を出力していると温度が上昇してしまい、電圧変換器を保護するために出力電流を低下させざるを得なくなる。上記のように構成された本発明によれば、車両の電源投入後、エンジン始動前には、電圧変換器からの出力電流が最大電流よりも低い所定の第１電流以下に制限されるので、エンジン始動前に電圧変換器の温度が過度に上昇するのを防止することができる。これにより、エンジンの始動後、車両の運転中に電圧変換器から必要な電流を供給できなくなることを抑制することができる。

【0010】

本発明において、好ましくは、制御ユニットは、車両の電源投入時において、高電圧バッテリの電圧が所定の電圧以下である場合には、電圧変換器による低電圧バッテリへの充電を開始させない。

【0011】

このように構成された本発明によれば、車両の電源投入時において、高電圧バッテリの電圧が所定の電圧以下である場合には、電圧変換器による低電圧バッテリへの充電が開始されないため、低電圧バッテリへ充電を行うことにより、高電圧バッテリが充電不足に陥るのを回避することができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、制御ユニットは、車両の電源投入後、クランキングが実行されている状態においては、高電圧バッテリから低電圧バッテリへの充電が停止されるように電圧変換器を制御する。

【0015】

一般に、クランキング実行時には、始動用のモータを駆動するために比較的大きな電流が必要になる。上記のように構成された本発明によれば、クランキングが実行されている状態においては、高電圧バッテリから低電圧バッテリへの充電が停止されるので、高電圧バッテリから過度の電流が引き出され、過度の電圧降下等が発生するのを抑制することができる。

【0016】

本発明において、好ましくは、さらに、高電圧バッテリと電圧変換器の接続、非接続を切り替えるリレー装置と、車両のボンネットの開状態、閉状態を検出するボンネットセンサと、を有し、制御ユニットは、車両の電源投入後、ボンネットセンサによってボンネットの開状態が検出された場合には、リレー装置を非接続に切り替え、又はリレー装置を非接続に切り替えられたままにする。

【0017】

車両のボンネットが開状態にされた場合には、電源制御装置の制御プログラムの更新等、車両のメンテナンスが実行されることが考えられる。しかしながら、車両の電源が投入され、エンジンが始動される前の状態で、電圧変換器が作動され低電圧バッテリへの充電が行われていると、一部のメンテナンスを実行することができなくなる。上記のように構成された本発明によれば、ボンネットセンサによってボンネットの開状態が検出された場合には、高電圧バッテリと電圧変換器の接続、非接続を切り替えるリレー装置が非接続に切り替えられるので、車両のメンテナンスを妨げるのを防止することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の車両用電源制御装置によれば、エンジン始動前にも、車載電気機器を十分に使用することができると共に、発電機により回生された電気エネルギーを有効に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による車両用電源制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態による車両用電源制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。

【図3A】本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を示すフローチャートである。

【図3B】本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両用電源制御装置を説明する。

【0021】

［装置構成］
まず、本発明の実施形態による車両用電源制御装置に関する装置構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による車両用電源制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、ハイブリッド車両１は、主に、エンジン１１と、ギヤ駆動式スタータ１２と、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）１３と、リチウムイオン電池１４と、電圧変換器であるＤＣ－ＤＣコンバータ１７と、鉛蓄電池１９と、高電圧電気負荷２０と、低電圧電気負荷２１と、を有する。以下では、リチウムイオン電池１４の電圧（公称電圧）が鉛蓄電池１９の電圧（公称電圧）よりも高いことから、リチウムイオン電池１４を適宜「高電圧バッテリ１４」と呼び、鉛蓄電池１９を適宜「低電圧バッテリ１９」と呼ぶ。

【0022】

エンジン１１は、ハイブリッド車両１の駆動力を発生する内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジン）である。エンジン１１の駆動力は、出力軸９、トランスミッション２、減速機３及び駆動軸４を介して、車輪５に伝達される。エンジン１１の出力軸９には、ギヤを介してギヤ駆動式スタータ１２が連結されている。ギヤ駆動式スタータ１２は、ユーザによりイグニッションスイッチ２２（図２）がオンにされると、低電圧バッテリ１９から供給される電力を用いて、エンジン１１を始動する。また、ハイブリッド車両１は、ドライバによるブレーキペダルの操作に応じた制動力を車両１に付与するためのブレーキシステム７を有する。このブレーキシステム７は、例えば電動ブレーキにより構成される。

【0023】

ＩＳＧ１３は、エンジン１１により駆動されて発電する発電機能と、ハイブリッド車両１の駆動力を発生する電動機能とを備えるモータジェネレータである。ＩＳＧ１３は、ベルト８を介してエンジン１１の出力軸９に連結されている。また、ＩＳＧ１３は、抵抗器６ａ及びスイッチ素子６ｂ、６ｃを介して、高電圧バッテリ１４に電気的に接続されるようになっている。これらのスイッチ素子６ｂ、６ｃは、高電圧バッテリ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１７の接続、非接続を切り替えるリレー装置として機能する。ＩＳＧ１３と高電圧バッテリ１４とを最初に接続する際には、抵抗器６ａが設けられた側のスイッチ素子６ｂをオンにして、突入電流による電子部品などの破損を防止している。そして、この後にスイッチ素子６ｃをオンにして、ＩＳＧ１３と高電圧バッテリ１４との接続を維持するようになっている。

【0024】

また、ＩＳＧ１３は、発電機能により動作する際は、エンジン１１の出力軸９と連動して回転するロータを磁界中で回転させることにより発電を行う発電機として機能する。ＩＳＧ１３は、整流器（図示省略）を内蔵しており、この整流器を用いて、発電した交流電力を直流電力に変換する。ＩＳＧ１３の発電により生成された電力は、高電圧バッテリ１４に供給されて充電されたり、高電圧電気負荷２０に供給されたりする。他方で、ＩＳＧ１３は、電動機能により動作する際は、高電圧バッテリ１４に充電された電力を用いて、ベルト８を介してエンジン１１の出力軸９を駆動する。なお、ＩＳＧ１３における発電機能による動作と電動機能による動作との切り替え時などにおいてベルト８のテンションを調整するために、振り子式可変張力テンショナー（デカップリング・オルタネータ・テンショナー）をベルト８に適用するのがよい。

【0025】

高電圧バッテリ１４は、直列接続された複数のリチウムイオン電池を含み、低電圧バッテリ１９は、直列接続された複数の鉛蓄電池を含む。例えば、高電圧バッテリ１４の公称電圧はＤＣ２４Ｖであり、低電圧バッテリ１９の公称電圧はＤＣ１２Ｖである。これら高電圧バッテリ１４及び低電圧バッテリ１９は、化学反応によって電気エネルギーを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性を有する。

【0026】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、高電圧バッテリ１４と低電圧バッテリ１９との間に設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、例えば、内蔵するスイッチング素子のオンオフスイッチングによって入力電圧を変化させて出力する。具体的には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、高電圧バッテリ１４の出力電圧を降圧して低電圧バッテリ１９側へ供給し、低電圧バッテリ１９に充電する。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、高電圧バッテリ１４側から供給されるＤＣ２４Ｖ程度の電圧をＤＣ１２Ｖ程度に降圧して低電圧バッテリ１９側へと出力する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力側には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流を検出するための電流センサであるコンバータ出力電流センサ１８が接続されている。このコンバータ出力電流センサ１８には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から低電圧バッテリ１９、低電圧電気負荷２１等に供給される電流が流れ、これらの電流の合計値を測定することができる。

【0027】

高電圧電気負荷２０は、例えばＤＣ２４Ｖ程度の電圧で動作する電気負荷であり、低電圧電気負荷２１は、高電圧電気負荷２０よりも低い、例えばＤＣ１２Ｖ程度の電圧で動作する電気負荷である。高電圧電気負荷２０には、ＩＳＧ１３の発電により生成された電力及び高電圧バッテリ１４に充電された電力の少なくともいずれかが供給される。また、低電圧電気負荷２１には、ＩＳＧ１３の発電により生成されて高電圧バッテリ１４に充電され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７により降圧された電力、及び低電圧バッテリ１９に充電された電力の少なくともいずれかが供給される。１つの例では、高電圧電気負荷２０は、ヒータ（シートヒータなど）などを含み、低電圧電気負荷２１は、電動式パワーステアリング機構（ＥＡＰＳ）やエアコンやオーディオ機器などを含む。

【0028】

次に、図２を参照して、本発明の実施形態による車両用電源制御装置の電気的構成を説明する。図２は、本発明の実施形態による車両用電源制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。

【0029】

本実施形態においては、ハイブリッド車両１は、図２に示すような制御ユニットである制御器１０によって制御される。この制御器１０は、１つ以上のプロセッサ、当該プロセッサ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

【0030】

具体的には、図２に示すように、制御器１０は、主に、イグニッションスイッチ２２、コンバータ入力電圧センサ３０、バッテリ電圧センサ３４、バッテリ温度センサ３５、ＩＳＧ温度センサ３６、コンバータ出力電流センサ１８、及びボンネットセンサ３８のそれぞれによって検出されたパラメータに対応する検出信号が入力される。イグニッションスイッチ２２は、イグニッションスイッチ２２の状態を制御器１０に出力する。コンバータ入力電圧センサ３０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の入力電圧を検出する。バッテリ電圧センサ３４は、高電圧バッテリ１４、及び低電圧バッテリ１９の端子電圧を検出する。バッテリ温度センサ３５は、低電圧バッテリ１９の温度を検出する。ＩＳＧ温度センサ３６は、ＩＳＧ１３の温度を検出する。

【0031】

コンバータ出力電流センサ１８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から出力される電流を検出する。このコンバータ出力電流センサ１８には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から低電圧バッテリ１９、低電圧電気負荷２１等に供給される電流が流れ、これらの電流の合計値を測定することができる。ボンネットセンサ３８は、車両１のボンネットが、開状態にあるか、閉状態にあるかを示す検出信号を出力するように構成されている。

【0032】

また、制御器１０は、上述した各センサ１８、３０、３３、３４、３５、３６からの検出信号に基づき、ＩＳＧ１３、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７、ギヤ駆動式スタータ１２、スイッチ素子６ｂ、６ｃ、高電圧電気負荷２０及び低電圧電気負荷２１のそれぞれに対して制御信号を出力する。こうして、制御器１０は、ＩＳＧ１３の発電動作及び電動動作と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧動作と、高電圧電気負荷２０、低電圧電気負荷２１及びギヤ駆動式スタータ１２の駆動及び停止と、スイッチ素子６ｂ、６ｃのオンオフと、を制御する。

【0033】

典型的には、制御器１０は、燃費の改善などを目的としてハイブリッド車両１の運転状態に応じて規定された複数の制御を、少なくともＩＳＧ１３を用いて実行するよう構成されている。この複数の制御は、ハイブリッド車両１が加速するときに、ＩＳＧ１３から動力を発生させてエンジン１１による加速をアシストするための加速アシスト制御と、ハイブリッド車両１が減速するときに、ＩＳＧ１３を回生発電させる減速回生制御と、所定条件が成立したときに（例えばＩＳＧ１３の発電によるエンジン１１の負荷の増加を抑制すべき状況など）、高電圧電気負荷２０や低電圧電気負荷２１に電力を供給するためのＩＳＧ１３の発電を禁止する無発電制御と、ハイブリッド車両１が停止したときにエンジン１１を自動停止させ、この後にハイブリッド車両１が発進するときにＩＳＧ１３から動力を発生させてエンジン１１を再始動させるアイドリングストップ制御と、を含む。

【0034】

更に、制御器１０は、高電圧電気負荷２０及び低電圧電気負荷２１のそれぞれを動作させるための制御を行う。具体的には、制御器１０は、高電圧電気負荷２０を動作させる場合には、ＩＳＧ１３の発電により生成された電力及び高電圧バッテリ１４に充電された電力の少なくともいずれかを高電圧電気負荷２０に供給するための制御を行う。また、制御器１０は、低電圧電気負荷２１を動作させる場合には、高電圧バッテリ１４に充電され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７によって降圧された電力、及び低電圧バッテリ１９に充電された電力の少なくともいずれかを低電圧電気負荷２１に供給するための制御を行う。

【0035】

なお、本発明の実施形態による「車両用電源制御装置」は、主に、「発電機」としてのＩＳＧ１３と、高電圧バッテリ１４と、低電圧バッテリ１９と、「電圧変換器」としてのＤＣ－ＤＣコンバータ１７と、「制御ユニット」としての制御器１０と、によって構成される。

【0036】

次に、図３及び図４を参照して、本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態による車両用電源制御装置の作用を示すタイムチャートである。

【0037】

図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートは、ハイブリッド車両１の電源投入直後に制御器１０において実行されるＤＣ－ＤＣコンバータ１７の制御処理を示している。図４のタイムチャートは、ハイブリッド車両１の電源投入直後における車両用電源制御装置の作用の一例を示しており、上段から順に、イグニッションスイッチ２２の状態、ギヤ駆動式スタータ１２の状態、エンジン回転数、低電圧バッテリ１９の目標電圧、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への指示電圧、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力電流、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力指示を示している。

【0038】

まず、ハイブリッド車両１の電源が投入されると、制御器１０により図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートが実行される。図４に一例を示すタイムチャートでは、時刻ｔ₁においてハイブリッド車両１の電源が投入されている。なお、本明細書において、「車両の電源投入」とは、車両に搭載された電気機器（高電圧電気負荷２０及び／又は低電圧電気負荷２１）を使用可能な状態にすることを意味している。本実施形態においては、キー操作によりイグニッションスイッチ２２をオンにすることができ、キーを「Lock」の位置から「ACC（アクセサリ電源オン）」の位置、又は「ON（イグニッション電源オン）」の位置まで回動させることにより、車両の電源が投入される。また、プッシュスタートボタンタイプの車両では、スタートボタンを１回（アクセサリ電源オン）又はスタートボタンを２回（イグニッション電源オン）押すことにより、車両の電源が投入される。

【0039】

図３Ａに示すフローチャートのステップＳ１においては、スイッチ素子６ｃがcloseの位置に切り替えられる。即ち、制御器１０は、スイッチ素子６ｃに制御信号を送り、リレー装置であるスイッチ素子６ｃを閉位置に切り替え、高電圧バッテリ１４と発電機であるＩＳＧ１３、高電圧バッテリ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１７が夫々接続された状態にする。

【0040】

次に、ステップＳ２においては、ボンネットセンサ３８から送信された検出信号に基づいて、ハイブリッド車両１のボンネット（図示せず）が開状態にあるか、閉状態にあるかが判断される。ボンネットが閉じられている場合には、ステップＳ３に進み、ボンネットが開けられている場合には、ステップＳ１５に進む。

【0041】

ステップＳ１５においては、スイッチ素子６ｃが再び開位置に切り替えられ、高電圧バッテリ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１７が切り離された状態として、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートの処理を終了する。即ち、ボンネットが開けられている状態では、ハイブリッド車両１のメンテナンスが行われることが想定される。しかしながら、例えば、高電圧バッテリ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１７が接続状態にされ、制御器１０によって制御されたＤＣ－ＤＣコンバータ１７を介して低電圧バッテリ１９に充電を行っている状態では、制御器１０の制御プログラムのアップデート作業等を行うことができない。このため、ボンネットが開けられている場合には、制御器１０はスイッチ素子６ｃを開位置に切り替え、様々なメンテナンスが可能な状態とする。

【0042】

一方、図４に示すタイムチャートでは、ボンネットが開けられていないので、フローチャートにおける処理はステップＳ３に進み、ステップＳ３においては、高電圧バッテリ１４の充電量（ＳＯＣ：State of Charge）が判断される。具体的には、制御器１０は、バッテリ電圧センサ３４によって検出された高電圧バッテリ１４の端子電圧に基づいて、高電圧バッテリ１４の充電量を推定し、この充電量が５０％以上である場合にはステップＳ４に進む。一方、充電量が５０％未満である場合にはステップＳ１５に進み、ボンネットが開いている場合と同様に、スイッチ素子６ｃを開位置に切り替えて、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートの処理を終了する。即ち、高電圧バッテリ１４の充電量が５０％未満である場合には、高電圧バッテリ１４の出力電圧を降圧して、低電圧バッテリ１９に充電を行うと、高電圧バッテリ１４の蓄電量が過度に低下してしまう虞があるため、ステップＳ４以下の処理は実行されない。

【0043】

次に、図４に示すタイムチャートでは充電量が５０％以上であるため、ステップＳ４に進み、そこで、高電圧バッテリ１４の出力電圧の降圧を開始させる指示信号が、制御器１０からＤＣ－ＤＣコンバータ１７に送信される。即ち、図４のタイムチャートの時刻ｔ₁において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力指示が、オフからオンに切り替えられる。

【0044】

さらに、ステップＳ５においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から低電圧バッテリ１９に出力される目標出力電圧が１４［Ｖ］に設定される。即ち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、制御器１０の指示信号に基づいて、高電圧バッテリ１４から出力される電力の電圧を低下させた上で、低電圧バッテリ１９に電流を流入させ、低電圧バッテリ１９に充電を行う。この際、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から低電圧バッテリ１９に出力される電圧が低いと、低電圧電気負荷２１に対して電力が供給されるものの、実質的に低電圧バッテリ１９への充電電流は流れず、低電圧バッテリ１９への充電は行われない。

【0045】

本実施形態においては、公称電圧１２［Ｖ］の低電圧バッテリ１９に対し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から１４［Ｖ］の電圧を出力することにより、低電圧バッテリ１９へ充電電流を流し、低電圧バッテリ１９に充電を行う。また、図４のタイムチャートにおいては、時刻ｔ₁において電源が投入されると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の指示電圧が引き上げられると共に、低電圧バッテリ１９の目標端子電圧も引き上げられ、これに伴いＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流も上昇している。

【0046】

このように、高電圧バッテリ１４の出力を降圧して、低電圧バッテリ１９に充電を行うことにより、低電圧バッテリ１９の蓄電量が増加する一方、高電圧バッテリ１４の蓄電量が低下する。このため、ハイブリッド車両１の運転中にＩＳＧ１３により大きな電力が回生された場合でも、高電圧バッテリ１４には、この電力を受け入れる余地があり、回生された電力を高電圧バッテリ１４に有効に蓄積することができる。一方、低電圧バッテリ１９として鉛バッテリ等が使用されている場合には自然放電が発生するため、車両の電源を投入した時点では、通常、低電圧バッテリ１９は満充電状態ではなく、高電圧バッテリ１４からの電力を蓄積することができる。

【0047】

次いで、図３ＡのステップＳ６においては、ボンネットセンサ３８から送信された検出信号に基づいて、ハイブリッド車両１のボンネット（図示せず）が開状態にあるか、閉状態にあるかが再び判断される。ボンネットが開けられている場合においては、ステップＳ１６に進み、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が停止され、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートの処理を終了する。即ち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が開始された後であっても、ボンネットが開けられた場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が停止され、ハイブリッド車両１のメンテナンスが可能な状態に移行する。

【0048】

また、本実施形態においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧中に、ボンネットが開けられ、降圧が中止された場合には、その後、ボンネットが閉じられた後も降圧が再開されることはない。この場合においては、エンジン１１が始動された後で、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が再開される。図４に示すタイムチャートにおいては、時刻ｔ₁において電源が投入された後、ボンネットは開けられていないため、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が継続される。

【0049】

さらに、ステップＳ７においては、高電圧バッテリ１４の充電量が判断される。具体的には、制御器１０は、高電圧バッテリ１４の端子電圧に基づいて、高電圧バッテリ１４の充電量を推定し、この充電量が５０％以上である場合にはステップＳ８に進む。一方、充電量が５０％未満である場合にはステップＳ１６に進み、ボンネットが開いている場合と同様に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が停止され、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートの処理を終了する。即ち、高電圧バッテリ１４から低電圧バッテリ１９への充電が開始された後であっても、高電圧バッテリ１４の充電量が５０％未満に低下した場合には、低電圧バッテリ１９への充電を停止する。これにより、高電圧バッテリ１４の蓄電量の過度の低下が防止される。図４に示すタイムチャートにおいては、時刻ｔ₁において低電圧バッテリ１９への充電が開始された後、高電圧バッテリ１４の充電量が５０％未満に低下していないため、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が継続される。

【0050】

次いで、図３ＡのステップＳ８においては、エンジン１１のスタータスイッチがオンにされたか否かが判断され、オンにされた場合には図３ＢのステップＳ９に進み、オンにされていない場合にはステップＳ６に戻る。即ち、図３Ａのフローチャートにおいては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が開始された後、スタータスイッチがオンにされるまで、ステップＳ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６の処理が繰り返される。本実施形態においては、車両のイグニッションスイッチ２２を「ON」の位置から「START」の位置に回動させることにより、エンジン１１のスタータスイッチがオンにされる。

【0051】

図４の時刻ｔ₁において低電圧バッテリ１９への充電が開始された後、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７を介して、低電圧バッテリ１９への充電電流、及び低電圧電気負荷２１に供給される電流が出力される。ここで、低電圧バッテリ１９に蓄積されている蓄電量が少ない場合や、消費電力の大きい低電圧電気負荷２１が作動されている場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流が大きくなる。しかしながら、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７に対して大きな出力電流が要求された場合でも、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流は、所定の第１電流以下に抑制される。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流は、エンジン１１の運転中においても所定の最大電流以下に抑えられているが、エンジン１１が始動される前に設定される上記の第１電流は、最大電流よりも小さい電流に設定されている。

【0052】

即ち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から大きな出力電流を取り出すと、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の温度が上昇するが、継続的に大きな電流が取り出され、所定温度まで上昇すると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の回路部品を保護するために電流の出力が停止される。このため、エンジン１１の始動前に大きな電流を取り出し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の温度を大きく上昇させてしまうと、エンジン１１の運転中にＤＣ－ＤＣコンバータ１７から必要な電力が取り出せなくなる場合がある。これを回避するために、エンジン１１が始動される前においては、最大電流よりも小さい第１電流に、出力電流を抑制している。本実施形態においては、第１電流は２０［Ａ］に設定されており、出力電流が２０［Ａ］に到達すると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力電圧を低下させ、低電圧バッテリ１９への充電電流を減少させている。

【0053】

一方、図４に示すタイムチャートにおいては、時刻ｔ₁において低電圧バッテリ１９への充電が開始された後、ステップＳ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ６の処理が繰り返され、時刻ｔ₂においてスタータスイッチがオンにされる。

【0054】

スタータスイッチがオンにされると、フローチャートにおける処理は図３ＢのステップＳ９に進み、ステップＳ９においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が停止される。即ち、制御器１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７に制御信号を送信し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧を停止させる。

【0055】

次いで、ステップＳ１０においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の停止処理が完了したか否かが判断される。即ち、制御器１０から降圧を停止させる制御信号が入力されたＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、停止処理が完了すると、停止処理が完了した旨の信号を制御器１０に戻す。制御器１０は、停止処理が完了した旨の信号をＤＣ－ＤＣコンバータ１７から受信すると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の停止処理が完了したと、判断する。停止処理が完了した場合にはステップＳ１２に進み、停止処理が完了していない場合にはステップＳ１２に進む。

【0056】

ステップＳ１１においては、ステップＳ９において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７に制御信号を送信した後、所定時間経過したか否かが判断され、所定時間経過した場合にはステップＳ１２に進み、経過していない場合にはステップＳ１０に戻る。この処理により、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から停止処理が完了した旨の信号が入力されるか、ステップＳ９において制御信号を送信した後、所定時間経過すると、ステップＳ１２の処理が実行される。これにより、何らかの原因で停止処理が完了した旨の信号が受信されなかった場合にも、確実にステップＳ１２以下の処理を実行することができる。

【0057】

次に、ステップＳ１２においては、ギヤ駆動式スタータ１２が駆動され、エンジン１１のクランキングが実行される。図４のタイムチャートにおいては、時刻ｔ₂において、イグニッションスイッチ２２が「START」の位置に回動され（スタータスイッチ「ON」にされ）ている。これに伴い、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示が「OFF」に切り替えられ、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の出力電流がゼロにされる。また、ギヤ駆動式スタータ１２が駆動されることにより、エンジン１１の出力軸９の回転数が上昇する。

【0058】

さらに、ステップＳ１３においてエンジン１１が始動すると、次いで、ステップＳ１４において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧が再開され、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートの処理を終了する。図４のタイムチャートでは、時刻ｔ₂においてギヤ駆動式スタータ１２が駆動された後、時刻ｔ₃においてエンジンが始動される。これに伴い、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示が「ON」に切り替えられ、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの電流出力が再開される。なお、エンジン１１の始動後においては、高電圧バッテリ１４、低電圧バッテリ１９に要求される出力電流や、これらのバッテリの蓄電量等に基づいて、制御器１０により、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流が設定される。また、エンジン１１の始動後においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流は、第１電流（２０［Ａ］）よりも大きく設定された所定の最大電流以下の電流に制限される。

【0059】

なお、図４のタイムチャートでは、時刻ｔ₂～ｔ₃においてクランキングが行われている間、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示が「OFF」にされている一方、低電圧バッテリ目標電圧、及びＤＣ－ＤＣコンバータ指示電圧は、クランキングが開始される前の値のままに維持されている。このように、本実施形態の車両用電源制御装置においては、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示が「OFF」にされていれば、目標電圧や指示電圧に関わらず、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流はゼロにされる。また、これらの低電圧バッテリ目標電圧、及びＤＣ－ＤＣコンバータ指示電圧についても、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示に合わせて、低下させ、或いはゼロにするように、本発明を構成することもできる。或いは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７への出力指示を「ON」に維持したまま、低電圧バッテリ目標電圧、及びＤＣ－ＤＣコンバータ指示電圧を低下させ、又はゼロにすることにより、低電圧バッテリ１９への充電が停止されるように本発明を構成することもできる。

【0060】

本発明の実施形態の車両用電源制御装置によれば、車両１の電源投入後（図４の時刻ｔ₁の後）、車両１に搭載されたエンジン１１を始動させる前に（図４の時刻ｔ₃の前）、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７を作動させ、低電圧バッテリ１９への充電が開始されるので、エンジン始動前に、低電圧電気負荷２１が比較的長時間使用された場合でも、低電圧バッテリ１９が充電不足に陥るのを抑制することができる。また、本実施形態の車両用電源制御装置によれば、搭載されたエンジン１１を始動させる前に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７が作動され、高電圧バッテリ１４からの出力電圧を降圧して低電圧バッテリ１９に充電が行われる。このため、高電圧バッテリ１４が満充電にされていた場合においても、エンジン始動時には、高電圧バッテリ１４に充電を行う余地が生まれ、車両１の運転中に回生された電力を高電圧バッテリ１４に充電することが可能になり、回生電力を有効に活用することができる。

【0061】

また、本実施形態の車両用電源制御装置によれば、車両１の電源投入時において、高電圧バッテリ１４の電圧が所定の電圧以下である場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による低電圧バッテリ１９への充電が開始されない（図３ＡのステップＳ３→Ｓ１５）ため、低電圧バッテリ１９へ充電を行うことにより、高電圧バッテリ１４が充電不足に陥るのを回避することができる。

【0062】

さらに、本実施形態の車両用電源制御装置によれば、車両１の電源投入後、エンジン始動前には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７からの出力電流が最大電流よりも低い所定の第１電流以下に制限されるので、エンジン始動前にＤＣ－ＤＣコンバータ１７の温度が過度に上昇するのを防止することができる。これにより、エンジン１１の始動後、車両１の運転中にＤＣ－ＤＣコンバータ１７から必要な電流を供給できなくなることを抑制することができる。

【0063】

また、本実施形態の車両用電源制御装置によれば、クランキングが実行されている状態（図４の時刻ｔ₂～ｔ₃）においては、高電圧バッテリ１４から低電圧バッテリ１９への充電が停止されるので、高電圧バッテリ１４から過度の電流が引き出され、過度の電圧降下等が発生するのを抑制することができる。

【0064】

さらに、本実施形態の車両用電源制御装置によれば、ボンネットセンサ３８によってボンネットの開状態が検出された場合（図３ＡのステップＳ２→Ｓ１５）には、高電圧バッテリ１４とＤＣ－ＤＣコンバータ１７の接続、非接続を切り替えるスイッチ素子６ｃが非接続に切り替えられる（図３ＡのステップＳ１５）ので、車両１のメンテナンスを妨げるのを防止することができる。

【0065】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、ハイブリッド車両に本発明の車両用電源制御装置が適用されていたが、ハイブリッド車両以外の車両に本発明を適用することもできる。

【符号の説明】

【0066】

１ ハイブリッド車両
２ トランスミッション
３ 減速機
４ 駆動軸
５ 車輪
６ａ 抵抗器
６ｂ、６ｃ スイッチ素子（リレー装置）
７ ブレーキシステム
８ ベルト
９ 出力軸
１０ 制御器（制御ユニット）
１１ エンジン
１２ ギヤ駆動式スタータ
１３ ＩＳＧ（発電機）
１４ 高電圧バッテリ
１７ ＤＣ－ＤＣコンバータ（電圧変換器）
１８ コンバータ出力電流センサ（電流センサ）
１９ 低電圧バッテリ
２０ 高電圧電気負荷
２１ 低電圧電気負荷
２２ イグニッションスイッチ
３０ コンバータ入力電圧センサ
３４ バッテリ電圧センサ
３５ バッテリ温度センサ
３６ ＩＳＧ温度センサ
３８ ボンネットセンサ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】