JP2015168293A

JP2015168293A - 車両用電源システム

Info

Publication number: JP2015168293A
Application number: JP2014042881A
Authority: JP
Inventors: 貴之杉山; Takayuki Sugiyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-28
Also published as: US20150251544A1; DE102015101454A1

Abstract

【課題】補助バッテリを搭載することなく、エンジンの始動時に電気負荷へ印加される電圧の降下を抑制することが可能な車両用電源システムを提供する。
【解決手段】始動機２４を備えるエンジン１１と、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータ１２とを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、駆動用モータ１２へ電力を供給し、且つ、始動機２４と接続される主バッテリ２１と、補機バッテリ３１と、補機バッテリ３１と接続される電気負荷３２と、主バッテリ２１及び始動機２４と、補機バッテリ３１及び電気負荷３２との間に設けられ、補機バッテリ３１から始動機２４への電力供給を遮断する遮断機４１とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、始動機を備えるエンジンと、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータとを備える車両に搭載される車両用電源システムに関する。

従来、駆動用モータへ電力を供給する主バッテリと、電気負荷へ電力を供給する補機バッテリとを備えており、補機バッテリの電圧降下を保障するものとして、特許文献１に記載の車両用電源システムがある。特許文献１に記載の車両用電源システムでは、主バッテリと補機バッテリとに加えて、補助バッテリをさらに備え、補機バッテリの出力電圧が低下した場合に補助バッテリからの電力の供給を行う。

ところで、特許文献１記載の車両用電源システムでは、補機バッテリからエンジンの始動機へ電力を供給する場合等、補機バッテリの出力電圧が一時的に低下し、電気負荷に印加される電圧の低下については考慮されてはいない。ここで、電気負荷が車両の安全装置であった場合、一時的な電圧低下により誤動作が発生するおそれがあり、また、電気負荷がカーナビゲーションシステム等であった場合、一時的な電圧低下により再起動が発生するなど、運転者や同乗車に違和感を与えるおそれがある。なお、補機バッテリの出力電圧が低下した場合に、補助バッテリから電気負荷へ電力を供給する構成のものに変更することは可能である。

特開２０１３−１３１９６号公報

特許文献１記載の車両用電源システムでは、主バッテリ及び補機バッテリに加えて補助バッテリを搭載しているため、補助バッテリを搭載するスペースの確保、車両重量の増加、車両の製造コストの増加、及び、ユーザに補助バッテリの交換費用が発生する等の問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、補助バッテリを搭載することなく、エンジンの始動時に電気負荷へ印加される電圧の降下を抑制することが可能な車両用電源システムを提供することにある。

本発明は、始動機を備えるエンジンと、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータとを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、駆動用モータへ電力を供給し、且つ、始動機と接続される主バッテリと、補機バッテリと、補機バッテリと接続される電気負荷と、主バッテリ及び始動機と、補機バッテリ及び電気負荷との間に設けられ、補機バッテリから始動機への電力供給を遮断する遮断機とを備えることを特徴とする。

エンジンの始動に用いられる始動機は、エンジン始動時に大電力を必要とするため、始動機へ電力を供給するバッテリの電圧はエンジン始動時に一時的に低下する。したがって、電気負荷と接続された補機バッテリから始動機へ電力が供給された場合、補機バッテリの一次的な電圧の低下に伴い、電気負荷の動作不良等が生じる。

上記構成により、エンジンと駆動用モータとを備えるハイブリッドカーにおいて、電気負荷と接続された補機バッテリから始動機への電力の供給を遮断することができるため、エンジン始動時の補機バッテリの電圧の低下を防ぐことができる。したがって、主バッテリ及び補機バッテリ以外のバッテリを用いることなく、電気負荷へ供給される電圧を安定させることができる。

第１実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。始動機へ電力を供給する際の電流経路を示す図である。補機バッテリの充電を行う際の電流経路を示す図である。第２実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。本実施形態に係る車両用電源システムは、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを備えるハイブリッドカーに搭載される。エンジン１１から発生した駆動力、及び、モータジェネレータ１２から発生した駆動力は減速機１３へ伝達され、減速機１３に接続された駆動輪を駆動する。

車両用電源システムは、主バッテリ２１と、直流入出力端と交流入出力端とを備えるインバータ２２と、第１入出力端と第２入出力端とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、始動機２４と、補機バッテリ３１と、電気負荷３２と、ダイオード４１を備えている。また、車両は、ＥＣＵ１００を備えており、インバータ２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、始動機２４は、ＥＣＵ１００からの制御信号を受信することにより駆動する。

主バッテリ２１の正極は、インバータ２２の直流入出力端、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の第１入出力端に接続されている。インバータ２２の交流入出力端は、モータジェネレータ１２へ接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の第２入出力端は、第１接続点２５を介して始動機２４に接続されている。一方、補機バッテリ３１は、第２接続点３３を介して、電気負荷３２と接続されている。

第１接続点２５と第２接続点３３とは、ダイオード４１により接続されている。ダイオード４１のアノードは第１接続点２５に接続されており、ダイオード４１のカソードは第２接続点３３に接続されている。すなわち、第１接続点２５から第２接続点３３への電流は流れるが、第２接続点３３から第１接続点２５への電流は、ダイオード４１が遮断機として機能し遮断される。なお、ダイオード４１の一般的な特性上、第２接続点３３から第１接続点２５への電流は完全に遮断されるわけではなく、若干の漏れ電流は生ずる。

主バッテリ２１は、例えば、直列接続された複数の電池セルからなるリチウムイオンバッテリであり、出力電圧は１００〜４００Ｖである。インバータ２２は、直流入出力端へ入力された直流電力を、交流電力へと変換して交流入力端から出力し、交流入出力端へ入力された交流電力を、直流電力へと変換して直流入出力端から出力する。モータジェネレータ１２は、インバータ２２から出力された交流電力により駆動用モータとして機能し、駆動力を減速機１３へ伝達する。一方、車両の減速時には、モータジェネレータ１２は発電機として機能して回生発電を行い、交流電力を発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、第１入出力端に入力された電圧を変圧して第２入出力端から出力し、また、第２入出力端に入力された電圧を変圧して第１入出力端から出力する。

始動機２４は、第１接続点２５を介して入力された直流電力により駆動し、エンジン１１が備えるクランクシャフトの回転数をエンジン１１の始動が可能な所定回転数まで上昇させ、エンジン１１を始動させる。

補機バッテリ３１は、例えば鉛バッテリであり、出力電圧は１２Ｖである。補機バッテリ３１から出力される電力は、第２接続点３３を介して電気負荷３２へ供給される。電気負荷３２は、カーナビゲーションシステム等の車載機器や、車両の電子制御装置等の安全関連機器等である。

図２は、主バッテリ２１から始動機２４へ電力を供給し、エンジン１１を始動する際の電流経路を示す図である。主バッテリ２１から出力された電力の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により、補機バッテリ３１の電圧よりも低くなるように変換される。そのため、第１接続点２５の電圧は第２接続点３３の電圧より低くなり、第１接続点２５から第２接続点３３への電流は遮断される。したがって、主バッテリ２１から出力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により電圧が変換された電力は、補機バッテリ３１及び電気負荷３２へと供給されることなく、始動機２４へ供給されることとなる。

一方、第２接続点３３から第１接続点２５への流れる電流はダイオード４１により遮断されている。したがって、補機バッテリ３１から出力された電力は、始動機２４へ供給されることなく電気負荷３２へ供給される。

図３は、回生発電時にモータジェネレータ１２から出力された交流電力を用いて、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行う際の電流経路を示す図である。

モータジェネレータ１２から出力された交流電力は、インバータ２２により直流電力に変換され、主バッテリ２１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２３へ流入する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、入力された直流電力の電圧を、補機バッテリ３１の電圧より高い所定電圧まで降圧する。したがって、第１接続点２５の電圧は、第２接続点３３の電圧より高くなり、第１接続点２５から第２接続点３３へ電流が流れ、補機バッテリ３１へ流入する。これにより、モータジェネレータ１２から出力された交流電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１が充電されることとなる。

なお、主バッテリ２１から出力された電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により補機バッテリ３１の電圧より高い電圧まで降圧し、主バッテリ２１の電力を用いて補機バッテリ３１の充電を行うことも可能である。

ところで、始動機２４の短絡故障時等、始動機２４への電力供給を停止する必要が生ずる場合がある。この場合には、ＥＣＵ１００がＤＣ／ＤＣコンバータ２３へ制御信号を送信し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の駆動を停止する。この制御により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１と始動機２４との電気的な接続を遮断し、始動機２４への電力の供給を停止する。

本実施形態に係る車両用電源システムは、上記構成により、以下の効果を奏する。

・エンジン１１の始動に用いられる始動機２４は、エンジン１１の始動時に大電力を必要とするため、始動機２４へ電力を供給するバッテリの電圧はエンジン１１の始動時に一時的に低下する。したがって、電気負荷３２と接続された補機バッテリ３１から始動機２４へ電力が供給された場合、補機バッテリ３１の一次的な電圧の低下に伴い、電気負荷３２の動作不良等が生じる。本実施形態では、ダイオード４１により第２接続点３３から第１接続点２５への電力の流入を遮断しているため、電気負荷３２と接続された補機バッテリ３１から始動機２４への電力の供給を遮断することができる。そのため、始動機２４への電力供給の影響から、電気負荷３２へ電力を供給する補機バッテリ３１を切り離すことができる。したがって、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１以外のバッテリを用いることなく、電気負荷３２へ入力される電圧を安定させることができる。

・補機バッテリ３１から始動機２４への電力は、ダイオード４１により遮断されている。一方、主バッテリ２１から始動機２４への電力は、ＥＣＵ１００がＤＣ／ＤＣコンバータ２３へ制御信号を送信することにより、遮断することができる。したがって、始動機２４の短絡故障時等に対応するための安全装置を設けることなく、始動機２４の短絡故障時等の場合に、始動機２４に流れる大電流を遮断することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本実施形態に係る車両用電源システムの電気ブロック図である。本実施形態に係る車両用電源システムも、第１実施形態に係る車両用電源システムと同様に、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを備えるハイブリッドカーに搭載される。

本実施形態に係る車両用電源システムは、第１実施形態に係る車両用電源システムに対して、第１接続点２５と第２接続点３３との間に、遮断機としてスイッチ４２を用いている点が異なっている。

スイッチ４２は、制御信号を受信していない状態では接続状態であり、ＥＣＵ１００から制御信号である遮断信号を受信することにより、接続状態から遮断状態へと切り替えられる。

ＥＣＵ１００は、エンジン１１の起動指令が入力された際に、スイッチ４２へ遮断信号を継続的に送信するとともに、始動機２４へ駆動信号を継続的に送信する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、主バッテリ２１の出力電圧を始動機２４の駆動電圧まで降圧し、始動機２４へ電力を供給する。ここで、スイッチ４２は遮断状態になっているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧に係わらず、第１接続点２５から第２接続点３３へと電力が供給されることはない。すなわち、第１実施形態において示した、エンジン１１を始動する際の電流経路と同様の電流経路を辿ることにより、主バッテリ２１から始動機２４へ電力が供給される。

始動機２４によりエンジン１１の回転数が所定値以上となりエンジン１１が始動すれば、ＥＣＵ１００は始動機２４への駆動信号の送信を停止するとともに、スイッチ４２への遮断信号の送信を停止する。これにより、始動機２４は停止し、スイッチ４２は接続状態へと移行する。

スイッチ４２が接続状態の場合には、本実施形態に係る車両用電源システムは、第１実施形態に係る車両用電源システムと同様に、モータジェネレータ１２及び主バッテリ２１から補機バッテリ３１への電力の供給が可能である。さらに、本実施形態に係る車両用電源システムは、スイッチ４２が接続状態の場合において、補機バッテリ３１の電力により主バッテリ２１の充電を行うことも可能である。すなわち、補機バッテリ３１から出力され、第２接続点３３、第１接続点２５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２３へ入力される電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により主バッテリ２１の電圧より高い電圧まで昇圧すればよい。

ところで、本実施形態に係る車両用電源システムにおいても、第１実施形態に係る車両用電源システムと同様に、始動機２４の短絡故障時等、始動機２４への電力供給を停止する必要が生ずる場合がある。この場合には、ＥＣＵ１００がＤＣ／ＤＣコンバータ２３及びスイッチ４２へ制御信号を送信し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の駆動を停止するともに、第１接続点２５と第２接続点３３との間の電気経路を遮断する。この制御により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１と始動機２４との電気的な接続を遮断し、始動機２４への電力の供給を停止する。

なお、スイッチ４２を、制御信号を受信していない状態において接続状態としたが、制御信号を受信していない状態において遮断状態としてもよい。すなわち、ＥＣＵ１００は、制御信号である接続信号をスイッチ４２へ送信し続け、エンジン１１の起動指令が入力された場合に、接続信号の送信を停止するものとしてもよい。

本実施形態に係る車両用電源システムは、上記構成により、第１実施形態に係る車両用電源システムが奏する効果に加えて以下の効果を奏する。

遮断機がダイオード４１であった場合には、主バッテリ２１から始動機２４への電力を供給する際に、第１接続点２５から第２接続点３３への電流の流入を防ぐために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により補機バッテリ３１の電圧より低い電圧とする必要が生じる。したがって、始動機２４の駆動電圧に制約が生じることとなる。本実施形態では、遮断機をスイッチ４２としているため、補機バッテリ３１の電圧に係わらず始動機２４の駆動電圧を設定することが可能となる。

＜変形例＞
上記各実施形態において、主バッテリ２１をリチウムイオンバッテリとし、補機バッテリ３１を鉛バッテリとしたが、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１は、これらのバッテリ以外のバッテリを用いることもできる。

上記各実施形態において、主バッテリ２１の電圧を補機バッテリ３１の電圧より高いものとしたが、主バッテリ２１の電圧は補機バッテリ３１の電圧より低くてもよい。この場合、主バッテリ２１から補機バッテリ３１へと電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により昇圧を行えばよい。また、第２実施形態において、補機バッテリ３１から主バッテリ２１へと電力を供給する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により降圧を行えばよい。

上記各実施形態において、モータジェネレータ１２が発生させた電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行うものとしたが、始動機２４に発電機能を持たせ、始動機２４が発生させた電力により、主バッテリ２１及び補機バッテリ３１の充電を行うものとしてもよい。

１１…エンジン、１２…モータジェネレータ、２１…主バッテリ、２４…始動機、３１…補機バッテリ、３２…電気負荷、４１…ダイオード、４２…スイッチ。

Claims

始動機（２４）を備えるエンジン（１１）と、駆動輪へ駆動力を供給する駆動用モータ（１２）とを備える車両に搭載される車両用電源システムであって、
前記駆動用モータへ電力を供給し、且つ、前記始動機と接続される主バッテリ（２１）と、
補機バッテリ（３１）と、
前記補機バッテリと接続される電気負荷（３２）と、
前記主バッテリ及び前記始動機と、前記補機バッテリ及び前記電気負荷との間に設けられ、前記補機バッテリから前記始動機への電力の供給を遮断する遮断機（４１，４２）とを備えることを特徴とする車両用電源システム。
前記主バッテリから前記始動機への電力の供給は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２３）を介して行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
前記遮断機は、ダイオード（４１）であり、
前記補機バッテリ及び前記電気負荷は、前記ダイオードのカソード側に接続され、
前記主バッテリ及び前記始動機は、前記ダイオードのアノード側に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源システム。
前記遮断機は、制御信号を受信することにより接続状態と遮断状態が切り替わるスイッチ（４２）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源システム。