JP2008172908A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部からの過電流を抑制し、高信頼性が得られる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】主電源５と、主電源５に接続され、主電源５の電力を蓄える蓄電装置１と、蓄電装置１に接続された負荷７からなり、蓄電装置１は、主電源５の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合、蓄電装置１に内蔵した蓄電部１３から負荷７へ電力を供給する車両用電源装置において、蓄電装置１は、蓄電部１３から負荷７への電力供給時における蓄電部１３の電圧変化量が既定値より大きければ、蓄電部１３からの放電を停止するようにしたものであり、これにより蓄電部１３からの過電流が抑制されるので、高信頼な車両用電源装置が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源機能を有する車両用電源装置に関するものである。

近年、環境への配慮や燃費向上のために停車時にエンジン駆動を停止するアイドリングストップ機能を搭載した自動車が市販されている。このような自動車は使用中に断続的に大電流を消費するスタータが駆動すると一時的にバッテリの電圧が下がる。その結果、オーディオやカーナビゲーション等の他の負荷への供給電圧も下がり、その動作が不安定になる可能性があった。

また、自動車の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種車両制動システムの提案がなされてきているが、バッテリが異常になった時、車両制動システムが動作しなくなる等の可能性があった。

これらに対し、一時的なバッテリの電圧低下時に負荷に十分な電力を供給したり、バッテリ異常時に車両制動システムに電力を供給するための補助電源としての蓄電装置を内蔵した車両用電源装置が、例えば特許文献１に提案されている。なお、特許文献１は蓄電装置の内、特にバッテリ異常時に車両制動システムの電子制御部へ電力を供給する電源バックアップユニットとして示されている。

図６はこのような車両用電源装置のブロック回路図である。電力を蓄える蓄電素子には例えば大容量の電気二重層キャパシタが用いられ、これを複数個接続して蓄電部としてのキャパシタユニット１０１が構成されている。キャパシタユニット１０１には、その充放電を制御する充電回路１０３、および放電回路１０５が接続されている。充電回路１０３と放電回路１０５はマイコン１０７によって制御されている。マイコン１０７にはバッテリ異常を検出するための電圧検出手段１０９が接続され、電圧検出手段１０９には異常時にキャパシタユニット１０１の電力を供給するＦＥＴスイッチ１１１が接続されている。

このようにして構成された電源バックアップユニットとしての蓄電装置１１３はバッテリ１１５と電子制御部１１７の間に接続されており、イグニションスイッチ１１９によって起動、停止するように制御されている。

電子制御部１１７は車両制動システムであるので、安全確保のためにバッテリ１１５が異常になっても電子制御部１１７を駆動させ続けなければならない。そこで、バッテリ１１５の異常を電圧検出手段１０９が検出すれば、ＦＥＴスイッチ１１１をオンにしてキャパシタユニット１０１の電力を電子制御部１１７に供給することで、バッテリ１１５の異常に対応している。

なお、このような車両用電源装置は、負荷として車両制動システムの電子制御部１１７だけでなく、アイドリングストップ車のオーディオやカーナビゲーションに適用してもよい。この場合は、アイドリングストップ後のスタータ駆動による主電源（バッテリ１１５）の一時的な電圧低下時に、キャパシタユニット１０１の電力を負荷に供給することで、負荷の動作を継続することができる。
特開２００５−２８９０８号公報

上記の車両用電源装置によると、確かにバッテリ１１５の異常時に電子制御部１１７を駆動させ続けたり、バッテリ１１５の一時的な電圧低下時にオーディオ等の負荷を駆動させ続けることができるのであるが、負荷が消費する最大電流を超える過電流がキャパシタユニット１０１から流れると、負荷の必要とする電力を十分に供給できなくなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、キャパシタユニット１０１からの過電流を抑制し、高信頼性が得られる車両用電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の車両用電源装置は、主電源と、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置に接続された負荷からなり、前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、前記蓄電部に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、前記蓄電部電圧検出回路、主電源電圧検出回路、および切替スイッチに接続された制御部とを有し、前記制御部は前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、前記蓄電部から前記負荷への電力供給時における前記蓄電部の電圧変化量を前記蓄電部電圧検出回路により検出し、前記電圧変化量が既定値より大きい場合は、前記切替スイッチをオフにして前記蓄電部から前記負荷への電力供給を停止するようにしたものである。

また、本発明の車両用電源装置は、主電源と、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置に接続された負荷からなり、前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、前記蓄電部に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、前記蓄電部電圧検出回路、主電源電圧検出回路、および切替スイッチに接続された制御部とを有し、車両の起動時に前記制御部は、前記蓄電部を定電流値（Ｉｃ）で充電する途中に前記充電を一時的に中断し、前記充電の中断前後における前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ１）を前記蓄電部電圧検出回路の出力から求め、前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ１）を前記定電流値（Ｉｃ）で除することにより、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を計算し、前記車両の使用時に前記制御部は、前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、前記蓄電部から前記負荷への電力供給前後における前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ２）を前記蓄電部電圧検出回路の出力から求め、前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ２）を前記内部抵抗値（Ｒ）で除することにより、前記蓄電部の放電電流値（Ｉｄ）を計算し、前記放電電流値（Ｉｄ）が既定電流値より大きい場合は、前記切替スイッチをオフにして前記蓄電部から前記負荷への電力供給を停止するようにしたものである。

また、本発明の車両用電源装置は、主電源と、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置に接続された負荷からなり、前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、前記主電源の出力と前記蓄電部の出力の接続点に一端が接続され前記負荷の正極に他端が接続されるか、または前記負荷の負極とグランドとの間に接続され、前記制御部によりオンオフ制御される出力スイッチと、前記接続点の電圧（Ｖｄ）を検出し、前記制御部に出力する出力電圧検出回路と、前記主電源電圧検出回路、切替スイッチ、出力スイッチ、および前記出力電圧検出回路に接続された制御部とを有し、前記制御部は前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、前記出力電圧検出回路の出力から前記接続点の電圧（Ｖｄ）を求めて既定下限値との比較を行い、前記接続点の電圧（Ｖｄ）が前記既定下限値以下になれば、前記出力スイッチをオフにするようにしたものである。

本発明の車両用電源装置によれば、負荷への放電時の蓄電部の電圧変化量が既定値より大きければ、蓄電部から負荷への電力供給を停止するので、過電流を抑制することが可能となり、高信頼な車両用電源装置を実現できるという効果が得られる。

また、本発明によれば、蓄電部から負荷への放電電流値が既定電流値より大きければ、蓄電部から負荷への電力供給を停止するので、過電流を抑制することが可能となり、高信頼な車両用電源装置を実現できるという効果が得られる。

また、本発明によれば、接続点の電圧（Ｖｄ）が既定下限値以下になれば出力スイッチをオフにして負荷への電力供給を停止するので、過電流を抑制することが可能となり、高信頼な車両用電源装置を実現できるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、蓄電装置をアイドリングストップ車に適用した場合について述べる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置の放電異常を検出するフローチャートである。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は制御系配線をそれぞれ示す。

図１において、蓄電装置１は主電源５と負荷７との間に接続されている。主電源５はバッテリであり、図示していないが大電流を断続的に消費するスタータも接続されている。また、負荷７はオーディオやナビゲーション等の補機である。

蓄電装置１は次の構成を有する。まず、主電源５の出力には充電回路９と、主電源５の電圧Ｖｂを検出する主電源電圧検出回路１１が接続されている。充電回路９には蓄電部電圧検出回路１０を介して蓄電部１３が接続されている。従って、蓄電部１３の電圧Ｖｃは蓄電部電圧検出回路１０によって検出される。また、蓄電部１３は主電源５の電力を蓄える蓄電素子として電気二重層キャパシタを用い、これを複数個直列に接続して必要な電力を賄っている。また、蓄電部１３と負荷７の間には蓄電部１３の電力を負荷７に供給する切替スイッチ１７が図１に示すように接続されている。

なお、本実施の形態１では充電回路９と蓄電部電圧検出回路１０を独立して設けたが、これは蓄電部電圧検出回路１０を充電回路９に内蔵する構成としてもよいし、特に充電制御を必要としない車両用電源装置の場合は充電回路９がなくてもよい。但し、この場合は蓄電部電圧検出回路１０を単独で蓄電部１３に接続する必要がある。

主電源電圧検出回路１１は主電源５の電圧Ｖｂを検出する機能を有し、その電力系配線（太線）の入力側と出力側は同電圧になるよう接続されている。主電源電圧検出回路１１と負荷７との間には第１ダイオード１８が接続されている。第１ダイオード１８はアノードが主電源電圧検出回路１１に、カソードが負荷７にそれぞれ接続されている。また、第１ダイオード１８と負荷７の接続点１９、および切替スイッチ１７の一端の間には、第２ダイオード２１が接続されている。第２ダイオード２１はアノードが切替スイッチ１７に、カソードが接続点１９にそれぞれ接続されている。なお、第１ダイオード１８、および第２ダイオード２１は蓄電部１３や主電源５の電力が互いに逆流しないように設けている。

充電回路９、蓄電部電圧検出回路１０、主電源電圧検出回路１１、および切替スイッチ１７はマイクロコンピュータからなる制御部２７にも接続されている。このことから、制御部２７は蓄電部電圧検出回路１０の出力から蓄電部１３の電圧Ｖｃを、また主電源電圧検出回路１１の出力から主電源５の電圧Ｖｂをそれぞれ読み込む。さらに、制御部２７は充電回路９に制御信号ｃｏｎｔを送信することで充電回路９の制御を行うとともに、切替スイッチ１７にオンオフ信号ＶＯＦ１を送信することで切替スイッチ１７のオンオフ制御を行う。また、制御部２７は車両側制御回路（図示せず）と入力信号ｉｎ、および出力信号ｏｕｔの送受信を行うことで互いに交信する機能を有している。

次に、このような蓄電装置１の動作について説明する。

まず、イグニションスイッチ（図示せず）をオンにして車両を起動すると、エンジンが駆動すると同時に、制御部２７は充電回路９に蓄電部１３を充電するよう制御信号ｃｏｎｔを送信する。これにより、主電源５の電力が蓄電部１３に充電される。この時、蓄電部１３へは一定の充電電流Ｉで充電されるとともに、任意の時間幅ｄｔにおける蓄電部１３の電圧Ｖｃの電圧変化幅ΔＶから、現在の蓄電部１３の容量値Ｃを求める。具体的には、まず充電中の任意の時間ｔ１における蓄電部１３の電圧Ｖ１と、任意の時間が経過後の時間ｔ２における蓄電部１３の電圧Ｖ２を蓄電部電圧検出回路１０からそれぞれ求める。これらから、電圧変化幅ΔＶはΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１より、時間幅ｄｔはｄｔ＝ｔ２−ｔ１より計算できる。次に、時間幅ｄｔにおける蓄電部１３の充電時における電流積分値∫Ｉｄｔを求める。ここで、充電電流Ｉは一定であり、積分範囲は時間ｔ１からｔ２であるので、∫Ｉｄｔ＝Ｉ（ｔ２−ｔ１）＝Ｉｄｔとなる。従って、∫Ｉｄｔ＝ＣΔＶより、Ｃ＝∫Ｉｄｔ／ΔＶから容量値Ｃを計算で求める。この容量値Ｃは制御部２７のメモリに記憶しておく。なお、容量値Ｃは蓄電部１３の放電時に求めてもよい。また、充電時、または放電時の電流Ｉが一定でない場合は上記したように、時間ｔ１からｔ２までの電流Ｉの積分値を制御部２７で求めればよい。

ここで、容量値Ｃは蓄電部１３の充電時、または放電時に、蓄電部電圧検出回路１０より求めた蓄電部１３の電圧Ｖｃが任意の電圧幅ΔＶだけ変化する時間幅ｄｔと、時間幅ｄｔにおける蓄電部１３の電流積分値∫Ｉｄｔから求めてもよい。具体的には、充電時の蓄電部１３の電圧Ｖｃを制御部２７が蓄電部電圧検出回路１０から取り込み、既定の電圧値Ｖ１（例えば６Ｖ）になった時間ｔ１を求める。次に、任意の電圧幅ΔＶ（例えば２Ｖ）だけ上昇した時間ｔ２を求める。これにより、電圧幅ΔＶだけ電圧Ｖｃが変化する時間幅ｄｔを計算する。時間幅ｄｔはｄｔ＝ｔ２−ｔ１で得られる。ここで、時間幅ｄｔにおける蓄電部１３の充電電流積分値∫Ｉｄｔを求める必要があるが、これは前記した方法で求めればよい。従って、この場合もＣ＝∫Ｉｄｔ／ΔＶを計算することにより容量値Ｃが得られる。

上記いずれの方法で容量値Ｃを求めても同じ結果が得られるので、適宜いずれかの方法を採用すればよい。

充電回路９は蓄電部１３が満充電に至るまで充電を行う。この時、蓄電部１３への充電電流が負荷７側に流れないように、制御部２７は切替スイッチ１７をオフにするようオンオフ信号ＶＯＦ１を送信する。また、充電中は蓄電部１３から負荷７に電力を十分供給できない可能性があるため、制御部２７は車両側制御回路に放電禁止信号を出力信号ｏｕｔにより送信する。その結果、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を行わないように制御する。

蓄電部１３が満充電に至れば充電が完了し、充電回路９は満充電電圧を維持するために定電圧制御を行う。充電動作の完了を制御部２７が検出すると、制御部２７は車両側制御回路に蓄電部１３からの放電許可信号を出力信号ｏｕｔにより送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を許可する。その後、制御部２７は主電源電圧検出回路１１の出力を読み込むことにより、主電源５の電圧Ｖｂを監視する。

この状態で、アイドリングストップが行われ、その後エンジンを再起動したとする。これにより、主電源５の電圧Ｖｂはスタータ（図示せず）に大電流が流れることで急激に低下する。この電圧Ｖｂの変化は主電源電圧検出回路１１により検出され、制御部２７に送信される。制御部２７は電圧Ｖｂがしきい値（本実施の形態１では負荷７を駆動できる下限電圧の１０．５Ｖとした）以下になった場合は、負荷７に安定した電圧を供給するために切替スイッチ１７をオンにするようオンオフ信号ＶＯＦ１を送信する。その結果、図１の放電経路と書かれた矢印の方向に蓄電部１３から負荷７へ電力が供給される。この時、主電源５の電圧Ｖｂはスタータ駆動により低下しているので、第１接続点１９の電圧は蓄電部１３の電圧より低くなる。従って、第２ダイオード２１はオンになり、蓄電部１３の電力が優先して負荷７に供給されることになる。

この時に制御部２７は放電異常の検出動作を行う。その詳細を図２のフローチャートに示す。なお、図２のフローチャートは蓄電部１３の放電開始から停止までの間に任意のタイミング（例えば一定時間間隔毎）で実行されるので、サブルーチンの形で示した。また、このサブルーチンを実行する時は蓄電部１３の放電時であるので、切替スイッチ１７はオンの状態である。

蓄電部１３から負荷７に電力供給を開始した後、放電異常の検出を行うため制御部２７のメインルーチン（図示せず）から図２のサブルーチンにジャンプしてくると、まず蓄電部１３の電圧Ｖｃを蓄電部電圧検出回路１０から読み込む（ステップ番号Ｓ１）。次に、読み込んだ電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ１として制御部２７のメモリに記憶する（Ｓ３）。その後、既定時間ｔが経過したか否かを判断する（Ｓ５）。ここで、既定時間ｔは、電圧Ｖｃ１と電圧Ｖｃ２（後述する）を読み込む時間間隔を既定したものであり、短いほど素早く電圧変化量（後述する）を求めることができるので、放電異常の検出も早くなる。しかし、電圧Ｖｃにノイズが含まれていると、既定時間ｔが短ければノイズによる電圧変化量が実際の電圧変化量より大きかった場合に、放電異常を誤検出してしまう可能性がある。そこで、車両用電源装置のノイズ環境等を勘案して最適な既定時間ｔを決定している。なお、ノイズ環境を検出して、それに応じて既定時間ｔを可変するようにしてもよい。

既定時間ｔが経過していなければ（Ｓ５のＮｏ）、既定時間ｔが経過するまでＳ５に戻る。一方、既定時間ｔが経過すれば（Ｓ５のＹｅｓ）、Ｓ１と同様に蓄電部１３の電圧Ｖｃを蓄電部電圧検出回路１０から読み込み（Ｓ７）、読み込んだ電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ２として制御部２７のメモリに記憶する（Ｓ９）。

次に、現在の蓄電部１３の容量値Ｃに応じた電圧変化量の既定値を決定する（Ｓ１１）。この決定方法は以下の通りである。

蓄電部１３からの過電流は負荷７が消費する最大電流値Ｉｍａｘよりも大きい電流値であると定義する。蓄電部１３の容量値をＣ、既定時間ｔにおける蓄電部１３の電圧変化量をｄＶ／ｔとすると、Ｉｍａｘ＝Ｃ・（ｄＶ／ｔ）の関係が成立する。今、最大電流値Ｉｍａｘは一定であるので、容量値Ｃと電圧変化量ｄＶ／ｔの間には反比例の相関があることになる。ここで、容量値Ｃは蓄電部１３の周囲温度や劣化程度により変化するので、蓄電部１３の温度範囲や劣化限界を考慮して、高温下での新品時における容量最大値から、低温下での劣化限界における容量最小値までの容量値Ｃの可変範囲における電圧変化量ｄＶ／ｔとの相関を、電圧変化量の既定値として前記した式からあらかじめ求めておく。なお、この相関は、前記式により容量値Ｃの可変範囲に対して計算した結果を既定値としてそれぞれメモリに記憶しておいてもよいし、最大電流値Ｉｍａｘと前記式を記憶しておき、現在の容量値Ｃから計算で既定値を求めるようにしてもよい。

このようにして、現在の容量値Ｃに応じた既定値を決定する。次に、Ｓ３とＳ９で記憶したＶｃ１、Ｖｃ２より、蓄電部１３から放電している時の電圧変化量ｄＶ／ｔ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／ｔを計算し、Ｓ１１で決定した電圧変化量の既定値と比較する。もし、電圧変化量（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／ｔが既定値以下であれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、現在放電している電圧変化量が小さい、すなわち過電流が流れていないので、蓄電装置１は正常に放電していることになる。従って、そのまま図２のサブルーチンを終了する。

一方、電圧変化量（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／ｔが既定値より大きければ（Ｓ１３のＮｏ）、現在放電している電圧変化量が大きい、すなわち過電流が流れていることになる。この場合は車両用電源装置を過電流から保護するために、直ちに切替スイッチ１７をオフにして（Ｓ１５）、蓄電部１３から負荷７への電力供給を停止する。このように動作することにより過電流を抑制することができる。また、制御部２７は蓄電装置１の放電が異常であることを車両側制御回路に知らせるために、放電異常信号を出力して（Ｓ１７）、図２のサブルーチンを終了する。これを受け、車両側制御回路は以後のアイドリングストップ動作を禁止するとともに、運転者に対して蓄電装置１の異常を警告し修理を促す。

ここで、蓄電装置１が正常に放電している場合（Ｓ１３のＹｅｓ）以降の動作に説明を戻す。エンジン再起動が完了に近づくとスタータが消費する電流が減少していくので、主電源５の電圧Ｖｂは上昇する。この変化を主電源電圧検出回路１１で検出し、所定値（前記したしきい値と同じ１０．５Ｖとした）以上になれば、制御部２７は切替スイッチ１７をオフにする。これにより、以後は主電源５の電力が負荷７に供給され、蓄電部１３からの放電は停止する。また、制御部２７は蓄電部１３から負荷７に供給した電力を再充電するよう充電回路９に指示する。なお、再充電の間は前記したように制御部２７が車両側制御回路に放電禁止信号を送信し、充電が完了すると放電許可信号を送信する。この際に、再び容量値Ｃを求めてもよい。これにより、現在の蓄電装置１の温度に応じた最新の容量値Ｃを求めることができるので、電圧変化量の既定値を決定する際の精度が向上し、さらに高信頼性が得られる。

ここまでに述べた動作を繰り返すことにより、車両の使用中に何度もアイドリングストップ動作を行っても、スタータ駆動時の電圧変動を蓄電部１３の電力で補うことができるため、負荷７を常に安定して動作させ続けられる。

以上の構成、動作により、放電時の蓄電部１３の電圧変化量が既定値より大きければ、蓄電部１３からの放電を停止するので、過電流を抑制することが可能となり、高信頼な車両用電源装置を実現できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における車両用電源装置の放電制御を行うフローチャートである。なお、本実施の形態２の蓄電装置１の構成は図１と同じであるので、詳細な説明は省略する。

次に、本実施の形態２の蓄電装置１における特徴となる動作について説明する。

まず、車両起動時において、制御部２７は充電回路９に蓄電部１３を充電するよう制御信号ｃｏｎｔを送信する。これにより、主電源５の電力が蓄電部１３に充電される。この時、蓄電部１３へは定電流値Ｉｃで充電されるが、その途中で以下のようにして蓄電部１３の内部抵抗値Ｒを求める。

充電中の任意の時間に制御部２７は蓄電部電圧検出回路１０の出力から蓄電部１３の電圧Ｖ１を求める。その後、直ちに制御部２７は蓄電部１３への充電を一時的に中断する。その結果、蓄電部１３の電圧Ｖｃは内部抵抗値Ｒに比例した電圧降下を起こす。その時の電圧Ｖ２を蓄電部電圧検出回路１０の出力から求める。その後、制御部２７は充電を再開するよう充電回路９に制御信号ｃｏｎｔを送信する。なお、充電の中断時間は電圧降下による蓄電部１３の電圧Ｖ２を安定して検出できる時間であればよく、本実施の形態２では約０．１秒とした。

充電を再開している間に制御部２７は、充電の中断前後における蓄電部１３の電圧差ΔＶｃ１を、ΔＶｃ１＝Ｖ１−Ｖ２より求める。次に、蓄電部１３の電圧差ΔＶｃ１を定電流値Ｉｃで除することにより、蓄電部１３の内部抵抗値Ｒ（＝ΔＶｃ１／Ｉｃ）を計算する。こうして求めた内部抵抗値Ｒは制御部２７に内蔵されたメモリに記憶しておく。

なお、蓄電部１３への充電を中断した時の電圧をＶ２として求め、充電を再開した直後の電圧をＶ１として求めることにより、電圧差ΔＶｃ１を上記した式から求めて、内部抵抗値Ｒを計算してもよい。

充電回路９は蓄電部１３が満充電に至るまで充電を行う。この時、実施の形態１と同様に、制御部２７は切替スイッチ１７をオフにするとともに車両側制御回路に放電禁止信号を送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を行わないように制御する。なお、満充電は蓄電部１３の自己放電電流や、各蓄電素子に設けた電圧バランス抵抗（図示せず）に流れる電流しか蓄電部１３に電流が流れない状態であると定義する。

蓄電部１３が満充電に至れば充電が完了し、充電回路９は満充電電圧を維持するために定電圧制御を行う。充電動作の完了を制御部２７が検出すると、制御部２７は車両側制御回路に蓄電部１３からの放電許可信号を出力信号ｏｕｔにより送信する。これにより、車両側制御回路はアイドリングストップ動作を許可する。その後、車両使用の間、制御部２７は主電源電圧検出回路１１の出力を読み込むことにより、主電源５の電圧Ｖｂを監視する。

この状態で、アイドリングストップが行われ、その後エンジンを再起動したとする。これにより、主電源５の電圧Ｖｂはスタータ（図示せず）に大電流が流れることで急激に低下する。この電圧Ｖｂの変化は主電源電圧検出回路１１により検出され、制御部２７に送信される。制御部２７は電圧Ｖｂがしきい値（１０．５Ｖとした）以下になった場合は、負荷７を継続動作させるために蓄電部１３の電力を供給するように制御する。この時の動作はサブルーチン（放電制御ルーチン）として制御部２７のプログラムに記憶してあるので、この放電制御ルーチンのフローチャート（図３に示す）を用いて動作を説明する。

電圧Ｖｂがしきい値以下になり、制御部２７のメインルーチン（図示せず）から図３の放電制御ルーチンにジャンプしてくると、負荷７に電力を供給するために蓄電部１３が放電する直前の電圧Ｖｃを蓄電部電圧検出回路１０の出力から読み込む（Ｓ２０）。次に、読み込んだ電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ１として制御部２７のメモリに記憶する（Ｓ２１）。

その後、蓄電部１３の電力を負荷７に供給する。具体的には切替スイッチ１７をオンにするようオンオフ信号ＶＯＦ１を送信する（Ｓ２２）。それと同時に、制御部２７は蓄電部１３の放電直後の電圧Ｖｃを蓄電部電圧検出回路１０の出力から読み込む（Ｓ２３）。次に、読み込んだ電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ２として制御部２７のメモリに記憶し、蓄電部１３の負荷７への電力供給前後における電圧差ΔＶｃ２を、ΔＶｃ２＝Ｖｃ１−Ｖｃ２より求める（Ｓ２４）。これにより、蓄電部１３が放電を開始したときに起こる電圧降下値を得ることができる。

次に、放電電流値Ｉｄを計算する。具体的には放電前後の蓄電部１３の電圧差ΔＶｃ２と、車両起動時に求めた蓄電部１３の内部抵抗値Ｒから、Ｉｄ＝ΔＶｃ２／Ｒにより求める（Ｓ２５）。

次に、得られた放電電流値Ｉｄと既定電流値を比較する（Ｓ２６）。なお、既定電流値は負荷７が消費する最大電流値Ｉｍａｘとした。従って、負荷７が正常であれば、最大電流値Ｉｍａｘより大きい電流が流れることはない。

もし、放電電流値（Ｉｄ）が既定電流値以下であれば（Ｓ２６のＮｏ）、過電流が流れていないので、蓄電装置１は正常に放電していることになる。従って、そのまま図３のサブルーチンを終了する。なお、この後の動作は、実施の形態１で説明した蓄電装置１が正常に放電している場合の動作（Ｓ１３のＹｅｓ以降の動作）と同じであるので、説明を省略する。

一方、放電電流値（Ｉｄ）が既定電流値より大きければ（Ｓ２６のＹｅｓ）、過電流が流れていることになる。この場合は実施の形態１と同様に、車両用電源装置を過電流から保護するため、直ちに切替スイッチ１７をオフにして（Ｓ２７）蓄電部１３から負荷７への電力供給を停止する。その後、蓄電装置１の放電が異常であることを車両側制御回路に知らせるために、放電異常信号を出力して（Ｓ２８）、図３のサブルーチンを終了する。これを受け、車両側制御回路は以後のアイドリングストップ動作を禁止するとともに、運転者に対して蓄電装置１の異常を警告し修理を促す。

以上の構成、動作により、放電時の蓄電部１３の放電電流値が既定電流値より大きければ、蓄電部１３からの放電を停止するので、過電流を抑制することが可能となり、高信頼な車両用電源装置を実現できる。

なお、本実施の形態２では車両使用中における蓄電装置１の温度変化が少ない場合について述べたが、温度変化が大きい場合（例えば−１０℃以下から室温まで温度が上昇したり、室温から−１０℃以下に温度が降下した場合）は、図３のＳ２５で放電電流Ｉｄを正確に求めることができない。これは、蓄電部１３の内部抵抗値Ｒが例えば−１０℃以下になると大きくなる特性を有するためである。このような温度範囲で使用する場合は、蓄電部１３に温度センサを設け、車両使用開始時からの温度が−１０℃を上回ったり下回ったりすれば、放電電流Ｉｄの計算を行わないようにすればよい。また、この時の過電流抑制制御は実施の形態１に示した電圧変化量により行えばよい。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図である。図５は、本発明の実施の形態３における車両用電源装置の出力電圧異常を検出するフローチャートである。なお、図４において、図１と同じ構成要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。また、太線と細線の意味も図１と同じである。

図４における蓄電装置１の構成上の特徴は以下の通りである。

１）主電源５の出力（第１ダイオード１８のカソード側）と蓄電部１３の出力（第２ダイオード２１のカソード側）の接続点１９に一端を、負荷７の正極に他端を接続した出力スイッチ３１を設けた。なお、出力スイッチ３１のオンオフ制御は制御部２７から送信されるオンオフ信号ＶＯＦ２によって行われる。また、通常時は負荷７に電力を供給するために、出力スイッチ３１はオンになっている。

２）接続点１９の電圧Ｖｄを検出する出力電圧検出回路３３を設けた。

なお、上記以外の構成は図１と同じである。また、出力スイッチ３１は図４に示した上記位置に限らず、負荷７の負極とグランドとの間に接続してもよい。さらに、本実施の形態３においても実施の形態１と同様に、充電回路９がない構成でもよい。

次に、このような蓄電装置１の動作について説明する。まず、車両起動時やアイドリングストップ時の動作は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

次に、本実施の形態３の動作における特徴である出力電圧異常検出について図５のフローチャートを用いて説明する。なお、主電源５の異常については一般の車両と同様に車両側制御回路で検出しており、また蓄電装置１の異常については実施の形態１、または２で述べたように制御部２７で検出しているので、ここでは蓄電装置１の出力から負荷７に至るまでの出力電圧異常検出について説明する。

なお、図５のフローチャートは車両使用中の任意のタイミング（例えば一定時間間隔毎）で実行されるので、サブルーチンの形で示した。また、このサブルーチンを実行する時は出力スイッチ３１がオンの状態であり、蓄電部１３から負荷７に電力が供給されている時は切替スイッチ１７もオンの状態である。

車両使用中の任意のタイミングで制御部２７のメインルーチン（図示せず）から図５のサブルーチンにジャンプしてくると、まず主電源５の電圧Ｖｂを主電源電圧検出回路１１から読み込む（Ｓ３１）。次に、電圧Ｖｂとしきい値（実施の形態１と同様に１０．５Ｖとした）を比較する（Ｓ３３）。もし、電圧Ｖｂがしきい値より大きければ（Ｓ３３のＮｏ）、主電源５はスタータ駆動を行っておらず、かつ正常状態であることになる。この場合はＳ３７にジャンプする。一方、電圧Ｖｂがしきい値以下であれば（Ｓ３３のＹｅｓ）、主電源５はスタータを駆動中であることになる。この場合、蓄電部１３が負荷７に電力を正常に供給しているか否かを判断するために、まずＳ３３を実行後、既定の遅延時間が経過したか否かを判断し、経過していなければ（Ｓ３５のＮｏ）、経過するまでＳ３５に戻って待つ。ここで、遅延時間が経過するまで待つ理由は以下の通りである。

主電源５がスタータに電力を供給して、電圧Ｖｂがしきい値以下に低下すると、制御部２７は切替スイッチ１７をオンにして蓄電部１３の電力を負荷７に供給するが、電圧Ｖｂがしきい値以下に低下したことを検出してから切替スイッチ１７をオンにして実際に蓄電部１３が負荷７へ電力を供給するまでには必ず遅延時間が発生する。この間は電圧Ｖｂが低下しているにもかかわらず蓄電部１３から電力が供給されないので、もし遅延時間の間に図５のフローチャートが実行されると、出力電圧（＝接続点１９の電圧Ｖｄ）が異常であると誤判断してしまう可能性がある。そこで、遅延時間が経過するまで待つようにしている。なお、遅延時間はあらかじめ求めて制御部２７のメモリに記憶している。本実施の形態３の構成では遅延時間は約１ミリ秒であった。

遅延時間が経過すれば（Ｓ３５のＹｅｓ）、出力電圧検出回路３３から接続点１９の電圧Ｖｄを読み込む（Ｓ３７）。次に、接続点１９の電圧Ｖｄと既定下限値の比較を行う（Ｓ３９）。ここで、既定下限値はＳ３３における主電源５のしきい値（１０．５Ｖ）とグランド（０Ｖ）のほぼ中間値である５Ｖとした。従って、電圧Ｖｄが既定下限値（５Ｖ）以下になると（Ｓ３９のＹｅｓ）、主電源５のスタータ駆動有無に関わらず、蓄電装置１の出力から負荷７までの電力系配線、または負荷７自体が短絡等の異常を起こしていると考えられる。従って、制御部２７は出力スイッチ３１をオフにする（Ｓ４１）。これにより、主電源５に接続された他の電力系配線（図示せず）と、蓄電装置１の出力から負荷７に至るまでの上記故障箇所を分離できる。従って、他の電力系配線に接続された他の負荷を動作させ続けることが可能となり、さらなる高信頼性が得られる。また、制御部２７は出力電圧が異常であることを車両側制御回路に知らせるために、出力電圧異常信号を出力して（Ｓ４３）、図５のサブルーチンを終了する。これを受け、車両側制御回路は運転者に対して車両用電源装置の異常を警告し修理を促す。

一方、電圧Ｖｄが既定下限値より大きければ（Ｓ３９のＮｏ）、以下のいずれかの状態である。

１）主電源５がスタータ駆動を行っておらず、かつ正常である。

２）主電源５がスタータ駆動を行っているので、蓄電部１３からの電力が負荷７に正常に供給されている。

上記いずれの状態であっても、負荷７に対しては正常に電力が供給されているので、図５のサブルーチンをそのまま終了する。

以上の構成、動作により、接続点１９の電圧Ｖｄが異常であれば出力スイッチ３１をオフにするので、実施の形態１、または２と同様に過電流の抑制が可能となり高信頼な車両用電源装置を実現できる。

なお、本実施の形態３においても、実施の形態１、または２で述べたアイドリングストップ後の放電異常を検出する動作を行ってもよい。この場合の動作は図２、または図３のフローチャートと同じである。

また、実施の形態１〜３において蓄電部１３には蓄電素子として電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他の蓄電素子でもよい。さらに、蓄電部１３は複数の蓄電素子を直列に接続した構成としたが、これに限定されるものではなく、負荷７が要求する電力仕様に応じて、並列や直並列接続としてもよいし、単数の蓄電素子を用いてもよい。

また、実施の形態１〜３では蓄電装置１をアイドリングストップ車に適用した場合について述べたが、それに限らず、ハイブリッド車や、電動パワーステアリング、電動ターボ、電気的な油圧制御による車両制動等の各システムにおける車両用補助電源等にも適用可能である。

本発明にかかる車両用電源装置は、蓄電部から負荷への電力供給時に過電流を抑制することができ、高信頼性が得られるので、特に主電源の電圧低下時に蓄電部から電力を供給する補助電源用の車両用電源装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における車両用電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態１における車両用電源装置の放電異常を検出するフローチャート 本発明の実施の形態２における車両用電源装置の放電制御を行うフローチャート 本発明の実施の形態３における車両用電源装置のブロック回路図 本発明の実施の形態３における車両用電源装置の出力電圧異常を検出するフローチャート 従来の蓄電装置のブロック回路図

符号の説明

１ 蓄電装置
５ 主電源
７ 負荷
１０ 蓄電部電圧検出回路
１１ 主電源電圧検出回路
１３ 蓄電部
１７ 切替スイッチ
１９ 接続点
２７ 制御部
３１ 出力スイッチ
３３ 出力電圧検出回路

Claims (9)

1. 主電源と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置に接続された負荷からなり、
   前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、
   前記蓄電部に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、
   前記蓄電部電圧検出回路、主電源電圧検出回路、および切替スイッチに接続された制御部とを有し、
   前記制御部は前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、
   前記蓄電部から前記負荷への電力供給時における前記蓄電部の電圧変化量を前記蓄電部電圧検出回路により検出し、前記電圧変化量が既定値より大きい場合は、前記切替スイッチをオフにして前記蓄電部から前記負荷への電力供給を停止するようにした車両用電源装置。
2. 前記制御部は、前記蓄電部の充電時、または放電時に、任意の時間幅（ｄｔ）における前記蓄電部電圧検出回路より求めた前記蓄電部の電圧変化幅（ΔＶ）と、前記時間幅（ｄｔ）における前記蓄電部の電流積分値（∫Ｉｄｔ）から、前記蓄電部の容量値（Ｃ）を求め、あらかじめ求めた前記容量値（Ｃ）と前記電圧変化量の既定値の相関から、現在の前記容量値（Ｃ）に応じた前記既定値を決定するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記制御部は、前記蓄電部の充電時、または放電時に、前記蓄電部電圧検出回路より求めた前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）が任意の電圧幅（ΔＶ）だけ変化する時間幅（ｄｔ）と、前記時間幅（ｄｔ）における前記蓄電部の電流積分値（∫Ｉｄｔ）から、前記蓄電部の容量値（Ｃ）を求め、あらかじめ求めた前記容量値（Ｃ）と前記電圧変化量の既定値の相関から、現在の前記容量値（Ｃ）に応じた前記既定値を決定するようにした請求項１に記載の車両用電源装置。
4. 主電源と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置に接続された負荷からなり、
   前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、
   前記蓄電部に接続され、前記蓄電部の電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、
   前記蓄電部電圧検出回路、主電源電圧検出回路、および切替スイッチに接続された制御部とを有し、
   車両の起動時に前記制御部は、前記蓄電部を定電流値（Ｉｃ）で充電する途中に前記充電を一時的に中断し、前記充電の中断前後における前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ１）を前記蓄電部電圧検出回路の出力から求め、前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ１）を前記定電流値（Ｉｃ）で除することにより、前記蓄電部の内部抵抗値（Ｒ）を計算し、
   前記車両の使用時に前記制御部は、前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、
   前記蓄電部から前記負荷への電力供給前後における前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ２）を前記蓄電部電圧検出回路の出力から求め、前記蓄電部の電圧差（ΔＶｃ２）を前記内部抵抗値（Ｒ）で除することにより、前記蓄電部の放電電流値（Ｉｄ）を計算し、前記放電電流値（Ｉｄ）が既定電流値より大きい場合は、前記切替スイッチをオフにして前記蓄電部から前記負荷への電力供給を停止するようにした車両用電源装置。
5. 前記既定電流値は前記負荷が消費する最大電流値（Ｉｍａｘ）である請求項４に記載の車両用電源装置。
6. 前記蓄電部から前記負荷への電力供給を停止した時に、前記制御部は放電異常信号を出力するようにした請求項１、または４に記載の車両用電源装置。
7. 主電源と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置に接続された負荷からなり、
   前記蓄電装置は、前記主電源に接続され、前記主電源の電力を蓄える蓄電部と、
   前記主電源に接続され、前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出する主電源電圧検出回路と、
   前記蓄電部と前記負荷の間に接続され、前記蓄電部の電力を前記負荷に供給する切替スイッチと、
   前記主電源の出力と前記蓄電部の出力の接続点に一端が接続され前記負荷の正極に他端が接続されるか、または前記負荷の負極とグランドとの間に接続され、前記制御部によりオンオフ制御される出力スイッチと、
   前記接続点の電圧（Ｖｄ）を検出し、前記制御部に出力する出力電圧検出回路と、前記主電源電圧検出回路、切替スイッチ、出力スイッチ、および前記出力電圧検出回路に接続された制御部とを有し、
   前記制御部は前記主電源電圧検出回路により前記主電源の電圧（Ｖｂ）を検出し、
   前記主電源の電圧（Ｖｂ）がしきい値以下になった場合は、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するように前記切替スイッチをオンにし、
   前記出力電圧検出回路の出力から前記接続点の電圧（Ｖｄ）を求めて既定下限値との比較を行い、前記接続点の電圧（Ｖｄ）が前記既定下限値以下になれば、前記出力スイッチをオフにするようにした車両用電源装置。
8. 前記主電源の電圧（Ｖｂ）が前記しきい値以下になってから、前記蓄電部が前記負荷へ電力を供給するまでの遅延時間をあらかじめ求めておき、前記制御部は、前記遅延時間が経過すれば前記接続点の電圧（Ｖｄ）と前記既定下限値の比較を行うようにした請求項７に記載の車両用電源装置。
9. 前記制御部は、前記出力スイッチをオフにした時に、出力電圧異常信号を出力するようにした請求項７に記載の車両用電源装置。

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