JP2015009791A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１電源と第２電源と発電機との間の電力授受の制御が複雑になることを防止する。【解決手段】コントローラ１４は、回生放電の動作モードにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によって、キャパシタ１１を放電させる場合に、キャパシタ１１の出力電圧を発電機２１の発電電圧よりも所定の放電電圧増分だけ大きくする。これによりコントローラ１４は、発電機２１の発電電圧に対する指示電圧を変更せずに間接的に発電機２１の発電を抑制または停止させる。【選択図】図１

Description

この発明は、車両用電源装置に関する。

従来、電気負荷が接続された主電源と、発電機が接続された副電源との間にＤＣ−ＤＣコンバータを接続し、主電源と副電源との間にスイッチを備える車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９５３３６号公報

ところで、上記従来技術に係る車両用電源装置によれば、主電源と副電源と発電機との間の電力授受の制御が複雑になることを防止することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、第１電源と第２電源と発電機との間の電力授受の制御が複雑になることを防止することが可能な車両用電源装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る車両用電源装置は、第１電源（例えば、実施の形態でのバッテリ１２）と、前記第１電源に並列に接続された第２電源（例えば、実施の形態でのキャパシタ１１）と、前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１３）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１電源側で前記第１電源に並列に接続された発電機（例えば、実施の形態での発電機２１）および電気的負荷（例えば、実施の形態での電気的負荷２３）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記発電機を制御する制御手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４）と、を備え、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源から前記電気的負荷への給電によって、前記第２電源を放電させる場合に、前記第２電源の出力電圧を前記発電機の発電電圧よりも大きくする。

上記（１）に記載の態様に係る車両用電源装置によれば、電気的負荷に対して並列に接続された第１電源、第２電源、および発電機において、第２電源を放電させる場合であっても、第１電源および発電機に対する制御を不変に維持することができる。つまり、第２電源の出力電圧を発電機の発電電圧よりも大きくすることにより、意図的に発電機を停止させる必要無しに間接的に発電機の発電を抑制または停止させることができる。これにより、電気的負荷に対する給電の主体が発電機から第２電源に変化する場合であっても、制御対象を発電機から第２電源に変更する必要無しに第１電源および発電機に対する制御を維持することができる。なお、電気的負荷の条件に応じては、制御手段から第２電源に対して制御指令の変更要求が出力されてもよく、この変更要求のみで第１電源および発電機に対する制御を維持することも可能である。
さらに、発電機の発電電圧に対する指令値を変更せずに制御を維持することによって、第２電源の放電が終了した場合であっても、電気的負荷に印加される電圧が変動してしまうことを防止することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用電源装置および車両用電源装置を搭載した車両の構成図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を搭載した車両の運転状態の変化に応じたキャパシタの出力電圧の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する停止充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する初回始動の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ準備充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ準備充電の動作モードにおいて、キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達した状態における電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生充電の動作モードにおいて、キャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位に到達した状態における電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生放電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生放電の動作モードにおけるキャパシタの放電電圧および発電機の発電電圧とキャパシタの放電電流の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＥＮＧ再始動の動作モードにおける電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＥＮＧ再始動の動作モードにおいて、コンタクタを接続状態とした場合における電流の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する車両の停止時の動作モードにおける電流の流れを示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態による車両用電源装置１０は、例えば図１に示すように、車両１に搭載されている。車両用電源装置１０は、少なくとも、２次電池としてのキャパシタ１１およびバッテリ１２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３およびコントローラ１４と、コンタクタ１５およびコンタクタリレー１６と、を備えている。
車両１は、車両用電源装置１０と、ＦＩ−ＥＣＵ１７と、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８、スタータリレー１９、およびスタータモータ（ＳＴＭ）２０と、発電機（ＡＣＧ）２１および内燃機関２２と、電気的負荷２３と、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）２４と、第１電圧センサ２５および第２電圧センサ２６と、回転数センサ２７と、を備えている。

キャパシタ１１は、例えば電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどであって、スタータマグネットスイッチ１８に接続されている。キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、コンタクタ１５の第１端子１５ａとに接続されている。キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、バッテリ１２、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に電気的に接続可能とされている。

バッテリ１２は、例えば所定電圧（１２Ｖなど）の鉛バッテリなどであって、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に接続されている。バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、コンタクタ１５の第２端子１５ｂとに接続されている。バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、キャパシタ１１およびスタータマグネットスイッチ１８に電気的に接続可能とされている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４の制御によって第１および第２入出力端子１３ａ，１３ｂ間の双方向で昇降圧可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、内燃機関２２の運転時に発電機２１で発生した発電電力または車両１の制動時に発電機２１で発生した回生電力をキャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１１に蓄電されている電力を少なくともバッテリ１２または電気的負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば、Ｈブリッジの昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであって、ブリッジ接続された４つの第１〜第４スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を備えている。
対をなす第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタは第１入出力端子１３ａに接続され、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタは第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタに接続され、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
対をなす第３および第４スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは第２入出力端子１３ｂに接続され、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタは第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタに接続され、第４スイッチング素子ＳＷ４のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向になるようにして各第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との接続点と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４との接続点との間に接続されたリアクトルＬ（コイルＬ）を備えている。さらに、第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間に接続された第１コンデンサＣａと、第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間に接続された第２コンデンサＣｂと、を備えている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間を直結するように直列に接続された抵抗ＲおよびダイオードＤを備えている。ダイオードＤは第２入出力端子１３ｂから第１入出力端子１３ａに向けて順方向になるように配置されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４から出力されて各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のゲートに入力される信号によって駆動される。

コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作と、コンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断の動作と、を制御する。さらに、コントローラ１４は、ＦＩ−ＥＣＵ１７によるアイドル停止の実行許可および実行禁止を制御しており、アイドル停止の実行許可および実行禁止を指示する制御指令をＦＩ−ＥＣＵ１７に出力する。

コントローラ１４は、キャパシタ１１の内部抵抗および静電容量を検出し、内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定するとともに、内部抵抗に応じてキャパシタ１１の劣化を判定可能である。コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧ＶＣを検出する第１電圧センサ２５と、キャパシタ１１の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、キャパシタ１１の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。
コントローラ１４は、バッテリ１２の放電およびバッテリ１２の放電深度を制御可能である。コントローラ１４は、バッテリ１２の出力電圧ＶＢを検出する第２電圧センサ２６と、バッテリ１２の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、バッテリ１２の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。

コンタクタ１５は、コンタクタリレー１６のオンおよびオフに応じてコンタクタ１５の第１および第２端子１５ａ，１５ｂ間の接続および遮断を切り替える。コンタクタリレー１６のオンおよびオフはコントローラ１４により制御される。
なお、コンタクタ１５の第１端子１５ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、キャパシタ１１の正極側端子と、スタータマグネットスイッチ１８と、に接続されている。コンタクタ１５の第２端子１５ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、バッテリ１２の正極側端子と、発電機２１および電気的負荷２３と、に接続されている。これらによりコンタクタ１５は、接続状態において、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対してキャパシタ１１とバッテリ１２とをそれぞれ並列に接続する。なお、キャパシタ１１およびバッテリ１２の負極側端子は接地されている。

ＦＩ−ＥＣＵ１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子回路により構成されるＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）であり、燃料供給、点火タイミングなどの内燃機関２２の動作に関する各種制御を行なう。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、運転者の操作に応じてイグニッションスイッチ２４から出力される始動要求および停止要求の信号によって内燃機関２２の始動および停止を制御する。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、内燃機関２２のアイドル停止を制御する。アイドル停止は、所定の一時停止条件の成立に応じて運転状態の内燃機関２２を自動的に一時的に停止し、所定の復帰条件の成立に応じて一時停止状態の内燃機関２２を自動的に再始動させる。所定の一時停止条件は、例えば、車両１の車速がゼロ、かつアクセルペダル開度がゼロ、かつブレーキペダルスイッチがオンなどである。所定の復帰条件は、例えば、ブレーキペダルスイッチがオフなどである。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、イグニッションスイッチ２４から出力される信号による始動要求またはアイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じて、スタータリレー１９をオンに制御することによって内燃機関２２を始動させる。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、発電機（ＡＣＧ）２１の発電動作を制御し、発電機２１の発電電圧を任意に変更する。

発電機２１は、例えばベルトなどを介して内燃機関２２のクランク軸（図示略）に連結された交流発電機である。発電機２１は、内燃機関２２の運転時の動力により発電することで発電電力を出力する。発電機２１は、車両１の減速時や燃料供給の停止状態での走行時などにおいて車両１の駆動輪（図示略）から伝達される車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して、回生電力を出力する。なお、発電機２１は、発電および回生による交流出力を直流出力に整流する整流器（図示略）などを備えている。発電機２１は、接地されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。

内燃機関２２は、スタータモータ（ＳＴＭ）２０の駆動力によって始動する。スタータモータ２０は、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８を介したキャパシタ１１またはバッテリ１２からの電圧印加によって回転駆動する。スタータマグネットスイッチ１８は、スタータリレー１９のオンおよびオフに応じてスタータモータ２０への給電有無を切り替える。スタータリレー１９のオンおよびオフはＦＩ−ＥＣＵ１７により制御される。
スタータモータ２０は、例えば、回転軸（図示略）にピニオンギヤ（図示略）を備えている。内燃機関２２は、例えば、スタータモータ２０のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ（図示略）をクランク軸（図示略）に備えている。これによりスタータモータ２０は、ピニオンギヤを内燃機関２２側のリングギヤに噛み合わせることによって、駆動力を内燃機関２２に伝達可能である。
電気的負荷２３は、各種補機類である。電気的負荷２３は、接地されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。

本実施の形態による車両用電源装置１０は上記構成を備えており、次に、この車両用電源装置１０の動作について説明する。

（充放電動作）
以下に、コントローラ１４が制御するキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作について説明する。
コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を、車両１の運転状態に応じた所定の目標電圧に一致させるようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作およびコンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断を制御する。
コントローラ１４は、下記表１に示すように、車両１の運転に応じたキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作として、９つの動作モードＭ０〜Ｍ８を実行する。

先ず、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１の直前までの期間のようにイグニッションスイッチ２４がオフの状態において、停止充電の動作モードＭ０を実行する。この動作モードＭ０において、コントローラ１４は、図３に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧（例えば、接地された負極側端子に対する正極側端子の電位に相当）が過度に低下することを防止する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ１のように、イグニッションスイッチ２４から出力された信号によって内燃機関２２を始動させることを要求する始動要求を受信すると、後述するコンタクタ１５の故障検知を実行した後に、初回始動の動作モードＭ１を実行する。
この動作モードＭ１において、コントローラ１４は、先ず、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とした状態でスタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１のみからの給電によってスタータモータ２０を駆動する。
このとき、後述する所定条件が成立した場合に、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによってコンタクタ１５を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、図４に示すように、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、キャパシタ１１とバッテリ１２とをそれぞれ並列に接続する。そしてコントローラ１４は、キャパシタ１１およびバッテリ１２からの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を始動させる。
なお、この初回始動の動作モードＭ１においては、例えば図２に示す時刻ｔ１のように、キャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して、キャパシタ１１の出力電圧および残容量ＳＯＣは低下する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、Ｉ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行する。この動作モードＭ２において、コントローラ１４は、図５に示すように、運転状態の内燃機関２２の動力により発電する発電機２１から出力される発電電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介した発電機２１からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、発電機２１から電気的負荷２３へと給電するとともに、バッテリ１２の状態に応じて発電機２１からバッテリ１２へと給電する。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。コントローラ１４は、アイドル停止の実行に備えて内燃機関２２の再始動に要する電力をキャパシタ１１に充電するようにして、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまでキャパシタ１１を充電する。
なお、所定のＩ／Ｓ準備電位は、例えば、アイドル停止による所定期間に亘る内燃機関２２の一時停止状態において電気的負荷２３などに対して必要とされる給電を実行可能なキャパシタ１１の残容量ＳＯＣに対応する出力電圧である。

さらに、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態であり、
キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達した状態において、Ｉ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行継続する。この場合、コントローラ１４は、図６に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、第３スイッチング素子ＳＷ３をオンからオフ状態へと切り替え、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定のＩ／Ｓ準備電位に維持する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間のように車両１の減速時などにおいて燃料供給の停止状態では回生充電の動作モードＭ３を実行する。この動作モードＭ３において、コントローラ１４は、図７に示すように、車両１の減速時などにおいて発電機２１から出力される回生電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介した発電機２１からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、発電機２１から電気的負荷２３へと給電するとともに、バッテリ１２の状態に応じて発電機２１からバッテリ１２へと給電する。コントローラ１４は、車両１の駆動輪（図示略）から伝達される車体の運動エネルギーを発電機２１により電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して回生電力を発生させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位以下となる範囲においてキャパシタ１１を充電する。
なお、所定の上限電位は、Ｉ／Ｓ準備電位よりも大きく、例えば、満充電状態（つまり、残容量ＳＯＣ＝１００％）に対応する出力電圧である。

さらに、コントローラ１４は、車両１の減速時などにおいて燃料供給の停止状態であって、キャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位に到達した状態において、回生充電の動作モードＭ３を実行継続する。この場合、コントローラ１４は、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、第３スイッチング素子ＳＷ３をオンからオフ状態へと切り替え、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定の上限電位に維持する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間のように車両１の定速走行状態などであって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、回生放電の動作モードＭ４を実行する。この動作モードＭ４において、コントローラ１４は、図９に示すように、所定のＩ／Ｓ準備電位を上回ってキャパシタ１１に蓄電された回生電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまでキャパシタ１１を放電させる。このとき、コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧を発電機２１の発電電圧指令値よりも高い電圧に設定し、ＦＩ−ＥＣＵ１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧に関係なく、既定通りに発電機２１に対して発電電圧の指令を行なう。

この回生放電の動作モードＭ４において、コントローラ１４は、図１０に示す時刻ｔａ以降のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によって、キャパシタ１１を放電させる場合に、キャパシタ１１の出力電圧を発電機２１の発電電圧よりも所定の放電電圧増分だけ大きくする。これによりコントローラ１４は、発電機２１の発電電圧に対する指示電圧を変更せずに間接的に発電機２１の発電を抑制または停止させる。
つまり、コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を発電機２１の発電電圧よりも大きくすることにより、発電機２１の発電電圧に対する指令値が不変であっても、発電機２１の発電電流を徐々に低下させ、意図的に発電機２１を停止させる必要無しに間接的に発電機２１の発電を抑制または停止させる。したがって、電気的負荷２３に対する給電の主体が発電機２１からキャパシタ１１に変化する場合であっても、コントローラ１４は、制御対象を発電機２１からキャパシタ１１に変更する必要無しにバッテリ１２および発電機２１に対する制御を維持することができる。さらに、コントローラ１４は、発電機２１の発電電圧に対する指令値を変更せずに制御を維持することによって、キャパシタ１１の放電が終了した場合であっても、電気的負荷２３に印加される電圧が変動してしまうことを防止することができる。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間のように車両１の停車状態（速度がゼロの状態）であって、アイドル停止の実行状態において、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５を実行する。この動作モードＭ５において、コントローラ１４は、図１１に示すように、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態において、所定のＩ／Ｓ下限電位を上回ってキャパシタ１１に蓄電されている電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位に到達するまで、復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な電力を確保しつつキャパシタ１１を放電させる。

なお、所定のＩ／Ｓ下限電位は、Ｉ／Ｓ準備電位よりも小さく、例えば、一時停止状態の内燃機関２２をスタータモータ２０の駆動力によって再始動させるために必要とされる適正な給電を実行可能な残容量ＳＯＣに対応する出力電圧である。また、キャパシタ１１による適正な給電とは、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下しないようにしてキャパシタ１１が放電するものである。このためコントローラ１４は、図１１に示すように、バッテリ１２から電気的負荷２３への給電に加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電可能である。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止する。なお、最低保障電位は、Ｉ／Ｓ下限電位よりも小さく、例えば、キャパシタ１１を適正な状態に維持するために必要な出力電圧である。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ７から時刻ｔ８の直前までの期間のように車両１の停車状態（速度がゼロの状態）であって、アイドル停止状態であり、キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位に到達した状態において、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６を実行する。この動作モードＭ６において、コントローラ１４は、図１２に示すように、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態においてバッテリ１２に蓄電されている電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、バッテリ１２から電気的負荷２３へと給電する。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定のＩ／Ｓ下限電位に維持し、復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な最小限の電力を確保したキャパシタ１１からの放電を禁止する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８のように、アイドル停止による一時停止状態の内燃機関２２を再始動させることを要求する復帰要求を受信すると、ＥＮＧ再始動の動作モードＭ７を実行する。この動作モードＭ７において、コントローラ１４は、図１３に示すように、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を接続状態とする。コントローラ１４は、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、並列に接続されたキャパシタ１１のみからの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を再始動させる。
コントローラ１４は、バッテリ１２から電気的負荷２３へと給電するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧および残容量ＳＯＣがキャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して低下したとしても、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止する。

なお、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８のように、ＥＮＧ再始動の動作モードＭ７を実行した場合に、キャパシタ１１のみからスタータモータ２０への給電によって内燃機関２２を再始動させることができなかった場合には、図１４に示すように、コンタクタリレー１６のオンによってコンタクタ１５を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１およびバッテリ１２からの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を再始動させる。
コントローラ１４は、内燃機関２２の再始動を開始してから所定の時間の経過後に回転数センサ２７により検出された内燃機関２２の回転数（エンジン回転数ＮＥ）が所定回転数以下の場合、または、ＦＩ−ＥＣＵ１７から出力された内燃機関２２の始動エラーを示す信号を受信した場合などに、内燃機関２２を再始動させることができなかったと判断する。

コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動した場合に、アイドル停止の次回の実行を禁止する。なお、コントローラ１４は、単にコンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動したか否かに限らず、この再始動の累計回数を算出し、累計回数が所定回数以上（例えば、１回以上）の場合にアイドル停止の次回の実行を禁止してもよい。また、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動した際に、バッテリ１２の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下した場合にアイドル停止の次回の実行を禁止してもよい。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、上述したＩ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行する。

次に、コントローラ１４は、イグニッションスイッチ２４がオンからオフに切り替えられたときから所定期間に亘って、車両１の停止時の動作モードＭ８を実行する。この動作モードＭ８において、コントローラ１４は、図１５に示すように、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１からバッテリ１２および電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させ、車両１の停止時におけるキャパシタ１１の劣化を抑制する。より詳細には、コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。
なお、コントローラ１４は、車両１の停止時におけるキャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止するために、バッテリ１２から電気的負荷２３への給電に加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。

コントローラ１４は、イグニッションスイッチ２４がオフとされて車両１が停止状態となった場合には、スタータモータ２０の駆動による内燃機関２２の再始動が必要となるアイドル停止の次回の実行の禁止（つまり、スタータモータ２０の駆動禁止）を解除する。

上述したように、本実施の形態による車両用電源装置１０によれば、電気的負荷２３に対して並列に接続されたキャパシタ１１、バッテリ１２、および発電機２１において、キャパシタ１１を放電させる場合であっても、バッテリ１２および発電機２１に対する制御を不変に維持することができる。つまり、キャパシタ１１の出力電圧を発電機２１の発電電圧よりも大きくすることにより、意図的に発電機２１を停止させる必要無しに間接的に発電機２１の発電を抑制または停止させることができる。これにより、電気的負荷２３に対する給電の主体が発電機２１からキャパシタ１１に変化する場合であっても、制御対象を発電機２１からキャパシタ１１に変更する必要無しにバッテリ１２および発電機２１に対する制御を維持することができる。さらに、発電機２１の発電電圧に対する指令値を変更せずに制御を維持することによって、キャパシタ１１の放電が終了した場合であっても、電気的負荷２３に印加される電圧が変動してしまうことを防止することができる。

なお、上述した実施形態においては、制御対象を発電機２１からキャパシタ１１に変更する必要無しにバッテリ１２および発電機２１に対する制御を維持することができる、としたが、これに限定されない。例えば、電気的負荷２３の条件に応じては、コントローラ１４からキャパシタ１１に対して制御指令の変更要求が出力されてもよく、この変更要求のみでバッテリ１２および発電機２１に対する制御を維持することも可能である。例えば、電気的負荷２３としてのヘッドライトが点灯されたときに、この点灯時の発電機２１の発電電圧よりもキャパシタ１１の出力電圧が大きくなることを指示する制御指令の変更要求がコントローラ１４から出力されることによって、バッテリ１２および発電機２１に対する制御は不変に維持される。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３はＨブリッジの昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであるとしたが、これに限定されず、他の構成を有する昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
例えば、上述した実施の形態において、コンタクタ１５は、他のスイッチであってもよい。

１ 車両
１０ 車両用電源装置
１１ キャパシタ（第２電源）
１２ バッテリ（第１電源）
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４ コントローラ（制御手段）
１５ コンタクタ
１６ コンタクタリレー
１７ ＦＩ−ＥＣＵ
２０ スタータモータ
２１ 発電機
２２ 内燃機関
２３ 電気的負荷

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る車両用電源装置は、第１電源（例えば、実施の形態でのバッテリ１２）と、前記第１電源に並列に接続された第２電源（例えば、実施の形態でのキャパシタ１１）と、前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１３）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１電源側で前記第１電源に並列に接続された発電機（例えば、実施の形態での発電機２１）および電気的負荷（例えば、実施の形態での電気的負荷２３）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記発電機を制御する制御手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４）と、を備え、前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源から前記電気的負荷への給電によって、前記第２電源を放電させる場合に、前記第２電源の出力電圧を前記発電機の発電電圧よりも大きくする。
（２）上記（１）に記載の車両用電源装置は、所定条件に応じて内燃機関を停止および再始動させる機能を有する車両に備えられる車両用電源装置であって、前記第２電源は、出力電圧に対してアイドル停止状態で必要とされるアイドル停止準備電位を有し、前記制御手段は、前記第２電源の出力電圧が前記アイドル停止準備電位以上の場合に前記第２電源を放電させる。
（３）上記（２）に記載の車両用電源装置では、前記第２電源は、出力電圧に対して、前記アイドル停止準備電位よりも小さく、前記アイドル停止状態で必要とされる下限のアイドル停止下限電位を有し、前記制御手段は、前記アイドル停止状態で前記第２電源の出力電圧が前記アイドル停止下限電位以上の場合に前記第２電源を放電させる。
（４）上記（３）に記載の車両用電源装置では、前記制御手段は、車両減速状態で前記第２電源の出力電圧が前記アイドル停止準備電位以上になるように前記第２電源を充電する。
（５）上記（４）に記載の車両用電源装置では、前記アイドル停止下限電位は、前記アイドル停止状態で車両始動装置を起動させるために必要な電位以上である。

Claims (1)

1. 第１電源と、
   前記第１電源に並列に接続された第２電源と、
   前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記第１電源側で前記第１電源に並列に接続された発電機および電気的負荷と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記発電機を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源から前記電気的負荷への給電によって、前記第２電源を放電させる場合に、前記第２電源の出力電圧を前記発電機の発電電圧よりも大きくする、
   ことを特徴とする車両用電源装置。

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