JP6136792B2

JP6136792B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP6136792B2
Application number: JP2013188483A
Authority: JP
Inventors: 山下　丈晴; 丈晴山下; 和也小谷
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP2015054592A

Description

本発明は、車両の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置に関する。

近年、車両の燃費性能を改善する観点から、車両の減速時に集中的に発電を行うことによってエンジンの負担を軽減する、いわゆる減速回生システムを採用した車両が増えつつある。

減速回生システムを採用した車両では、減速時に発電される大容量の電力を短時間で充電するために、従来から広く使われてきた鉛バッテリとは別に、鉛バッテリよりも急速な充放電が可能なキャパシタが搭載されることが多い（例えば下記特許文献１参照）。このように、特性の異なる２種類の蓄電装置を搭載することにより、減速時に発生する電力を無駄なく回収しつつ、十分に大きな充電容量を確保することが可能となる。

一方、下記特許文献２には、鉛バッテリとキャパシタという組合せではないが、やはり２種類の蓄電装置を備えた車両用電源装置が開示されている。具体的に、特許文献２の車両用電源装置は、蓄電装置としての鉛バッテリおよびリチウムイオンバッテリと、鉛バッテリと電気負荷との接続、およびリチウムイオンバッテリとスタータ（エンジン始動装置）との接続を断続するスイッチとを備えている。スイッチは、スタータが駆動されるエンジン始動時にオフ操作（開）される。

エンジン始動時に上記スイッチがオフ操作されると、スタータには鉛バッテリのみから電力が供給されることになる。このとき、スタータで大量の電力が消費されることにより、鉛バッテリの電圧は一時的に大きく低下するが、鉛バッテリと電気負荷との接続が上記スイッチのオフ操作により遮断されているので、上記鉛バッテリの電圧低下の影響は電気負荷には及ばない。電気負荷の消費電力は、リチウムイオンバッテリからの電力供給によって安定的に賄われることになる。

特開２００８−１９０３２３号公報特開２０１１−２０８５９９号公報

ここで、上記特許文献２の構成において、例えば車両が長期間に亘って放置されたようなケースを想定すると、このときのリチウムイオンバッテリの電圧は、自然放電によって低下していると考えられる。このような状態でエンジンが始動されると、リチウムイオンバッテリから電気負荷への電力の供給量が不足し、電気負荷が作動不良に陥るおそれがある。もちろん、エンジンにより発電機を駆動してその発電機から電気負荷に電力を供給することも考えられるが、上記特許文献２では、発電機とリチウムイオンバッテリとが常時つながっているので、リチウムイオンバッテリの電圧が回復するまでは発電電力が主にリチウムイオンバッテリの充電に回され、結局のところ電気負荷への供給電力が不足するおそれがある。このことは、リチウムイオンバッテリの代わりにキャパシタを用いた場合に、より顕著となる。すなわち、充放電効率のよいキャパシタでは、その電圧が車両の長期間放置に伴って大幅に低下するので、エンジン始動時に電気負荷への供給電力が不足するという上記のような事態がより起きやすくなる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、車両の長期放置等が原因で蓄電装置の電圧が低下した場合でも、電気負荷に安定的に電力を供給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する。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、車両の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置であって、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、上記発電機と接続された充放電可能な第１蓄電装置と、上記発電機と接続され、上記第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第２蓄電装置と、上記発電機と第２蓄電装置との接続を断続可能な第１断続手段と、上記発電機と第１蓄電装置との接続、および上記発電機と電気負荷との接続を断続可能な第２断続手段と、上記第２蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、エンジンを始動するイグニッションスイッチの操作状態を検出するイグニッションスイッチ検出手段と、上記イグニッションスイッチ検出手段によりイグニッションスイッチがオン操作されたことが検出され、かつ上記電圧検出手段により第２蓄電装置の電圧が所定の閾値未満であることが検出された場合に、上記発電機に発電を行わせるとともに、その発電電力が上記第２蓄電装置に供給されないように、上記第１断続手段をオフ操作しかつ上記第２断続手段をオン操作する第１の制御を実行し、当該第１の制御の実行中に上記イグニッションスイッチ検出手段によりイグニッションスイッチがオフ操作されたことが検出された場合に、上記第１蓄電装置から上記第２蓄電装置に電力が供給されるように、上記第１、第２断続手段の双方をオン操作する第２の制御を実行する制御手段とを備えた、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、第２蓄電装置の電圧が閾値未満にまで低下した状態でのエンジン始動時に、第１断続手段をオフ操作するとともに第２断続手段をオン操作する第１の制御が実行されるので、発電機で発電された電力が電圧の低い（言い換えれば電力の吸収代が大きい）第２蓄電装置に供給されることが禁止され、発電電力の多くを電気負荷に供給することが可能になる。これにより、電気負荷での消費電力を不足なく賄うことができ、電気負荷の作動不良等が起きるのを確実に防止することができる。

一方、上記第１の制御の実行中にエンジンが停止された場合には、第１、第２断続手段の双方をオン操作する第２の制御が実行されることにより、第１蓄電装置に充電されていた電力が第２蓄電装置に供給されて、第２蓄電装置が充電される。この充電により第２蓄電装置の電圧が回復すると、次回エンジンが始動されたときには上記第１の制御を実行することが不要となるので、発電機での発電電力を、オン状態の第１断続手段を通じて急速充電可能な第２蓄電装置に供給することが可能になる。これにより、車両の減速時に集中的に発電を行ってその発電電力を回収する減速回生制御が可能になるので、減速時以外の走行シーンにおいてエンジンにかかる負担（発電機からエンジンに加わる抵抗）を低減でき、燃費性能を効果的に向上させることができる。

本発明の車両用電源装置は、好ましくは、上記発電機で発電された電力を降圧した上で上記電気負荷または第１蓄電装置に供給するための変換器と、上記発電機と電気負荷とを上記変換器を介さずに接続するとともに、上記第１蓄電装置と第２蓄電装置とを上記変換器を介さずに接続するバイパスラインとをさらに備え、上記バイパスラインに上記第２断続手段が設けられる（請求項２）。

この構成によれば、第１の制御の実行時、第２断続手段がオン操作されることにより、発電機で発電された電力が変換器を介さずに（バイパスラインを通じて）電気負荷または第１蓄電装置に供給される。これにより、変換器での電圧変換ロスを伴うことなく電気負荷または第１蓄電装置に電力を供給することができるので、仮に電気負荷の消費電力が多く第１蓄電装置の電圧が大幅低下していたような場合でも（つまり電気負荷および第１蓄電装置の双方にかなり多くの電力を供給する必要がある場合でも）、発電機の電圧（発電量）をそれほど高く設定する必要がなくなり、発電機からエンジンに加わる抵抗が大幅に増大するのを抑制することができる。

一方、第２の制御の実行時においては、やはり第２断続手段がオン操作されて、バイパスラインを通じて第１蓄電装置から第２蓄電装置に電力が供給されるので、仮にバイパスラインではなく変換器を通じて第１蓄電装置から第２蓄電装置に電力を供給しようとした場合と異なり、変換器として一方向の電力供給のみを許容する安価なタイプのものを使用することができ、部品コストを抑制することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記電圧検出手段は、上記第２蓄電装置の電圧を直接検出する第１電圧センサと、上記変換器に内蔵され、該変換器の入力側電圧を検出することにより間接的に上記第２蓄電装置の電圧を検出する第２電圧センサとを含み、上記制御手段は、上記第１、第２電圧センサによる検出値の間に所定値以上の差がある場合に、いずれかの電圧センサが故障していると判定し、故障と判定した側の電圧センサの検出値を無視する（請求項３）。

この構成によれば、故障したセンサの検出値に基づいて第２蓄電装置の電圧を判定してしまうことが回避され、第２蓄電装置の電圧検出精度が向上する。

以上説明したように、本発明の車両用電源装置によれば、車両の長期放置等が原因で蓄電装置の電圧が低下した場合でも、電気負荷に安定的に電力を供給することができる。

本発明の一実施形態にかかる電源装置が搭載された車両の電気的構成を示す回路図である。上記電源装置の制御系統を示すブロック図である。エンジンの始動時と停止時に行われる制御の具体的手順を示すフローチャートである。図３におけるステップＳ４，Ｓ５の制御（第１の制御）が実行された場合に実現される電気の流れを示す説明図である。図３におけるステップＳ８の制御（第２の制御）が実行された場合に実現される電気の流れを示す説明図である。上記実施形態の変形例を説明するための図である。

（１）車両の全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる電源装置が搭載された車両の電気的構成を示す回路図である。本図に示される車両は、エンジンルームに設けられた図外のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）から動力を得て発電するオルタネータ１と、オルタネータ１と電気的に接続され、オルタネータ１で発電された電力を蓄えるバッテリ２およびキャパシタ３と、オルタネータ１で発電された電力を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、電力を消費する各種電装品からなる電気負荷５と、エンジンの始動時に駆動されてエンジンをクランキングするスタータ６とを備えている。なお、オルタネータ１は請求項にいう「発電機」に相当し、バッテリ２は請求項にいう「第１蓄電装置」に相当し、キャパシタ３は請求項にいう「第２蓄電装置」に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は請求項にいう「変換器」に相当する。

オルタネータ１は、エンジンの出力軸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もので、磁界を発生されるフィールドコイルへの印加電流の増減に応じて最大２５Ｖまでの範囲で発電電圧を調節することが可能である。また、オルタネータ１には、発電された交流電力を直流電力に変換する整流器（図示省略）が内蔵されている。つまり、オルタネータ１で発電された電力は、この整流器で直流に変換された後に各部に送電される。

バッテリ２は、車両用の蓄電装置として一般的な公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池である。このようなバッテリ２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がある。

キャパシタ３は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を複数個連結して大容量化したもので、最大２５Ｖまで充電することが可能である。このようなキャパシタ３は、上記バッテリ２とは異なり、電解質イオンの物理的な吸着によって電気を蓄えるものであるため、比較的急速な充放電が可能で、内部抵抗も少ないという特性がある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、内蔵するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング動作）によって電圧を変化させるスイッチング方式のものである。なお、当実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、オルタネータ１またはキャパシタ３の側から電気負荷５またはバッテリ２の側に（つまり図中左側から右側に）供給される電力の電圧をスイッチング動作により降圧する機能を有しているが、これ以外の機能、例えば上記とは反対方向（つまり図中右側から左側への）電力の供給を許容したり、電圧を昇圧したりする機能は有していない。

オルタネータ１とキャパシタ３とは給電用の第１ライン７を介して互いに接続されている。第１ライン７からは第２ライン８が分岐しており、この第２ライン８の途中にＤＣ／ＤＣコンバータ４が介設されている。第２ライン８からは第３ライン９が分岐しており、この第３ライン９を介してバッテリ２と第２ライン８とが互いに接続されている。第３ライン９からは第４ライン１０が分岐しており、この第４ライン１０を介してスタータ６とバッテリ２とが互いに接続されている。

第１ライン７における第２ライン８との分岐点からキャパシタ３までの間の部位には、オルタネータ１とキャパシタ３との接続を断続するためのキャパシタ遮断リレー１２が設けられている。キャパシタ遮断リレー１２は、請求項にいう「第１断続手段」に相当するもので、オルタネータ１からキャパシタ３への給電を許可するオン状態（閉）と、同給電を遮断するオフ状態（開）とに切り替え可能とされている。

さらに、第１ライン７からは第２ライン８と並列にバイパスライン１１が分岐しており、このバイパスライン１１はＤＣ／ＤＣコンバータ４よりも出力側に位置する第２ライン８の途中部に接続されている。つまり、バイパスライン１１は、オルタネータ１と電気負荷５とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するとともに、バッテリ２とキャパシタ３とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するものである。これらの接続を断続するために、バイパスライン１１にはバイパスリレー１３が設けられている。バイパスリレー１３は、請求項にいう「第２断続手段」に相当するもので、バイパスライン１１を通じた（ＤＣ／ＤＣコンバータ４をバイパスした）給電を許可するオン状態（閉）と、同給電を遮断するオフ状態（開）とに切り替え可能とされている。

電気負荷５には、ドライバーによるステアリング操作を電気モータ等の駆動力を用いてアシストする電動式のパワーステアリング機構２１（以下、ＥＰＡＳと略称する）の他、エアコン２２、オーディオ２３等が含まれている。これらＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３等の電気負荷は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられた第２ライン８か、またはＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられていないバイパスライン１１を介して、第１ライン７と接続されている。

さらに、当実施形態の電気負荷５には、上記ＥＰＡＳ１０等の電気負荷以外に、ＰＴＣヒータ２５およびグロープラグ２６も含まれている。ＰＴＣヒータ２５は、通電加熱により室内を暖房するためのヒータであり、グロープラグ２６は、エンジン（当実施形態ではディーゼルエンジン）の冷間始動時に通電加熱によりエンジンの燃焼室を温めるためのヒータである。これらＰＴＣヒータ２５およびグロープラグ２６は、スタータ６と並列にバッテリ２に接続されている。

（２）制御系統
図２は、当実施形態の車両用電源装置の制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、上述したオルタネータ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、スタータ６、キャパシタ遮断リレー１２、バイパスリレー１３、電気負荷５（ＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３‥‥）等の部品は、各種信号線を介してコントローラ３０と接続されており、コントローラ３０からの指令に基づき制御される。コントローラ３０は、従来周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータであり、請求項にいう「制御手段」に相当するものである。

また、コントローラ３０は、車両に設けられた各種センサ類と信号線を介して接続されている。具体的に、当実施形態の車両には、電圧センサＳＮ１、運転状態検出手段ＳＮ２、イグニッションスイッチセンサＳＮ３、およびその他スイッチ検出手段ＳＮ４が設けられており、これらのセンサ類により検出された情報がコントローラ３０に逐次入力されるようになっている。

電圧センサＳＮ１は、図１にも示すように、キャパシタ３の電圧を検出するセンサであり、請求項にいう「電圧検出手段」に相当するものである。

運転状態検出手段ＳＮ２は、車両もしくはエンジンの状態に関する物理量を検出するセンサ類の総称であり、例えば、車両の走行速度を検出する車速センサ、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ、アクセルペダルやブレーキペダルの操作量または操作力を検出するアクセル／ブレーキセンサ等が含まれる。この運転状態検出手段ＳＮ２からの入力情報に基づいて、コントローラ３０は、例えば、車両が減速しているか加速しているか、減速／加速の度合いはどの程度かといった情報を得ることができる。

イグニッションスイッチセンサＳＮ３は、エンジンを始動または停止する際にドライバーにより操作される図外のイグニッションスイッチの操作状態を検出するセンサであり、請求項にいう「イグニッションスイッチ検出手段」に相当するものである。

その他スイッチ検出手段ＳＮ４は、イグニッションスイッチ以外のスイッチ類の操作状態を検出するセンサの総称であり、例えばエアコンやオーディオ等の操作スイッチの操作状態を検出するセンサ等が含まれる。

コントローラ３０は、上記各センサ類ＳＮ１〜ＳＮ４からの入力情報に基づいて、オルタネータ１による電力発電量、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による降圧動作、電気負荷５およびスタータ６の駆動／停止、リレー１２，１３のオン／オフ操作等を制御する。以下、このコントローラ３０による制御動作の具体例について詳しく説明する。

（３）制御動作
当実施形態の車両用電源装置は、車両の減速時に集中的に発電を行ういわゆる減速回生制御を実行可能である。このため、車両の走行中、電源装置の各部は、コントローラ３０によって次のように制御される。

車両の減速時は、オルタネータ１による発電が積極的に行われて、最大で２５Ｖの発電電力が生成される。このオルタネータ１での発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４によって１２Ｖまで降圧された後に電気負荷５に供給される。また、電気負荷５での消費電力を超える余剰の電力は、キャパシタ３に供給されて充電される。キャパシタ３は、既に説明したように急速な充電が可能であるため、余剰電力はキャパシタ３によって効率よく回収されることになる。ただし、キャパシタ３が既に満充電状態（２５Ｖ）にある場合には、キャパシタ３にそれ以上充電することができないため、余剰電力はバッテリ２の充電に回される。

一方、車両の減速時以外の走行シーンでは、オルタネータ１からエンジンに加わる抵抗を少なくするために、オルタネータ１による発電が極力抑制される。例えば、オルタネータ１による発電が行われないとき、電気負荷５での消費電力は、主にキャパシタ３の充電電力によって賄われる。つまり、キャパシタ３に充電されていた最大で２５Ｖの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により１２Ｖまで降圧された後に電気負荷５に供給される。ただし、キャパシタ３の電圧が十分に高くない場合、もしくは電気負荷５での消費電力が比較的多い場合には、キャパシタ３の充電電力だけでは電気負荷５での消費電力を賄うことができない。そこで、このような場合には、オルタネータ１での発電が必要最小限行われて、このオルタネータ１で発電された電力が利用されるとともに、必要に応じてバッテリ２から放電される電力も利用される。このような制御により、車両の走行中のキャパシタ３の充電電力は、常にある一定のレベル以上に保たれる。当実施形態では、キャパシタ３の電圧が１２〜２５Ｖの範囲に収まるように、キャパシタ３への充放電が制御される。

上記のように、当実施形態では、車両の減速時には主にオルタネータ１からＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じて電気負荷５に電力が供給され、車両の減速時以外はキャパシタ３からＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じて電気負荷５に電力が供給される。このため、車両の走行中は、原則として、バイパスライン１１を通じた給電が行われることはなく、キャパシタ３が第１ライン７から切り離されることもない。このため、図１に示すように、バイパスリレー１３は常にオフ状態（開）に維持され、キャパシタ遮断リレー１２は常にオン状態（閉）に維持される。

しかしながら、車両が長期間放置された後にエンジンが始動されたような場合には、キャパシタ３の自然放電によってキャパシタ３の電圧が大幅に低下していることが想定される。このような状況下において、上述した通常どおりのリレー操作を実行すると（つまりバイパスリレー１３をオフしてキャパシタ遮断リレー１２をオンすると）、次のような不具合が生じる。

キャパシタ３の電圧が大幅に低下している状態で、キャパシタ遮断リレー１２をオンしたままエンジンが始動されると、その後直ぐにオルタネータ１による発電を開始しても、その発電電力は、自ずと電圧の低いキャパシタ３へと供給されるので、オルタネータ１から電気負荷５に対しほとんど電力が供給されなくなる。このため、キャパシタ３が十分に充電されてその電圧が回復するまで（例えば１２Ｖを超えるまで）の間は、電気負荷５での消費電力は、そのほとんどがバッテリ２からの放電電力によって賄われることになる。このとき、バッテリ２の電圧はスタータ６駆動時の大電流消費に伴い低下しているから、バッテリ２から電気負荷５に供給される電力は少なくならざるを得ない。このような状況下で、例えばＥＰＡＳ（電動パワーステアリング機構）２１のような比較的消費電力の多い電気負荷が作動すると、各電気負荷に供給される電圧がさらに低下するので、電気負荷の作動不良が起きたり、最悪のケースでは、コントローラ３０に供給される電力の電圧が必要最小電圧（マイコンを正常に作動させるのに必要な下限の電圧）を下回ってエンストが起きる可能性がある。

そこで、このような不具合を防止すべく、当実施形態では、エンジン始動時と停止時に、それぞれ次のような制御が行われる。

図３は、エンジンの始動時と停止時にコントローラ３０により行われる制御の具体的手順を示すフローチャートである。まず、コントローラ３０は、イグニッションスイッチセンサＳＮ３からの入力情報に基づいて、イグニッションスイッチがオン操作されたか否か（つまりドライバーがエンジンを始動させる操作を行ったか否か）を判定する処理を実行する（ステップＳ１）。

上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されてイグニッションスイッチがオン操作されたことが確認された場合、コントローラ３０は、スタータ６を駆動するなどしてエンジンを始動する制御を実行する（ステップＳ２）。また、これと合わせて、電圧センサＳＮ１からの入力情報に基づいて、キャパシタ３の電圧が８Ｖ未満であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ３）。

上記ステップＳ３でＮＯと判定されてキャパシタ３の電圧が８Ｖ以上であることが確認された場合、コントローラ３０は、通常どおりのリレー制御を実行する。つまり、図１に示したように、キャパシタ遮断リレー１２をオン操作する（閉じる）とともに、バイパスリレー１３をオフ操作する（開く）制御を実行する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。そして、オルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加してオルタネータ１に発電を行わせる（ステップＳ１３）。

これに対し、上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてキャパシタ３の電圧が８Ｖ未満であることが確認された場合、コントローラ３０は、上記ステップＳ１１，Ｓ１２とは逆に、キャパシタ遮断リレー１２をオフ操作する（開く）とともに、バイパスリレー１３をオン操作する（閉じる）制御を実行する（ステップＳ４，Ｓ５）。そして、オルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加してオルタネータ１に発電を行わせる（ステップＳ６）。

上記ステップＳ４，Ｓ５の制御を、以下では「第１の制御」と称する。この第１の制御が実行されると、図４に示すように、オルタネータ１で発電された電力が、オン状態にあるバイパスリレー１３を通じて（つまりＤＣ／ＤＣコンバータ４をバイパスして）電気負荷５およびバッテリ２へと供給される。一方、キャパシタ遮断リレー１２はオフ状態にあるので、オルタネータ１での発電電力がキャパシタ３に供給されることはない。

上記第１の制御の実行に伴い、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフ操作されたか否かを判定し（ステップＳ７）、ここでの判定がＮＯ（つまりイグニッションオン）である限り、第１の制御を継続する。これにより、エンジンの稼働中は第１の制御が継続されることになるので、エンジンの稼動中はキャパシタ３への充電が行われることはなく、キャパシタ３の電圧は８Ｖ未満のままとなる。

一方、上記ステップＳ７でＹＥＳと判定されてイグニッションスイッチがオフ操作された（つまりエンジンが停止された）ことが確認された場合、コントローラ３０は、キャパシタ遮断リレー１２をオフ状態からオン状態に切り替える制御を実行する（ステップＳ８）。なお、バイパスリレー１３についてはオン状態のまま変更されないので、このステップＳ８の制御により、キャパシタ遮断リレー１２とバイパスリレー１３の双方がオン状態とされる。

上記ステップＳ８の制御を、以下では「第２の制御」と称する。この第２の制御が実行されると、図５に示すように、バッテリ２に充電されていた電力が、オン状態にあるバイパスリレー１３およびキャパシタ遮断リレー１２を通じてキャパシタ３に供給され、キャパシタ３への充電が開始される。

上記第２の制御の実行に伴い、コントローラ３０は、キャパシタ３の電圧が１２Ｖを超えたか否かを判定し（ステップＳ９）、ここでの判定がＮＯ（つまり電圧が１２Ｖ以下）である限り、第２の制御を継続する。

一方、上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されてキャパシタ３の電圧が１２Ｖを超えたことが確認された場合、コントローラ３０は、バイパスリレー１３をオフ操作する制御を実行する（ステップＳ１０）。これにより、図１に示した通常状態に復帰するので、バッテリ２からキャパシタ３への電力の供給（キャパシタ３への充電）が停止される。

（４）作用
以上説明したとおり、当実施形態の車両用電源装置では、イグニッションスイッチがオン操作されたことが検出され、かつキャパシタ３の電圧が８Ｖ未満であることが検出された場合に、キャパシタ遮断リレー１２をオフ操作する（開く）とともにバイパスリレー１３をオン操作する（閉じる）第１の制御が実行され、当該第１の制御の実行中にイグニッションスイッチがオフ操作されたことが検出された場合に、キャパシタ遮断リレー１２およびバイパスリレー１３の双方をオン操作する（閉じる）第２の制御が実行される。このような構成によれば、車両の長期放置等が原因でキャパシタ３の電圧が低下した場合でも、電気負荷５に安定的に電力を供給することができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、キャパシタ３の電圧が８Ｖ未満にまで低下した状態でのエンジン始動時に、キャパシタ遮断リレー１２をオフ操作するとともにバイパスリレー１３をオン操作する第１の制御が実行されるので、オルタネータ１で発電された電力が電圧の低い（言い換えれば電力の吸収代が大きい）キャパシタ３に供給されることが禁止され、発電電力の多くを電気負荷５に供給することが可能になる（図４参照）。これにより、電気負荷５での消費電力を不足なく賄うことができ、電気負荷５の作動不良等が起きるのを確実に防止することができる。

一方、上記第１の制御の実行中にエンジンが停止された場合には、キャパシタ遮断リレー１２およびバイパスリレー１３の双方をオン操作する第２の制御が実行されることにより、バッテリ２に充電されていた電力がキャパシタ３に供給されて、キャパシタ３が充電される（図５参照）。この充電によりキャパシタ３の電圧が回復すると、次回エンジンが始動されたときには上記第１の制御を実行することが不要となるので、オルタネータ１での発電電力を、オン状態のキャパシタ遮断リレー１２を通じて急速充電可能なキャパシタ３に供給することが可能になる（図１参照）。これにより、車両の減速時に集中的に発電を行ってその発電電力を回収する減速回生制御が可能になるので、減速時以外の走行シーンにおいてエンジンにかかる負担（オルタネータ１からエンジンに加わる抵抗）を低減でき、燃費性能を効果的に向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１の制御の実行時、バイパスリレー１３がオン操作されることにより、オルタネータ１で発電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに（バイパスライン１１を通じて）電気負荷５またはバッテリ２に供給される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４での電圧変換ロスを伴うことなく電気負荷５またはバッテリ２に電力を供給することができるので、仮に電気負荷５の消費電力が多くバッテリ２の電圧が大幅低下していたような場合でも（つまり電気負荷５およびバッテリ２の双方にかなり多くの電力を供給する必要がある場合でも）、オルタネータ１の電圧（発電量）をそれほど高く設定する必要がなくなり、オルタネータ１からエンジンに加わる抵抗が大幅に増大するのを抑制することができる。

一方、第２の制御の実行時においては、やはりバイパスリレー１３がオン操作されて、バイパスライン１１を通じてバッテリ２からキャパシタ３に電力が供給されるので、仮にバイパスライン１１ではなくＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じてバッテリ２からキャパシタ３に電力を供給しようとした場合と異なり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４として一方向の（図中左側から右側への）電力供給のみを許容する安価なタイプのものを使用することができ、部品コストを抑制することができる。

（５）変形例
以上のような実施形態（図１〜図５）は、本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。以下、代表的な変形例をいくつか説明する。

＜変形例１＞
上記実施形態では、キャパシタ３の電圧を電圧センサＳＮ１により検出したが、図１等の回路図から明らかなように、キャパシタ遮断リレー１２がオン状態であるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側（図中左側）の電圧がキャパシタ３の電圧と一致するので、キャパシタ３の電圧に代えて（あるいはキャパシタ３の電圧に加えて）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側電圧を検出してもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ４には、通常、その入力側電圧を検出する電圧センサが内蔵されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側電圧は、その内蔵された電圧センサを用いて検出することができる。

上記のようにＤＣ／ＤＣコンバータ４に内蔵された電圧センサを用いる場合の具体的な制御例を、変形例１とする。図６は、この変形例１にかかる車両用電源装置の回路図である。この図６の回路図は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に内蔵された電圧センサをＳＮ５として図示したこと以外は、全て図１に示した回路図と同じである。よって、キャパシタ３には、図１と同じく電圧センサＳＮ１が設けられている。以下では、キャパシタ３の電圧を検出する電圧センサＳＮ１を「第１電圧センサ」、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側電圧を検出する電圧センサＳＮ５を「第２電圧センサ」と称する。第１電圧センサＳＮ１は、キャパシタ３の電圧を直接検出するセンサということができ、第２電圧センサＳＮ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側電圧を検出することにより間接的にキャパシタ３の電圧を検出するセンサということができる。

図６に示す変形例１では、キャパシタ３の電圧を検出する手段として第１、第２電圧センサＳＮ１，ＳＮ５が設けられているので、例えば図３のフローチャートにおけるステップＳ３，Ｓ９の処理のとき、コントローラ３０は、第１、第２電圧センサＳＮ１，ＳＮ５の双方から入力される情報に基づいてキャパシタ３の電圧を判定することができる。キャパシタ３の電圧を具体的にどのように決定するかは種々考えられるが、例えば、第１電圧センサＳＮ１により検出された電圧と第２電圧センサＳＮ５により検出された電圧との平均値を算出して、その平均値をキャパシタ３の電圧として決定することが考えられる。

ここで、上記のように２つの電圧センサＳＮ１，ＳＮ５の検出値を用いてキャパシタ３の電圧を決定する場合において、各電圧センサＳＮ１，ＳＮ５の検出値の間に大きな差が生じることがある。上述したとおり、キャパシタ３の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側電圧とは本来同一になるはずなので、各電圧センサＳＮ１，ＳＮ５の検出値のずれ量が大きいということは、いずれかのセンサが故障している可能性が高い。

そこで、図６に示す変形例１において、第１、第２電圧センサＳＮ１，ＳＮ５による検出値の間に所定値以上の差があることが確認された場合、コントローラ３０は、いずれかのセンサが故障していると判定し、故障と判定した側の電圧センサの検出値を無視する。このようにすれば、故障したセンサの検出値に基づいてキャパシタ３の電圧を判定してしまうことが回避され、キャパシタ３の電圧検出精度が向上する。

＜その他の変形例＞
上記実施形態では、バッテリ２よりも急速な充放電が可能な蓄電装置（請求項にいう第２蓄電装置）として、複数の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）からなるキャパシタ３を用いたが、このようなキャパシタ３以外の蓄電装置を第２蓄電装置として使用することも可能である。その一例として、リチウムイオンキャパシタを挙げることができる。なお、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタとは異なり、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵可能な炭素系材料を負極として用いることによってエネルギー密度をさらに向上させたものであり、正極と負極とで充放電の原理が異なる（化学反応を併用する）ことから、ハイブリッドキャパシタとも呼ばれるものである。

また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンを搭載した車両に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、ディーセルエンジン以外のエンジン（例えばガソリンエンジン）を搭載した車両にも当然に適用することができる。

さらに、上記実施形態では、エンジンから動力を得て発電する発電機としてオルタネータ１を用いたが、発電だけでなくエンジンのトルクアシスト（エンジンの出力軸にトルクを付加する動作）をも行うことが可能な電気モータ（モータジェネレータ）を、上記発電機として用いてもよい。すなわち、本発明は、エンジンのみが動力源である従来型の車両だけでなく、エンジンと電気モータとを併用したハイブリッド車両にも適用することが可能である。

１オルタネータ（発電機）
２バッテリ（第１蓄電装置）
３キャパシタ（第２蓄電装置）
４ＤＣ／ＤＣコンバータ（変換器）
５電気負荷
１１バイパスライン
１２キャパシタ遮断リレー（第１断続手段）
１３バイパスリレー（第２断続手段）
３０コントローラ（制御手段）
ＳＮ１（第１）電圧センサ（電圧検出手段）
ＳＮ３イグニッションスイッチセンサ
ＳＮ５第２電圧センサ（電圧検出手段）

Claims

車両の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置であって、
エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
上記発電機と接続された充放電可能な第１蓄電装置と、
上記発電機と接続され、上記第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第２蓄電装置と、
上記発電機と第２蓄電装置との接続を断続可能な第１断続手段と、
上記発電機と第１蓄電装置との接続、および上記発電機と電気負荷との接続を断続可能な第２断続手段と、
上記第２蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、
エンジンを始動するイグニッションスイッチの操作状態を検出するイグニッションスイッチ検出手段と、
上記イグニッションスイッチ検出手段によりイグニッションスイッチがオン操作されたことが検出され、かつ上記電圧検出手段により第２蓄電装置の電圧が所定の閾値未満であることが検出された場合に、上記発電機に発電を行わせるとともに、その発電電力が上記第２蓄電装置に供給されないように、上記第１断続手段をオフ操作しかつ上記第２断続手段をオン操作する第１の制御を実行し、当該第１の制御の実行中に上記イグニッションスイッチ検出手段によりイグニッションスイッチがオフ操作されたことが検出された場合に、上記第１蓄電装置から上記第２蓄電装置に電力が供給されるように、上記第１、第２断続手段の双方をオン操作する第２の制御を実行する制御手段とを備えた、ことを特徴とする車両用電源装置。
請求項１記載の車両用電源装置において、
上記発電機で発電された電力を降圧した上で上記電気負荷または第１蓄電装置に供給するための変換器と、
上記発電機と電気負荷とを上記変換器を介さずに接続するとともに、上記第１蓄電装置と第２蓄電装置とを上記変換器を介さずに接続するバイパスラインとをさらに備え、
上記バイパスラインに上記第２断続手段が設けられた、ことを特徴とする車両用電源装置。
請求項２記載の車両用電源装置において、
上記電圧検出手段は、上記第２蓄電装置の電圧を直接検出する第１電圧センサと、上記変換器に内蔵され、該変換器の入力側電圧を検出することにより間接的に上記第２蓄電装置の電圧を検出する第２電圧センサとを含み、
上記制御手段は、上記第１、第２電圧センサによる検出値の間に所定値以上の差がある場合に、いずれかの電圧センサが故障していると判定し、故障と判定した側の電圧センサの検出値を無視する、ことを特徴とする車両用電源装置。