JP5520629B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。
従来の車両においては、鉛蓄電池を用いて電装品に電力を供給することが一般的であった。この鉛蓄電池は、大きな蓄電容量を確保することができるものの、充放電によって著しく劣化するという特性を有している。このため、鉛蓄電池を搭載した車両にあっては、オルタネータ(発電機)を常に発電駆動させることにより、鉛蓄電池の充放電を防止するようにしている。しかしながら、常にオルタネータを駆動することは、エンジン負荷を増大させて燃費性能を低下させる要因となっていた。そこで、鉛蓄電池に加えてリチウムイオンバッテリを備えるとともに、加速時にはオルタネータの発電電圧を０に制御する一方、減速時にはオルタネータの発電電圧を引き上げるようにした車両が提案されている(例えば、特許文献１参照)。このように、エンジン負荷の増大を回避しながらオルタネータを制御することにより、車両の燃費性能を向上させることが可能となる。なお、オルタネータの発電駆動を停止する際には、リチウムイオンバッテリから電装品に電力を供給することで鉛蓄電池の放電を防止している。
特開２００４−２２５６４９号公報
しかしながら、特許文献１に記載された車両においては、オルタネータの電力系統に電装品が接続されており、オルタネータの発電電圧を大幅に引き上げることは不可能となっていた。すなわち、電装品の上限電圧を超えて発電電圧を設定することができないため、減速時におけるオルタネータの回生量を十分に確保することが困難であった。このように、減速時の回生量を十分に確保できない場合には、減速時以外にもオルタネータを発電駆動させる必要があるため、エンジン負荷を増大させて車両の燃費性能を低下させる要因となっていた。
本発明の目的は、発電機の回生量を増やすことにより、車両の燃費性能を向上させることにある。
本発明の車両用電源装置は、発電機とこれに接続される第１蓄電体とを備える第１電源系と、前記発電機よりも上限電圧の低い電気負荷とこれに接続される第２蓄電体とを備える第２電源系と、前記第１電源系と前記第２電源系との間に設けられ、前記第１電源系と前記第２電源系とを接続する接続状態と、前記第１電源系と前記第２電源系とを切り離す開放状態とに切り換えられるスイッチと、を有し、前記発電機を発電駆動する際に、前記第１蓄電体の充電状態が第１所定値とこれよりも高い第２所定値との間から外れる場合には、前記スイッチが接続状態に切り換えられ、前記発電機を発電駆動する際に、前記第１蓄電体の充電状態が前記第１所定値と前記第２所定値との間に収まる場合には、前記スイッチが開放状態に切り換えられ、前記スイッチを開放状態に切り換えたときには、前記発電機の発電電圧が前記電気負荷の上限電圧よりも高く設定される一方、前記スイッチを接続状態に切り換えたときには、前記発電機の発電電圧が前記電気負荷の上限電圧以下に設定される、ことを特徴とする。
本発明の車両用電源装置は、前記スイッチは車両減速時に開放状態に切り換えられることを特徴とする。
本発明によれば、第１電源系と第２電源系との間のスイッチを開放状態に切り換えることにより、発電機の発電電圧を引き上げることができ、発電機の回生量を増大させることが可能となる。これにより、発電機を積極的に停止させることが可能となり、車両の燃費性能を向上させることが可能となる。
本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成を示す概略図である。 スイッチの制御状態を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状態を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は車両用電源装置の電力供給状態を示す説明図である。 スイッチの切換制御とオルタネータの回生制御との関係を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)はエンジン始動時における車両用電源装置の電力供給状態を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０を備えた車両１１の構成を示す概略図である。図１に示すように、車両１１にはエンジン１２および変速機１３が搭載されている。変速機１３の出力軸１４にはデファレンシャル機構１５を介して駆動輪１６が連結されている。また、エンジン１２にはスタータモータ１７が組み付けられている。さらに、エンジン１２には発電機であるオルタネータ１８が駆動ベルト１９を介して連結されている。なお、図示する車両１１は所謂マイクロハイブリッド車両であり、車両１１にはオルタネータ１８を用いた低電圧系の回生システムが搭載されている。アクセルペダルの踏み込みが解除される減速時には、オルタネータ１８を発電駆動させることにより、車両１１の運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収している。また、アクセルペダルが踏み込まれる加速時や定常走行時には、オルタネータ１８による発電を停止させてエンジン負荷を軽減している。このように、エンジン負荷を増加させないようにオルタネータ１８を制御することにより、車両１１の燃費性能を向上させるようにしている。
ところで、車両１１の燃費性能を向上させるためには、前述したように、加速時や定常走行時にオルタネータ１８の発電駆動を停止させることが重要である。しかしながら、従来のように蓄電体として鉛蓄電体のみを備える車両においては、鉛蓄電池の充放電に起因する劣化を防止するため、オルタネータ１８の発電駆動を停止することが困難であった。この問題を解決するには、充放電による劣化に強いリチウムイオンバッテリ等を蓄電体として採用することが考えられるが、リチウムイオンバッテリの採用は蓄電体の高コスト化を招く要因となっていた。すなわち、車両１１に搭載される蓄電体には、所定期間(例えば３ヶ月)に渡る車両放置後においてスタータモータ１７を十分に駆動可能な蓄電容量が求められる。しかしながら、リチウムイオンバッテリの蓄電容量あたりのコストは高いことから、必要な蓄電容量を確保するためには、蓄電体の高コスト化を招くことになっていた。このような蓄電体の高コスト化を回避するため、本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０は以下のように構成されている。
以下、車両用電源装置１０の構成について説明する。車両用電源装置１０には第１蓄電体としてメインバッテリ２０が設けられている。また、メインバッテリ２０にはスタータモータ１７およびオルタネータ１８が接続されている。このように、メインバッテリ２０、スタータモータ１７およびオルタネータ１８によって第１電源系２１が構成されている。なお、第１電源系２１を構成するメインバッテリ２０やオルタネータ１８の許容電圧範囲は約１２〜１８Ｖに設定されている。すなわち、メインバッテリ２０やオルタネータ１８の制御上の上限電圧は１８Ｖに設定されている。また、メインバッテリ２０としては、充放電抵抗が小さくサイクル特性に優れる蓄電体が用いられる。このような蓄電体としては、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素バッテリ等の所謂ロッキングチェア型蓄電体が挙げられる。なお、ここでロッキングチェア型蓄電体とは、リチウムイオンや水素イオン等が電極間を往復することで充放電を行う蓄電体を指す。ロッキングチェア型蓄電体の蓄電機構は、電極の物理的構造変化(溶解・析出)を伴わないことから、充放電抵抗が小さくサイクル特性に優れるという特性を有している。
車両用電源装置１０には第２蓄電体としてサブバッテリ２２が設けられている。また、サブバッテリ２２には、電気負荷として、ヘッドライト２３、イグニッションコイル２４および電子制御ユニット２５等の電装品２６が接続されている。このように、サブバッテリ２２および電装品２６によって第２電源系２７が構成されている。なお、第２電源系２７を構成するサブバッテリ２２や電装品２６の許容電圧範囲は約１２〜１５Ｖに設定されている。すなわち、サブバッテリ２２や電装品２６の制御上の上限電圧は１５Ｖに設定されている。また、サブバッテリ２２としては、所定の蓄電容量を備える蓄電体が用いられる。サブバッテリ２２の蓄電容量としては、所定期間に渡る車両放置後の始動性能を考慮して設定される。このような蓄電体としては、低コストで蓄電容量の大きな鉛蓄電池等の所謂リザーブ型蓄電体が挙げられる。なお、ここでリザーブ型蓄電体とは、電極の金属等から電解液中にイオンが溶解し、電解液中のイオンが金属等として電極に析出することで充放電を行う蓄電体を指す。リザーブ型蓄電体の蓄電機構は、電極の物理的構造変化(溶解・析出)を伴うことから、ロッキングチェア型蓄電体に比して、充放電抵抗が大きくサイクル特性が悪いという特性を有している。また、サブバッテリ２２はリザーブ型蓄電体に限られることはなく、低コストで所定の蓄電容量を確保することが可能であれば、ロッキングチェア型蓄電体をサブバッテリ２２として用いても良い。
また、第１電源系２１と第２電源系２７とを接続する通電ライン３０には、ｎチャネルＦＥＴ等のスイッチ３１が設けられている。このスイッチ３１を接続状態に切り換えることにより、第１電源系２１と第２電源系２７とを電気的に接続することが可能となる。一方、スイッチ３１を開放状態に切り換えることにより、第１電源系２１と第２電源系２７とを電気的に切り離すことが可能となる。このスイッチ３１の切換制御を実行するため、車両用電源装置１０には電源制御ユニット(スイッチ制御手段)３２が設けられている。電源制御ユニット３２は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、一時的にデータを記憶するＲＡＭ、各種センサやアクチュエータ等に接続される入出力ポート等によって構成されている。電源制御ユニット３２に接続されるセンサとしては、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセル開度センサ３３、車速を検出する車速センサ３４、メインバッテリ２０の電圧を検出する電圧センサ３５、メインバッテリ２０の電流を検出する電流センサ３６、メインバッテリ２０の温度を検出する温度センサ３７、サブバッテリ２２の電圧を検出する電圧センサ３８、サブバッテリ２２の電流を検出する電流センサ３９等がある。
続いて、電源制御ユニット３２によるスイッチ３１の切換制御について説明する。図２はスイッチ３１の制御状態を示す説明図である。図３は車両用電源装置１０の電力供給状態を示す説明図である。図３には、アクセルペダルが踏み込まれる車両加速時や定常走行時の状態、つまりオルタネータ１８による回生制御が停止された状態が示されている。また、図４(ａ)および(ｂ)は車両用電源装置１０の電力供給状態を示す説明図である。図４(ａ)および(ｂ)には、アクセルペダルの踏み込みが解除される車両減速時の状態、つまりオルタネータ１８による回生制御が実行された状態が示されている。なお、図３および図４においては、黒塗りの矢印を用いて電力供給状態を表している。
図２および図３に示すように、アクセルペダルが踏み込まれた場合(アクセルＯＮ)には、電源制御ユニット(発電制御手段)３２はオルタネータ１８の目標発電電流を「０」に設定し、オルタネータ１８は発電を停止する。このとき、電源制御ユニット３２によってスイッチ３１は接続状態(ＯＮ)に保持され、電装品２６にはメインバッテリ２０およびサブバッテリ２２が接続された状態となる。ここで、メインバッテリ２０の蓄電容量を発揮できる電圧範囲は、サブバッテリ２２の蓄電容量を発揮できる電圧範囲に比べて高く設計されている。このため、主にメインバッテリ２０から電装品２６に対して電力が供給される一方、サブバッテリ２２からの電力供給は抑制されることになる。なお、メインバッテリ２０やサブバッテリ２２の蓄電割合を表す充電状態ＳＯＣｍ，ＳＯＣｓが低下している場合には、図３に破線の矢印で示すように、状況に応じてオルタネータ１８を発電駆動しても良い。
続いて、図２に示すように、アクセルペダルの踏み込みが解除された場合(アクセルＯＦＦ)には、電源制御ユニット３２は車速に応じてオルタネータ１８の目標発電電流を設定し、オルタネータ１８は目標発電電流が得られるように発電電圧を調整する。このオルタネータ１８の回生制御においては、オルタネータ１８による回生量(発電量)を増やすことが重要である。そこで、電源制御ユニット３２は、メインバッテリ２０やサブバッテリ２２の充電状態ＳＯＣｍ，ＳＯＣｓに応じて、スイッチ３１を接続状態(ＯＮ)から開放状態(ＯＦＦ)に切り換えるようにしている。ここで、図４(ａ)に示すように、スイッチ３１を接続状態に保持した場合には、第１電源系２１と第２電源系２７とが電気的に接続された状態となる。すなわち、上限電圧が１５Ｖである第２電源系２７を保護するため、オルタネータ１８の発電電圧を１５Ｖ以下に制限することが必要となる。一方、図４(ｂ)に示すように、スイッチ３１を接続状態から開放状態に切り換えた場合には、第１電源系２１と第２電源系２７とが電気的に切り離された状態となる。すなわち、第２電源系２７からオルタネータ１８およびメインバッテリ２０が切り離されることから、第２電源系２７の上限電圧(１５Ｖ)を超えてオルタネータ１８の発電電圧を設定することが可能となる。
このように、スイッチ３１を開放状態に切り換えることにより、オルタネータ１８の発電電圧を引き上げることができ、回生量を飛躍的に増大させることが可能となる。しかも、ロッキングチェア型蓄電体からなるメインバッテリ２０の充電抵抗は小さいことから、大電流(例えば２００Ａ)で電力を取り込むことが可能となる。このため、発電電圧の引き上げに伴って増大する発電電力を、無駄なくメインバッテリ２０に蓄えることが可能となる。なお、スイッチ３１が開放された場合であってもサブバッテリ２２から電装品２６に電力が供給されるため、電装品２６を正常に作動させ続けることが可能となっている。
これまで説明したように、メインバッテリ２０およびオルタネータ１８からなる第１電源系２１と、サブバッテリ２２および電装品２６からなる第２電源系２７とを設けるとともに、第１電源系２１と第２電源系２７との間にスイッチ３１を設けるようにしたので、減速時におけるオルタネータ１８の回生量を飛躍的に増大させることが可能となる。このように、減速時にメインバッテリ２０を十分に充電することができるため、加速時や定常走行時にオルタネータ１８を停止させることが可能となる。これにより、エンジン負荷を軽減して車両１１の燃費性能を向上させることが可能となる。また、メインバッテリ２０の充電抵抗だけに頼ることなく、前述したように発電電圧を引き上げることにより、減速時におけるオルタネータ１８の回生量を増大させることができる。これにより、リチウムイオンバッテリ等からなるメインバッテリ２０においては、充電抵抗を下げるために並列数を増やす必要が低減されるので、蓄電容量を小さく設計することができ、車両用電源装置１０の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。なお、メインバッテリ２０の蓄電容量は、サブバッテリ２２の蓄電容量よりも小さく設計されている。また、加速時にオルタネータ１８を停止させることにより、エンジン負荷を抑制して車両１１の加速性能を向上させることも可能となっている。
また、所定の蓄電容量を確保したサブバッテリ２２が設けられることから、所定期間に渡る車両放置後の始動性能を良好に保つことが可能となる。このサブバッテリ２２としては、低コストで蓄電容量の大きな鉛蓄電池等のリザーブ型蓄電体を用いることにより、車両用電源装置１０の高コスト化を抑制することが可能となる。また、前述したように、オルタネータ１８の回生制御が停止される状況においては、スイッチ３１を接続してメインバッテリ２０から電装品２６に電力を供給している。これにより、サブバッテリ２２の充放電を抑制することができるため、頻繁な充放電に伴って劣化するリザーブ型蓄電体を用いた場合であっても、サブバッテリ２２の劣化を抑制することが可能となる。なお、ロッキングチェア型蓄電体からなるメインバッテリ２０のサイクル特性は良好であるため、頻繁に充放電させてもメインバッテリ２０が著しく劣化することはない。
また、スイッチ開放時のバックアップ用に設けられるサブバッテリ２２は、従来のバッテリに比べて蓄電容量を削減することが可能である。これにより、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２とを組み合わせた場合であっても、その大きさを従来のバッテリと同等に抑えることが可能となる。すなわち、鉛蓄電池のみを備えた従来の車両と同様に、車両用電源装置１０をエンジンルームに搭載することが可能となる。これにより、車体構造を大幅に変更することなく、本発明の車両用電源装置１０を搭載することが可能となる。
また、車両用電源装置１０においては、蓄電容量を発揮できる電圧範囲(約１２〜１８Ｖ)が高いメインバッテリ２０と、蓄電容量を発揮できる電圧範囲(約１１〜１２．８Ｖ)が低いサブバッテリ２２とが並列に接続されている。これにより、サブバッテリ２２として鉛蓄電池を用いた場合であっても、鉛蓄電池のみを備えた従来の車両に比べて、鉛蓄電池を放電させずに使用可能な蓄電容量(有効蓄電容量)を大幅に増やすことが可能となる。さらに、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２とを並列に接続することにより、バッテリとしての総電気抵抗を低減できるため、電装品２６に印加される電圧の安定化を図ることも可能となっている。
以下、スイッチ３１の切換制御およびオルタネータ１８の回生制御について詳細に説明する。図５はスイッチ３１の切換制御とオルタネータ１８の回生制御との関係を示す説明図である。なお、図５に示される端子電圧、開放電圧、充電電流は、メインバッテリ２０の端子電圧や開放電圧であり、メインバッテリ２０に対する充電電流である。また、図５には、アクセルペダルの踏み込みが解除される減速時の状態、つまりオルタネータ１８による回生制御が実行された状態が示されている。まず、電源制御ユニット３２は、メインバッテリ２０の電圧、電流、温度に基づき、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍを算出する。また、電源制御ユニット３２は、サブバッテリ２２の電圧や電流に基づき、サブバッテリ２２の充電状態ＳＯＣｓを算出する。
そして、図５に示すように、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍが所定値Ｍ１を下回る場合(符号α)には、電源制御ユニット３２はスイッチ３１を接続状態のまま保持する。このように、充電状態ＳＯＣｍが低下している場合には、メインバッテリ２０の開放電圧が低いことから、発電電圧を１５Ｖまで引き上げることなく所定の目標発電電流(例えば２００Ａ)を得ることが可能となる。すなわち、所定値Ｍ１とは、発電電圧が１５Ｖを下回る範囲で所定の目標発電電流を得ることが可能な値であり、実験やシミュレーションに基づいて予め設定される値である。このように、スイッチ３１を開放することなく必要な発電電流が得られる場合には、サブバッテリ２２の充放電を抑制するため、スイッチ３１が接続されたままオルタネータ１８が発電駆動される。なお、サブバッテリ２２として鉛蓄電池を用いた場合には、過放電に伴う劣化を防止するため、発電電圧を１２．８Ｖ以上に制御することが望ましい。
続いて、サブバッテリ２２の充電状態ＳＯＣｓが所定値Ｓ１を上回った状態のもとで、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍが所定値Ｍ１を上回ると(符号β)、電源制御ユニット３２によってスイッチ３１は開放状態に切り換えられる。このように、充電状態ＳＯＣｍの上昇に伴いメインバッテリ２０の端子電圧が１５Ｖを超える状況においては、スイッチ３１が開放状態に切り換えられる。これにより、発電電圧を１５Ｖ以上に引き上げることができ、所定の目標発電電流(例えば２００Ａ)を確保することが可能となる。また、スイッチ開放時にはサブバッテリ２２から電装品２６に電力が供給されるため、サブバッテリ２２の充電状態ＳＯＣｓを確認した上でスイッチ３１を開放している。すなわち、充電状態ＳＯＣｓが所定値Ｓ１を下回る場合には、電源制御ユニット３２によってスイッチ３１の開放は禁止される。なお、所定値Ｓ１は、サブバッテリ２２から電装品２６に対して十分な電力を供給することが可能な値であり、実験やシミュレーションに基づいて予め設定される値である。
さらに、充電に伴ってメインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍが所定値Ｍ２を上回ると(符号γ)、電源制御ユニット３２によってスイッチ３１は再び接続状態に切り換えられる。このように、充電状態ＳＯＣｍが所定値Ｍ２を超えた時点において、メインバッテリ２０の開放電圧は電装品２６の上限電圧１５Ｖに達しているため、１５Ｖ以上の発電を続けると、メインバッテリ２０の開放電圧は電装品２６の上限電圧である１５Ｖを超えてしまう。すなわち、発電電圧を引き上げ続けると、メインバッテリ２０の開放電圧が１５Ｖを超えてしまう状況であるため、電装品２６への過大電圧印加による破損を防止する観点から、スイッチ３１を接続してオルタネータ１８の発電電圧を１５Ｖに戻している。なお、所定値Ｍ２とは、電装品２６の上限電圧に相当するメインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣであり、電装品２６の仕様に基づいて予め設定される値である。このように、メインバッテリ２０の充電状態ＳＯＣｍが、第１所定値である所定値Ｍ１を下回る場合や、第２所定値である所定値Ｍ２を上回る場合には、スイッチ３１は接続状態に制御されることになる。すなわち、所定値Ｍ１，Ｍ２によって区画される所定範囲Ｍ３を充電状態ＳＯＣｍが外れる場合には、電源制御ユニット３２によってスイッチ３１の開放は禁止される。
前述したように、スイッチ３１を開放した状態のもとでは、第１電源系２１の上限電圧である１８Ｖまで発電電圧が引き上げられる。これにより、メインバッテリ２０の端子電圧も１８Ｖまで上昇することになるが、この場合であってもメインバッテリ２０の開放電圧については、第２電源系２７の上限電圧である１５Ｖを下回るように設計されている。このように、スイッチ開放に伴って発電電圧を引き上げる際にも、メインバッテリ２０の開放電圧は１５Ｖを下回るように制御されている。これにより、安全にスイッチ３１を開放状態から接続状態に切り換えることが可能となる。なお、第１電源系２１の上限電圧である１８Ｖは、電装品２６の耐電圧試験における試験電圧(１８Ｖ)に基づき設定されている。これにより、発電電圧を１８Ｖまで引き上げたときに、スイッチ３１が誤作動によって接続された場合であっても、電装品２６の損傷を回避することが可能となる。
また、スイッチ３１を開放状態に切り換える際には、充電状態ＳＯＣｍ，ＳＯＣｓを判定するだけでなく、同一回生機会におけるスイッチ３１の開放履歴についても判定している。すなわち、アクセルペダルの踏み込みが解除された後の同一回生機会においては、一度だけスイッチ３１の開放が許可されるようになっている。これにより、スイッチ３１が開放状態と接続状態とを繰り返すように切り換えられるハンチングを防止することが可能となる。
なお、メインバッテリ２０における充電状態ＳＯＣｍの算出方法として、充放電電流の積算値に基づく充電状態ＳＯＣｃと、推定される開放電圧に基づく充電状態ＳＯＣｖとを算出し、これらの充電状態ＳＯＣｃ，ＳＯＣｖを重み付け合成して充電状態ＳＯＣｍを算出する方法が挙げられる(例えば、特開２００５−２０１７４３号公報参照)。また、サブバッテリ２２における充電状態ＳＯＣｓの算出方法として、充放電電流を積算して充電状態ＳＯＣｓを算出する方法が挙げられる。充電状態ＳＯＣｍ，ＳＯＣｓの算出方法としては、前述した方法に限られることはなく、他の算出方法を用いても良いことはいうまでもない。
続いて、エンジン始動時における車両用電源装置１０の電力供給状態について説明する。図６(ａ)および(ｂ)は、エンジン始動時における車両用電源装置１０の電力供給状態を示す説明図である。なお、図６(ａ)および(ｂ)においては、黒塗りの矢印を用いて電力供給状態を表している。例えば、外気温が０℃を上回る場合には、エンジン始動時にスイッチ３１は開放状態に切り換えられる。図６(ａ)に示すように、スイッチ３１を開放状態に切り換えた場合には、メインバッテリ２０からスタータモータ１７に電力が供給される一方、サブバッテリ２２から電装品２６に電力が供給される。このように、エンジン１２を始動し易い環境においては、メインバッテリ２０からの電力のみによってスタータモータ１７を駆動している。これによって、大きなスタータ電流によるサブバッテリ２２の電圧降下を回避することができる。これにより、下限電圧の低い電装品(例えばＥＣＵ(Engine Control Unit)、ＴＣＵ(Transmission Control Unit)等の走行に係る制御ユニット)と比べて下限電圧の高い電装品(例えばナビゲーション装置、ヘッドライト等の灯具類)の瞬時停電を防止できる。また、例えば、外気温が０℃以下となる場合には、エンジン始動時にスイッチ３１は接続状態に切り換えられる。図６(ｂ)に示すように、スイッチ３１を接続状態に切り換えた場合には、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２との双方から、スタータモータ１７および電装品２６に対して電力が供給される。このように、エンジン１２を始動し難い環境においては、メインバッテリ２０およびサブバッテリ２２からの電力によってスタータモータ１７を駆動している。なお、図６(ａ)および(ｂ)に示すように、スイッチ３１の制御状態に拘わらず、サブバッテリ２２から電装品２６に電力が供給されている。このため、スタータモータ１７への大電流供給に伴う瞬間的な電圧降下を回避することができ、エンジン始動時における制御システムのダウンを回避することが可能となる。
続いて、本発明の他の実施の形態である車両用電源装置４０，５０について説明する。図７および図８は本発明の他の実施の形態である車両用電源装置４０，５０を備えた車両４１，５１の構成を示す概略図である。なお、図７および図８において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、車両用電源装置４０は、第１電源系２１からメインバッテリ２０を切り離す位置にスイッチ４２を備えている。このように、メインバッテリ２０の正極ライン４３にスイッチ４２を設けることにより、メインバッテリ２０の異常時には車両用電源装置１０からメインバッテリ２０を切り離すことが可能となる。これにより、異常状態のメインバッテリ２０を作動させることなく、サブバッテリ２２を用いて車両４１を起動することが可能となる。したがって、車両４１の安全性を高めることが可能となる。
また、図８に示すように、車両用電源装置５０は、第１電源系２１と第２電源系２７とを接続する通電ライン３０にスイッチユニット５２を備えている。このスイッチユニット５２は並列接続される複数のスイッチ５３によって構成されている。また、スイッチユニット５２を構成する複数のスイッチ５３は、同じタイミングで接続状態と開放状態とに切り換えられる。さらに、スイッチユニット５２には、スイッチ前後の電位差を検出する電圧センサ５４が設けられている。そして、電源制御ユニット３２は、電圧センサ５４からの電圧信号を所定の判定値と比較することにより、スイッチユニット５２の故障状態を判定している。すなわち、電源制御ユニット３２は、全てのスイッチ５３が正常に接続されたときの電圧降下量を判定値として規定し、実際の電圧降下量が判定値から外れているか否かを判定する。実際の電圧降下量が判定値に比べて大きい場合には、スイッチユニット５２の内部抵抗が大きい状態、つまり全てのスイッチ５３が正常に接続されていない異常状態であると判定される。このスイッチユニット５２の異常判定は、スイッチユニット５２における電圧降下が大きく現れることから、サブバッテリ２２からスタータモータ１７に電流を供給する際に行うことが望ましい。このように、エンジン始動時にスイッチユニット５２の異常判定を行うことにより、車両走行前にスイッチユニット５２の異常状態を把握することが可能となる。これにより、車両走行前に警告灯を表示する等の対応を採ることができ、車両５１の安全性を高めることが可能となる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する場合には、動力源としてエンジン１２のみを備える車両１１，４１，５１に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、動力源としてエンジン１２および電動モータを備えるハイブリッド車両に対して本発明を適用しても良い。特に、電力消費量が多い車両については、本発明を有効に適用することが可能である。例えば、所定条件下でエンジン１２を自動的に停止させる所謂アイドリングストップ車両においては、頻繁にスタータモータ１７を駆動する必要があることから、本発明を極めて有効に適用することが可能である。
また、前述の説明では、オルタネータ１８を発電駆動する際に、車速に応じて目標発電電流を設定しているが、これに限られることはなく、他の情報に基づいて目標発電電流を設定しても良い。さらに、図示する場合には、オルタネータ１８とスタータモータ１７を別個に設けているが、オルタネータ１８とスタータモータ１７との機能を兼ね備えた電動モータを設けても良い。なお、前述の説明では、第１電源系２１の許容電圧範囲を約１２〜１８Ｖに設定しているが、この電圧範囲に限られることはない。同様に、第２電源系２７の許容電圧範囲を約１２〜１５Ｖに設定しているが、この電圧範囲に限られることはない。
１０ 車両用電源装置
１８ オルタネータ(発電機)
２０ メインバッテリ(第１蓄電体)
２１ 第１電源系
２２ サブバッテリ(第２蓄電体)
２３ ヘッドライト(電気負荷)
２４ イグニッションコイル(電気負荷)
２５ 電子制御ユニット(電気負荷)
２６ 電装品(電気負荷)
２７ 第２電源系
３１ スイッチ
３２ 電源制御ユニット(電気負荷)
４０ 車両用電源装置
５０ 車両用電源装置
５３ スイッチ

Claims (2)

  1. 発電機とこれに接続される第１蓄電体とを備える第１電源系と、
    前記発電機よりも上限電圧の低い電気負荷とこれに接続される第２蓄電体とを備える第２電源系と、
    前記第１電源系と前記第２電源系との間に設けられ、前記第１電源系と前記第２電源系とを接続する接続状態と、前記第１電源系と前記第２電源系とを切り離す開放状態とに切り換えられるスイッチと、を有し、
    前記発電機を発電駆動する際に、前記第１蓄電体の充電状態が第１所定値とこれよりも高い第２所定値との間から外れる場合には、前記スイッチが接続状態に切り換えられ、
    前記発電機を発電駆動する際に、前記第１蓄電体の充電状態が前記第１所定値と前記第２所定値との間に収まる場合には、前記スイッチが開放状態に切り換えられ、
    前記スイッチを開放状態に切り換えたときには、前記発電機の発電電圧が前記電気負荷の上限電圧よりも高く設定される一方、
    前記スイッチを接続状態に切り換えたときには、前記発電機の発電電圧が前記電気負荷の上限電圧以下に設定される、ことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 請求項１記載の車両用電源装置において、
    前記スイッチは車両減速時に開放状態に切り換えられることを特徴とする車両用電源装置。
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