JP6421135B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載された充電式電池を制御する技術に関する。
従来より、車両に充電式電池として搭載された鉛バッテリとキャパシタとの充放電を制御する技術が知られている。例えば特許文献１の技術は、鉛バッテリとキャパシタとに接続された車両用電源装置がカーオーディオ等の電気負荷を制御する技術を開示する。
特開２０１１−４５５６号公報
しかし、カーオーディオ等の電気負荷と異なり、エンジンのスタータを駆動する場合には、比較的大きな電流を瞬時に要するため、鉛バッテリとキャパシタとの適切な管理は必ずしも容易でない。例えば、車両の最初の始動時はキャパシタが十分に充電されておらずスタータを円滑に駆動できないうえ、アイドリングストップ後の再始動は頻繁に実施されるため鉛バッテリが劣化しやすい。
本発明は、上記課題に鑑み、車両に搭載された複数の充電式電子の充放電を適切に制御する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、車両の内燃機関によって駆動される発電機と、電気負荷と、前記内燃機関を始動する始動装置と前記電気負荷への給電を行う二次電池およびキャパシタと、前記発電機と二次電池との間に設けられた第１スイッチ部と、
前記発電機とキャパシタとの間に設けられた第２スイッチ部と、前記二次電池と前記第１スイッチ部とを接続する第１接続部と前記キャパシタと前記第２スイッチ部とを接続する第２接続部との間に設けられ入力された直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する直流変換器と、前記第１スイッチ部の接続状態と前記第２スイッチ部の接続状態とを制御する制御手段と、を備えた車両用電源装置であって、前記制御手段は、前記車両の減速時に、前記電気負荷の消費電流に応じて、前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部の接続状態を制御し、前記電気負荷の消費電流が所定値以下の場合に前記発電機からの回生電力を前記キャパシタへ給電するとともに前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電する制御を行い、前記電気負荷の消費電流が所定値より大きい場合に前記発電機からの回生電力を前記電気負荷へ給電する制御を行う。
また、請求項２の発明は、車両の内燃機関によって駆動される発電機と、電気負荷と、前記内燃機関を始動する始動装置と前記電気負荷への給電を行う二次電池およびキャパシタと、前記発電機と二次電池との間に設けられた第１スイッチ部と、前記発電機とキャパシタとの間に設けられた第２スイッチ部と、前記二次電池と前記第１スイッチ部とを接続する第１接続部と前記キャパシタと前記第２スイッチ部とを接続する第２接続部との間に設けられ入力された直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する直流変換器と、前記第１スイッチ部の接続状態と前記第２スイッチ部の接続状態とを制御する制御手段と、を備えた車両用電源装置であって、前記制御手段は、前記車両の減速時に、前記電気負荷の消費電流が前記直流変換器の放電最大レベル以下と判断したときは、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記発電機からの回生電力を前記キャパシタへ給電するとともに前記直流変換器を駆動して前記電気負荷へ給電するよう制御し、前記電気負荷の消費電流が前記直流変換機の放電最大レベル以上かつ前記発電機の電流最大レベル以下と判断したときは、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記発電機からの回生電力を前記電気負荷へ給電するとともに前記直流変換器を駆動してキャパシタへ給電するよう制御し、前記電気負荷の消費電流が前記発電機の電流最大レベル以上と判断したときは、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動させないことで、前記発電機からの回生電力全てを前記電気負荷へ給電するよう制御する。
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の車両用電源装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の最初の始動時に、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動して前記発電機によって発電される発電電力を前記直流変換器を介して前記キャパシタへ給電するよう制御する。
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の車両用電源装置において、前記制御手段は、前記二次電池の電力を前記直流変換器を介して前記キャパシタへ給電するよう制御する。
また、請求項５の発明は、請求項１に記載の車両用電源装置において、前記制御手段は、前記車両の走行時に、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動して前記キャパシタの電力を前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電するよう制御する。
また、請求項６の発明は、請求項１に記載の車両用電源装置において、前記制御手段は、前記車両のアイドリングストップ時に、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記直流変換器を駆動して前記キャパシタの電力を前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電する。
また、請求項７の発明は、請求項１に記載の車両用電源装置において、前記制御手段は、前記車両の再始動時に、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記直流変換器を駆動させないことで、前記キャパシタの電力を前記始動装置へ給電する。
請求項１及び２の発明によれば、車両の減速時に、電気負荷の消費電流に応じて、第１スイッチ部と第２スイッチ部との接続状態を制御し、発電機からの回生電力をキャパシタへ給電するとともに直流変換器を介して電気負荷へ給電する制御と、発電機からの回生電力を電気負荷へ給電する制御とを切り換えるので、発電機からの回生電力をキャパシタと電気負荷とへ適切に給電することができる。
また、特に請求項２の発明によれば、発電機と二次電池との間に設けられた第１スイッチ部と発電機とキャパシタとの間に設けられた第２スイッチ部とを接続及び開放して給電制御を切り換えるので、確実な給電制御を行うことができる。
また、請求項３及び４の発明によれば、内燃機関の最初の始動時には、直流変換器を介して発電電力をキャパシタへ給電するので、キャパシタへ安定した給電を行うことができる。
また、特に請求項４の発明によれば、内燃機関の最初の始動時には、直流変換器を介して二次電池の電力をキャパシタへ給電するので、キャパシタへ確実な給電を行うことができる。
また、請求項５の発明によれば、車両の走行時に、第１スイッチ部を接続して第２スイッチ部を開放し、直流変換器を駆動してキャパシタの電力を直流変換器を介して電気負荷へ給電するので、適切に電気負荷へ給電することができる。
また、請求項６の発明によれば、車両のアイドリングストップ時に、第１スイッチ部を開放して第２スイッチ部を接続し、直流変換器を駆動してキャパシタの電力を直流変換器を介して電気負荷へ給電するので、車両のアイドリングストップ時であっても、確実に電気負荷へ給電することができる。
また、請求項７の発明によれば、車両の再始動時に、第１スイッチ部を開放して第２スイッチ部を接続し、直流変換器を駆動させないことで、キャパシタの電力を始動装置へ給電するので、確実に始動装置を再始動することができる。
図１は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の概要を示す。 図２は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の構成を示す。 図３は、車両状態データの例を示す。 図４は、電気負荷へ通電される電流のレベルを示す。 図５は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の処理を示す。 図６は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置の処理を示す。 図７は、スイッチの制御状態と電力の伝送経路を示す。 図８は、スイッチの制御状態と電力の伝送経路を示す。 図９は、スイッチの制御状態と電力の伝送経路を示す。 図１０は、第１スイッチ及び第２スイッチの構成を示す。 図１１は、第１スイッチ及び第２スイッチの処理を示す。 図１２は、第１スイッチ及び第２スイッチの動作を示す。 図１３は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置の概要を示す。 図１４は、充電状態データの例を示す。 図１５は、鉛バッテリの充電レベルを示す。 図１６は、キャパシタの電圧レベルを示す。 図１７は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置の処理を示す。 図１８は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置の処理を示す。 図１９は、スイッチの制御状態と電力の伝送経路を示す。 図２０は、スイッチの制御状態と電力の伝送経路を示す。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
＜１−１．概要＞
図１は、第１の実施の形態に係る車両用電源装置１の概要を示す。車両用電源装置１は、車両２に備えられ、車両２に備えられた鉛バッテリ３や、電気負荷４、キャパシタ５を制御する電子制御装置である。車両用電源装置１は、車両２に備えられた発電機６からの電力を鉛バッテリ３や、電気負荷４、キャパシタ５、エンジンＥＮを始動するスタータ７に適切に配分する。これにより、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態を必要以上に低下させず、電気負荷４を安定的に作動させ、効率よく鉛バッテリ３及びキャパシタ５を充電できる。また、エンジンＥＮを円滑に始動できる。
例えば、車両用電源装置１は、エンジンＥＮや車載センサＳＮからの信号に基づき、車両２の走行状態等を判別し、車両２の状態に応じた適切な電源制御を行う。すなわち、車両２がアイドリングストップから復帰する際には、キャパシタ５の電力をスタータ７へ通電するよう第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２を制御し、鉛バッテリ３の頻繁な放電を抑制して鉛バッテリ３の劣化を防止する。
なお、エンジンＥＮは、スタータ７により始動される内燃機関である。また、車載センサＳＮは、車両の速度を検出する車速センサや、エンジン制御装置やアイドリングストップ制御装置からエンジンの状態を判別する信号を受信する受信装置等である。
図において、スイッチを「ＳＷ」、ＤＣＤＣコンバータを「ＤＤＣ」、鉛バッテリを「Ｐｂ」、電気負荷４への通電電流を「ＥＬｉ」、キャパシタ５を「Ｃａｐ」、発電機６を「Ａｌｔ」、鉛バッテリ３又はキャパシタ５の充電状態を「ＳＯＣ」と略称する場合がある。
＜１−２．構成＞
図２は、車両用電源装置１の構成を示す。車両用電源装置１は、鉛バッテリ３、電気負荷４、キャパシタ５、発電機６、及び、スタータ７と接続される。
鉛バッテリ３は、電極に鉛を用いた二次電池である。鉛バッテリ３は、車両２に備わる電気機器の主要な電源となる。
電気負荷４は、車両２に備わる電気機器である。例えば、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ、ライト、パワーステアリング、パワーウィンドウ等である。電気負荷４は作動状態により、消費電流量が増減する。消費電流量が多い場合には１５０［Ａ］以上の電流を消費する。
キャパシタ５は、電荷を蓄える蓄電池である。例えば、コンデンサであるが、充電式電池であればよい。キャパシタ５は、鉛バッテリ３の補助電源となる。なお、キャパシタ５は劣化防止のため、エンジンＥＮ（図示せず）の最終停止後には蓄積した電荷を放電する。エンジンＥＮの最終停止とは、ドライバの降車等に伴うキーやボタンによるエンジンＥＮの停止である。したがって、一時停止後の再始動を予定するアイドリングストップとは異なる。
発電機６は、エンジンＥＮの回転を動力源として電力を生成する機器である。また、車両２の減速時には回生ブレーキによる回生電力を生成する。なお、発電機６は、オルタネータ又はジェネレータと呼ばれる場合もある。
スタータ７は、電気モータを備え、エンジンＥＮを始動する始動装置である。
車両用電源装置１は、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、制御部１３、ＤＣＤＣコンバータ１４、記憶部１５、及び、鉛バッテリ電流検出センサ１６を備える。
第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２は、回路の短絡と開放を制御する開閉器（リレー）である。例えば、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（field-effect transistor；電界効果トランジスタ）、特にＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。第１スイッチ１１は、鉛バッテリ３と発電機６との間、及び、鉛バッテリ３とスタータ７との間に接続される。第２スイッチ１２は、キャパシタ５と発電機６との間、及び、キャパシタ５とスタータ７との間に接続される。第１スイッチ１１と第２スイッチ１２とは、互いに一端が接続され、後述の制御部１３により開閉が制御される。なお、第１スイッチ１１は第１スイッチ部として機能し、第２スイッチ１２は第２スイッチ部として機能する。
制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭを備えたマイクロコンピュータである。制御部１３は車両用電源装置１の全体を制御する。制御部１３は、電源制御部１３ａ、車両状態取得部１３ｂ、及び、充電状態取得部１３ｃを備える。なお、制御部１３は、第１スイッチ１１の接続状態と第２スイッチ１２の接続状態とを制御する制御手段として機能する。
電源制御部１３ａは、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態、電気負荷４の消費電流、鉛バッテリ電流検出センサ１６の検出値、並びに車両２の状態等を参照し、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の開閉状態、並びにＤＣＤＣコンバータ１４の駆動状態を制御する。
車両状態取得部１３ｂは、車載センサＳＮ（図示せず）から車両２の状態を取得する。車両２の状態とは、車両２の走行状態及びエンジンＥＮの駆動状態である。車両２の走行状態とは、車両２の走行中や減速中等の状態である。車両状態取得部１３ｂは、車速センサから出力される信号により車両２の走行中や減速中の状態を判別する。エンジンＥＮの駆動状態とは、エンジンＥＮの初回の始動時やアイドリングストップからの再始動時（復帰時）等である。エンジンＥＮの初回の始動時とは、ドライバが車両２に乗り込み、キーやボタンを操作して最初にエンジンＥＮを始動する時である。アイドリングストップからの再始動時（復帰時）とは、いわゆる信号待ち等の間にエンジンＥＮを一時的に停止させ（アイドリングストップ）、その後ドライバがアクセルを操作した際にエンジンＥＮを再始動する時である。
充電状態取得部１３ｃは、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態を取得する。なお、充電状態取得部１３ｃは取得手段として機能する。
ＤＣＤＣコンバータ１４は、直流電圧（電流）を別の直流電圧（電流）に変換する直流変換器である。また、直流電圧を降圧又は昇圧する変圧器である。ＤＣＤＣコンバータ１４は、鉛バッテリ３とキャパシタ５との間、及び、電気負荷４とキャパシタ５との間に接続される。また、一端が第１スイッチ１１と接続され、他端が第２スイッチ１２と接続される。
記憶部１５は、データを記憶する記憶媒体である。例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable Read-Only memory）や、フラッシュメモリ、磁気ディスクを備えたハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。記憶部１５は、プログラム１５ａ及び車両状態データ１５ｂを記憶する。
プログラム１５ａは、制御部１３により読み出され、制御部１３が車両用電源装置１を制御するために実行されるファームウェアである。
車両状態データ１５ｂは、「車両状態」、「第１スイッチの開閉状態」、「第２スイッチの開閉状態」、「ＤＣＤＣコンバータの駆動状態」、及び「車両用電源装置の制御状態」のデータを備えたマトリックス状のデータテーブルである。車両状態データ１５ｂは、電源制御部１３ａが第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、及び、ＤＣＤＣコンバータ１４を制御する際に参照される。
鉛バッテリ電流検出センサ１６は、鉛バッテリ３に流れる電流を検出し、検出結果を制御部１３の電源制御部１３ａへ送信する。なお、制御部１３が、鉛バッテリ電流検出センサ１６を備えてもよい。
電源制御部１３ａは、鉛バッテリ電流検出センサ１６の検出値を受信することで、後述するようにキャパシタ５あるいは発電機６からの電力をＤＣＤＣコンバータ１４を介して電気負荷４へ通電する際、鉛バッテリ３からの電力が電気負荷４へ通電しないように制御する。即ち、キャパシタ５あるいは発電機６からの電力が低下し、鉛バッテリ３から電気負荷４へ通電がなされ、鉛バッテリ電流検出センサ１６が鉛バッテリ３から電流が流れていることを検出すると、電源制御部１３ａはＤＣＤＣコンバータ１４を制御し、キャパシタ５あるいは発電機６から通電される電力を増やし、鉛バッテリ３から電気負荷４への通電を抑制し、鉛バッテリ３の使用を控えるよう制御する。鉛バッテリ３の使用を控えるので、鉛バッテリ３の劣化を防止できる。
なお、鉛バッテリ電流検出センサ１６の検出値をＤＣＤＣコンバータ１４へ送信し、ＤＣＤＣコンバータ１４が、鉛バッテリ３からの電力が電気負荷４へ直接通電しないように制御してもよい。
図３は、車両状態データ１５ｂの例を示す。車両状態データ１５ｂは、車両状態ＭＳ、第１スイッチの開閉状態ＦＳ、第２スイッチの開閉状態ＳＳ、ＤＣＤＣコンバータの駆動状態ＤＣ、及び、車両用電源装置の制御状態ＣＳのデータ項目と、各データ項目に対応した８つのレコードＲとを備える。
車両状態ＭＳには、エンジンＥＮの初回始動やキャパシタ５の初回充電等の車両２の状態が入力されている。第１スイッチの開閉状態ＦＳ及び第２スイッチの開閉状態ＳＳには、ＯＮ又はＯＦＦの第１スイッチ及び第２スイッチの開閉状態が入力されている。ＤＣＤＣコンバータの駆動状態ＤＣには、停止又は駆動のＤＣＤＣコンバータの駆動状態が入力されている。車両用電源装置１の制御状態ＣＳには、鉛バッテリ３の電力をスタータ７へ直接通電制御等の車両用電源装置１の制御状態が入力されている。車両用電源装置１の制御状態ＣＳは、車両２が車両状態ＭＳに入力されたデータに該当する状態において、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、及びＤＣＤＣコンバータ１４が、第１スイッチの開閉状態ＦＳ、第２スイッチの開閉状態ＳＳ、及びＤＣＤＣコンバータの駆動状態ＤＣに入力されたデータに示す状態に制御された場合の車両用電源装置１の制御状態が示される。
図４は、電気負荷４に通電される電気負荷電流ＥＬｉのレベルを示す。なお、ＤＣＤＣコンバータ１４が最大限出力できる電流が５０［Ａ］であり、「ＤＣＤＣコンバータ放電最大レベル」として示す。発電機６が最大限出力できる電流が１５０［Ａ］であり、「発電機６電流最大レベル」として示す。
電気負荷電流ＥＬｉがＤＣＤＣコンバータ放電最大レベル以下となるような小電流の場合は、電気負荷電流ＥＬｉは直結通電優先領域ＳＲに含まれる。車両用電源装置１は、電気負荷電流ＥＬｉが直結通電優先領域ＳＲに含まれる場合、発電機６の電力をキャパシタ５へ直接充電し、かつＤＣＤＣコンバータ１４を介して電気負荷４へ通電する。電気負荷電流ＥＬｉが比較的小電流のため、発電機６の電力でキャパシタ５への充電と電気負荷４への通電を行うことができるからである。
電気負荷電流ＥＬｉがＤＣＤＣコンバータ放電最大レベルより大きく、かつ発電機６電流最大レベル以下となる中程度の電流の場合は、電気負荷電流ＥＬｉは余剰充電優先領域ＭＲに含まれる。車両用電源装置１は、電気負荷電流ＥＬｉが余剰充電優先領域ＭＲに含まれる場合、発電機６の電力を電気負荷４へ直接通電し、かつＤＣＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５へ充電する。電気負荷電流ＥＬｉが中程度の電流のため、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力能力を超えており、発電機６の電力を電気負荷４へ直接通電する必要があるからである。また、電気負荷電流ＥＬｉが中程度の電流量のため、発電機６の電力をＤＣＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５へ充電できるからである。
電気負荷電流ＥＬｉが発電機６電流最大レベルより大きい大電流となる場合は、電気負荷電流ＥＬｉは補助通電優先領域ＬＲに含まれる。車両用電源装置１は、電気負荷電流ＥＬｉが補助通電優先領域ＬＲに含まれる場合、発電機６の全電力を電気負荷４へ直接通電する。さらに、鉛バッテリ３の電力を電気負荷４へ通電する。電気負荷電流ＥＬｉが大電流のため、発電機６の及び鉛バッテリ３の電力を電気負荷４へ通電する必要があるからである。
＜１−３．処理＞
図５は、車両用電源装置１の処理工程を示す。図５に示す処理は、所定周期で繰り返し実行される。
まず、車両状態取得部１３ｂが車両２の状態を判断する（ステップＳ１１）。車両状態取得部１３ｂは、車載センサＳＮから送信される信号に基づき、車両２の状態を判断する。車両の状態は、エンジンＥＮの初回始動、車両２の走行中、車両２の減速中、車両２の停止中、及び、エンジンＥＮの一時停止後からの再始動のいずれかである。なお、一時停止とは、エンジンＥＮのアイドリングストップである。
車両状態取得部１３ｂが車両２の状態をエンジンＥＮの初回始動であると判断すると（ステップＳ１１で「初回始動」）、電源制御部１３ａは、車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ１２）、及び第２スイッチをオフに制御し（ステップＳ１３）、ＤＣＤＣコンバータを停止する（ステップＳ１４）。なお、車両状態取得部１３ｂは、エンジン制御装置からの信号によりエンジンＥＮが初回始動か否か判断する。これにより、車両用電源装置１は、鉛バッテリ３の電力を第１スイッチ１１を介してスタータ７へ通電する（ステップＳ１５）。なお、鉛バッテリ３からスタータ７へ通電するため、キャパシタ５の充電が不十分であっても、エンジンＥＮを始動できる。キャパシタ５は、劣化防止のためエンジンＥＮの停止後（アイドリングストップではなくイグニッションキーのオフ制御等による停止後）は、電荷の放電が行われるため、エンジンＥＮの初回始動時は充電が不十分の場合がある。
車両状態取得部１３ｂが車両２の状態を走行中であると判断すると（ステップＳ１１で「走行」）、電源制御部１３ａは車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ１６）、第２スイッチをオフに制御する（ステップＳ１７）。また、電源制御部１３ａは、ＤＣＤＣコンバータを駆動し（ステップＳ１８）、キャパシタ５の電力を電気負荷４へ通電する（ステップＳ１９）。なお、車両状態取得部１３ｂは、車両２の速度を検出する車速センサからの信号により車両２が走行中か否か判断する。これにより、車両２の走行中は、ＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定した電力を電気負荷４へ通電できる。すなわち、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ等の車両２に備わる機器を安定して作動できる。キャパシタ５の電力を使用することで、鉛バッテリの放電を抑制し、劣化を防止できる。
車両状態取得部１３ｂが車両２の状態を減速中であると判断すると（ステップＳ１１で「減速」）、電源制御部１３ａは、減速処理を実行する（ステップＳ２０）。減速処理で実行される処理内容は後述する。なお、車両状態取得部１３ｂは、車両２の速度を検出する車速センサからの信号により車両２が減速中か否か判断する。
車両状態取得部１３ｂが車両２の状態を停止中、すなわちアイドリングストップ中であると判断すると（ステップＳ１１で「停止」）、電源制御部１３ａは車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオフに制御し（ステップＳ２１）、第２スイッチをオンに制御し（ステップＳ２２）、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動し（ステップＳ２３）、キャパシタ５の電力を電気負荷４へ通電する（ステップＳ２４）。これにより、車両２の停止中は、ＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定した電力を電気負荷４へ通電できる。また、キャパシタ５の電力を使用することで、鉛バッテリの放電を抑制できる。なお、電源制御部１３ａは、アイドリングストップ制御装置からの信号により車両２が停止中か否か判断する。
車両状態取得部１３ｂが車両２の状態を一時停止状態からの再始動時、すなわちアイドリングストップからの復帰時であると判断すると（ステップＳ１１で「再始動」）、電源制御部１３ａは、車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオフに制御し（ステップＳ２５）、第２スイッチをオンに制御し（ステップＳ２６）、ＤＣＤＣコンバータ１４を停止し（ステップＳ２７）、キャパシタ５の電力を第２スイッチ１２を介してスタータ７へ通電する（ステップＳ２８）。実行頻度の高い再始動をキャパシタ５の電力を用いて行うことで、鉛バッテリ３の使用頻度を抑制できる。鉛バッテリ３の使用頻度を抑制すると、鉛バッテリ３の劣化を防止できる。また、ＤＣＤＣコンバータ１４を停止するためにキャパシタ５の電力を電気負荷４に分散せず、消費電力の大きいスタータ７へキャパシタ５の電力の大部分を使用できる。なお、車両状態取得部１３ｂは、アイドリングストップ制御装置からの信号により車両２の状態が一時停止状態からの再始動時か否か判断する。
図６は、ステップＳ２０における減速処理の処理内容を示す。減速処理が実行されると、充電状態取得部１３ｃが、電気負荷４へ通電される電流、すなわち電気負荷４の消費電流ＥＬｉを取得する（ステップＳ２０ａ）。
充電状態取得部１３ｃが、消費電流ＥＬｉがＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル以下、すなわち消費電流ＥＬｉが５０［Ａ］以下の小電流であり直結通電優先領域ＳＲに属するか否か判断する（ステップＳ２０ｂ）。
充電状態取得部１３ｃが消費電流ＥＬｉをＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル以下と判断すると（ステップＳ２０ｂでＹｅｓ）、電源制御部１３ａは車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオフに制御し（ステップＳ２０ｃ）、第２スイッチをオンに制御し（ステップＳ２０ｄ）、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動し（ステップＳ２０ｅ）、車両２の減速による発電機６の回生電力をキャパシタ５へ充電すると共にＤＣＤＣコンバータ１４を介して電気負荷４へ通電する（ステップＳ２０ｆ）。これにより、発電機６の回生電力をキャパシタ５へ充電できると共にＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定した電力を電気負荷４へ通電できる。
一方、充電状態取得部１３ｃは、消費電流ＥＬｉをＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル以下でないと判断すると（ステップＳ２０ａでＮｏ）、消費電流ＥＬｉがＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル未満かつ発電機６の電流最大レベル以下、すなわち消費電流ＥＬｉが５０［Ａ］以下かつ１５０［Ａ］未満の中程度の電流であり余剰充電優先領域ＭＲに属するか否か判断する（ステップＳ２０ｇ）。
充電状態取得部１３ｃが消費電流ＥＬｉをＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル未満かつ発電機６の電流最大レベル以下と判断すると（ステップＳ２０ｇでＹｅｓ）、電源制御部１３ａは、車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ２０ｈ）、第２スイッチをオフに制御し（ステップＳ２０ｉ）、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動し（ステップＳ２０ｊ）、車両２の減速による発電機６の回生電力を電気負荷４へ直接通電すると共にＤＣＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５へ充電する（ステップＳ２０ｋ）。発電機６の回生電力をＤＣＤＣコンバータ１４を介さずに電気負荷４へ直接通電するのは、電気負荷４が要求する電流が多く、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力能力を超えるからである。これにより、多くの電流を必要とする電気負荷４へ発電機６の回生電力を直接通電できると共にＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定した電力をキャパシタ５へ充電できる。
一方、充電状態取得部１３ｃは、消費電流ＥＬｉをＤＣＤＣコンバータ１４の放電最大レベル未満かつ発電機６の電流最大レベル以下でないと判断すると（ステップＳ２０ｇでＮｏ）、消費電流ＥＬｉが電流最大レベルより多い、すなわち消費電流ＥＬｉが１５０［Ａ］より多い大電流であり補助通電優先領域ＬＲに属すると判断する。
充電状態取得部１３ｃが消費電流ＥＬｉを電流最大レベルより多いと判断すると、電源制御部１３ａは、車両状態データ１５ｂを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ２０ｌ）、第２スイッチをオフに制御し（ステップＳ２０ｍ）、ＤＣＤＣコンバータ１４を停止し（ステップＳ２０ｎ）、車両２の減速による発電機６の回生電力を電気負荷４へ直接通電すると共にキャパシタ５の電力をＤＣＤＣコンバータ１４を介して電気負荷４へ通電する（ステップＳ２０ｏ）。これにより、非常に多くの電流を必要とする電気負荷４に対して発電機６の回生電力を直接通電できると共にＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定した電力を電気負荷４へ充電できるので、電気負荷４が非常に多くの電流を必要する場合であっても電気負荷４を安定して作動させることができる。なお、電気負荷４が非常に多くの電流を必要する場合とは、エアーコンディショナやライト等の様々な電気機器が同時に作動している場合である。
このように、車両２の減速時は、発電機６の回生電力を使用することで、車両２の減速によるエネルギを有効に利用できる。また、電気負荷４が消費する電流が少ない場合は発電機６の回生電力を電気負荷４へ通電すると共にキャパシタ５へ充電するので、キャパシタ５の充電不足を防止できる。また、電気負荷４が消費する電流が多く、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力能力を超える場合は発電機６の回生電力を電気負荷４へ直接通電するので、電気負荷４を安定的に作動できる。
＜１−４．回路構成＞
図７は、エンジンＥＮの初回始動時における車両用電源装置１の回路構成を示す。この場合において、車両用電源装置１は、第１スイッチ１１をオンに制御し、第２スイッチ１２をオフに制御し、ＤＣＤＣコンバータ１４を停止する。これにより、鉛バッテリ３とスタータ７の間に経路Ｃ１が形成され、鉛バッテリ３から第１スイッチ１１を介してスタータ７へ直接通電できる。初回始動時はキャパシタ５の充電が不十分であるため、鉛バッテリ３からスタータ７へ直接通電することで、エンジンＥＮを円滑に始動できる。キャパシタ５は劣化防止のため、エンジンＥＮの最終停止後に放電されるからである。
図８は、車両２が減速状態で、かつ電気負荷への通電電流ＥＬｉが小電流の場合における車両用電源装置１の回路構成を示す。この場合において、車両用電源装置１は、第１スイッチ１１をオフに制御し、第２スイッチ１２をオンに制御し、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動させて発電機６から電気負荷４へ通電する。このとき、電源制御部１３ａもしくはＤＣＤＣコンバータ１４は、鉛バッテリ電流検出センサ１６からの検出値に基づき、鉛バッテリ３の電力が電気負荷４へ通電されないようＤＣＤＣコンバータ１４を制御する。これにより、発電機６とキャパシタ５との間に経路Ｃ２が形成され、発電機６と電気負荷４との間に経路Ｃ３が形成され、発電機６の回生電力をキャパシタ５へ直接充電できると共に、ＤＣＤＣコンバータ１４を介した安定的な電流を電気負荷４へ通電できる。
図９は、車両２がアイドリングストップから再始動する場合における車両用電源装置１の回路構成を示す。この場合において、車両用電源装置１は、第１スイッチ１１をオフに制御し、第２スイッチ１２をオンに制御し、ＤＣＤＣコンバータ１４を停止させる。これにより、キャパシタ５とスタータ７との間に経路Ｃ４が形成され、キャパシタ５の電力でスタータ７を直接駆動できる。すなわち、実施頻度の高い再始動に鉛バッテリ３の電力を用いず、鉛バッテリ３が消耗して劣化するのを防止できる。
＜１−５．スイッチの構成、処理、及び動作＞
次に、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の構成、処理、及び動作を説明する。第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の切替え制御によっては、過電流やサージ電圧を発生し、車両用電源装置１が破損する恐れがある。
すなわち、鉛バッテリ３（又はキャパシタ５）の充電が十分であり、キャパシタ５（又は鉛バッテリ３）の充電が不十分な状態で、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２が同時にオンすると、充電の十分な方から不十分な方へ過電流が通電され、発火や発熱を生じる恐れがある。したがって、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の切替え時には、両者が同時にオンとならない制御が必要となる。
また、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２をオンとする前に、両スイッチが同時にオフする状態を作ることで、両者の同時オンを回避できる。しかし、両スイッチが同時にオフすると、発電機６の放電先がなくなる。この場合、発電機６が高電圧となる、いわゆるロードダンプの状態となる。発電機６がロードダンプ状態となった後、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２のいずれかをオンとすると、急激な高電圧の発生、すなわちサージ電圧を発生し、車両用電源装置１が破損する恐れがある。
したがって、本実施の形態における第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の構成、処理、及び動作は、両スイッチ１１及び１２の同時オン及び同時オフを行わず、すなわち過電流やサージ電圧を発生させずに、両スイッチ１１及び１２の切替えを安全に行うものである。
図１０は、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の内部構成を示す。第１スイッチ１１は、第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａ及び第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂを接続して構成される。第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａ及び第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、ソースＳが発電機６に接続され、ドレインＤが第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに接続される。第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａのドレインＤとソースＳとを接続する寄生ダイオードのアノードＡが発電機６に接続され、かつ、寄生ダイオードのカソードＣが鉛バッテリ３に接続される。第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂのドレインＤとソースＳとを接続する寄生ダイオードのカソードＣが発電機６に接続され、かつ、寄生ダイオードのアノードＡが鉛バッテリ３に接続される。第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａ及び第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂのゲートＧが電源制御部１３ａにより制御される。
第２スイッチ１２は、第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂを接続して構成され、他の構成は第１スイッチ１１と同様に構成される。ただし、第２スイッチ１２は、第１スイッチ１１の構成のうち、第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａを第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａに置換え、第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂを第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂに置換え、鉛バッテリ３をキャパシタ５に置換えて構成される。
図１１は、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の切替え処理を示す。特に、第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態から第１スイッチ１１がオフ及び第２スイッチ１２がオンの状態への切替え処理を示す。したがって、図１１に示す処理は、第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態から開始する。なお、これら処理は電源制御部１３ａにより制御される。
まず、第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａをオフに制御する（ステップＳ３１）。電源制御部１３ａは、第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａをオフに制御してから時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過したか判断する（ステップＳ３２）。４［ｍｓｅｃ］は、ＭＯＳＦＥＴがオン又はオフに制御されるための十分な時間である。
電源制御部１３ａは、時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過していないと判断すると（ステップＳ３２でＮｏ）、ＭＯＳＦＥＴの制御は行わず待機し、時間Ｔを再度参照する。
一方、電源制御部１３ａは、時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過したと判断すると（ステップＳ３２でＹｅｓ）、第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂをオンに制御する（ステップＳ３３）。
電源制御部１３ａは、第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂをオンに制御すると、第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂをオンに制御してから時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過したか判断する（ステップＳ３４）。
電源制御部１３ａは、時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過していないと判断すると（ステップＳ３４でＮｏ）、ＭＯＳＦＥＴの制御は行わず待機し、時間Ｔを再度参照する。
一方、電源制御部１３ａは、時間Ｔが４［ｍｓｅｃ］以上経過したと判断すると（ステップＳ３４でＹｅｓ）、第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂをオフに制御する（ステップＳ３５）。
なお、第１スイッチ１１がオフ及び第２スイッチ１２がオンの状態から第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態への切替え処理は、図１１に示した処理と第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２について逆の処理を行えばよい。
図１２は、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の切替え動作を示す。特に、図１１で示した処理、すなわち第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態から第１スイッチ１１がオフ及び第２スイッチ１２がオンの状態への切替え処理における各ＭＯＳＦＥＴの切替え動作を示す。したがって、図１２に示す処理は、第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態（状態Ａ）から動作を開始する。状態Ａでは、発電機６から鉛バッテリ３へ電流１１ａｉが通電されている。
状態Ａから第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａをオフに制御する（状態Ｂ）。状態Ｂでは、電流１１ｂｉが第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂ及び第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａの寄生ダイオードを通電される。
状態Ｂから第３ＭＯＳＦＥＴ１２ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ１２ｂをオンに制御する（状態Ｃ）。状態Ｃでは、第２スイッチ１２を介して発電機６からキャパシタ５へ電流１２ｉが通電される。この際、十分に充電された鉛バッテリ３から充電の不十分なキャパシタ５へ過電流Ｒｉが通電される恐れがあるが、第１ＭＯＳＦＥＴ１１ａの寄生ダイオードにより過電流Ｒｉは遮断される。
状態Ｃから第２ＭＯＳＦＥＴ１１ｂをオフに制御する（状態Ｄ）。状態Ｄは第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２のオンとオフが切替わった状態である。状態Ｄにおいて、第２スイッチ１２はオンとなり、発電機６からキャパシタ５へ電流１２ｉが通電される。
なお、第１スイッチ１１がオフ及び第２スイッチ１２がオンの状態から第１スイッチ１１がオン及び第２スイッチ１２がオフの状態への切替え処理は、図１２に示した処理と第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２について逆の処理を行えばよい。
このように、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の同時オン及び同時オフを行わないために、過電流やサージ電圧を発生させず、両スイッチ１１及び１２の切替えを安全に行うことができる。
また、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２の寄生ダイオードのカソードが鉛バッテリ３及びキャパシタ５へ向くことで、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電後に、鉛バッテリ３及びキャパシタ５からスタータへ電流が逆流するのを防止できる。
以上のように、本実施の形態の車両用電源装置１は、車両２の状態に応じて、発電機６、鉛バッテリ３、及びキャパシタ５に接続された第１スイッチ１１と第２スイッチ１２との接続状態を制御する。これにより、エンジンＥＮの最初の始動時には、鉛バッテリ３からスタータ７へ通電を行うため円滑な始動ができ、エンジンＥＮの一時停止状態からの再始動時には、キャパシタ５からスタータ７へ通電を行うので、鉛バッテリ３の放電を抑制して劣化を防止できる。
また、発電機６の回生電力をＤＣＤＣコンバータ１４を介さずにキャパシタ５へ充電する。このため、キャパシタ５への充電のための発電機６の作動を抑制し、燃費の向上を図ることができる。また、燃費の向上を鉛バッテリ３の劣化防止と両立できる。
また、電気負荷４へ通電される電流量に応じて鉛バッテリ３及びキャパシタ５への充電経路を切替えることで、燃費の向上を図ることができる。
また、車両用電源装置１のみで、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充放電制御とスタータ７の駆動制御とを可能としたので、車両用電源装置１の小型化及びコストダウンが図れる。
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を含む。このため、以下に第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
＜２−１．構成＞
図１３は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置１の構成を示す。前述の第１の実施の形態に係る車両用電源装置１は、記憶部１５に車両状態データ１５ｂを記憶した。これに対し、第２の実施の形態に係る車両用電源装置１は、記憶部１５に車両状態データ１５ｂに加えて充電状態データ１５ｃをさらに記憶する。
充電状態データ１５ｃは、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態、第１スイッチの開閉状態、第２スイッチの開閉状態、ＤＣＤＣコンバータの駆動状態、及び、車両用電源装置の制御状態のデータ項目を備えるマトリックス状のデータテーブルである。
図１４は、充電状態データ１５ｃの例を示す。充電状態データ１５ｃは、充電状態ＲＳ、第１スイッチの開閉状態ＦＳ、第２スイッチの開閉状態ＳＳ、ＤＣＤＣコンバータの駆動状態ＤＣ、及び、車両用電源装置の制御状態ＣＳのデータ項目と、各データ項目に対応した２つのレコードＲとを備える。
充電状態ＲＳには、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態が入力されている。すなわち、「鉛バッテリ充電状態≦８０［％］」及び「劣化防止レベル＜キャパシタ電圧≦再始動確保レベル」である。他のデータ項目には、図３で説明した車両状態データ１５ｂと同様に、充電状態ＲＳに対応したデータが各々入力されている。
図１５は、鉛バッテリ３の充電状態ＰｂＳＯＣのレベルを示す。なお、鉛バッテリ３の充電が必要となる充電状態レベルは８０［％］であり、「補充電必要レベル」として示す。また、鉛バッテリ３の満充電に相当する充電状態レベルは９５［％］であり、「満充電レベル」として示す。
鉛バッテリ３の充電状態ＰｂＳＯＣが補充電必要レベル以下となる場合は、充電状態ＰｂＳＯＣは補充電優先領域ＣＲに含まれる。車両用電源装置１は、充電状態ＰｂＳＯＣが補充電優先領域ＣＲに含まれる場合、発電機６の電力を鉛バッテリ３へ直接充電し、かつ余分の電力でＤＣＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５を充電する。これにより、鉛バッテリ３を優先して充電できる。なお、車両用電源装置１は、鉛バッテリ３の充電状態ＰｂＳＯＣが補充電必要レベル以下となる場合は、他の制御に優先して鉛バッテリ３を充電する。
鉛バッテリ３の充電状態ＰｂＳＯＣが補充電必要レベルより大きく、かつ満充電レベル以下となる場合は、充電状態ＰｂＳＯＣは通常領域ＯＲに含まれる。車両用電源装置１は、充電状態ＰｂＳＯＣが通常領域ＯＲに含まれる場合、発電機６の電力をキャパシタ５の充電や電気負荷４への通電に使用する。
鉛バッテリ３の充電状態ＰｂＳＯＣが満充電レベルより大きい場合は、充電状態ＰｂＳＯＣは充電回避領域ＡＲに含まれる。車両用電源装置１は、充電状態ＰｂＳＯＣが充電回避領域ＡＲに含まれる場合、鉛バッテリ３への充電を禁止する。不必要に充電を行い、鉛バッテリ３が劣化するのを防止するためである。
図１６は、キャパシタ５の充電状態のレベルを示す。キャパシタ５の充電状態は、キャパシタ５の出力電圧を参照して判別できる。なお、車両２の最終停車後にキャパシタ５の劣化防止のために落とすべきキャパシタ５の出力電圧レベルは８［ｖ］であり、「劣化防止レベル」として示す。アイドリングストップからの再始動に必要なキャパシタ５の出力電圧レベルは１０［ｖ］であり、「再始動確保レベル」として示す。発電機６からキャパシタ５へ出力される最大の出力電圧レベルは１５［ｖ］であり、「発電機最大電圧レベル」として示す。キャパシタ５の最大充電状態の電圧レベルは１６［ｖ］であり、「満充電レベル」として示す。
キャパシタ５の充電状態が劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下となる場合は、キャパシタ５の充電状態は補充電優先・劣化防止放電優先領域ＤＲに含まれる。車両用電源装置１は、キャパシタ５の充電状態が補充電優先・劣化防止放電優先領域ＤＲに含まれる場合、車両２の走行中はキャパシタ５への充電を優先し、車両２の最終停止後は放電を優先する。これにより、車両２の走行中はキャパシタ５への十分に充電できると共に、車両２の最終停止後は放電を優先するので、キャパシタ５の劣化を防止できる。
キャパシタ５の充電状態が再始動確保レベルより大きく、かつ発電機最大電圧レベル以下となる場合は、キャパシタ５の充電状態は走行中及びアイドリングストップ中の使用領域ＲＲに含まれる。車両用電源装置１は、キャパシタ５の充電状態が走行中及びアイドリングストップ中の使用領域ＲＲに含まれる場合、車両２の走行中及びアイドリングストップ中はキャパシタ５の充電及び放電を行う。また、車両２の減速時には発電機６の回生電力でキャパシタ５の充電を行い、車両２の減速時以外の時はキャパシタ５の放電を行う。これにより、車両２の走行中はキャパシタ５への十分に充電できると共に、車両２の最終停止後は放電を優先するので、キャパシタ５の劣化を防止できる。車両２の減速時には発電機６の回生電力でキャパシタ５の充電を行うので、効率的に充電できる。
キャパシタ５の充電状態が発電機最大電圧レベルより大きく、かつ満充電レベル以下となる場合は、キャパシタ５の充電状態は昇圧充電領域ＵＲに含まれる。車両用電源装置１は、キャパシタ５の充電状態が昇圧充電領域ＵＲに含まれる場合、キャパシタ５の出力電圧が発電機６の出力を超えているため、ＤＣＤＣコンバータ１４で発電機６の出力電圧を昇圧してキャパシタ５へ充電を行う。これにより、満充電レベルが発電機６の最大出力電圧を超えており、かつキャパシタ５の出力電圧が発電機６の出力電圧を超えている場合であっても、キャパシタ５を満充電まで充電できる。
＜２−２．処理＞
図１７は、第２の実施の形態に係る車両用電源装置１の処理工程を示す。第２の実施の形態に係る車両用電源装置１の処理工程は、第１の実施の形態の処理工程に加え、充電状態制御（ステップＳ１０）を備える。充電状態制御は、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態を取得し、取得した充電状態に基づき車両用電源装置１を制御する。
車両用電源装置１の処理工程が開始すると充電状態制御が実行される（ステップＳ１０）。すなわち、充電状態制御は、車両２の状態の判別処理（ステップＳ１１）より先に実行される。したがって、車両２の状態に基づく車両用電源装置１の制御より、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態に基づく車両用電源装置１の制御を優先する。これにより、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態を最適に、少なくとも低下させないことにより、電気負荷４を安定的に作動させ、アイドリングストップからの円滑な復帰を行うことができる。
図１８は、充電状態制御の詳細な処理工程を示す。充電状態制御が実行されると、充電状態取得部１３ｃが鉛バッテリ３の充電状態が８０［％］以下、すなわち補充電優先領域ＣＲに含まれるか否か判断する（ステップＳ１０ａ）。
充電状態取得部１３ｃが鉛バッテリ３の充電状態が補充電優先領域ＣＲに含まれる８０［％］以下であると判断すると（ステップＳ１０ａでＹｅｓ）、電源制御部１３ａは、充電状態データ１５ｃを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ１０ｂ）、第２スイッチ１２をオフに制御し（ステップＳ１０ｃ）、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動して発電機６の電力で鉛バッテリ３を充電する（ステップＳ１０ｄ）。これにより、鉛バッテリ３の充電状態が８０［％］以下、すなわち補充電優先領域ＣＲに含まれる場合、鉛バッテリ３を優先して充電できる。
一方、充電状態取得部１３ｃは、鉛バッテリ３の充電状態が８０［％］以下でない、すなわち補充電優先領域ＣＲに含まれないと判断すると（ステップＳ１０ａでＮｏ）、キャパシタ５の充電状態が劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下、すなわち補充電優先・劣化防止放電優先領域ＤＲに含まれるか否か判断する（ステップＳ１０ｅ）。
充電状態取得部１３ｃがキャパシタ５の充電状態を劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下と判断すると（ステップＳ１０ｅでＹｅｓ）、電源制御部１３ａは、充電状態データ１５ｃを参照し、第１スイッチ１１をオンに制御し（ステップＳ１０ｆ）、第２スイッチ１２をオフに制御し（ステップＳ１０ｇ）、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動して発電機６の電力でキャパシタ５を充電する（ステップＳ１０ｄ）。これにより、キャパシタ５の充電状態が劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下、すなわち補充電優先・劣化防止放電優先領域ＤＲに含まれる場合、キャパシタ５を優先して充電できる。
ステップＳ１０ｄ或いはステップＳ１０ｈが実行された場合、又は、充電状態取得部１３ｃがキャパシタ５の充電状態を劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下でないと判断した場合（ステップＳ１０ｅでＮｏ）、処理は図１７の処理工程に戻り、ステップＳ１１が実行される。
＜２−３．回路構成＞
図１９は、鉛バッテリ３の充電状態が８０［％］以下の場合の車両用電源装置１の回路構成を示す。この場合において、車両用電源装置１は、第１スイッチ１１をオンに制御し、第２スイッチ１２をオフに制御し、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動させて発電機６でキャパシタ５を充電する。これにより、発電機６と鉛バッテリ３との間に経路Ｃ５が形成され、発電機６とキャパシタ５との間に経路Ｃ６が形成され、発電機６の電力で鉛バッテリ３を十分に充電できる。また、発電機６の余分の電力でＤＣＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５も充電できる。
図２０は、キャパシタ５の充電状態が劣化防止レベルより大きく、かつ再始動確保レベル以下の場合の車両用電源装置１の回路構成を示す。この場合において、車両用電源装置１は、第１スイッチ１１をオンに制御し、第２スイッチ１２をオフに制御し、ＤＣＤＣコンバータ１４を駆動させて発電機６及び鉛バッテリ３でキャパシタ５を充電する。これにより、発電機６とキャパシタ５との間に経路Ｃ８が形成され、鉛バッテリ３とキャパシタ５との間に経路Ｃ７が形成され、発電機６及び鉛バッテリ３の電力でキャパシタ５を十分に充電できる。
以上の通り、第２の実施の形態の車両用電源装置１は、充電状態に応じて第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２を開閉する。このため、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態に応じた適切な充放電の制御が可能となる。
また、車両２の状態に基づく車両用電源装置１の制御より、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態に基づく車両用電源装置１の制御を優先するため、鉛バッテリ３及びキャパシタ５の充電状態を最適に、少なくとも低下させないことにより、電気負荷４を安定的に作動させ、アイドリングストップからの円滑な復帰を行うことができる。
＜３．変形例＞
本発明は上記実施の形態に限定されることはない。本発明は変形可能である。以下、本発明の変形例を説明する。なお、上記及び以下に説明する実施の形態は、適宜組み合わせ可能である。
上記実施の形態では、車両用電源装置１の内部にＤＣＤＣコンバータ１４を備えた。しかし、ＤＣＤＣコンバータ１４の内部に車両用電源装置１を備えてもよい。すなわち、ＤＣＤＣコンバータ１４が、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、制御部１３、及び記憶部１５を備えてもよい。
また、上記実施の形態では、車両２に備わる電気機器の主要な電源として、電極に鉛を用いた鉛バッテリ３を示した。しかし、電源は鉛バッテリ３でなくともよい。車両２に備わる電気機器の電源となり得る二次電池であればよい。例えば、シリコンバッテリである。
また、上記実施の形態では、車両２に備わる電気機器の補助的な電源として、キャパシタ５を示した。しかし、補助電源はキャパシタ５でなくともよい。車両２に備わる電気機器の補助電源となり得る二次電池であればよい。例えば、リチウムイオンバッテリやニッケル・水素充電池である。
また、上記実施の形態では、車両用電源装置１は車両に搭載されると説明した。しかし、車両用電源装置１は二輪車、鉄道、航空機、及び船舶等の輸送用機器に搭載されてもよい。さらに、エレベータやエスカレータ等の昇降機に搭載されてもよい。要するに、電源及び電気負荷と接続され、電源に対する放充電制御及び電気負荷に対する通電制御を行うものであればよい。
また、ハードウェアとして説明した構成をソフトウェアで実現してもよい。一方、ソフトウェアとして説明した機能をハードウェアで実現してもよい。また、ハードウェア又はソフトウェアをハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。
１ 車両用電源装置
２ 車両
３ 鉛バッテリ
４ 電気負荷
５ キャパシタ
６ 発電機
７ スタータ
１１ 第１スイッチ
１２ 第２スイッチ
１３ 制御部
１４ ＤＣＤＣコンバータ
１５ 記憶部
１６ 鉛バッテリ電流検出センサ

Claims (7)

  1. 車両の内燃機関によって駆動される発電機と、
    電気負荷と、
    前記内燃機関を始動する始動装置と前記電気負荷への給電を行う二次電池およびキャパシタと、
    前記発電機と二次電池との間に設けられた第１スイッチ部と、
    前記発電機とキャパシタとの間に設けられた第２スイッチ部と、
    前記二次電池と前記第１スイッチ部とを接続する第１接続部と前記キャパシタと前記第２スイッチ部とを接続する第２接続部との間に設けられ入力された直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する直流変換器と、
    前記第１スイッチ部の接続状態と前記第２スイッチ部の接続状態とを制御する制御手段と、
    を備えた車両用電源装置であって、
    前記制御手段は、前記車両の減速時に、前記電気負荷の消費電流に応じて、前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部の接続状態を制御し、前記電気負荷の消費電流が所定値以下の場合に前記発電機からの回生電力を前記キャパシタへ給電するとともに前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電する制御を行い、前記電気負荷の消費電流が所定値より大きい場合に前記発電機からの回生電力を前記電気負荷へ給電する制御を行うことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 車両の内燃機関によって駆動される発電機と、
    電気負荷と、
    前記内燃機関を始動する始動装置と前記電気負荷への給電を行う二次電池およびキャパシタと、
    前記発電機と二次電池との間に設けられた第１スイッチ部と、
    前記発電機とキャパシタとの間に設けられた第２スイッチ部と、
    前記二次電池と前記第１スイッチ部とを接続する第１接続部と前記キャパシタと前記第２スイッチ部とを接続する第２接続部との間に設けられ入力された直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する直流変換器と、
    前記第１スイッチ部の接続状態と前記第２スイッチ部の接続状態とを制御する制御手段と、
    を備えた車両用電源装置であって、
    前記制御手段は、
    前記車両の減速時に、前記電気負荷の消費電流が前記直流変換器の放電最大レベル以下と判断したときは、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記発電機からの回生電力を前記キャパシタへ給電するとともに前記直流変換器を駆動して前記電気負荷へ給電するよう制御し、
    前記電気負荷の消費電流が前記直流変換機の放電最大レベル以上かつ前記発電機の電流最大レベル以下と判断したときは、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記発電機からの回生電力を前記電気負荷へ給電するとともに前記直流変換器を駆動してキャパシタへ給電するよう制御し、
    前記電気負荷の消費電流が前記発電機の電流最大レベル以上と判断したときは、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動させないことで、前記発電機からの回生電力全てを前記電気負荷へ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
  3. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
    前記制御手段は、前記内燃機関の最初の始動時に、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動して前記発電機によって発電される発電電力を前記直流変換器を介して前記キャパシタへ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
  4. 請求項３に記載の車両用電源装置において、
    前記制御手段は、前記二次電池の電力を前記直流変換器を介して前記キャパシタへ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
  5. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
    前記制御手段は、前記車両の走行時に、前記第１スイッチ部を接続して前記第２スイッチ部を開放し、前記直流変換器を駆動して前記キャパシタの電力を前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
  6. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
    前記制御手段は、前記車両のアイドリングストップ時に、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記直流変換器を駆動して前記キャパシタの電力を前記直流変換器を介して前記電気負荷へ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
  7. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
    前記制御手段は、前記車両の再始動時に、前記第１スイッチ部を開放して前記第２スイッチ部を接続し、前記直流変換器を駆動させないことで、前記キャパシタの電力を前記始動装置へ給電するよう制御することを特徴とする車両用電源装置。
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