JP2006002626A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置中に設けられた蓄電器を確実かつ効率よく充電しながら、車載電装機器へ電力を確実に供給できるようにする。
【解決手段】 満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器１１と、満充電時の電圧が第１電圧よりも低い第２電圧である第２の蓄電器１２と、第１電圧で第１の蓄電器を充電する電圧生成手段４０と、電圧生成手段４０を制御する制御ユニット３０とから構成するとともに、この制御ユニット３０を、第１の蓄電器１１および第２の蓄電器１２の実電圧を測定する電圧測定手段３１と、第１の蓄電器１１および第２の蓄電器１２の実電圧を比較する電圧比較手段３２と、電圧比較手段３２による比較結果に基づいて電圧生成手段４０を作動させ、第１の蓄電器１１に対して充電を行なう充電制御手段３４とから構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関するものである。

従来より、車載の電装機器は蓄電器からの電力によって作動し、また、この蓄電器は、車両のエンジンによって駆動された発電機によって発電された電力によって充電されるようになっている。
この蓄電器としてはリチウムイオン電池や鉛電池のような充放電可能な化学電池（以下、バッテリという）が用いられる場合が一般的であるが、近年、このような一般的なバッテリに換えて、もしくはこのようなバッテリに加えて、電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」）が用いられる技術が開発されている。

これらのバッテリおよびキャパシタは発電機によって発電された電力を蓄えるという点では共に同様の機能をそなえているが、バッテリが化学変化を介して電力を蓄えるのに対し、キャパシタは電力を電気のまま蓄える点で異なっている。また、キャパシタは大電力を短時間の間に放出するのに適している点でも、バッテリとはその性質が大きく異なっている。

そして、これらのバッテリとキャパシタとを組み合わせた回路についての技術を示す一例として、以下の特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、車両のエンジンを始動するスタータモータに対して電力を供給するコンデンサ（キャパシタ）と、このコンデンサと並列に接続され、コンデンサの満充電時における蓄電電圧よりも低い電力を蓄えるバッテリと、バッテリからの電圧を昇圧してコンデンサへ供給する昇圧制御器（いわゆる、昇圧コンバータ）とから構成された回路が開示されている。

そして、このような構成により、コンデンサに蓄えられた電力を用いてエンジン始動用のスタータモータを駆動するとともに、コンデンサに蓄えられている電力量が低下した場合には、バッテリに蓄えられた電力を昇圧した後にキャパシタへ供給し、コンデンサを充電する旨が記載されている。
特公平５−８８３９０号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術によれば、常に昇圧コンバータを作動させてキャパシタを充電したり、ドライバがキャパシタ充電スイッチを操作することによってキャパシタを充電したりするようになっている。このため、キャパシタを効率よく自動的に充電することができないという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、装置中に設けられた蓄電器を確実かつ効率よく充電しながら、車載電装機器へ電力を確実に供給することができる、車両用電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用電源装置（請求項１）は、車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、該第１の蓄電器と並列に接続され、満充電時の電圧が該第１電圧よりも低い第２電圧である第２の蓄電器と、該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧で該第１の蓄電器を充電する電圧生成手段と、該第１の蓄電器，該第２の蓄電器および電圧生成手段に接続され、該電圧生成手段を制御する制御ユニットとから構成され、該制御ユニットは、該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段によって測定された該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧比較手段と、該電圧比較手段による比較結果に基づいて該電圧生成手段を作動させ、該第１の蓄電器に対して充電を行なう充電制御手段とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項１記載の内容において、該電圧生成手段は、該第２の蓄電器から出力される実電圧を該第１電圧へ昇圧して該１の蓄電池に並列印加する昇圧トランスであって、該充電制御手段は、該第１の蓄電器からの実電圧が該第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなると、該昇圧トランスを作動させる昇圧制御手段であることを特徴としている（請求項２）。

また、請求項２記載の内容において、該第２蓄電器に並列に接続され、該第２電圧を発電可能なオルタネータをそなえ、該制御ユニットは、該車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該オルタネータを作動させる回生発電制御手段とを有していることを特徴としている（請求項３）。
また、請求項１記載の内容において、該電圧生成手段は、該第２の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧または該第２電圧を発電可能な可変電圧オルタネータであって、該充電制御手段は、該第１の蓄電器からの実電圧が該第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなると、該第１電圧を発電するように該可変電圧オルタネータを作動させる発電制御手段であることを特徴としている。（請求項４）
また、請求項４記載の内容において、該制御ユニットは、該車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該可変電圧オルタネータを作動させる回生発電制御手段とを有していることを特徴としている。（請求項５）
また、本発明の車両用電源装置（請求項６）は、車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧よりも低い第２電圧の電力を発電するオルタネータと、該第１の蓄電器および該オルタネータと並列に接続され、該オルタネータから該第２電圧で出力される実電圧を該第１電圧へ昇圧した後に該１の蓄電池に並列印加し第１の蓄電器を充電する昇圧トランスと、該オルタネータおよび昇圧トランスに接続され、該オルタネータおよび該昇圧トランスを制御する制御ユニットとから構成され、該制御ユニットは、該車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該オルタネータを作動させる回生発電制御手段と、該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該昇圧トランスを作動させ、該第１の蓄電器に対して充電を行なう昇圧制御手段とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項６記載の内容において、該オルタネータおよび該昇圧トランスに対して並列に接続され、該第２電圧で電力を蓄える第２の蓄電器をそなえるとともに、該制御ユニットは、該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段によって測定された該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧比較手段をそなえ、該昇圧制御手段は、
該電圧比較手段により、該第１の蓄電器の実電圧が該第２の蓄電器の実電圧よりも低くなったことが判定されると、該昇圧トランスを作動させることを特徴としている。（請求項７）
また、本発明の車両用電源装置（請求項８）は、車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧または該第１電圧よりも低い第２電圧の電力を発電可能な可変電圧オルタネータと、該可変電圧オルタネータに接続され、該可変電圧オルタネータを制御する制御ユニットとから構成され、該制御ユニットは、該車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該可変電圧オルタネータを第１電圧で発電するように作動させる回生発電制御手段とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項８記載の内容において、該可変電圧オルタネータに対して並列に接続され、該第２電圧で電力を蓄える第２の蓄電器を備えるとともに、該制御ユニットは、該第１の蓄電器及び該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段により測定された該第１の蓄電器及び該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧差比較手段と、該電圧差比較手段により、該第１の蓄電器の実電圧が該第２の蓄電器の実電圧よりも低くなったことが判定されると、該可変電圧オルタネータを作動させる充電制御手段とを有していることを特徴としている。（請求項９）
また、請求項１〜８いずれか１項記載の内容において、該第１の蓄電器がキャパシタであって、該第２の蓄電器が充放電可能な化学電池であることを特徴としている。（請求項１０）

本発明の車両用電源装置によれば、装置中に設けられた蓄電器を確実かつ効率よく充電しながら、車載電装機器へ電力を確実に供給することができる（請求項１）。
また、充電制御手段が、第１の蓄電器からの実電圧が第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなった場合に、昇圧トランスによって第２の蓄電器から出力される実電圧を第１電圧へ昇圧して１の蓄電池に並列印加するようになっているので、ドライバが特に第１の蓄電器の蓄電量に留意せずとも、適宜自動的に第１の蓄電器の蓄電量を満充電に近い状態で保つことができる（請求項２および７）。

また、電圧生成手段として第１電圧と第２電圧とのうちいずれか一方の電圧を出力しうる発電機を用いても良く、この場合、回路の簡素化、装置重量の低減、装置の小型化などに寄与することが可能となる。また、充電制御手段として発電制御手段を適用し、第１の蓄電器からの実電圧が第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなった場合に、発電機を第１電圧で発電するように制御することで、必要に応じて自動的に第１の蓄電器の蓄電量を満充電に近い状態で保つことができる（請求項３）。なお、この場合、第２の蓄電器には第１の電圧が作用しないような過電圧防止機能を備えることが好ましい。

また、車両の減速時にはオルタネータにより回生発電された第２電圧を昇圧トランスによって第１電圧へ昇圧することにより蓄電器に充電することで、余分な運動エネルギーを電力として第１の蓄電器に蓄えること可能となり、省エネルギー化に寄与することができる。（請求項５，６および９）
また、第１の蓄電器としてキャパシタを適用するとともに、第２の蓄電器として充放電可能な化学電池を適用することによって、短時間の間に高圧電力を大量に出力することが可能であるというキャパシタの利点と、大量の電力を安定して継続的に出力することが可能であるという化学電池の利点との双方を得ることができる。（請求項１０）

以下、図面により、本発明の第１実施形態に係る車両用電源装置について説明すると、図１はその構成を示す模式的な回路図、図２はその動作（作用）を示すフローチャートである。
この車両用電源装置１０は、車両に搭載された電装機器に対して電力を供給するものであって、キャパシタ（第１の蓄電器）１１，バッテリ（第２の蓄電器）１２，昇圧トランス（電圧生成手段）４０，オルタネータ（発電機）５０，ＥＣＵ（制御ユニット）３０とから主に構成されている。なお、本実施形態においては、電装機器として図示しないエンジンを始動させるスタータモータ（モータ）１６が適用されている。

このうち、キャパシタ１１は、直流電力を蓄える電気二重層キャパシタであって、満充電時の電圧（即ち、定格電圧）は約１８．４Ｖ（第１電圧）となるように設定されている。この電気二重層キャパシタは既に公知のものであるので、ここではその詳しい説明は省略するが、本実施形態においては、電極に活性炭を用いることで非常に大きな表面積を確保して、電気容量を大きくすることができるように構成されている。なお、このキャパシタ１１から実際に出力される実電圧をキャパシタ電圧といい、また、このキャパシタ電圧は図１中ｄ点における電圧でもあるので単にｄ点電圧という場合もある。なお、図中ｃ点およびｅ点ではアースされており実質的に０Ｖである。

バッテリ１２は、キャパシタ１１と並列に接続された化学電池、より具体的には鉛電池であって、満充電時の電圧（即ち、定格電圧）は約１４．４Ｖ（第２電圧）となるように設定されている。なお、このバッテリ１２から実際に出力される実電圧をバッテリ電圧といい、また、このバッテリ電圧は、図１中ｂ点における電圧でもあるので、単にｂ点電圧という場合もある。

これらのキャパシタ１１とバッテリ１２とはともに、電力を蓄えるという点では共に同様の機能をそなえているが、バッテリ１２が化学変化を介して電力を蓄えるのに対し、キャパシタ１１は電力を電気のまま蓄える点で異なっている。これにより、キャパシタ１１には蓄えられる電力量が比較的少ないものの、短時間の間に大量の電力を放出するのに適しているという特徴を有し、一方、バッテリ１２は、大量の電力を短時間の間に放出することはできないものの、蓄電容量が大きく、また、蓄えた電力を安定して供給できるという特徴を有している。

また、キャパシタ１１およびバッテリ１２の内部抵抗は、バッテリ１２よりもキャパシタ１１の方がよりも小さいので、図１に示すようにキャパシタ１１とバッテリ１２とを並列に接続された場合には、原則的に、バッテリ１２よりも優先的にキャパシタ１１からスタータモータ１６へ電力が供給されるようになっている。
また、昇圧トランス４０は、キャパシタ１１に対して並列に接続され、バッテリ１２から出力された電圧を、電磁誘導起電力を用いて１８．４Ｖの第１電圧へ昇圧し、その後、この第１電圧をキャパシタ１１に対して並列に印加するものである。この昇圧トランス４０は既に公知の技術であるので詳しい説明は省略するが、電磁誘導起電力を生じさせるための１次コイル，鉄芯および２次コイルなど（いずれも図示略）が内蔵されている。

また、オルタネータ５０はバッテリ１２と接続され、図示しないエンジンによって駆動されることによって発電するものであって、その作動はＥＣＵ３０の発電制御部（後述する）によって制御される。また、このオルタネータ５０は、車両減速時に発電作動すると回生発電を行なうことになり、通常の発電を行なったり、回生発電を行なったり、あるいは発電を休止したりできるようになっている。

また、スタータモータ１６は、バッテリ１２およびキャパシタ１１に対して並列に接続され、通常はキャパシタ１１に蓄えられた直流電力によって駆動し、一方、キャパシタ電圧が、バッテリ電圧よりも低くなった場合（即ち、キャパシタ電圧＜バッテリ電圧となった場合）には、バッテリ１２から昇圧トランス４０を介して供給される第１電圧の電力によって駆動するようになっている。なお、このスタータモータ１６への給電制御については、ＥＣＵ３０を説明する際に詳しく説明する。

また、リレースイッチ２７がスタータモータ１６に対して直列に接続され、スタータモータ１６への電力供給を断接できるようになっている。なお、本実施形態における当該リレースイッチ２７は、スタータスイッチである。
また、ダイオード２８がバッテリ１２に対して直列に接続されている。そして、スタータモータ１６の消費電力が大きいために、キャパシタ１１電圧がバッテリ電圧を下回ってしまうような場合（即ち、キャパシタ電圧＜バッテリ電圧となる場合）には、昇圧トランスの抵抗がダイオード２８より大きいためバッテリ電流はダイオード側を流れ、バッテリ１２よりスタータモータ１６へ電力が供給されるようになっている。

また、キャパシタ１１およびバッテリ１２が満充電状態である場合には、キャパシタ電圧がバッテリ電圧を上回っているが（即ち、キャパシタ電圧＞バッテリ電圧となっているため）、ダイオード２８がバッテリ１２に対して直列に接続されているので、キャパシタ１１からバッテリ１２に対して電力が回り込むような事態を回避できる。
また、ＥＣＵ３０は、キャパシタ１１，バッテリ１２，昇圧トランス４０，オルタネータ５０に接続され、適宜、昇圧トランス４０およびオルタネータ５０を制御できるようになっている。

このＥＣＵ３０には、電圧センサ（電圧測定手段）３１，電圧比較部（電圧比較手段）３２，発電制御部（回生制御手段）３３，昇圧制御部（昇圧制御手段および充電制御手段）３４および制動検出部（減速判定手段）３５がそなえられているほか、いずれも図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，各種のセンサなどが設けられて構成されている。また、これらのうち、電圧比較部３２，発電制御部３３，昇圧制御部３４および制動検出部３５はＲＯＭ内に保持されたプログラムによって実現されている。

このうち、電圧センサ３１は、キャパシタ１１から出力される実電圧（キャパシタ電圧）およびバッテリ１２から出力される実電圧（バッテリ電圧）を測定し、それぞれの測定結果を電圧比較部３２へ出力するものである。
また、電圧比較部３２は、電圧センサ３１によって測定されたキャパシタ電圧およびバッテリ電圧の測定結果を比較するものである。

また、昇圧制御部３４は、電圧比較部３２による比較結果に基づいて昇圧トランス４０を作動させてキャパシタ１１に対して充電を行なうものである。
また、発電制御部３３は、オルタネータ５０を制御するものであって、具体的には、通常はオルタネータ５０がエンジンによって駆動されて発電を行なうように制御し、一方、制動時におけるオルタネータ５０の回生発電も制御するものである。なお、車両の減速の有無については後述する制動検出部３５によって検出されるようになっている。

また、この発電制御部３３は、電圧センサ３１によって測定されたバッテリ電圧に基づき、バッテリ１２が既に満充電であると判断した場合には、オルタネータ５０の作動を休止させることもできるようになっている。なお、オルタネータ５０の作動を休止させた場合に電圧センサ３１によって測定されたバッテリ電圧が所定値よりも低くなると、再びオルタネータ５０をエンジンからの駆動力によって作動させて発電を行ない、バッテリ１２が常に所定の蓄電量を維持できるようになっている。

また、制動検出部３５は、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキペダルセンサ（図示略）からの情報、および、アクセルペダルの踏み込みを検出するアクセルペダルセンサ（図示略）からの情報によって車両が減速走行状態であるか否かを判定するものである。
本実施形態に係る本発明の車両用電源装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

図２のフローチャートで示すように、まず、ステップＳ１０において、制動検出部３５により車両が減速走行時であるか否かが判定され、ここで、減速走行中であると判定された場合には、余分な運動エネルギーを電力として回収すべく、発電制御部３３がオルタネータ５０を作動させて回生発電を行ない、この回生発電により得られた第２電圧（１４．４Ｖ）の電力を昇圧トランス４０によって第１電圧（１８．４Ｖ）へ昇圧してキャパシタ１１を充電する（ステップＳ２２，Ｓ２３およびＳ２４）。

一方、ステップＳ１０において車両が減速中ではないと判定された場合には、ステップＳ１１へ進み、キャパシタ電圧（ｄ点電圧）およびバッテリ電圧（ｂ点電圧）とが電圧センサ３１によって測定され、この測定されたそれぞれの電圧が電圧比較部３２によって比較される。
ここで、ｄ点電圧の方がｂ点電圧よりも大きい（即ち、キャパシタ電圧＞バッテリ電圧）と判定された場合には、キャパシタ１１の蓄電量が十分であるため、その後、リレースイッチ２７がオンとなるとキャパシタ１１からスタータモータ１６へ給電が行なわれ、スタータモータ１６が作動する（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。

一方、ステップＳ１１において、ｂ点電圧の方がｄ点電圧よりも大きい（即ち、バッテリ電圧≧キャパシタ電圧）と判定された場合には、キャパシタ１１の蓄電量が不足しているため、キャパシタ１１へ充電を行なう必要がある。
さらに、電圧比較部３２により、バッテリ１２に対して充電が必要であるか否かが判定され、ここで、バッテリ１２の蓄電量が十分でありバッテリ１２への充電は不要であると判定された場合には、昇圧制御部３４が昇圧トランス４０を作動させ、バッテリ１２から出力された１４．４Ｖの第１電圧を１８．４Ｖの第２電圧へ昇圧する。そして、この昇圧された電力がキャパシタ１１へ入力されてキャパシタ１１が充電される（ステップＳ２１，Ｓ２３およびＳ２４）。

一方、ステップＳ２１において、バッテリ１２への充電が必要であると判定された場合には、発電制御部３３がオルタネータ５０による発電を開始させる。なお、この場合の発電はエンジンによって駆動されて発電が行なう通常発電である。そして、発電された電力によってバッテリ１２が充電されるとともに、発電された電力が昇圧トランス４０によって１４．４Ｖの第１電圧から１８．４Ｖの第２電圧へ昇圧される。そして、この昇圧トランス４０によって昇圧された電力がキャパシタ１１へ入力されてキャパシタ１１が充電される（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。

なお、ステップＳ２１におけるバッテリ１２への充電の要否判定は、発電制御部３３によって行なわれ、具体的には、バッテリ電圧が所定値未満である場合にはバッテリ１２への充電が必要であると判定し、また、バッテリ電圧が所定値以上である場合にはバッテリ１２への充電は不要であると判定する。また、この所定値はバッテリ１２の蓄電容量などに応じて適宜設定することができる閾値である。

そして、その後、リレースイッチ２７がオンとされた際に、キャパシタ１１の充電が完了している場合には、昇圧制御部３４が昇圧トランス４０の作動を停止し、これにより、スタータモータ１６へはキャパシタ１１から電力が供給されて、スタータモータ１６が作動する。（ステップＳ２６，Ｓ１３およびＳ１４）。
一方、キャパシタ１１の充電が完了していない場合には、昇圧制御部３４が引き続き昇圧トランス４０を作動させ、スタータモータ１６へは昇圧トランス４０から電力が供給されて、スタータモータ１６が作動する（ステップＳ２６，Ｓ２７およびＳ１４）。

上述のように、本実施形態に係る本発明の車両用電源装置によれば、装置中に設けられた複数の蓄電器、即ち、キャパシタ１１とバッテリ１２とのうち定格電圧の高い方の蓄電器であるキャパシタ１１を確実かつ効率よく充電しながら、スタータモータ１６へ電力を確実に供給することができる。
また、キャパシタ１１電圧がバッテリ１２電圧よりも低くなった場合に、昇圧トランス４０によってバッテリ電圧を１８．４Ｖの第１電圧へ昇圧してキャパシタ１１に並列印加するようになっているので、ドライバが特にキャパシタ１１の蓄電量に留意せずとも、適宜自動的にキャパシタ１１の蓄電量を満充電に近い状態で保つことができる。

また、エンジンによって駆動されて１４．４Ｖの第２電圧を出力しうるオルタネータ５０によりバッテリ１２を適切に充電することができる。
また、オルタネータ５０が、車両の制動時に回生発電するので、余分な運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、さらなる高効率化を促進することができる。

また、短時間の間に高圧電力を大量に出力することが可能であるというキャパシタ１１の利点と、大量の電力を安定して継続的に出力することが可能であるというバッテリ１２との利点との双方を得ることができる。
次に、本発明の第２実施形態に係る車両用電源装置について説明すると、図３はその構成を示す模式的な回路図、図４はその動作（作用）を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係る車両用電源装置６０と上述した第１実施形態に係る車両用電源装置１０とで異なる点は、本実施形態の電源装置６０には昇圧トランス４０が設けられていない点、オルタネータ６２が発電電圧を可変とすることができる可変電圧オルタネータである点、ＥＣＵ６１内に昇圧制御部３４が設けられていない点、ＥＣＵ６１内の発電制御部６４が充電制御手段および回生制御手段として機能する点、バッテリ６３が過電圧入力防止機能付のバッテリである点であって、その他、上述の第１実施形態と同一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し、上述の相違点に重点を置いて説明する。

本実施形態に係る車両用電源装置６０は、キャパシタ１１，バッテリ１２，ＥＣＵ６１，オルタネータ６２とから主に構成され、スタータモータ１６に対して電力を供給できるようになっている。
また、この車両用電源装置６０には、第１実施形態を説明する際に用いた図１に示す昇圧トランス４０が設けられていないが、この昇圧トランス４０に代えて可変電圧オルタネータ６３が設けられ、昇圧トランス４０による機能を代替できるようになっている。

このオルタネータ６２はバッテリ１２と接続され、図示しないエンジンによって駆動されることによって発電するもので、発電電圧を第１電圧（約１８．４Ｖ）と第２電圧（約１４．４Ｖ）とのうちいずれかを適宜選択できる、いわゆる、可変電圧オルタネータである。なお、この発電電圧の切り替えはＥＣＵ６１からの制御に従うようになっている。
また、このオルタネータ６２が１８．４Ｖの第２電圧で発電を行なう場合には、バッテリ６３に対しても１８．４Ｖの電圧が入力されることとなるが、バッテリ６３には過電圧入力防止機能が付加されているため、バッテリ６３が破損するようなことはないようになっている。

ＥＣＵ６１には、電圧センサ３１，電圧比較部３２および発電制御部（充電制御手段）６４がそなえられているほか、いずれも図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび各種のセンサなどが設けられて構成されている。また、これらのうち、電圧比較部３２および発電制御部６４はともにＲＯＭ内に保持されたプログラムによって実現されている。
また、発電制御部６４は、オルタネータ６２を制御するものであって、具体的には、通常はオルタネータ６２がエンジンによって駆動されて発電を行なうように制御し、一方、車両が減速走行中であると判断した場合にはオルタネータ６２を回生発電するように制御するものである。なお、車両が減速したか否かの判定は、制動検出部３５によって行なわれるようになっている。

また、電圧センサ３１によって測定されたバッテリ電圧に基づき、バッテリ６３が既に略満充電であると判断した場合には、オルタネータ６２の作動を休止させることもできるようになっている。なお、電圧センサ３１によって測定されたバッテリ６３の実電圧が所定値よりも低い場合には、オルタネータ６２の作動を休止させていた場合であっても、再びオルタネータ６２をエンジンからの駆動力によって作動させて発電を行ない、バッテリ６３が常に所定の蓄電量を維持できるようになっている。

そして、この発電制御部６４は、通常はオルタネータ６２を通常電圧モードで運転し、一方、バッテリ電圧（ｂ点電圧）がキャパシタ電圧（ｄ点電圧）よりも低くなると、オルタネータ６２を高電圧モードで運転するようになっている。
ここで、通常電圧モードとは、１４．４Ｖの第２電圧で発電するようにオルタネータ６２を制御するモードであり、一方、高電圧モードとは、１８．４Ｖの第１電圧で発電するようにオルタネータ６２を制御するモードである。

したがって、通常電圧モードによってオルタネータ６２を制御することによって１４．４Ｖの電力を生じさせてバッテリ１２を充電することが可能となり、また、高電圧モードによってオルタネータ６２を制御することによって１８．４Ｖの電力を生じさせてキャパシタ１１を充電することができるようになっている。
また、制動検出部３５によって車両の減速が判定された場合、この発電制御部６４は、オルタネータ６２を第１電圧（１８．４Ｖ）で回生発電するように作動させるようになっている。なお、キャパシタ１１が既に満充電状態である場合には、オルタネータ６２を第２電圧（１４．４Ｖ）で回生発電するように作動させてもよく、これにより、余分な運動エネルギーを電力に変換してキャパシタ１１またはバッテリ６３へ蓄えることで回収することが可能となり、省エネルギー化を促進することができるようになっている。

本実施形態に係る本発明の車両用電源装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
図４のフローチャートで示すように、まず、ステップＳ３０においては、制動検出部３５により車両が減速走行中であるか否かが判定され、ここで、減速走行中であると判定されれば余分な運動エネルギーを電力として回収すべく、オルタネータ６２を高電圧モードで回生発電させ、得られた電力によってキャパシタ１１を充電する（ステップＳ４１およびＳ４２）。

一方、ステップＳ３０において車両が減速走行中ではないと判定された場合には、ステップＳ３１へ進み、キャパシタ電圧（ｄ点電圧）およびバッテリ電圧（ｂ点電圧）とが電圧センサ３１によって測定され、この測定されたそれぞれの電圧が電圧比較部３２によって比較される。
ここで、ｄ点電圧の方がｂ点電圧よりも大きい（即ち、キャパシタ電圧＞バッテリ電圧である）と判定された場合には、キャパシタ１１の蓄電量が十分であるため、その後、リレースイッチ２７がオンとなるとキャパシタ１１からスタータモータ１６へ給電が行なわれてスタータモータ１６が作動する（ステップＳ３２〜Ｓ３４）。

一方、ステップＳ３１において、ｂ点電圧の方がｄ点電圧よりも大きい（即ち、バッテリ電圧≧キャパシタ電圧である）と判定された場合には、キャパシタ１１の蓄電量が不足しているため、キャパシタ１１へ充電を行なう必要がある。
そこで、発電制御部６４により、エンジンにより駆動されたオルタネータ６２が高電圧モードで制御され、オルタネータ６２からは１８．４Ｖの第１電圧の電力が発電されキャパシタ１１が充電される（ステップＳ４１〜Ｓ４３）。

そして、その後、リレースイッチ２７がオンとされた際に、キャパシタ１１の充電が完了している場合には、発電制御部６４による高電圧モードが解除され、これにより、スタータモータ１６へはキャパシタ１１から給電が行なわれ、スタータモータ１６が作動する。（ステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ３３およびＳ３４）。
一方、キャパシタ１１の充電が完了していない場合には、発電制御部６４がオルタネータ６２を引き続き高電圧モードで制御し、スタータモータ１６へは１８．４Ｖの第１電圧の電力を発電しているオルタネータ６２から給電が行なわれ、スタータモータ１６が作動する（ステップＳ４３〜Ｓ４５およびＳ３４）。

上述のように、本実施形態に係る車両用電源装置によれば、複数の蓄電器、即ち、キャパシタ１１とバッテリ６３とのうち定格電圧の高いキャパシタ１１を確実かつ効率よく充電しながら、スタータモータ１６へ電力を確実に供給することができることができる。
また、オルタネータ６２がエンジンによって駆動され、１４．４Ｖの第２電圧を出力することができるので、バッテリ６３を適切に充電することができる。

また、オルタネータ６２が、１８．４Ｖの第１電圧と１４．４Ｖの第２電圧とのうちいずれか一方の電圧を出力することができるので、回路の簡素化、装置重量の低減、装置の小型化などに寄与することができる。
また、キャパシタ電圧がバッテリ電圧よりも低くなった場合に、オルタネータ６２が１８．４Ｖの第１電圧で発電させるようにすることで、自動的にキャパシタ１１の蓄電量を満充電に近い状態で保つことができる。

また、高電圧モード以外の制御モードが選択されている場合には、オルタネータ６２を休止させることによりエンジン負荷を低減して燃費向上に寄与することもでき、また、１４．４Ｖで発電させてバッテリ６３への充電を行なうことも可能である。
また、オルタネータ６２が、車両の制動時に回生発電するので、不要となった運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができるので、さらなる高効率化を促進することができる。

また、短時間の間に高圧電力を大量に出力することが可能であるというキャパシタ１１の利点と、大量の電力を安定して継続的に出力することが可能であるというバッテリ６３の利点との双方を得ることができる。
以上、本発明の第１および第２実施形態を説明したが、本発明は係る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で種々変形して実施することができる。

例えば、上記の各実施形態においては、電装機器としてスタータモータ１６を適用した場合を例にとって説明したが、このようなものに限定するものではなく、例えば、ハイブリッド電気自動車の駆動用モータなど、種々の電装機器を適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す模式的な回路図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両用電源装置の構成を示す模式的な回路図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０，６１ 車両用電源装置
１１ キャパシタ（第１の蓄電器）
１２，６３ バッテリ（化学電池；第２の蓄電器）
１６ スタータモータ（電装機器）
３０，６１ 制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ 電圧センサ（電圧測定手段）
３２ 電圧比較部（電圧比較手段）
３３ 発電制御部（回生制御手段）
３４ 昇圧制御部（昇圧制御手段）
３５ 制動検出部（減速判定手段）
４０ 昇圧トランス（電圧生成手段）
５０ オルタネータ
６２ 可変電圧オルタネータ（電圧生成手段）
６４ 発電制御部（充電制御手段または回生制御手段）

Claims (10)

1. 車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、
   満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、
   該第１の蓄電器と並列に接続され、満充電時の電圧が該第１電圧よりも低い第２電圧である第２の蓄電器と、
   該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧で該第１の蓄電器を充電する電圧生成手段と、
   該第１の蓄電器，該第２の蓄電器および電圧生成手段に接続され、該電圧生成手段を制御する制御ユニットとから構成され、
   該制御ユニットは、
   該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、
   該電圧測定手段によって測定された該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧比較手段と、
   該電圧比較手段による比較結果に基づいて該電圧生成手段を作動させ、該第１の蓄電器に対して充電を行なう充電制御手段とから構成されている
   ことを特徴とする、車両用電源装置。
2. 該電圧生成手段は、
   該第２の蓄電器から出力される実電圧を該第１電圧へ昇圧して該１の蓄電池に並列印加する昇圧トランスであって、
   該充電制御手段は、
   該第１の蓄電器からの実電圧が該第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなると、該昇圧トランスを作動させる昇圧制御手段である
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両用電源装置。
3. 該第２蓄電器に並列に接続され、該第２電圧を発電可能なオルタネータをそなえ、
   該制御ユニットは、
   該車両の減速を判定する減速判定手段と、
   該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該オルタネータを作動させる回生発電制御手段とを有している
   ことを特徴とする、請求項２記載の車両用電源装置。
4. 該電圧生成手段は、
   該第２の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧または該第２電圧を発電可能な可変電圧オルタネータであって、
   該充電制御手段は、
   該第１の蓄電器からの実電圧が該第２の蓄電器からの実電圧よりも低くなると、該第１電圧を発電するように該可変電圧オルタネータを作動させる発電制御手段である
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両用電源装置。
5. 該制御ユニットは、
   該車両の減速を判定する減速判定手段と、
   該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該可変電圧オルタネータを作動させる回生発電制御手段とを有している
   ことを特徴とする、請求項４記載の車両用電源装置。
6. 車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、
   満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、
   該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧よりも低い第２電圧の電力を発電するオルタネータと、
   該第１の蓄電器および該オルタネータと並列に接続され、該オルタネータから該第２電圧で出力される実電圧を該第１電圧へ昇圧した後に該１の蓄電池に並列印加し第１の蓄電器を充電する昇圧トランスと、
   該オルタネータおよび昇圧トランスに接続され、該オルタネータおよび該昇圧トランスを制御する制御ユニットとから構成され、
   該制御ユニットは、
   該車両の減速を判定する減速判定手段と、
   該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該オルタネータを作動させる回生発電制御手段と、
   該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該昇圧トランスを作動させ、該第１の蓄電器に対して充電を行なう昇圧制御手段とから構成されている
   ことを特徴とする、車両用電源装置。
7. 該オルタネータおよび該昇圧トランスに対して並列に接続され、該第２電圧で電力を蓄える第２の蓄電器をそなえるとともに、
   該制御ユニットは、
   該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、
   該電圧測定手段によって測定された該第１の蓄電器および該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧比較手段をそなえ、
   該昇圧制御手段は、
   該電圧比較手段により、該第１の蓄電器の実電圧が該第２の蓄電器の実電圧よりも低くなったことが判定されると、該昇圧トランスを作動させる
   ことを特徴とする、請求項６記載の車両用電源装置。
8. 車両に搭載された電装機器に対して電力を供給する、車両用電源装置であって、
   満充電時の電圧が第１電圧である第１の蓄電器と、
   該第１の蓄電器と並列に接続され、該第１電圧または該第１電圧よりも低い第２電圧の電力を発電可能な可変電圧オルタネータと、
   該可変電圧オルタネータに接続され、該可変電圧オルタネータを制御する制御ユニットとから構成され、
   該制御ユニットは、
   該車両の減速を判定する減速判定手段と、
   該減速判定手段により、該車両の減速が判定されると該可変電圧オルタネータを第１電圧で発電するように作動させる回生発電制御手段とから構成されている
   ことを特徴とする、車両用電源装置。
9. 該可変電圧オルタネータに対して並列に接続され、該第２電圧で電力を蓄える第２の蓄電器を備えるとともに、
   該制御ユニットは、
   該第１の蓄電器及び該第２の蓄電器の実電圧を測定する電圧測定手段と、
   該電圧測定手段により測定された該第１の蓄電器及び該第２の蓄電器の実電圧を比較する電圧差比較手段と、
   該電圧差比較手段により、該第１の蓄電器の実電圧が該第２の蓄電器の実電圧よりも低くなったことが判定されると、該可変電圧オルタネータを作動させる充電制御手段とを有している
   ことを特徴とする、請求項８記載の車両用電源装置。
10. 該第１の蓄電器が、キャパシタであって、
    該第２の蓄電器が、充放電可能な化学電池である
    ことを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか１項記載の車両用電源装置。
    

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