JP2010246198A - Power supply device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用電源装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power supply device.
二次電池と電気二重層キャパシタを用いる車両の電源装置において、内燃機関の運転中の発電機による二次電池及び電気二重層キャパシタへの充電を制御し、内燃機関を始動するためのモータを二次電池により駆動させるか、または電気二重層キャパシタにより駆動させるかを制御する車両用電源装置が知られている（特許文献１）。 In a power supply device for a vehicle using a secondary battery and an electric double layer capacitor, a motor for starting the internal combustion engine is controlled by controlling charging of the secondary battery and the electric double layer capacitor by a generator during operation of the internal combustion engine. A vehicle power supply device that controls whether to drive by a secondary battery or an electric double layer capacitor is known (Patent Document 1).
しかしながら、発電機から二次電池及び電気二重層キャパシタへの出力回路に、二次電池が常に接続されているため、電気二重層キャパシタに対して二次電池の電圧を超える電圧を充電することが困難であるという問題があった。 However, since the secondary battery is always connected to the output circuit from the generator to the secondary battery and the electric double layer capacitor, it is possible to charge the electric double layer capacitor with a voltage exceeding the voltage of the secondary battery. There was a problem that it was difficult.
そこで、本発明は、電気二重層キャパシタに、二次電池の電圧を超える電圧を充電することができる車両用電源装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a vehicle power supply device capable of charging an electric double layer capacitor with a voltage exceeding the voltage of a secondary battery.
本発明は、断続可能なスイッチング手段を介して、オルタネータからの出力を二次電池に接続する車両用電源装置により上記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by a vehicle power supply device that connects an output from an alternator to a secondary battery via an intermittent switching means.
本発明によれば、断続可能なスイッチング手段を介してオルタネータからの出力を二次電池に接続するため、オルタネータによる充電回路から当該二次電池を断続できる。その結果、電気二重層キャパシタに、二次電池の定格電圧を超える電圧を充電することができる。 According to the present invention, since the output from the alternator is connected to the secondary battery via the switching means that can be interrupted, the secondary battery can be intermittently connected from the charging circuit by the alternator. As a result, the electric double layer capacitor can be charged with a voltage exceeding the rated voltage of the secondary battery.
以下、発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
《第１実施形態》
発明の実施形態に係る車両用電源装置の一例として、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両用電池及び駆動モータと共に用いられる車両用電源装置を説明する。図１は、本実施形態に係る車両用電源装置を示すブロック図である。
<< First Embodiment >>
As an example of a vehicle power supply device according to an embodiment of the invention, a vehicle power supply device used together with a vehicle battery and a drive motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle or the like will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle power supply device according to the present embodiment.
図１に示すように、本実施形態に係る車両用電源装置は、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を並列に接続する並列回路１０と、電気二重層キャパシタ１１に接続され、電気二重層キャパシタ１１の電圧を検出する電圧計１３と、バッテリ１２に接続され当該バッテリ１２の電圧を検出する電圧計１４を有する。並列回路１０に接続されるオルタネータ２９は、エンジン２８から得られる機械エネルギーを駆動源として、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を充電し，車両電源系２６へ電力を供給する。なおオルタネータ２９は、スイッチ３０を介してアース接地されている。
As shown in FIG. 1, the power supply device for a vehicle according to the present embodiment is connected to a
また並列回路１０において、開閉器１５がダイオード２１を介して電気二重層キャパシタ１１の一端に接続され、スイッチ１９が電気二重層キャパシタの他端に接続される。また開閉器１６がダイオード２２を介してバッテリ１２の一端に接続され、スイッチ２０がバッテリ１２の他端に接続される。そして、オルタネータ２９からの出力は、開閉器１５及び整流用ダイオード２１を介して電気二重層キャパシタ１１へ、開閉器１６及び整流用ダイオード２２を介して前記バッテリ１２へ、整流用ダイオード２３を介し車両電装系２６へ、と３系統にそれぞれ分岐される。
In the
電源供給ラインが、バッテリ１２から整流用ダイオード２４を介して車両電装系２６に接続されており、エンジン２８の停止時にバッテリ１２からの電力が車両電装系２６に供給される。電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２は、選択型切替器１７及びスタータモータスイッチ１８を介して、スタータモータ２７へ接続されており、バッテリ１２及び電気二重層キャパシタ１１は、スタータモータ２７の作動電源としても機能する。
A power supply line is connected from the
コントローラ２５は、オルタネータ２９における発電電圧やエンジン２８の回転数等の情報と、電圧計１３及び電圧系１４から得られる電気二重層キャパシタ１１の電圧とバッテリ１２の電圧を入力として、開閉器１５、開閉器１６、選択型切替器１７、スタータモータスイッチ１８及びスイッチ１９，２０，３０に対するＯＮ及びＯＦＦを制御し、またオルタネータ２９に対して発電電圧（又は発電電力）の指令値を出力する。
The
ところで、開閉器１６を有さない、バッテリ１２と電気二重層キャパシタ１１との並列回路において、オルタネータ２９がバッテリ１２と電気二重層キャパシタ１１をそれぞれ充電する場合、バッテリ１２と電気二重キャパシタ１１とが並列に接続されているため、電気二重層キャパシタ１１がバッテリ１２の定格電圧より高い定格電圧を有する素子であっても、バッテリ１２の定格電圧より高い電圧を電気二重層キャパシタ１１に充電できないという問題がある。
By the way, in the parallel circuit of the
特に、電源装置が車両に搭載される際、搭載スペースや装置の質量を勘案した結果、電気二重層キャパシタ１１に設定される定格電圧が、バッテリ１２の定格電圧よりも高くなっても、電気二重層キャパシタ１１の定格電圧までの充電が困難なため、当該電気二重層キャパシタ１１の蓄電容量を十分に発揮できないという問題がある。
In particular, when the power supply device is mounted on a vehicle, even if the rated voltage set for the electric double layer capacitor 11 is higher than the rated voltage of the
仮にコントローラ２５が、電気二重層キャパシタ１１の定格電圧に合わせて電気二重層キャパシタ１１及び電気二重層キャパシタ１１より定格電圧が低い二次電池１２を充電するようオルタネータ２９を駆動させると、バッテリ１２にも電気二重層キャパシタ１１と同じ電圧がかかる。そのため、バッテリ１２の内部抵抗で、オルタネータ２９の発電電力のロスが生じてしまう。また、バッテリ１２は過充電の状態のなるため、バッテリ１２の寿命が縮まってしまうという問題があった。
If the
さらに、開閉器１６を有さないバッテリ１２と電気二重層キャパシタ１１との並列回路において、オルタネータ２９から供給される電力の設定とバッテリ１２の内部抵抗及び電気二重層キャパシタ１１の内部抵抗の条件によって、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１へ電流が回り込むことがあるため、バッテリ１２に接続されるダイオード２２に過度の負担がかかるという問題があった。またコントローラ２５が、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防止するように、各種スイッチやオルタネータ２９を制御すると、当該スイッチの開閉のタイミング又はオルタネータ２９の発電電力に制限がかかるため、電気二重層キャパシタ１１への充電が制限されてしまうという問題があった。
Further, in the parallel circuit of the
本例は、二次電池１２と電気二重層キャパシタ１１との並列回路において、二次電池１２に開閉器１６を接続し、電気二重層キャパシタ１１に開閉器１５を接続する。そして、コントローラ２５は、開閉器１５を導通させてオルタネータ２９からの電力を電気二重層キャパシタ１１に供給し、開閉器１６を導通させてバッテリ１２オルタネータ２９からの電力を二次電池に供給する。
In this example, in a parallel circuit of the
以下、図１及び図２を参照に、本例において、オルタネータ２９からの電力により、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を充電するための車両電源装置を説明する。
Hereinafter, with reference to FIG.1 and FIG.2, the vehicle power supply device for charging the electric double layer capacitor 11 and the
コントローラ２５は、エンジン２８の駆動中に、電気二重層キャパシタ１１の電圧を電圧計１３により検知し、バッテリ１２の電圧を電圧計１４により検知して、当該検知電圧に応じて、開閉器１５と開閉器１６を開閉する。これにより、コントローラ２５は、オルタネータ２９からバッテリ１２又は電気二重層キャパシタ１１へ充電する回路を形成する。
The
電圧計１３の検出電圧（Ｖｄｌｃ）が電圧計１４の検出電圧（Ｖｂａｔｔ）より高い場合、コントローラ２５は、開閉器１５及び開閉器１６を閉じて、オルタネータ２９からの電力をバッテリ１２と電気二重層キャパシタ１１へ供給し、バッテリ１２と電気二重層キャパシタ１１を充電する。この場合、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）より高いため、開閉器１５及び開閉器１６を導通させても、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１へ電流が流れることはないため、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２を充電する。
When the detection voltage (Vdlc) of the
一方、電圧計１３の検出電圧（Ｖｄｌｃ）が電圧計１４の検出電圧（Ｖｂａｔｔ）より低い場合、コントローラ２５は、開閉器１５のみを閉じて、オルタネータ２９からの電力をバッテリ１２へ供給せず、電気二重層キャパシタ１１へ供給し、電気二重層キャパシタ１１を充電する。この場合、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）より低いため、開閉器１５及び開閉器１６が導通すると、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１へ電流が流れてしまい、バッテリ１２の充放電の寿命が短くなってしまう。そのため、コントローラ２５は、開閉器１５のみを閉じて、オルタネータ２９の電力をバッテリ１２に供給しないよう制御する。
On the other hand, when the detection voltage (Vdlc) of the
ここで、本例の電気二重層キャパシタ１１の設定電圧について説明する。 Here, the set voltage of the electric double layer capacitor 11 of this example will be described.
電気二重層キャパシタ１１は、バッテリ１２のように化学反応の不可逆変化によって電荷を蓄積せずに、物理的な可逆変化よって電荷を蓄積する。そのため、充放電サイクル寿命が非常に長く、大電力による充放電に対応できる特徴を電気二重層キャパシタ１１は有している。また電気二重層キャパシタ１１は、動作電圧レンジを０［Ｖ］から定格電圧［Ｖ］まで設定することができる。
Unlike the
したがって、本例の車両用電源装置に電気二重層キャパシタ１１を適用すると、可能な限り広域の電圧レンジを持たせることができ、低電圧領域でも大電流放電にて必要電力をカバーすることができる。そこで、本例の電気二重層キャパシタ１１の定格電圧（Ｖｄｕ）は、バッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）よりも高くするよう設計する。これにより、電気二重層キャパシタ１１の蓄電容量を最大限に活かした充放電をすることができ、同時に搭載スペースや質量への影響を最小限することができる。また、当該電気二重層キャパシタ１１の定格電圧（Ｖｄｕ）は、オルタネータ２９における最大発電力に相当する電圧に設定され、車両電装系２６の動作が保証される電圧である。
Therefore, when the electric double layer capacitor 11 is applied to the vehicle power supply device of this example, a wide voltage range can be provided as much as possible, and the necessary power can be covered with a large current discharge even in a low voltage region. . Therefore, the rated voltage (Vdu) of the electric double layer capacitor 11 of this example is designed to be higher than the rated voltage (Vbu) of the
次に、図２を参照し、本例の電源制御装置における電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２への充電の制御手順を説明する。
Next, with reference to FIG. 2, a control procedure for charging the electric double layer capacitor 11 and the
まず、コントローラ２５が、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２を充電するための指令をオルタネータ２９に送信し、充電動作を開始する（ステップＳ２１）。オルタネータ２９が並列回路１０の電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２に対して充電可能であるとコントローラ２５により判定されると（ステップＳ２２）、コントローラ２５は、電圧計１３及び電圧計１４の検出電圧を読み込む（ステップＳ２３）。オルタネータ２９は、車両電源系２６へ電力を供給するため、この電力の供給に余裕がある場合、コントローラ２５は充電が可能であると判断する。
First, the
次に、コントローラ２５は、ステップ２３にてコントローラ２５が読み込んだバッテリ１２の検出電圧（Ｖｂａｔｔ）とバッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）を比較する（ステップＳ２４１）。検出電圧（Ｖｂａｔｔ）が定格電圧（Ｖｂｕ）以上である場合、ステップＳ２５１にて、コントローラ２５は、開閉器１５のみを閉じる。検出電圧（Ｖｂａｔｔ）が定格電圧（Ｖｂｕ）以上の場合、バッテリ１２は満充電の状態であるため、コントローラ２５は開閉器１６を開状態として、オルタネータ２９からバッテリ１２への充電回路を形成しない。
Next, the
ステップＳ２４１にて、検出電圧（Ｖｂａｔｔ）が定格電圧（Ｖｂｕ）未満の場合、コントローラ２５は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）と電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）を検出し、比較する（ステップＳ２４２）。バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より高い場合、コントローラ２５は、開閉器１５のみを閉じる（ステップＳ２５１）。この場合、コントローラ２５は開閉器１５と同時に開閉器１６を閉じると、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みが発生するため、コントローラ２５は、開閉器１６を開いた状態にする。これにより、バッテリ１２は充電回路から外れるため、当該電流の回り込みは発生しない。
If the detected voltage (Vbatt) is less than the rated voltage (Vbu) in step S241, the
一方、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）以下の場合、コントローラ２５は、開閉器１５及び開閉器１６を閉じる（ステップＳ２５２）。この場合、電気二重層キャパシタの電圧（Ｖｄｌｃ）の方が、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）より高いため、コントローラ２５が開閉器１５及び開閉器１６を閉じても、バッテリ１２側から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みは発生しない。これにより、本例は、電気二重層キャパシタ１１に加えてバッテリ１２も同時に充電するため、効率よくオルタネータ２９から出力される電力を効率よく充電できる。
On the other hand, when the voltage (Vbatt) of the
次にステップＳ２６にて、コントローラ２５は、スイッチ３０を閉じてオルタネータ２９から電気二重層キャパシタ１１のみ、又は電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２への充電回路を形成し、オルタネータ２９による充電が開始される。なお、オルタネータ２９による発電電圧（又は発電電力）は、コントローラ２５により設定され、オルタネータ２９へ送信される。
Next, in step S26, the
そして、コントローラ２５は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とバッテリ１２の電圧（Ｖａｔｔ）から、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２
の容量が満充電であると判断すると、上記制御を終了する（ステップＳ２７）。
Then, the
If it is determined that the capacity of the battery is fully charged, the control is terminated (step S27).
またコントローラ２５は、電源二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を充電している間、車両電源系２６へ必要な電力と併せて、オルタネータ２９の発電電圧を監視し、オルタネータ９が並列回路１０の電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２に対して充電可能であるか否かを監視する（ステップＳ２２）。そして、コントローラ２５がオルタネータ２５による電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２への充電が不可能であると判断する場合、コントローラ２５は、開閉器１６のみを閉じ（ステップＳ２８）、制御を終了する（ステップＳ２９）。仮に、上記の本例の制御が、何らかの理由で正常に機能しなかった場合、本例は、ステップＳ２８にてバッテリ１２側の開閉器１６のみをＯＮ状態にし、オルタネータ２９からの出力ラインをバッテリ１２側と直結することにより、本例は、従来からの充電及び駆動回路系である、オルタネータ２９からバッテリ１２への充電回路とオルタネータ２９及びバッテリ１２から車両電装系２６への電力を供給するための回路を維持できるため、信頼性を高めることができる。
The
上記のように、本例の車両用電源装置は、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とにより形成する並列回路に、電気二重層キャパシタ１１に接続される開閉器１５とバッテリ１２に接続される開閉器１６を接続することで、オルタネータ２９から電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２への出力を断続可能として、開閉器１５を導通させることで電気二重層キャパシタ１１を充電し、開閉器１６を導通させることでバッテリ１２を充電する。これにより、本例は、オルタネータ２９から電気二重層キャパシタ１１への充電回路と、オルタネータ２９からバッテリ１２への充電回路を、それぞれ独立して形成するため、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２への充電をそれぞれ独立して制御することができる。そのため、本例は、電気二重層キャパシタ１１に対して、バッテリ１２に充電される電圧より高い電圧により充電することができる。そして、本例の電源装置を車両等に搭載する際、搭載スペース、質量、電源系統の設定定格電圧等の関係で、電気二重層キャパシタ１１の定格電圧（Ｖｄｕ）をバッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）より高く設定する方がよい状況においても、本例は、柔軟に対応することができ、設計上の幅を広げることができる。また本例は、バッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）を超える定格電圧を電気二重層キャパシタ１１に設定できるため、電源装置としての動作電圧のレンジを広げることができる。また、本例は、電気二重層キャパシタ１１に接続される開閉器１５のみを導通させることで、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防ぎ、バッテリ１２の定格電圧又は残容量の電圧に影響することなく、電気二重層キャパシタ１１を充電することができる。また、本例は、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防ぐことで、ダイオード２２等の各種回路素子に加わる負荷を軽減できる。
As described above, the vehicle power supply device of the present example includes a
また本例は、上記のように開閉器１５及び開閉器１６を電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２にそれぞれ接続し、電気二重層キャパシタ１１の定格電圧（Ｖｄｕ）はバッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）より高い電圧に設定される。これにより、本例は、バッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）以上の電圧を、電気二重層キャパシタ１１に充電させることができ、本例の電源回路で使用できる動作電圧レンジを広げることができる。また本例は、電気二重層キャパシタ１１の蓄電容量を充放電の容量として利用できるため、本例の電源装置を車両に搭載する際、搭載するスペースを縮小することができ、軽量化を図ることができる。
In this example, as described above, the
また本例において、電気二重層キャパシタ１１の定格電圧は、オルタネータ２９から発電され出力される電力が最大の時の電圧に相当するため、オルタネータ２９が動作している時の動作電圧に対応して、電気二重層キャパシタ１１へ充電することができる。また、オルタネータ２９の最大出力電圧は、車両電装系２６の動作電圧も保証されるため、オルタネータ２９から車両電装系２６へ直接、電力を供給している場合でも、供給電圧に関わらず、電気二重層キャパシタを充電することができる。
In this example, the rated voltage of the electric double layer capacitor 11 corresponds to the voltage when the electric power generated and output from the
また本例において、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が、バッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）以上の場合、開閉器１５のみを閉じて、電気二重層キャパシタ１１を充電する。これにより、本例は、バッテリ１２が満充電されている場合、電気二重層キャパシタ１１を充電することができ、また電気二重層キャパシタ１１にバッテリ１１の定格電圧（Ｖｂｕ）以上の電圧まで充電することができる。また本例は、電気二重層キャパシタ１１を充電している時、バッテリ１２を充電回路から外すため、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防ぐことができる。また、本来意図としていない、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への充電を防ぐことができ、バッテリ１２の寿命を長くすることができる。
In this example, when the voltage (Vbatt) of the
また本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）よりも高い場合、開閉器１５のみを導通させ電気二重層キャパシタ１１を充電する。これにより、本例は、バッテリ１２がある程度まで充電されており、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）がバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）より低い場合、電気二重層キャパシタ１１を充電することができ、また電気二重層キャパシタ１１にバッテリ１２に充電される容量の電圧（Ｖｂａｔｔ）以上の電圧まで充電することができる。また本例は、電気二重層キャパシタ１１へ充電している時、バッテリ１２を充電回路から外すため、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防ぐことができる。また、本来意図としていない、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への充電を防ぐことができ、バッテリ１２の寿命を長くすることができる。
In this example, when the voltage (Vbatt) of the
また本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より低い場合、開閉器１５と開閉器１６とを導通させ、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とを充電する。これにより、本例は、オルタネータ２６からの電力を電気二重層キャパシタ１１への充電だけではなく、バッテリ１２への充電にも利用することができ、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とを同時に充電することができるため、オルタネータ２６で発電される電力を効率よく電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２へ供給し、充電することができる。また本例において、開閉部１５及び開閉器１６が閉じられ、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とを同時に充電する場合、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）は電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より低いため、バッテリ１２からの電流が電気二重層キャパシタ１１へ回り込むことがなく、バッテリ１２の延命化を図ることができる。
Further, in this example, when the voltage (Vbatt) of the
なお、スイッチ１９及びスイッチ２０は、開閉器１５及び１６のＯＮ、ＯＦＦ動作に連動させて開閉されればよく、またコントローラ２５により電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２に対して充電を開始する時に、スイッチ１９又はスイッチ２０、スイッチ１９及びスイッチ２０を適宜、閉じてもよい。またスイッチ２０は、バッテリ１２からダイオード２４を介して車両電装系２６に対して電力を供給する際にも、閉じてもよい。
Note that the
また、開閉器１５及び開閉器１６は、コントローラ２５からの指令により、オルタネータ２５から電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２への出力をそれぞれ
断続できる素子で形成されればよく、例えばＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタでもよい。また電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）を検出するために電圧計１３及び電圧計１４を並列に接続するが、コントローラ２５の一部として、それぞれの電圧を検出してもよい。
Further, the
また本例のバッテリ１２は、基本的に車両電装系２６の電源として広く用いられている鉛蓄電池を利用するが、化学的変化を伴って充放電作用をもたらす二次電池、具体的にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池，リチウムポリマ電池，リチウムフェライト電池等でもよい。
The
なお本例のエンジン２８は本発明の「内燃機関」に相当し、開閉器１５は「第１のスイッチング手段」に、開閉器１６は「第２のスイッチング手段」に、コントローラ２５は「制御手段」に相当する。
The
《第２実施形態》
図３は、発明の他の実施例に係る車両電源装置の制御手順を示すフローチャートである。本例は上述した第１実施形態に対して、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２に充電される電力を用いてエンジン２８を始動するための制御をする点で異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle power supply apparatus according to another embodiment of the invention. This example is different from the above-described first embodiment in that control for starting the
図１に示すように、選択型切替器１７は、電気二重層キャパシタ１１からスタータモータスイッチ１８への電力を供給する供給回路と、バッテリ１２からスタータモータスイッチ１８への電力を供給する供給回路とを選択的に形成するためのスイッチある。スタータモータ１８は、選択型切替器１７を介して、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２からの電力により作動し、エンジン２８を駆動させる。コントローラ２５は、電圧計１３と電圧計１４により電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２の電圧をそれぞれ検出し、検出電圧に応じて、選択型切替器１７のスイッチング動作を制御する。
As shown in FIG. 1, the
ここで、電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）とバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）について説明する。電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）とは、動力源となる電気二重層キャパシタ１１によりスタータモータ２７を作動するために必要な最も低い電圧を示し、電気二重層キャパシタ１１の充電容量の電圧が、当該スタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低い場合、電気二重層キャパシタ１１によりスタータモータ２７を作動させることができない。同様に、バッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）とは、動力源となるバッテリ１２によりスタータモータ２７を作動するために必要な最も低い電圧を示し、バッテリ１２の充電容量の電圧が、当該スタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い場合、バッテリ１２によりスタータモータ２７を作動させることができない。
Here, the starter motor operable minimum voltage (Vdl) of the electric double layer capacitor 11 and the starter motor operable minimum voltage (Vbl) of the
電気二重層キャパシタ１１の静電容量等にもよるが、通常、バッテリ１２によるスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）よりも電気二重層キャパシタ１１によるスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）の方が低い。バッテリ１２の内部抵抗は電気二重層キャパシタ１１の内部抵抗よりも高いため、電気二重層キャパシタ１１は、バッテリ１２より低い電圧領域で、大きな電流を取り出すことができる。その結果、電気二重層キャパシタ１１は、バッテリ１２に比べて低い電圧値で、スタータモータを作動させるための最小電力の値を放電することができるため、電気二重層キャパシタ１１によるスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）の方が、バッテリ１２によるスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い。
Although it depends on the capacitance of the electric double layer capacitor 11, the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can be operated by the electric double layer capacitor 11 is usually lower than the minimum voltage (Vbl) at which the starter motor can be operated by the
次に、図３を用いて、本例の電源制御装置の制御手順を説明する。 Next, the control procedure of the power supply control device of this example will be described with reference to FIG.
まず、本例の電源装置の制御手順が開始され（ステップＳ３１）、キーが入力され、車両始動の指令が入力されると（ステップＳ３２）、コントローラ２５は、電圧計１３及び電圧計１４の検出電圧を読み込む（ステップＳ３３）。
First, when the control procedure of the power supply device of this example is started (step S31), a key is input, and a vehicle start command is input (step S32), the
次に、コントローラ２５は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）を電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）と比較し（ステップＳ３４１）、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）以上の場合、コントローラ２５は、選択型切替器１７を電気二重層キャパシタ１１側に切り換えて、電気二重層キャパシタ１１からスタータモータスイッチ１８へ電力の供給ラインを導通させる（ステップＳ３５１）。
Next, the
一方、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低い場合、コントローラ２５は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）をバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）と比較し（ステップＳ３４２）、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）以上の場合、ステップＳ３５２にて、コントローラ２５は、選択型切替器１７をバッテリ１２側に切り換えて、バッテリ１２からスタータモータスイッチ１８へ電力の供給ラインを導通させる（ステップＳ３５２）。
On the other hand, when the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is lower than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor of the electric double layer capacitor 11 can be operated, the
バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い場合、コントローラ２５は、エンジン２８を始動させることができないと判断し、処理を終了する（ステップＳ３５３）。この際、コントローラ２５は、例えば図示しない警告ランプ等に、エンジン２８が始動できない旨を表示し、使用者に伝える。
When the voltage (Vbatt) of the
ステップＳ３５１又はステップＳ３５２にて、選択型切替器１７の切り換えが設定されると、コントローラ２５は、スタートモータスイッチ１８をＯＮ状態にする指令をスタートモータスイッチ１８に送信し（ステップＳ３６）、スタータモータスイッチ１８が導通され、ステップＳ３７にて、スタータモータ２７が作動する。
When switching of the
ステップＳ３８にて、コントローラ２５はエンジン２８の始動を確認すると、コントローラ２５はスタータモータ２７をＯＦＦにして（ステップＳ３９）、選択型開閉器１７をバッテリ１２側に切り換え（ステップＳ４０）、ステップＳ４１にて処理を終了する。
When the
仮に、上記の制御が、何らかの理由で正常に機能しなかった場合、本例は、選択型切替器１７をバッテリ１２側切り換え、バッテリ１２からスタータモータ２７への出力ラインを、スタータモータスイッチ１８を介して直結することにより、本例は、従来からの駆動経路である、バッテリ１２からスタータモータスイッチ１８への電力を供給する回路を維持できるため、信頼性を高めることができる。
If the above control does not function normally for some reason, this example switches the
一方、ステップステップＳ３８にてコントローラ２５はエンジン２８の始動を確認できない場合、コントローラ２５はスタータモータ２７をＯＦＦにして（ステップＳ３８１）、ステップＳ３３からの上記処理を再スタートする。
On the other hand, if the
上記のように、本例の車両用電源装置は、バッテリ１２の電力より、電気二重層キャパシタ１１の電力を優先させて用いてスタータモータ２７を作動させるため、負荷のかかるスタータモータ２７の作動を、バッテリ１２ではなく、電気二重層キャパシタ１１側で行うため、バッテリ１２の寿命の低下を回避できる。特に、本例の車両電源装置を搭載する車両に、アイドリングストップ機能を搭載した場合、スタータモータ２７の始動回数が増加するが、本例は、スタータモータ２７を作動させるための電源として主に電気二重層キャパシタを用いるため、バッテリ１２にかかる負荷を軽減させ、バッテリ１２の長寿命化を図ることができる。
As described above, the vehicle power supply device of this example operates the
また本例において、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）がスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より高い場合、スタータモータ２７を電気二重層キャパシタ１１の電力で作動させることにより、車両電装系２６に比べて負荷のかかるスタータモータ２７の作動を、電気二重層キャパシタ１１で行うため、バッテリ１２の長寿命化を図ることができる。特に、上記の通り、電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）は、バッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）と比較して低く設定されるため、本例は、電気二重層キャパシタ１１を優先的に電源として利用し易くなり、バッテリ１２の寿命の低下を防ぐことができる。
In this example, when the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is higher than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can be operated, the vehicle
また本例の車両電源装置において、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）がスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低く、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より高い場合、スタータモータ２７をバッテリ１２の電力で作動させることにより、スタータモータ２７を作動させるための電源として電気二重層キャパシタ１１を優先的に用いる。そして、スタータモータ２７を作動させるための電源として電気二重層キャパシタ１１を利用できない場合、バッテリ１２によりスタータモータ２７を作動させることができる。これにより、本例において、電気二重層キャパシタ１１の残容量が少なく、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）がスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）に達していない場合であっても、バッテリ１２によりスタータモータ２７を作動させることができる。また、本例において、バッテリ１２によりスタータモータ２７を作動させ、エンジン２８がすると、オルタネータ２９により発電され、電気二重層キャパシタ１１を充電させることできるため、スタータモータ２８を再始動させる時に、電気二重層キャパシタ１１の電力を用いることができる。そのため、スタータモータ２８の始動回数は、バッテリ１２を電源として始動する回数より電気二重層キャパシタ１１を電源として始動する回数の方が多くなるため、結果として、バッテリ１２の長寿命化を図ることができる。
In the vehicle power supply device of this example, the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is lower than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can be operated, and the voltage (Vbatt) of the
また本例は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低く、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い場合、スタータモータ２７を作動させないよう制御するため、無理にスタータモータ２７を作動させようとして電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２に負荷がかかることを回避することができ、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２の過放電を防ぎ、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２の劣化を抑制できる。
Further, in this example, the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is lower than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can operate at the electric double layer capacitor 11, and the voltage (Vbatt) at the
《第３実施形態》
図４は、発明の他の実施例に係る車両電源装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、電気二重層キャパシタ１１と開閉器１５との間のダイオード２１と、バッテリ１２と開閉器１６との間のダイオード２２とを接続しない点で異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
<< Third Embodiment >>
FIG. 4 is a block diagram of a vehicle power supply apparatus according to another embodiment of the invention. This example differs from the first embodiment described above in that the
図４において、開閉器１５は電気二重層キャパシタ１１に直接接続され、開閉器１６はバッテリ１２に直接接続される。第１の実施形態と比べて、本例の車両用電源装置は、ダイオード２１及びダイオード２２を有さないため、開閉器１５と開閉器１６とを閉じた時に、バッテリ１２側から電気二重層キャパシタ１１へ電流が回生することを防ぐように、図５を参照して、以下の制御を行う。
In FIG. 4, the
本例の電源装置は、コントローラ２５により、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２を充電するための制御を開始してから（ステップＳ２１）、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）と電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とを比較し（ステップＳ２４２）、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）以下の場合、それ以降の制御手段が、第１の実施形態と異なるため、当該制御手順を用いて説明する。
The power supply device of this example starts the control for charging the electric double layer capacitor 11 or the
ステップＳ５１０にて、コントローラ２５は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）と電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とを比較し、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より低い場合、開閉器１６のみを導通させ（ステップＳ５１１）、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）と略同一の場合、開閉器１５及び開閉器１６を導通させる（ステップＳ５１２）。
In step S510, the
これにより、本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より低い場合、電気二重層キャパシタ１１に充電される電圧（Ｖｄｌｃ）に比べて電圧の低いバッテリ１２を充電することができ、バッテリ１２の過放電を防ぐことができる。また、本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）と略同一の場合、バッテリ１２からの電流が電気二重層キャパシタ１１へ回り込むことがなく、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とを同時に充電することができ、バッテリ１２の延命化を図ることができる。また、本例は、充電電流と逆に流れる電流を防ぐためにダイオード等の回路素子を設けなくてもよく、回路の簡略化を図ることができる。
Thus, in this example, when the voltage (Vbatt) of the
特に、充電時、並列回路１０において、バッテリ１２側の回路と比べて大きな電流が電気二重層キャパシタ１１側の回路に流れるため、ダイオード２１を設ける場合、ダイオード２１の設定値や動作信頼性を高める必要がある。一方、本例は、上記の制御を行うことで、ダイオード２１及びダイオード２２を省略することができる。また、本例は、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２のそれぞれの電圧状況に応じて、選択的にきめ細かい充電のための制御をすることができるため、充電効率を向上させることができる。
In particular, during charging, in the
ここで、「略同一」の電圧とは、センシングに用いる電圧センサの精度等も勘案した上で、０．２Ｖ程度の差を含む。また、本例は、ステップＳ５１１とステップＳ５１２にて、開閉器１５のみをＯＮにする又は開閉器１５及び開閉器１６をＯＮにする制御を行うが、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）に応じて、開閉器１５と開閉器１６のいずれか一方のみを導通させて、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２のいずれか一方を充電してもよい。
Here, the “substantially the same” voltage includes a difference of about 0.2 V in consideration of the accuracy of the voltage sensor used for sensing. In this example, in step S511 and step S512, only the
これにより、本例において、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２の一方が充電されている時、他方の電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２は、充電回路から外れるため、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への電流の回り込みを防ぐことができ、バッテリ１２の寿命を長くすることができる。また、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２のそれぞれの電圧状況に応じて、選択的にきめ細かい充電のための制御をすることができるため、充電効率を向上させることができる。
Thereby, in this example, when one of the electric double layer capacitor 11 or the
《第４実施形態》
図６は、発明の他の実施例に係る車両電源装置の制御手順を示すフローチャートである。本例では上述した第２実施形態に対して、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い場合、図３に示すステップＳ３４２以降の制御手順が異なる。これ以外の構成は上述した第３の実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
<< 4th Embodiment >>
FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle power supply apparatus according to another embodiment of the invention. In this example, when the voltage (Vbatt) of the
図４に示すように、本例の車両電源装置は、開閉器１５と電気二重層キャパシタ１１とを直接接続し、開閉器１６とバッテリ１２とを直接接続する。そして、コントローラ２５は、スイッチ３０をＯＦＦにして、オルタネータ２５からの電力を並列回路１０へ供給しないよう制御し、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より高い場合、開閉器１５及び開閉器１６を閉じることで、バッテリ１２からの電力が電気二重層キャパシタ１１へ供給され、電気二重層キャパシタ１１を充電することができる。
As shown in FIG. 4, the vehicle power supply device of this example directly connects the
次に、図６用いて、本例の電源制御装置の制御手順を説明する。 Next, the control procedure of the power supply control device of this example will be described with reference to FIG.
まず、ステップＳ３４２で、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）とを比較し、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い場合、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）と電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌ）とを比較する（ステップＳ６１）。
First, in step S342, the voltage (Vbatt) of the
バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌ）より高い場合、コントローラ２５は、選択型切替器１７を中立の状態にして、電気二重層キャパシタ１１からスタータモータ１８へ主力を供給する回路及びバッテリ１２からスタータモータ１８へ主力を供給する回路を遮断する（ステップＳ６２）。
When the voltage (Vbatt) of the
次に、コントローラ２５は、図４を参照し、開閉器１５及び開閉器１６を閉じて、並列回路１０にて閉回路を形成する（ステップＳ６３）。車両（エンジン）休止時、バッテリ１２に接続されている車両電装系２６の電力負荷は小さいため、並列回路１０と車両電装等２６との間の配線は無視できる。また、オルタネータ２６の出力側に関しては、図示しない逆流防止対策（ダイオード設定等）が接続されており、またオルタネータが発電停止している場合、オルタネータ２９とアース接地との間に接続されるスイッチ３０が開放されるため、ステップＳ６３おいて、開閉器１５及び開閉器１６を両方共ＯＮにすることで、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２との間が接続される状態となる。
Next, referring to FIG. 4, the
次に、ステップＳ６４にて、始動用充電ランプ（図示せず）を点灯させドライバ（運転者）への電気二重層キャパシタ１１を充電する旨を提示し、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１へ充電を行う（ステップＳ６５）。
Next, in step S64, the charging lamp for starting (not shown) is turned on to indicate that the electric double layer capacitor 11 is charged to the driver (driver), and the electric double layer capacitor 11 is charged from the
コントローラ２５は、電気二重層キャパシタ１１を充電している間、電気二重層キャパシタ１１に充電される容量の電圧（Ｖｄｌｃ）を検出し、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）と電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）とを比較する（ステップＳ６６）。
The
この充電制御によって、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が、スタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）以上になると、コントローラ２５は、開閉器１５及び開閉器１６を共にＯＦＦにし、バッテリ１２から電気二重層キャパシタ１１への充電を終える（ステップＳ６６１）。次に、コントローラ２５は、選択型切替器１７を電気二重層キャパシタ１１側へ切り換えて、電気二重層キャパシタ１１からスタータモータ１８へ電力を供給するラインを導通させる（Ｓ６６２）。コントローラ２５は、ステップＳ６４にて点灯させた始動用充電ランプを消灯し（Ｓ６６３）、ドライバーに対して、電気二重層キャパシタ１１が充電され、スタータモータ２７を作動させエンジン２８を駆動させる準備が整った旨を伝える。
When the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 becomes equal to or higher than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can be operated by this charging control, the
この充電シーケンス（ステップＳ６２〜ステップＳ６５）において、前記バッテリ１２の劣化度合によって、電気二重層キャパシタ１１が必ずしもスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）まで充電されるとは限らない。そのため、ステップＳ６６にて、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）とスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）とを比較し、開閉器１５及び開閉器１６を閉じてから所定時間が経過したにも関わらず、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）がスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）に達しない場合、コントローラ２５は、バッテリ１２により電気二重層キャパシタ１１を充電することできないと判定する（ステップＳ６７）。そして、コントローラ２５は、スタータモータ２７における作動電源として電気二重層キャパシタ１１を適用することを断念し、車両を起動できないと判断し、処理を終了する（ステップＳ６８）。
In this charging sequence (steps S62 to S65), the electric double layer capacitor 11 is not necessarily charged to the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can operate, depending on the degree of deterioration of the
またコントローラ２５は、ステップＳ６１にて、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）とを比較し、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低い場合、コントローラ２５は、車両を起動できないと判断し、処理を終了する（ステップＳ６８）。この場合、充電シーケンス（ステップＳ６２〜ステップＳ６５）と同様の充電制御を行っても、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）をスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）まで高めることができないため、本例は、当該充電シーケンスを行うことなく、処理を終了する。
In step S61, the
このように、本例は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より低く、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低く、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）が電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）より高い場合、開閉器１５及び開閉器１６を閉じて、バッテリ１２の電力により電気二重層キャパシタ１１を充電する。これにより、本例は、電気二重層キャパシタ１１に充電される容量の電圧（Ｖｄｌｃ）を高め、スタータモータ２７を作動させるための電源として、電気二重層キャパシタ１１を用いることができる。
Thus, in this example, the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is lower than the minimum voltage (Vdl) at which the starter motor can operate, and the voltage (Vbatt) of the
また、本例の車両電源装置は、バッテリ１２の残容量の電圧（Ｖｄｌｃ）が、電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）より高ければ、バッテリ１２により電気二重層キャパシタ１１を充電し、電気二重層キャパシタ１１を電源としてスタータモータ２７を作動できる。特に、電気二重層キャパシタ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｄｌ）は、通常、バッテリ１１のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低い。そのため、本例において、バッテリ１２の残容量の電圧（Ｖｄｌｃ）がバッテリ１２のスタータモータ作動可能最小電圧（Ｖｂｌ）より低くても、電気二重層キャパシタ１１を充電し電気二重層キャパシタ１１の充電された電力によりスタータモータ２７を作動させることができ、バッテリ１２による車両の動作可能な電圧レンジを広げることができる。
Further, in the vehicle power supply device of this example, if the voltage (Vdlc) of the remaining capacity of the
また本来、バッテリ１２により電気二重層キャパシタ１１を充電させると、バッテリ１２が劣化するため好ましくないが、本例は、緊急のスタータモータ２７の動作手段として、上記制御を行うことで、車両を動作できる面で信頼性を高めることができる。また本例は、スタータモータ２７を始動させれば、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２とを充電することができるため、エンジン２８の始動回数を増加させることができ、またエンジン２８の始動に対する信頼性を向上させることができる。
In addition, it is originally not preferable to charge the electric double layer capacitor 11 with the
なお、ステップＳ６７において、所定時間は、本発明における車両用電源装置として適用し得る電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２それぞれの仕様及び性能にて、バッテリ１２により電気二重層キャパシタ１１を充電することを想定した場合の予想充電時間、又は、例えば運転者がどの程度であれば充電時間として許容するか等を勘案した上で、数分オーダを上限として設定される。
In step S67, the predetermined time is that the electric double layer capacitor 11 is charged by the
《第５実施形態》
図７は、発明の他の実施例に係る車両電源装置の制御手順を示すフローチャートである。本例では上述した第３実施形態に対して、バッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）と電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）を用いて、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２との充電を制御する点で異なる。これ以外の構成は上述した第３の実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
<< 5th Embodiment >>
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the vehicle power supply apparatus according to another embodiment of the invention. In this example, the lower limit value (Vbm) of the proper operation voltage range of the
コントローラ２５は、予めバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）と電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）を格納し、電圧計１３で検出される電気二重層キャパシタの電圧（Ｖｄｌｃ）と電圧計１４で検出されるバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とそれぞれ比較して、開閉器１５及び開閉器１６のＯＮ、ＯＦＦ動作を制御する。
The
ここで、バッテリ１２の動作適正電圧範囲とは、バッテリ１２が車両用電源として正常に機能している際に保たれる電圧の範囲を示しており、例えば通常の車両における電装系の電圧が１２Ｖであれば、その電装系におけるバッテリの動作適正電圧範囲は１２．５〜１３．５［Ｖ］となるため、本例におけるバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）は当該範囲の下限値である１２．５［Ｖ］となる。また電気二重層キャパシタ１１の動作電圧範囲も、同様に、電気二重層キャパシタ１１が車両用電源として正常に機能している際に保たれる電圧の範囲を示しており、電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）は当該電圧の範囲の下限値を示す。
Here, the operation appropriate voltage range of the
なお、バッテリ１２の動作適正電圧範囲及び電気二重層キャパシタ１１の動作電圧範囲は、電気二重層キャパシタ１１又はバッテリ１２を動力源として動作する車両電装系２６の動作電圧や、その接続される電力負荷によって、設定される範囲であって、本例の電源回路を含めた回路の内部抵抗等によって変わる。そのため本例を車両等に搭載する際、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２の動作適正電圧範囲は、想定される使用電圧に対して、ある程度の幅を持たせて設定される。
The appropriate operating voltage range of the
以下、図７を参照して、本例の電源制御装置の制御手順を説明する。 Hereinafter, the control procedure of the power supply control device of this example will be described with reference to FIG.
図５に示す電源制御装置の制御手順に対して、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とバッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）とを比較し（ステップＳ２４１）、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の定格電圧（Ｖｂｕ）より低い場合、本例は、当該ステップＳ２４１の後に、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）とを比較する（Ｓ７１）。
The voltage (Vbatt) of the
そして、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）より低い場合、コントローラ２５は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）と電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）とを比較する（ステップＳ７２）。バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）より低い場合、バッテリ１２において、劣化の兆候が見られる。また、コントローラ２５は、オルタネータ２９から供給される電力を監視し、車両電装系２６に供給される電力、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を充電する電力を制御する。しかし、バッテリ１２が劣化すると、コントローラ２５が把握している、オルタネータ２９からの充電電力とバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）との関係性が崩れてくる可能性があるため、コントローラ２５は、これまでの制御基準となっていたバッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）を電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）に代えて制御を行う。
When the voltage (Vbatt) of the
ステップＳ７２にて、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）以上の場合、コントローラ２５は、開閉器１６のみを導通させる。この場合、コントローラ２５は、ある程度の蓄電エネルギー量が電気二重層キャパシタ１１に充電されていると判断して、バッテリ１２のみを充電するために開閉器１６を導通する（ステップＳ５１１）。
In step S72, when the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is equal to or higher than the lower limit (Vdm) of the proper operating voltage range of the electric double layer capacitor 11, the
一方、ステップＳ７２にて、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｄｍ）より低い場合、コントローラ２５は、開閉器１５のみを導通させる。この場合、コントローラ２５は、電気二重層キャパシタ１１に充電されている蓄電エネルギーが電気二重層キャパシタ１１に充電されていないと、判断して、電気二重層キャパシタ１１のみを充電するために開閉器１５を導通させる（ステップＳ２５１）。
On the other hand, when the voltage (Vdlc) of the electric double layer capacitor 11 is lower than the lower limit value (Vdm) of the proper operating voltage range of the electric double layer capacitor 11 in step S72, the
ステップＳ７１にて、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）とバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）とを比較し、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限値（Ｖｂｍ）より高い場合、コントローラ２５は、図５に示す電源制御装置の制御手順と同様に、ステップＳ２４２、ステップＳ５１０及びステップＳ５１２の制御フローを行う。
In step S71, the voltage (Vbatt) of the
ステップＳ２５１、ステップＳ５１１及びステップＳ５１２にて、開閉器１５、開閉器１６を導通させてから、ステップＳ２６にて、コントローラ２５によりオルタネータ２９による充電が開始される。
In step S251, step S511, and step S512, the
上記のように、本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｂｍ）より低く、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１の適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｄｍ）より高い場合、開閉器１６のみを導通させて、バッテリ１２のみを充電する。これにより、バッテリ１２が劣化して充電できる容量が低下しても、電気二重層キャパシタ１１はスタータモータ２８を作動させる電力を蓄積でき、本例の電源装置は、蓄電装置としての寿命を延ばすことができる。また本例は、劣化の可能性があるバッテリ１２に対しても充電することができるため、バッテリ１２を利用できる期間を延ばすことができる。
As described above, in this example, the voltage (Vbatt) of the
また本例は、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｂｍ）より低く、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１の適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｄｍ）より低い場合、開閉器１５のみを導通させて、電気二重層キャパシタ１１のみを充電する。そのため、本例において、劣化が進んでいる可能性があるバッテリ１２よりも、蓄電デバイスとして劣化の可能性が少ない電気二重層キャパシタ１１を優先的に充電することができ、車両用の電源装置として、最低限必要な蓄電エネルギーを充電することができる。
Further, in this example, the voltage (Vbatt) of the
また本例において、バッテリ１２の電圧（Ｖｂａｔｔ）がバッテリ１２の動作適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｂｍ）より低くなる場合、又は、電気二重層キャパシタ１１の電圧（Ｖｄｌｃ）が電気二重層キャパシタ１１の動作適正電圧範囲の下限電圧（Ｖｄｍ）より低くなる場合、コントローラ２５は、開閉器１５と開閉器１６を同時に導通させる制御をせず、電気二重層キャパシタ１１とバッテリ１２を同時に充電することを禁止する。これにより、本例は、バッテリ１２の劣化の兆候が見られる時、バッテリ１２に負荷がかかる、電気二重層キャパシタ１１及びバッテリ１２の同時の充電を回避し、バッテリ１２の延命化を図ることができる。
Further, in this example, when the voltage (Vbatt) of the
１０…並列回路
１１…電気二重層キャパシタ
１２…バッテリ
１３、１４…電圧計
１５、１６…開閉器
１７…選択型切替器
１８…スタータモータスイッチ
１９、２０、３０…スイッチ
２１、２２、２３、２４…ダイオード
２５…コントローラ
２６…車両電源系
２７…スタータモータ
２８…エンジン
２９…オルタネータ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記オルタネータにより充電される二次電池及び電気二重層キャパシタの並列回路とを備える車両用電源装置において、
前記並列回路は、
前記電気二重層キャパシタに接続され、前記オルタネータからの出力を断続可能な第１のスイッチング手段と、
前記二次電池に接続され、前記オルタネータからの出力を断続可能な第２のスイッチング手段とを有し、
前記第１のスイッチング手段を導通させて前記電気二重層キャパシタを充電し、前記第２のスイッチング手段を導通させて前記二次電池を充電する制御手段を有し、
前記電気二重層キャパシタに設定される定格電圧は、前記二次電池に設定される定格電圧より高く、
前記制御手段は、
前記二次電池の電圧が前記二次電圧の定格電圧以上の場合、
前記第１のスイッチング手段のみを導通させ前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする
車両用電源装置。 An alternator for generating electricity in an internal combustion engine;
In a vehicle power supply device comprising a secondary battery charged by the alternator and a parallel circuit of an electric double layer capacitor,
The parallel circuit is:
A first switching means connected to the electric double layer capacitor and capable of intermittently outputting an output from the alternator;
A second switching means connected to the secondary battery and capable of intermittently outputting the output from the alternator;
Control means for charging the electric double layer capacitor by conducting the first switching means and charging the secondary battery by conducting the second switching means;
The rated voltage set for the electric double layer capacitor is higher than the rated voltage set for the secondary battery,
The control means includes
When the voltage of the secondary battery is equal to or higher than the rated voltage of the secondary voltage,
A vehicle power supply apparatus characterized in that only the first switching means is conducted to charge the electric double layer capacitor.
請求項１記載の車両用電源装置。 2. The vehicle power supply device according to claim 1, wherein the rated voltage set for the electric double layer capacitor is set to a voltage when the output from the alternator is maximum.
前記二次電池の電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧より高い場合、前記第１のスイッチング手段のみを導通させ前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする
請求項１又は２記載の車両用電源装置。 The control means includes
3. The vehicle according to claim 1, wherein when the voltage of the secondary battery is higher than the voltage of the electric double layer capacitor, only the first switching means is turned on to charge the electric double layer capacitor. Power supply.
前記二次電池の電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧より低い場合、前記第１のスイッチング手段及び前記第２のスイッチング手段を導通させ前記電気二重層キャパシタ及び前記二次電池を充電することを特徴とする
請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the secondary battery is lower than the voltage of the electric double layer capacitor, the first switching means and the second switching means are turned on to charge the electric double layer capacitor and the secondary battery. The vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 3.
前記二次電池の電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧より低い場合、前記第２のスイッチング手段のみを導通させ前記二次電池を充電することを特徴とする
請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
4. The battery according to claim 1, wherein when the voltage of the secondary battery is lower than the voltage of the electric double layer capacitor, only the second switching unit is turned on to charge the secondary battery. 5. The vehicle power supply device described in 1.
前記二次電池の電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧と略同一の場合、前記第１のスイッチング手段及び前記第２のスイッチング手段を導通させ前記電気二重層キャパシタ及び前記二次電池を充電することを特徴とする
請求項１から３又は５のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the secondary battery is substantially the same as the voltage of the electric double layer capacitor, the first switching means and the second switching means are turned on to charge the electric double layer capacitor and the secondary battery. The vehicular power supply device according to any one of claims 1 to 3 or 5.
前記内燃機関を始動させるスタータモータを備え、
前記スタータモータは、前記二次電池又は前記電気二重層キャパシタの電力により作動することを特徴とする
車両用電源装置。 In the vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 6,
A starter motor for starting the internal combustion engine;
The starter motor is operated by electric power of the secondary battery or the electric double layer capacitor.
前記スタータモータを作動させるために、前記二次電池の電力より前記電気二重層キャパシタの電力を優先的に用いる
ことを特徴とする
請求項７記載の車両用電源装置。 The control means includes
8. The power supply device for a vehicle according to claim 7, wherein the electric power of the electric double layer capacitor is preferentially used over the electric power of the secondary battery in order to operate the starter motor.
前記電気二重層キャパシタの電圧が、前記電気二重層キャパシタのスタータモータ作動可能最低電圧より高い場合、
前記電気二重層キャパシタの電力で前記スタータモータを作動させることを特徴とする
請求項７又は８記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the electric double layer capacitor is higher than the minimum voltage at which the starter motor of the electric double layer capacitor can be operated,
The vehicle power supply device according to claim 7 or 8, wherein the starter motor is operated by electric power of the electric double layer capacitor.
前記電気二重層キャパシタの電圧が前記電気二重層キャパシタの前記スタータモータ作動可能最低電圧より低く、かつ、前記二次電池の電圧が二次電池のスタータモータ作動可能最低電圧より高い場合、
前記二次電圧の電力で前記スタータモータを作動させることを特徴とする
請求項７〜９のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the electric double layer capacitor is lower than the lowest starter motor operable voltage of the electric double layer capacitor and the voltage of the secondary battery is higher than the lowest starter motor operable voltage of the secondary battery,
The vehicular power supply device according to any one of claims 7 to 9, wherein the starter motor is operated with electric power of the secondary voltage.
前記電気二重層キャパシタの電圧が前記電気二重層キャパシタの前記スタータモータ作動可能最低電圧より低く、かつ、前記二次電池の電圧が二次電池のスタータモータ作動可能最低電圧より低い場合、
前記スタータモータを作動させないことを特徴とする
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the electric double layer capacitor is lower than the minimum voltage at which the starter motor is operable of the electric double layer capacitor, and the voltage of the secondary battery is lower than the minimum voltage at which the starter motor is operable of the secondary battery,
The power supply device for a vehicle according to any one of claims 7 to 10, wherein the starter motor is not operated.
前記電気二重層キャパシタの電圧が前記電気二重層キャパシタの前記スタータモータ作動可能最低電圧より低く、前記二次電池の電圧が前記二次電池のスタータモータ作動可能最低電圧より低く、かつ、前記二次電池の電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧より高い場合、
前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を導通させ前記二次電池の電力により前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする
請求項７〜１１のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
The voltage of the electric double layer capacitor is lower than the lowest starter motor operable voltage of the electric double layer capacitor, the voltage of the secondary battery is lower than the lowest starter motor operable voltage of the secondary battery, and the secondary When the voltage of the battery is higher than the voltage of the electric double layer capacitor,
The vehicle according to any one of claims 7 to 11, wherein the first switching element and the second switching element are made conductive to charge the electric double layer capacitor with electric power of the secondary battery. Power supply.
前記二次電池の電圧が前記二次電池の動作適正電圧範囲の下限電圧より低く、かつ、前記電気二重層キャパシタの電圧が前記電気二重層キャパシタの動作適正電圧範囲の下限電圧より高い場合、
前記第２のスイッチング手段を導通させ前記二次電池を充電することを特徴とする
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the secondary battery is lower than the lower limit voltage of the proper operating voltage range of the secondary battery, and the voltage of the electric double layer capacitor is higher than the lower limit voltage of the proper operating voltage range of the electric double layer capacitor,
The vehicular power supply device according to any one of claims 1 to 12, wherein the second switching unit is turned on to charge the secondary battery.
前記二次電池の電圧が前記二次電池の動作適正電圧範囲の下限電圧より低く、かつ、前記電気二重層キャパシタの電圧が前記電気二重層キャパシタの動作適正電圧範囲の下限電圧より低い場合、
前記第１のスイッチング手段のみを導通させ前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の車両用電源装置。 The control means includes
When the voltage of the secondary battery is lower than the lower limit voltage of the proper operating voltage range of the secondary battery, and the voltage of the electric double layer capacitor is lower than the lower limit voltage of the proper operating voltage range of the electric double layer capacitor,
The vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 13, wherein only the first switching means is conducted to charge the electric double layer capacitor.
内燃機関にて前記オルタネータを発電するステップと、
前記電気二重層キャパシタに接続される第１のスイッチング手段を導通させ前記電気二重層キャパシタを充電するステップと、
前記二次電池に接続される第２のスイッチング手段を導通させ前記二次電池を充電するステップと、
前記二次電池の電圧が前記二次電圧の定格電圧以上の場合、
前記電気二重層キャパシタに接続される第１のスイッチング手段のみを導通させ前記電気二重層キャパシタを充電するステップとを有することを特徴とする
充電制御方法。 In the charge control method of charging each of the electric double layer capacitors connected in parallel to each other and the secondary battery set to a rated voltage lower than the rated voltage of the electric double layer capacitor by an alternator,
Generating the alternator in an internal combustion engine;
Conducting the first switching means connected to the electric double layer capacitor to charge the electric double layer capacitor;
Charging the secondary battery by conducting a second switching means connected to the secondary battery;
When the voltage of the secondary battery is equal to or higher than the rated voltage of the secondary voltage,
Charging the electric double layer capacitor by causing only the first switching means connected to the electric double layer capacitor to conduct.
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