JP2016037231A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、電圧変換器の高電流出力維持を可能にするとともに、遅延後のバイパスリレーの素早い切り替えを達成する。
【解決手段】車両用電源制御装置は、バイパスリレー１３の遮断状態で電気負荷５によりＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流が閾値以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成される。接続準備モードでは、キャパシタ３をバッテリ２に対し設定電位差α１まで放電させたうえ、当該設定電位差α１を維持するようにオルタネータ１の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行する。接続実行モードでは、バッテリ２とキャパシタ３との電位差を所定値α２（＜α１）以下まで縮めるようにオルタネータ１の発電を調整したうえでバイパスリレー１３を遮断状態から接続状態に切り替える。
【選択図】図１

Description

ここに開示された技術は、車両用電源制御装置に関するものである。

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

減速回生システムを採用した車両では、減速時に発電される大容量の電力を短時間で充電するために、従来から広く使われてきた鉛バッテリ（第１蓄電装置）とは別に、鉛バッテリよりも急速な充放電が可能なリチウムイオンバッテリ又は電気二重層キャパシタ（第２蓄電装置）が搭載されることが多い（例えば特許文献１参照）。特性の異なる２種類の蓄電装置を搭載することにより、減速時に発生する電力を無駄なく回収しつつ、十分に大きな充電容量を確保することが可能となる。

特許文献１には、第１蓄電装置に電気負荷を、第２蓄電装置に発電機をそれぞれ接続し、かつ第１蓄電装置と第２蓄電装置との間に電圧変換器とバイパスリレーとを互いに並列に設けた構成を採用し、バイパスリレーの遮断状態で電圧変換器の出力電流が所定値を上回る状態が所定時間以上継続したときには、第１蓄電装置と第２蓄電装置との電位差が所定値以下まで縮まった時点で、バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える技術が更に開示されている。

特開２０１３−１１９３３１号公報

機械式接点を持つバイパスリレーは、その耐久性を考慮すれば、オン・オフ回数を少なくすることが望まれる。バイパスリレーのオン・オフ回数を少なくするためには、電圧変換器の出力電流が閾値以上になった場合にバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える際に上記特許文献１のような遅延制御を導入することは有効である。遅延時間中に負荷が低減されて電圧変換器の出力電流が閾値未満になれば、バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替える必要がなくなるからである。ただし、この遅延制御中には電圧変換器から電気負荷への要求電流の供給を行う必要があるとともに、バイパスリレーの切り替えには素早さが要求される。

ここに開示された技術は、２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、電圧変換器の高電流出力維持を可能にするとともに、遅延後のバイパスリレーの素早い切り替えを達成することを目的とする。

ここに開示された技術は、遅延制御を伴う接続準備モードにて第２蓄電装置を積極的に放電させることにより第１蓄電装置と第２蓄電装置との電位差を予め縮めておき、これに続く接続実行モードではバイパスリレーを遮断状態から接続状態に素早く切り替えることとしたものである。

具体的に説明すると、ここに開示された技術は、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、電気負荷に接続された第１蓄電装置と、第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能でありかつ発電機により直接充電される第２蓄電装置と、第２蓄電装置の電圧を降圧して第１蓄電装置及び電気負荷へ供給する電圧変換器と、発電機及び第２蓄電装置と第１蓄電装置及び電気負荷との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレーと、発電機と電圧変換器とバイパスリレーとの動作を制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置の技術である。制御部は、バイパスリレーの遮断状態で電気負荷により電圧変換器の出力電流が閾値以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成される。接続準備モードでは、制御部は、第２蓄電装置を第１蓄電装置に対し設定電位差まで放電させたうえ、当該設定電位差を維持するように発電機の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行する。また、接続実行モードでは、制御部は、第１蓄電装置と第２蓄電装置との電位差を所定値以下まで縮めるように発電機の発電を調整したうえでバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する。

この構成によれば、切り替え前の遅延時間を設定することによりバイパスリレーのラインへの切り替え頻度を下げることが可能になり接点式リレーの耐久性低下を抑制できるとともに、遅延制御中に発電を再開させ電圧維持することにより遅延制御中にも高電流出力を維持できる。

また、制御部は、接続準備モードでは第１蓄電装置と第２蓄電装置との電位差を第１電位差で維持させ、接続実行モードでは第１蓄電装置と第２蓄電装置との電位差を第１電位差より小さい第２電位差に低減させた後にバイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することとしてもよい。

この構成によれば、遅延制御中は電圧変換器からの高電流出力を維持させつつ、遅延後のバイパスリレー側のラインへの切り替えも素早くできる。

また、制御部は、接続準備モードにおける第２蓄電装置の目標電圧を、接続実行モードにおける第２蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することとしてもよい。

この構成によれば、遅延制御中は第２蓄電装置の目標電圧を高くすることにより電圧変換器の高電流出力の維持を容易にするとともに、バイパスリレー側への切り替え時は第２蓄電装置の目標電圧を下げることにより、切り替え時に第１蓄電装置に高電圧が作用して第１蓄電装置の電圧が上限値を超えることを防止できる。

また、制御部は、接続準備モードにおける第１蓄電装置の目標電圧を、接続実行モードにおける第１蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することとしてもよい。

この構成によれば、遅延制御中は第１蓄電装置の目標電圧を高くすることにより第２蓄電装置の放電を迅速に行えるとともに、バイパスリレー側への切り替え時は第１蓄電装置の目標電圧を下げることにより、切り替え時の電位差により第１蓄電装置の電圧が上限値を超えることを防止できる。

また、制御部は、接続準備モードにて第１蓄電装置の電圧が所定値以下になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御することとしてもよい。

この構成によれば、無理な遅延継続による第１蓄電装置の電圧低下に伴う第１蓄電装置の劣化を防止できる。

また、制御部は、接続準備モードにて電圧変換器の温度が所定値以上になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御することとしてもよい。

この構成によれば、無理な遅延継続による電圧変換器の熱害を防止できる。

ここに開示された技術によれば、２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置でのバイパスリレーの遅延制御において、電圧変換器の高電流出力維持を可能にするとともに、遅延後のバイパスリレーの素早い切り替えを達成することができる。

車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。 制御系統の接続を示すブロック図である。 バイパスリレーの遮断状態から接続状態への切り替え時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。 バイパスリレーの遮断状態から接続状態への切り替え時の各部の動作を説明するためのタイムチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

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

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

バッテリ２は、車両用の蓄電装置として一般的な公称電圧１２Ｖの鉛バッテリである。このようなバッテリ２は、化学反応によって電気エネルギを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性がある。

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

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

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

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

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

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

更に、本実施形態の電気負荷５には、ＥＰＡＳ２１等の電気負荷以外に、グロープラグ２６も含まれている。グロープラグ２６は、エンジン（本実施形態ではディーゼルエンジン）の冷間始動時に通電加熱によりエンジンの燃焼室を温めるためのヒータである。グロープラグ２６は、スタータ６と並列にバッテリ２に接続されているが、ＰＴＣヒータ２５は、通電加熱により室内を暖房するためのヒータであり、最大２５Ｖでも安定して作動するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対してオルタネータ１及びキャパシタ３側に配置されている。

以上に加えて、本実施形態では、バッテリ２とキャパシタ３とを接続する充電ライン１４が設けられている。充電ライン１４は、第３ライン９上の点と、第１ライン７におけるキャパシタ遮断リレー１２よりもキャパシタ３寄りの点との間に介設されている。そして、この充電ライン１４にバッテリ２とキャパシタ３との接続を断続するための半導体スイッチである充電ＦＥＴ１５が抵抗１６と直列に設けられている。充電ＦＥＴ１５は、充電ライン１４を通じたバッテリ２からキャパシタ３への給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。更に、充電ＦＥＴ１５と抵抗１６との接続点とグラウンドとの間に、キャパシタ３の電圧を引き下げるための廃電ＦＥＴ１７が設けられている。

（２）制御系統
図２は、制御系統の接続を示すブロック図である。本図に示すように、上述したオルタネータ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、スタータ６、キャパシタ遮断リレー１２、バイパスリレー１３、充電ＦＥＴ１５、廃電ＦＥＴ１７、電気負荷５（ＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３、…）等の部品は、各種信号線を介してコントローラ３０と接続されており、コントローラ３０からの指令に基づき制御される。コントローラ３０は、従来周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータであり、請求項にいう「制御部」に相当するものである。

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

電圧センサＳＮ１は、図１にも示すように、キャパシタ３の電圧（キャパシタ電圧）を検出するセンサである。

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

イグニッションスイッチセンサＳＮ３は、エンジンを始動又は停止する際にドライバにより操作される図外のイグニッションスイッチの操作状態を検出するセンサである。

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

コントローラ３０は、各センサ類ＳＮ１〜ＳＮ４からの入力情報に基づいて、オルタネータ１による電力発電量、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による降圧動作、電気負荷５及びスタータ６の駆動／停止、リレー１２，１３のオン／オフ操作、ＦＥＴ１５，１７のオン／オフ操作等を制御する。以下、このコントローラ３０による制御動作の具体例について詳しく説明する。

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

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

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

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

しかしながら、電気負荷５の状態変化により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流が所定値を上回る時間が長くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の加熱が問題となる。そこで、このような過負荷の場合には、バイパスリレー１３を遮断状態から接続状態に切り替えることにより、電力供給ラインをＤＣ／ＤＣコンバータ４の第２ライン８からバイパスライン１１へと切り替える必要が生じる。ただし、バッテリ２とキャパシタ３との電位差が大きい状態でバイパスライン１１を接続状態に切り替えることはできない。そこで、本実施形態では、第２ライン８からバイパスライン１１への切り替え時に次のような制御が行われる。

図３は、バイパスリレー１３の遮断状態から接続状態への切り替え時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。

コントローラ３０は、ステップＳ１で、キャパシタ３の電圧、すなわちキャパシタ電圧Ｖｃａｐの読み込みと、バッテリ２の電圧、すなわちバッテリ電圧Ｖｂａｔの読み込みと、車両負荷状態の読み込みと、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｏｕｔの読み込みと、オルタネータ１の発電電流Ｉａｌｔの読み込みとを実行する。

ステップＳ２で、コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉ０以上である過電流状態が数秒（例えば５秒）継続したかを判定する。ここに、閾値Ｉ０は例えば７５Ａである。ＮＯの場合、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳの場合、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、コントローラ３０は、内部のタイマをリセットしてスタートさせる。

ステップＳ４で、コントローラ３０は、キャパシタ目標電圧Ｖｃａｐ１をバッテリ目標電圧Ｖｂａｔ１よりもα１だけ高い電圧に設定する。ここに、α１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が高電流出力を維持できる最低電位差に近い値、例えば３Ｖである。

ステップＳ５で、コントローラ３０は、キャパシタ３の電圧がキャパシタ目標電圧Ｖｃａｐ１を維持するように、オルタネータ１の発電を制御する。

ステップＳ６で、コントローラ３０は、ステップＳ３におけるタイマのスタートから数十秒（例えば３０秒）が経過したかを判定する。ＮＯの場合、ステップＳ７に進み、ＹＥＳの場合、ステップＳ９に進む。

ステップＳ７で、コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｏｕｔが所定値Ｉ１（＞Ｉ０）以上であるか、又は、バッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値Ｖｂａｔ３（＜Ｖｂａｔ２：後述）以下であるかを判定し、ＮＯの場合、ステップＳ８に進み、ＹＥＳの場合、ステップＳ９に進む。なお、コントローラ３０は、ステップＳ７でＤＣ／ＤＣコンバータ４の温度が所定値以上であるかを判定し、ＮＯの場合、ステップＳ８に進み、ＹＥＳの場合、ステップＳ９に進むこととしてもよい。

ステップＳ８で、コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｏｕｔが前述の閾値Ｉ０以上である過電流状態が継続中であるかを判定する。ＹＥＳの場合、ステップＳ５に戻り、ＮＯの場合、バイパスリレー１３を接続状態にすることなく処理を終了する。ここでバイパスリレー１３を接続状態にしないということは、バイパスリレー１３のオン・オフ回数を低減できることを意味する。

ステップＳ９で、コントローラ３０は、キャパシタ目標電圧Ｖｃａｐ２をバッテリ目標電圧Ｖｂａｔ２（＜Ｖｂａｔ１）よりもα２（＜α１）だけ高い電圧に設定する。ここに、α２は例えば１Ｖである。

ステップＳ１０で、コントローラ３０は、キャパシタ３の電圧がキャパシタ目標電圧Ｖｃａｐ２を維持するように、オルタネータ１の発電を制御する。

コントローラ３０は、ステップＳ１１でバイパスリレー１３を遮断状態から接続状態に切り替えた後、処理を終了する。

図４は、バイパスリレー１３の遮断状態から接続状態への切り替え時の各部の動作を説明するためのタイムチャートである。コントローラ３０は、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの３０秒間は接続準備モードの制御を、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは接続実行モードの制御をそれぞれ実行する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流が７５Ａ以上である過電流状態が５秒間継続すると、時刻ｔ０で、バイパスリレー１３の接続要求が発行される。この時刻ｔ０からタイマによる３０秒の時間計測が始まる。一方、コントローラ３０は、時刻ｔ０で、バッテリ２の目標電圧を上げ、かつキャパシタ３の目標電圧をバッテリ目標電圧よりも３Ｖだけ高い電圧に設定する。これに伴い、バッテリ２の電圧が上昇するとともに、キャパシタ３の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４を通した放電により降下していく。

時刻ｔ１で、キャパシタ３の電圧がバッテリ目標電圧よりも３Ｖだけ高いキャパシタ目標電圧に達すると、コントローラ３０は、バッテリ２とキャパシタ３との電位差（＝３Ｖ）を維持しつつ消費電流を賄うように、オルタネータ１の発電を調整する。

時刻ｔ０から３０秒が経過して時刻ｔ２に至ると、コントローラ３０は、バッテリ２の目標電圧を下げ、かつキャパシタ３の目標電圧をバッテリ目標電圧よりも１Ｖだけ高い電圧に設定する。これに伴い、オルタネータ１の発電電流を大幅に下げることでＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流も下がり、結果バッテリ２からの持ち出しが発生してバッテリ２の電圧が降下するとともに、キャパシタ３の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４を通した放電により降下していく。

時刻ｔ３では、バッテリ２とキャパシタ３との電位差が１Ｖになっており、バイパスリレー１３が遮断状態から接続状態に切り替えられると同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作が図示しない温度センサのみに電源電圧を供給する最小出力状態となり、その出力電流が微少なものになる。バイパスリレー１３が接続状態になった後は、バッテリ２とキャパシタ３との電位差が０Ｖになるとともに、その電位はオルタネータ１の通常時の発電電圧と同電位になる。

（４）作用
以上説明したとおり、本実施形態では、エンジンにより駆動されて発電するオルタネータ１と、電気負荷５に接続されたバッテリ２と、バッテリ２よりも急速な充放電が可能でありかつオルタネータ１により直接充電されるキャパシタ３と、キャパシタ３の電圧を降圧してバッテリ２及び電気負荷５へ供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、オルタネータ１及びキャパシタ３とバッテリ２及び電気負荷５との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレー１３と、オルタネータ１とＤＣ／ＤＣコンバータ４とバイパスリレー１３との動作を制御するコントローラ３０とを備えた車両用電源制御装置において、コントローラ３０は、バイパスリレー１３の遮断状態で電気負荷５によりＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉ０以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成される。接続準備モードでは、コントローラ３０は、キャパシタ３をバッテリ２に対し設定電位差α１まで放電させたうえ、当該設定電位差α１を維持するようにオルタネータ１の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行する（ステップＳ３〜Ｓ８）。また、接続実行モードでは、コントローラ３０は、バッテリ２とキャパシタ３との電位差を所定値α２以下まで縮めるようにオルタネータ１の発電を調整したうえでバイパスリレー１３を遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する（ステップＳ９〜Ｓ１１）。

この構成によれば、切り替え前の遅延時間を設定することによりバイパスリレー１３のラインへの切り替え頻度を下げることが可能になり接点式リレーの耐久性低下を抑制できるとともに、遅延制御中にオルタネータ１に発電を再開させ電圧維持することにより遅延制御中にも高電流出力を維持できる。

また、コントローラ３０は、接続準備モードではバッテリ２とキャパシタ３との電位差を第１電位差α１で維持させ（ステップＳ５）、接続実行モードではバッテリ２とキャパシタ３との電位差を第１電位差α１より小さい第２電位差α２に低減させた後にバイパスリレー１３を遮断状態から接続状態に切り替えるように制御する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。

この構成によれば、遅延制御中はＤＣ／ＤＣコンバータ４からの高電流出力を維持させつつ、遅延後のバイパスリレー１３側のラインへの切り替えも素早くできる。

また、コントローラ３０は、接続準備モードにおけるキャパシタ３の目標電圧Ｖｃａｐ１を、接続実行モードにおけるキャパシタ３の目標電圧Ｖｃａｐ２よりも高く設定する（ステップＳ４，Ｓ９）。

この構成によれば、遅延制御中はキャパシタ３の目標電圧Ｖｃａｐ１を高くすることによりＤＣ／ＤＣコンバータ４の高電流出力の維持を容易にするとともに、バイパスリレー１３側への切り替え時はキャパシタ３の目標電圧Ｖｃａｐ２を下げることにより、切り替え時にバッテリ２に高電圧が作用してバッテリ２の電圧が上限値を超えることを防止できる。

また、コントローラ３０は、接続準備モードにおけるバッテリ２の目標電圧Ｖｂａｔ１を、接続実行モードにおけるバッテリ２の目標電圧Ｖｂａｔ２よりも高く設定する（ステップＳ４，Ｓ９）。

この構成によれば、遅延制御中はバッテリ２の目標電圧Ｖｂａｔ１を高くすることによりキャパシタ３の放電を迅速に行えるとともに、バイパスリレー１３側への切り替え時はバッテリ２の目標電圧Ｖｂａｔ２を下げることにより、切り替え時のバッテリ２とキャパシタ３との電位差によりバッテリ２の電圧が上限値を超えることを防止できる。

また、コントローラ３０は、接続準備モードにてバッテリ２の電圧が所定値Ｖｂａｔ３以下になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御する（ステップＳ７）。

この構成によれば、無理な遅延継続によるバッテリ２の電圧低下に伴うバッテリ２の劣化を防止できる。

また、コントローラ３０は、接続準備モードにてＤＣ／ＤＣコンバータ４の温度が所定値以上になった際には遅延制御を終了して直ちに接続実行モードへ移行するように制御する。

この構成によれば、無理な遅延継続によるＤＣ／ＤＣコンバータ４の熱害を防止できる。

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

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

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

以上説明したように、ここに開示された技術は、車両用電源制御装置として有用である。

１ オルタネータ（発電機）
２ バッテリ（第１蓄電装置）
３ キャパシタ（第２蓄電装置）
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
５ 電気負荷
６ スタータ
７ 第１ライン
８ 第２ライン
９ 第３ライン
１０ 第４ライン
１１ バイパスライン
１２ キャパシタ遮断リレー
１３ バイパスリレー
１４ 充電ライン
１５ 充電ＦＥＴ
１６ 抵抗
１７ 廃電ＦＥＴ
３０ コントローラ（制御部）
ＳＮ１ 電圧センサ
ＳＮ３ イグニッションスイッチセンサ

Claims (6)

1. エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   電気負荷に接続された第１蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能であり、かつ前記発電機により直接充電される第２蓄電装置と、
   前記第２蓄電装置の電圧を降圧して前記第１蓄電装置及び前記電気負荷へ供給する電圧変換器と、
   前記発電機及び前記第２蓄電装置と前記第１蓄電装置及び前記電気負荷との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレーと、
   前記発電機と前記電圧変換器と前記バイパスリレーとの動作を制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置であって、
   前記制御部は、前記バイパスリレーの遮断状態で前記電気負荷により前記電圧変換器の出力電流が閾値以上になった際に、接続準備モードの制御を一定時間だけ実行した後に、接続実行モードの制御を実行するように構成され、
   前記接続準備モードでは、前記制御部は、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置に対し設定電位差まで放電させたうえ、当該設定電位差を維持するように前記発電機の発電を調整しつつ所定時間の経過を待つ遅延制御を実行し、
   前記接続実行モードでは、前記制御部は、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との電位差を所定値以下まで縮めるように前記発電機の発電を調整したうえで前記バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記接続準備モードでは前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との電位差を第１電位差で維持させ、前記接続実行モードでは前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との電位差を前記第１電位差より小さい第２電位差に低減させた後に前記バイパスリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記接続準備モードにおける前記第２蓄電装置の目標電圧を、前記接続実行モードにおける前記第２蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することを特徴とする車両用電源制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記接続準備モードにおける前記第１蓄電装置の目標電圧を、前記接続実行モードにおける前記第１蓄電装置の目標電圧よりも高く設定することを特徴とする車両用電源制御装置。
5. 請求項２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記接続準備モードにて前記第１蓄電装置の電圧が所定値以下になった際には前記遅延制御を終了して直ちに前記接続実行モードへ移行するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
6. 請求項２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記接続準備モードにて前記電圧変換器の温度が所定値以上になった際には前記遅延制御を終了して直ちに前記接続実行モードへ移行するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。

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