JP2016037232A - 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、車両の長期放置等が原因で第２蓄電装置の電圧が低下した場合でも、第１蓄電装置への負担を避けつつ第２蓄電装置を充電することを可能とする。【解決手段】車両用電源制御装置は、イグニッションスイッチがオン操作され、かつキャパシタ３の電圧が第１閾値以下である場合に、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態、バイパスリレー１３を接続状態、充電ＦＥＴ１５を接続状態とする制御を実行することにより、オルタネータ１からバイパスリレー１３を介してバッテリ２及び電気負荷５へ発電電力を供給するとともに、バッテリ２から充電ＦＥＴ１５を介してキャパシタ３を充電し、かつイグニッションスイッチのオン中はオルタネータ１による発電を継続してキャパシタ３の電圧が第２閾値以上になってもキャパシタ遮断リレー１２を接続状態としないように制御する。【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２蓄電装置の異常時に発電機から第２蓄電装置への電力供給を遮断する遮断リレーを備えたものも開示されている。

特開２００４−３２８９８８号公報

ここで、特許文献１の構成において、例えば車両が長期間に亘って放置されたようなケースを想定すると、このときの第２蓄電装置の電圧は、自然放電によって低下していると考えられる。このような状態でエンジンが始動されると、第２蓄電装置から電気負荷への電力の供給量が不足し、電気負荷が作動不良に陥るおそれがある。もちろん、エンジンにより発電機を駆動してその発電機から電気負荷に電力を供給することも考えられるが、特許文献１では、発電機と第２蓄電装置とが常時つながっているので、第２蓄電装置の電圧が回復するまでは発電電力が主に第２蓄電装置の充電に回される結果、第１蓄電装置への負担が過大となる。

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、車両の長期放置等が原因で第２蓄電装置の電圧が低下した場合でも、第１蓄電装置への負担を避けつつ第２蓄電装置を充電することを可能することを目的とする。

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な第２蓄電装置と、発電機と第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第１断続部と、発電機と第１蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第２断続部と、第１蓄電装置と第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第３断続部と、第１、第２及び第３断続部の状態をそれぞれ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。そして、制御部は、車両の長期放置等が原因で第２蓄電装置の電圧が低下した状態でイグニッションスイッチがオン操作された場合に、イグニッションスイッチのオン中は第１断続部を接続状態としないように制御する、あるいは第１断続部を接続状態とする前に発電機による発電を停止させるように制御するものである。

第１の観点によれば、制御部は、イグニッションスイッチがオン操作され、かつ第２蓄電装置の電圧が第１閾値以下である場合に、第１断続部を遮断状態、第２断続部を接続状態、第３断続部を接続状態とする制御を実行することにより、発電機から第２断続部を介して第１蓄電装置及び電気負荷へ発電電力を供給するとともに、第１蓄電装置から第３断続部を介して第２蓄電装置を充電し、かつイグニッションスイッチのオン中は発電機による発電を継続して第２蓄電装置の電圧が第２閾値以上になっても第１断続部を接続状態としないように制御する。

この構成によれば、イグニッションスイッチのオン操作により開始した当該ドライビングにて、第１蓄電装置への負担を避けつつ第２蓄電装置を充電することが可能になる。また、この充電により第２蓄電装置の電圧が回復した後にドライビングを終了した場合には、次のドライビングにて第２蓄電装置を利用した電気負荷への電力供給が可能になる。

第２の観点によれば、制御部は、イグニッションスイッチがオン操作され、かつ第２蓄電装置の電圧が第１閾値以下である場合に、第１断続部を遮断状態、第２断続部を接続状態、第３断続部を接続状態とする制御を実行することにより、発電機から第２断続部を介して第１蓄電装置及び電気負荷へ発電電力を供給するとともに、第１蓄電装置から第３断続部を介して第２蓄電装置を充電し、かつ第２蓄電装置の電圧が第２閾値以上になった場合には、第１断続部を接続状態とする前に発電機による発電を停止させるように制御する。

この構成によれば、イグニッションスイッチのオン操作により開始した当該ドライビングにて、第１蓄電装置への負担を避けつつ第２蓄電装置を充電することが可能になる。また、この充電により第２蓄電装置の電圧が回復した場合に当該ドライビング中に第１断続部を接続状態とすることで、第２蓄電装置の電力を早期に利用開始することができる。ただし、発電機の発電電圧と第２蓄電装置の電圧との間に大きな差が存在する状態で第１断続部を遮断状態から接続状態に切り替えると、特に第１断続部が機械接点式リレーで構成されるとき、接点がダメージを受けることが懸念される。そこで、制御部は、接点保護のため、第１断続部を接続状態とする前に発電機による発電を停止させるように制御するのである。

また、制御部は、電気負荷の消費電流が所定の閾値以下である場合に、発電機による発電を停止させた後に第１断続部を接続状態とする制御を実行することとしてもよい。

この構成によれば、第２蓄電装置の接続状態への切り替え時の発電停止に伴う第１蓄電装置への負担を極力抑えることが可能になる。発電停止中は第１蓄電装置以外が電力供給主体となり得ないことを考慮したものである。

また、第３断続部は、第１蓄電装置と第２蓄電装置との間に直列接続された半導体スイッチを有し、制御部は、当該半導体スイッチのオフ期間中に第２蓄電装置の電圧を観測することとしてもよい。

この構成によれば、制御部は、第２蓄電装置に電流が流れていない状態で、第２蓄電装置の開放電圧を観測することができる。第１蓄電装置と第２蓄電装置とがオン状態の半導体スイッチを介して互いに接続されている期間では、第２蓄電装置の正確な電圧を観測することができないことを考慮したものである。

また、制御部は、第２蓄電装置が未だ十分な充電状態に至ったことがない初回モードでは、第１断続部を接続状態として発電機により第２蓄電装置を充電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、初回モードにて第２蓄電装置の電力によって例えば生産ライン上の作業をする際に、発電機からの発電電力で第２蓄電装置を急速に充電することで、生産タクトの短縮が可能になる。

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において、車両の長期放置等が原因で第２蓄電装置の電圧が低下した場合でも、第１蓄電装置への負担を避けつつ第２蓄電装置を充電することが可能になる。

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。 エンジンの始動時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。 エンジンの始動時に行われる制御の他の手順を示すフローチャートである。

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、請求項にいう「第１断続部」に相当するもので、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、請求項にいう「第２断続部」に相当するもので、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、請求項にいう「第３断続部」に相当するもので、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、車両が長期間放置された後にエンジンが始動されたような場合には、キャパシタ３の自然放電によってキャパシタ電圧が大幅に低下していることが想定される。このような状況下において、上述した通常どおりのリレー操作を実行すると（つまりバイパスリレー１３を遮断状態にしてキャパシタ遮断リレー１２を接続状態にすると）、次のような不具合が生じる。

キャパシタ電圧が大幅に低下している状態で、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態にしたままエンジンが始動されると、その後直ぐにオルタネータ１による発電を開始しても、その発電電力は、自ずと電圧の低いキャパシタ３へと供給されるので、オルタネータ１から電気負荷５に対しほとんど電力が供給されなくなる。このため、キャパシタ３が十分に充電されてその電圧が回復するまで（例えば１２Ｖ以上となるまで）の間（１５〜６０秒程度）は、電気負荷５での消費電力は、そのほとんどがバッテリ２からの放電電力によって賄われることになる。このとき、バッテリ２の電圧（バッテリ電圧）はスタータ６の駆動時の大電流消費に伴い低下しているから、バッテリ２から電気負荷５に供給される電力は少なくならざるを得ない。このような状況下で、例えばＥＰＡＳ（電動パワーステアリング機構）２１のような比較的消費電力の多い電気負荷が作動すると、各電気負荷に供給されるバッテリ電圧が更に低下するので、電気負荷の作動不良や機能失陥が起きたり、最悪のケースでは、コントローラ３０に供給される電力の電圧が必要最小電圧（マイコンを正常に作動させるのに必要な下限の電圧）を下回ってエンストが起きる可能性がある。

そこで、このような不具合を防止すべく、本実施形態では、エンジンの始動時に次のような制御が行われる。

図３は、エンジンの始動時にコントローラ３０により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、イグニッションスイッチセンサＳＮ３からの入力情報に基づいて、イグニッションスイッチがオン操作されたか否か（つまりドライバがエンジンを始動させる操作を行ったか否か）を判定する。その結果、ＹＥＳの場合、コントローラ３０は、ステップＳ２で、スタータ６を駆動するなどしてエンジンを始動する。

次いで、コントローラ３０は、ステップＳ３で、初回モードが否かを判定し、ＹＥＳの場合、ステップＳ１４に進み、ＮＯの場合、ステップＳ４に進む。

ここで、コントローラ３０が有する初回フラグについて説明する。初回フラグが「１」であることは、キャパシタ３が未だ十分な充電状態に至ったことがないことを意味する。したがって、当該車両の生産ラインにて短時間作業のためにエンジンを始動させた際には、初回フラグが「１」である。このように初回フラグが「１」にセットされた状態を、本願では初回モードという。その後、オルタネータ１からの発電電力によりキャパシタ３の状態が初めて十分な充電状態に至った時点で、初回フラグが「０」にリセットされる。それ以後、初回フラグが「１」にセットされることはない。

ステップＳ３で初回モードでないと判定されてステップＳ４に進むと、コントローラ３０は、電圧センサＳＮ１からの入力情報に基づいて、キャパシタ３の電圧、すなわちキャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以下であるか否かを判定する。閾値Ｖｃａｐ１は、例えば９Ｖである。ここで、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以下である状態とは、車両が長期間放置されるなどしてキャパシタ電圧Ｖｃａｐが大幅に低下している状態（バッテリ電圧よりも低下している状態）である。なお、閾値Ｖｃａｐ１が９Ｖであるということは、初回フラグが「０」にリセットされた状態でキャパシタ３の充電目標電圧が９Ｖであることを意味する。初回フラグが「１」にセットされた状態では、キャパシタ３の充電目標電圧が、オルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加するのに最低限必要な電圧、例えば３Ｖに設定される。

ステップＳ４での判定がＹＥＳの場合、コントローラ３０は、ステップＳ５でキャパシタ遮断リレー１２の遮断状態を継続しつつ、ステップＳ６でバイパスリレー１３を接続状態とし、かつステップＳ７でオルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加してオルタネータ１に発電を行わせる。この際、オルタネータ１は、電気負荷５及びバッテリ２を保護するため、１２Ｖで発電する。更に、コントローラ３０は、ステップＳ８で充電ＦＥＴ１５のデューティ制御により、バッテリ２からキャパシタ３への充電動作を実行させる。

この時点では、オルタネータ１で発電された電力が、接続状態にあるバイパスリレー１３を通じて（つまりＤＣ／ＤＣコンバータ４をバイパスして）電気負荷５及びバッテリ２へと供給される。一方、キャパシタ遮断リレー１２は遮断状態にあるので、オルタネータ１での発電電力がキャパシタ３に供給されることはない。また、充電ＦＥＴ１５のデューティ制御により、充電ライン１４を介してバッテリ２からキャパシタ３に電流が流れ、キャパシタ３がバッテリ２によって充電される。このとき、バッテリ２に対してはオルタネータ１によって発電電力が供給されているので、バッテリ電圧の急低下も抑制される。

次いで、コントローラ３０は、ステップＳ９で、充電ＦＥＴ１５のデューティオフ中にキャパシタ電圧Ｖｃａｐをモニタする。充電ＦＥＴ１５のオン期間中はキャパシタ３に電流が流れているため、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを正確に観測することができない。したがって、キャパシタ３に電流が流れない、充電ＦＥＴ１５のオフ期間中にキャパシタ３の開放電圧を正確なキャパシタ電圧Ｖｃａｐとして観測するのである。なお、キャパシタ電圧Ｖｃａｐの観測中は充電ＦＥＴ１５だけでなく廃電ＦＥＴ１７も遮断状態とすべきことは当然である。

次いで、コントローラ３０は、ステップＳ１０で、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以上となったか否かを判定し、ＮＯの場合、ステップＳ８に戻り、ＹＥＳの場合、ステップＳ１１に進む。ここでキャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以上の状態とは、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがバッテリ電圧まで回復した状態である。なお、ここではステップＳ４とステップＳ１０とに同一の閾値Ｖｃａｐ１を採用したが、ステップＳ４における第１閾値とステップＳ１０における第２閾値とを互いに異なる値としてもよい。

ステップＳ１１では、コントローラ３０は、充電ＦＥＴ１５のデューティ制御を停止させる。キャパシタ電圧Ｖｃａｐがバッテリ電圧まで回復したからである。ただし、このようにしてキャパシタ３の充電が完了しても、コントローラ３０は、キャパシタ遮断リレー１２の遮断状態を継続するように制御する。

次いで、コントローラ３０は、ステップＳ１２で、イグニッションスイッチセンサＳＮ３からの入力情報に基づいて、イグニッションスイッチがオフ操作されたか否か（つまりドライバがエンジンを停止させる操作を行ったか否か）を判定する。そして、イグニッションスイッチがオフ操作されたのを待って、コントローラ３０は、ステップＳ１３で、オルタネータ１による発電を停止させる。ただし、コントローラ３０は、イグニッションスイッチのオン中は、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態としないように制御する。

一方、ステップＳ３で初回モードであると判定された場合と、ステップＳ４でキャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以下でないと判定された場合には、ステップＳ１４に進む。

コントローラ３０は、ステップＳ１４〜Ｓ１６で、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態、バイパスリレー１３を遮断状態とし、かつオルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加してオルタネータ１に発電を行わせる。これにより、キャパシタ３は、キャパシタ遮断リレー１２を通じてオルタネータ１の発電電力により充電される。その後、前述のステップＳ１２に進む。

ステップＳ３で初回モードであると判定されてステップＳ１４に進んだ場合には、例えば、生産ライン上でディーゼルエンジンの燃料噴射量学習の作業をキャパシタ３の電力によって実行することができる。初回フラグが「１」にセットされた状態では、エンジン停止中にバッテリ２からキャパシタ３への充電が行われることにより、燃料噴射量学習の作業を開始する時点ではキャパシタ３の電圧が既に３Ｖ以上に達しており、キャパシタ３がオルタネータ１のフィールドコイルに直ちに電流を印加することができる。したがって、オルタネータ１からの発電電力でキャパシタ３を急速に充電することで、生産タクトの短縮が可能になる。なお、初回フラグが「１」にセットされていることを特定ＬＥＤの点滅で表示することとすれば、余分な電気負荷を使用しないように作業者にワーニングを与えることができる。

一方、ステップＳ４でキャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以下でないと判定されてステップＳ１４に進んだ場合は、キャパシタ３が十分に充電された状態で新たなドライビングを開始した場合に相当する。この場合には、ステップＳ１４〜Ｓ１６での制御の結果、減速回生発電が可能になり、燃費の向上が図れる。

なお、ステップＳ１３での発電停止後にキャパシタ電圧Ｖｃａｐの不足が判明した場合には、エンジン停止中にステップＳ８〜Ｓ１１と同様の制御を実行することによりバッテリ２からキャパシタ３への充電を行うようにしてもよい。

図４は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御の他の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ１１までは、図３の手順と同様である。

図４によれば、コントローラ３０は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがバッテリ電圧まで回復した時点で充電ＦＥＴ１５のデューティ制御を停止させた後、ステップＳ２１で、電気負荷５の消費電流が所定の閾値Ｉ０以下であるか否かを判定する。そして、当該消費電流が閾値Ｉ０以下になったのを待って、コントローラ３０は、ステップＳ２２で、オルタネータ１による発電を停止させる。次いで、ステップＳ２３に進む。

また、ステップＳ３で初回モードであると判定された場合と、ステップＳ４でキャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｃａｐ１以下でないと判定された場合にも、ステップＳ２３に進む。

コントローラ３０は、ステップＳ２３〜Ｓ２５で、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態、バイパスリレー１３を遮断状態とし、かつオルタネータ１のフィールドコイルに電流を印加してオルタネータ１に発電を行わせる。これにより、キャパシタ３は、キャパシタ遮断リレー１２を通じてオルタネータ１の発電電力により充電される。

次いで、コントローラ３０は、ステップＳ２６で、イグニッションスイッチセンサＳＮ３からの入力情報に基づいて、イグニッションスイッチがオフ操作されたか否か（つまりドライバがエンジンを停止させる操作を行ったか否か）を判定する。そして、イグニッションスイッチがオフ操作されたのを待って、コントローラ３０は、ステップＳ２７で、オルタネータ１による発電を停止させる。

なお、ステップＳ２７での発電停止後にキャパシタ電圧Ｖｃａｐの不足が判明した場合には、エンジン停止中にステップＳ８〜Ｓ１１と同様の制御を実行することによりバッテリ２からキャパシタ３への充電を行うようにしてもよい。

（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なキャパシタ３と、オルタネータ１とキャパシタ３との接続及び遮断を切り替えるキャパシタ遮断リレー１２と、オルタネータ１とバッテリ２との接続及び遮断を切り替えるバイパスリレー１３と、バッテリ２とキャパシタ３との接続及び遮断を切り替える充電ＦＥＴ１５と、キャパシタ遮断リレー１２とバイパスリレー１３と充電ＦＥＴ１５との状態をそれぞれ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、車両の長期放置等が原因でキャパシタ３の電圧Ｖｃａｐが低下した状態でイグニッションスイッチがオン操作された場合に、イグニッションスイッチのオン中はキャパシタ遮断リレー１２を接続状態としないように制御する（図３）、あるいはキャパシタ遮断リレー１２を接続状態とする前にオルタネータ１による発電を停止させるように制御する（図４）。

図３によれば、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオン操作され、かつキャパシタ３の電圧Ｖｃａｐが第１閾値Ｖｃａｐ１以下である場合に、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態、バイパスリレー１３を接続状態、充電ＦＥＴ１５を接続状態とする制御を実行することにより、オルタネータ１からバイパスリレー１３を介してバッテリ２及び電気負荷５へ発電電力を供給するとともに、バッテリ２から充電ＦＥＴ１５を介してキャパシタ３を充電し（ステップＳ５〜Ｓ１１）、かつイグニッションスイッチのオン中はオルタネータ１による発電を継続してキャパシタ３の電圧Ｖｃａｐが第２閾値Ｖｃａｐ１以上になってもキャパシタ遮断リレー１２を接続状態としないように制御する（ステップＳ１２〜Ｓ１３）。

この構成によれば、当該ドライビングにてバッテリ２への負担を避けつつキャパシタ３を充電することが可能になり、次のドライブでのキャパシタ３の利用が可能になる（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。また、当該ドライビング中にキャパシタ遮断リレー１２の遮断状態を維持することにより、キャパシタ遮断リレー１２の接続に伴うオルタネータ１の停止が必要がなくなるので、バッテリ２に負担がかかるのを防止できる。

図４によれば、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオン操作され、かつキャパシタ３の電圧Ｖｃａｐが第１閾値Ｖｃａｐ１以下である場合に、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態、バイパスリレー１３を接続状態、充電ＦＥＴ１５を接続状態とする制御を実行することにより、オルタネータ１からバイパスリレー１３を介してバッテリ２及び電気負荷５へ発電電力を供給するとともに、バッテリ２から充電ＦＥＴ１５を介してキャパシタ３を充電し（ステップＳ５〜Ｓ１１）、かつキャパシタ３の電圧Ｖｃａｐが第２閾値Ｖｃａｐ１以上になった場合には、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態とする前にオルタネータ１による発電を停止させるように制御する（ステップＳ２２〜Ｓ２３）。

この構成によれば、バッテリ２への負担を避けつつキャパシタ３を充電することが可能になる。また、キャパシタ遮断リレー１２を接続することで、当該ドライビング中にキャパシタ３に対する減速回生発電が可能になり燃費の向上が図れる（ステップＳ２４〜Ｓ２５）。

また、コントローラ３０は、電気負荷５の消費電流が所定の閾値Ｉ０以下である場合に、オルタネータ１による発電を停止させた後にキャパシタ遮断リレー１２を接続状態とする制御を実行する（ステップＳ２１〜Ｓ２３）。

この構成によれば、キャパシタ３への接続時の発電停止に伴うバッテリ２への負担を極力抑えることが可能になる。

また、充電ＦＥＴ１５は、バッテリ２とキャパシタ３との間に直列接続された半導体スイッチであり、コントローラ３０は、充電ＦＥＴ１５のオフ期間中にキャパシタ３の電圧を観測する。

この構成によれば、キャパシタ３の電圧を正確に観測することができる。

また、コントローラ３０は、キャパシタ３が未だ十分な充電状態に至ったことがない初回モードでは、キャパシタ遮断リレー１２を接続状態としてオルタネータ１によりキャパシタ３を充電するように制御する（図３のステップＳ３、Ｓ１４〜Ｓ１６；図４のステップＳ３、Ｓ２３〜Ｓ２５）。

この構成によれば、初回モードにてキャパシタ３の電力によって生産ライン上の作業をする際に、オルタネータ１からの発電電力でキャパシタ３を急速に充電することで、生産タクトの短縮が可能になる。

（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
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（第１断続部）
１３ バイパスリレー（第２断続部）
１４ 充電ライン
１５ 充電ＦＥＴ（第３断続部）
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 (5)

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な第２蓄電装置と、
   前記発電機と前記第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第１断続部と、
   前記発電機と前記第１蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第２断続部と、
   前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第３断続部と、
   前記第１、第２及び第３断続部の状態をそれぞれ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、イグニッションスイッチがオン操作され、かつ前記第２蓄電装置の電圧が第１閾値以下である場合に、前記第１断続部を遮断状態、前記第２断続部を接続状態、前記第３断続部を接続状態とする制御を実行することにより、前記発電機から前記第２断続部を介して前記第１蓄電装置及び前記電気負荷へ発電電力を供給するとともに、前記第１蓄電装置から前記第３断続部を介して前記第２蓄電装置を充電し、かつ前記イグニッションスイッチのオン中は前記発電機による発電を継続して前記第２蓄電装置の電圧が第２閾値以上になっても前記第１断続部を接続状態としない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. 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な第２蓄電装置と、
   前記発電機と前記第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第１断続部と、
   前記発電機と前記第１蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第２断続部と、
   前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第３断続部と、
   前記第１、第２及び第３断続部の状態をそれぞれ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、イグニッションスイッチがオン操作され、かつ前記第２蓄電装置の電圧が第１閾値以下である場合に、前記第１断続部を遮断状態、前記第２断続部を接続状態、前記第３断続部を接続状態とする制御を実行することにより、前記発電機から前記第２断続部を介して前記第１蓄電装置及び前記電気負荷へ発電電力を供給するとともに、前記第１蓄電装置から前記第３断続部を介して前記第２蓄電装置を充電し、かつ前記第２蓄電装置の電圧が第２閾値以上になった場合には、前記第１断続部を接続状態とする前に前記発電機による発電を停止させ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、前記電気負荷の消費電流が所定の閾値以下である場合に、前記発電機による発電を停止させた後に前記第１断続部を接続状態とする制御を実行することを特徴とする車両用電源制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記第３断続部は、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に直列接続された半導体スイッチを有し、
   前記制御部は、前記半導体スイッチのオフ期間中に前記第２蓄電装置の電圧を観測することを特徴とする車両用電源制御装置。
5. 請求項１又は２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記第２蓄電装置が未だ十分な充電状態に至ったことがない初回モードでは、前記第１断続部を接続状態として前記発電機により前記第２蓄電装置を充電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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