JP5155701B2

JP5155701B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP5155701B2
Application number: JP2008063156A
Authority: JP
Inventors: 秀司三山; 賢太郎安岡
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: DE102009012908B4; DE102009012908A1; US20090230766A1; JP2009214839A; US7847429B2

Description

本発明は、二次電池と並列にキャパシタを配置した車両用電源装置に関する。

従来より、ガソリン車やディーゼル車、ハイブリッド車、或いは、電気自動車等の各種車両の電源装置においては、鉛バッテリ等の二次電池と並列に、電解コンデンサや電気二重層コンデンサ等のキャパシタを配置したものが提案されている。このような電源装置を搭載することにより、例えば、電気自動車等では、車両減速時のエネルギーを効率よく電力として回生し、１回の充電で走行可能な航続距離を延長することが可能となる。また、例えば、ガソリン車やディーゼル車では、オルタネータの発電電圧を変化させてキャパシタへの充放電を制御することによって比較的簡素な構成で燃費改善を図ったり、二次電池の大型化等を招来することなく所謂アイドリングストップ機能における始動性向上を図ること等が可能となる。

この種の電源装置においては、一般に、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がＯＦＦされた場合やキャパシタに異常が発生した場合等にキャパシタを二次電池から電気的に開放すためのリレー（メインリレー）が設けられている。ここで、印加電圧によるキャパシタの劣化を防止するため、一般に、ＩＧＳＷのＯＦＦ後にメインリレーが開放されると、キャパシタに対する放電制御が行われる。また、放電されたキャパシタと二次電池の電位差等に起因してメインリレーのＯＮ時に大きな突入電流が発生することを防止するため、メインリレーには、電流制限抵抗を介してキャパシタと二次電池とを接続するためのプレチャージリレーが併設されており、このプレチャージリレーは、メインリレーに先立ってＯＮされてキャパシタをプリチャージすることにより、二次電池との間の電位差を緩和する。

このようなプリチャージの発生頻度を低下させるための技術として、例えば、特許文献１には、ＩＧＳＷのＯＦＦ時に、キーシリンダからキーが抜去されるまでの間は、キャパシタの放電を禁止する技術が開示されている。
特開平９−１４９５０９号公報

ところで、この種の電源装置においては、エネルギー回生効率の向上等の観点から、キャパシタの大容量化が望まれている。しかしながら、キャパシタが大容量化するほど、ＩＧＳＷがＯＦＦされた際のキャパシタの放電によって損失する電力量が増大するとともに、メインリレーをＯＮする前のプリチャージに要する時間が長大化する。

従って、特に、短時間の走行とキーＯＦＦでの放置とを繰り返した場合には、プリチャージが終了するまでの間にエネルギー回生等の機会を失する頻度が増加するばかりか、キャパシタの放電によって損失する電力量が増加する等、却ってエネルギー効率を悪化させる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、キャパシタの劣化の抑制と、プレチャージ時間の短縮及び電力損失の抑制とを両立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。

本発明の一態様による車両用電源装置は、二次電池と、前記二次電池に並列接続されるキャパシタと、前記二次電池と前記キャパシタとの間に介装されるリレーと、キーＯＦＦされた後に前記リレーを開放制御するリレー制御手段と、を備えた車両用電源装置において、前記キーＯＦＦされた後の前記二次電池の分極状態を推定する分極推定手段を備え、
前記分極推定手段は、前記キーＯＦＦ後の経過時間が、前記二次電池のＳＯＣと実際の電圧とに基づいて算出したパラメータに基づいて可変設定される設定時間以上となったとき、前記二次電池の分極が解消されたことを推定し、前記リレー制御手段は、前記分極推定手段によって前記二次電池の分極が解消されたことを推定したとき、前記リレーを開放するものである。
また、本発明の他の態様による車両用電源装置は、二次電池と、前記二次電池に並列接続されるキャパシタと、前記二次電池と前記キャパシタとの間に介装されるリレーと、キーＯＦＦされた後に前記リレーを開放制御するリレー制御手段と、を備えた車両用電源装置において、前記キーＯＦＦされた後の前記二次電池の分極状態を推定する分極推定手段を備え、前記分極推定手段は、少なくとも前記二次電池のＳＯＣに基づいて回路開放電圧を算出し、前記二次電池の実際の電圧が前記回路開放電圧よりも低くなったとき、前記二次電池の分極が解消されたことを推定し、前記リレー制御手段は、前記分極推定手段によって前記二次電池の分極が解消されたことを推定したとき、前記リレーを開放するものである。

本発明の車両用電源装置によれば、キャパシタの劣化の抑制と、プレチャージ時間の短縮及び電力損失の抑制とを両立することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は車両用電源装置の概略構成図、図２はリレー制御ルーチンを示すフローチャート、図３はリレー接続制御サブルーチンを示すフローチャート、図４はリレー開放制御サブルーチンを示すフローチャート、図５は図４のサブルーチンで制御されるメインリレーのＯＦＦタイミングを示すタイミングチャート、図６はリレー開放制御サブルーチンの変形例を示すフローチャート、図７は図６のサブルーチンで制御されるメインリレーのＯＦＦタイミングを示すタイミングチャート、図８はメインリレーのＯＦＦタイミングの変形例を示すフローチャートである。

図１に示す車両用電源装置１は、例えば、二次電池としてのバッテリ５と、このバッテリ５にメインリレー７を介して並列接続されたキャパシタ６と、を備えて要部が構成されている。

バッテリ５は、例えば、鉛蓄電池等からなる１２Ｖバッテリで構成され、各種補機類等の車載負荷（図示せず）に電力供給可能に接続されているとともに、車両減速時のエネルギーを回生可能なオルタネータ（図示せず）が接続されている。

キャパシタ６は、例えば、複数の電気二重層キャパシタセル或いはリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）セル等のセル群によって要部が構成されている。ここで、キャパシタ６の長寿命化を実現するという観点に立脚し、本実施形態のキャパシタ６のセル群には、充電状態を維持させた場合にも寿命の低下が起こりにくいＬＩＣセルを用いることが好ましい。また、１セル当たりに印加される電圧を低く設定するため、キャパシタ６のセル群内において、直列接続するキャパシタセルのセル数は多く設定されていることが望ましい。

メインリレー７は、電磁コイル７ｂが非通電のときに接点７ａが開放（オフ）する機械式の常開リレーで構成されている。このメインリレー７の電磁コイル７ｂには、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０のメインリレー制御回路２１が接続されており、電磁コイル７ｂは、メインリレー制御回路２１からのメインリレー制御信号によって通電され、接点７ａを接続動作（ＯＮ動作）させる。そして、接点７ａがＯＮされると、メインリレー７は、バッテリ５とキャパシタ６とを電気的に並列接続する。これにより、キャパシタ６は、エンジン始動時等に瞬間的な大電流を発生することが可能となっている。さらに、車両減速時等には、バッテリ５との協働により、オルタネータからの回生電力を効率よく充電することが可能となっている。

また、メインリレー７には、プレチャージリレー９とプレチャージ抵抗（第１の電流制限抵抗）１０とを備えたプレチャージ回路８が並列接続されている。プレチャージリレー９は、電磁コイル９ｂが非通電のときに接点９ａが開放（オフ）する機械式の常開リレーで構成されている。このプレチャージリレー９の電磁コイル９ｂには、ＥＣＵ２０のプレチャージリレー制御出力回路２２が接続されており、電磁コイル９ｂは、プレチャージリレー制御回路２２からのプレチャージリレー制御信号によって通電され、接点９ａを接続動作（ＯＮ動作）させる。そして、接点９ａがＯＮされると、プレチャージリレー９は、プレチャージ抵抗１０を介して、バッテリ５とキャパシタ６とを並列接続する。これにより、バッテリ５とキャパシタ６との間に大きな電圧差が発生している場合にも、プレチャージ回路８を流れる電流は所定電流以下に制限され、接点９ａ等が的確に保護される。なお、本実施形態のプレチャージ回路８は、簡素化のため、プレチャージ抵抗１０を備えた１回路のみで構成したが、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等を用いた電流制御回路で構成したり、電流制限抵抗を多段化した回路で構成することも可能である。

さらに、メインリレー７及びプレチャージ回路８には、第２の電流制限抵抗１１が並列接続されている。この第２の電流制限抵抗１１は、例えば、メインリレー７及びプレチャージリレー９がともに開放された長期放置時に、車両負荷の暗電流等に起因するバッテリ５の電圧低下やキャパシタ６内で発生するリーク電流に起因する電圧低下等によってバッテリＶｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの間に生じ得る電位差を補償するためのものである。このため、第２の電流制限抵抗１１の抵抗値Ｒ２は、第１の電流制限抵抗１０の抵抗値Ｒ１に比して極めて大きな値に設定されており、第２の電流制限抵抗１１が許容する電流は、例えば、キャパシタ６内で発生するリーク電流相当、または、その一部を相殺できる程度となるよう設定されている。すなわち、第２の電流制限抵抗１１が許容する電流は極めて小さなものであり、メインリレー７及びプレチャージリレー９がともに開放されている場合には、バッテリ５とキャパシタ６との電気的な接続は実質的に遮断される。なお、第２の電流制限抵抗１１は、適宜省略することも可能である。

上述のように、本実施形態の電源装置１において、キャパシタ６は、基本的には、リレー開放時（メインリレー７及びプレチャージリレー９の開放時）にバッテリ５との電気的な接続が遮断されるよう構成されている。さらに、このリレー開放時においても、キャパシタ６は、蓄えた電力を放電することなく、そのまま維持するよう構成されている。

ここで、安全性向上等を目的として、プレチャージ回路８（プレチャージリレー９及びプレチャージ抵抗１０）、及び、第２の電流制限抵抗１１等は、キャパシタ６のセル群等を収容する筐体１２と一体の筐体内に収容されてユニット化されることが望ましい。

ＥＣＵ２０には、バッテリ５の電圧を検出するためのバッテリ電圧モニタ回路２３と、キャパシタ６の電圧を検出するためのキャパシタ電圧モニタ回路２４と、が設けられている。

また、ＥＣＵ２０には、バッテリ５の充放電時の電流を検出するための電流センサ２５が接続され、この電流センサ２５で検出されたバッテリ５の充放電電流値が入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ２０には、バッテリ５の温度を検出するための温度センサ２６が接続され、この温度センサ２６で検出されたバッテリ温度が入力されるようになっている。なお、バッテリ温度としては、バッテリ５の液温を用いることが望ましいが、例えば、バッテリ５の近傍の雰囲気温度やバッテリ５の壁温等を代用することも可能である。

さらに、ＥＣＵ２０には、例えば、図示しないキーシリンダに併設するキースイッチ（キーＳＷ）２７が接続され、このキーＳＷ２７からは、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すＩＧＳＷ信号がキー信号として入力されるようになっている。

そして、これらの各種情報に基づき、ＥＣＵ２０は、メインリレー制御回路２１を通じたメインリレー７の開閉制御を行うとともに、プレチャージリレー制御回路２２を通じたプレチャージリレー９の開閉制御を行う。

すなわち、ＥＣＵ２０は、キーＳＷ２７から入力されるＩＧＳＷ信号に基づいてＩＧＳＷがＯＮされたことを検知すると、それ以降、定期的に、バッテリ電圧モニタ回路２３で検出されたバッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧モニタ回路２４で検出されたキャパシタ電圧Ｖｃとを比較し、電圧差ΔＶが所定の範囲内にある場合は、メインリレー制御回路２１をＯＮしてメインリレー７の接続制御を行い、バッテリ５とキャパシタ６とを直結させる。また、電圧差ΔＶが所定の範囲外にある場合、ＥＣＵ２０は、プレチャージリレー制御回路２２をＯＮしてプレチャージリレー９の接続（ＯＮ）制御を行い、プレチャージ抵抗１０を介してバッテリ５とキャパシタ６とを電気接続させる。これにより、キャパシタ６は、プレチャージ抵抗１０を介して充電もしくは放電される（プレチャージされる）。そして、このプレチャージによって電圧差ΔＶが所定の範囲内となったことを検知した場合、ＥＣＵ２０は、メインリレー制御回路２１をＯＮし、メインリレー７を接続制御することにより、バッテリ５とキャパシタ６とを直結させる。なお、メインリレー７の接続後、ＥＣＵ２０は、プレチャージリレー９を開放する。

ところで、鉛バッテリ等に限らず通常のバッテリには分極といわれる現象が発生し、この分極によってバッテリ電圧が変動する。例えば、充電後のバッテリ電圧は、充電後に放置することで、充電直後の電圧から除々に低下し、充電量（ＳＯＣ）に応じた電圧で安定する。また、例えば、放電後のバッテリ電圧は、放電後に放置することで、放電直後の電圧から除々に上昇し、充電量（ＳＯＣ）に応じた電圧で安定する。

このような分極によるバッテリ電圧Ｖｂが不安定な状態でメインリレー７（及び、プレチャージリレー９）の開放を行うと、分極解消後のバッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの間に大きな電圧差ΔＶが発生する。そして、この電圧差ΔＶは、ＩＧＳＷがＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り換えられた際に、メインリレー７接続前のプレチャージに要する時間を不要に長大化させる。そればかりか、特に、分極によってバッテリ電圧Ｖｂが高圧側に変動した状態でリレー開放された場合、キャパシタ電圧Ｖｃは不要に高い電圧で保持されることとなり、キャパシタ６の耐久性上も好ましくない。そこで、ＥＣＵ２０は、キーＳＷ２７から入力されるＩＧＳＷ信号に基づいてＩＧＳＷがＯＦＦされたことを検知すると、ＩＧＳＷのＯＦＦ後のバッテリ５の分極状態を推定し、バッテリ５の分極状態が解消されるのを待ってメインリレー７を開放する。

ここで、バッテリ５の分極状態が解消されたことを推定するため、本実施形態のＥＣＵ２０には、バッテリ５の分極を解消させるまでに必要十分な時間（分極解消時間Ｔｏ）が予め実験等に基づいて設定されている。そして、ＥＣＵ２０は、ＩＧＳＷがＯＦＦされた後の経過時間Ｔが分極解消時間Ｔｏを超えたとき、分極状態の解消を推定し、メインリレー７を開放（ＯＦＦ）する。なお、分極解消時間Ｔｏの経過時にメインリレー７がＯＦＦ制御されることから、以下の説明において、分極解消時間ＴｏをＯＦＦ判定時間Ｔｏと称する。

さらに、ＩＧＳＷのＯＦＦ後のＥＣＵ２０や電磁コイル７ｂ等に対する不要な供給を抑制すべく、分極状態の解消判定の精度を向上させる場合、バッテリ温度等をパラメータとし、ＥＣＵ２０において、最適なＯＦＦ判定時間Ｔｏを可変設定することも可能である。すなわち、例えば、充電による鉛バッテリの分極は、充電により極板に近い或いは活物質の微細な穴に含まれる電解液と活物質が反応し、局所的に硫酸イオン濃度が高い状態となるために起電力が上昇し、分極が発生すると理解されている。このような局所的な濃度の違いはやがて拡散によって均一化され、この均一化に従って電圧が低下する。拡散現象により分極が解消されるため、その解消時間はバッテリの液温の影響を強く受ける。そこで、ＯＦＦ判定時間Ｔｏをバッテリ液温に基づいて決定することで、バッテリが高温時のように長い分極解消時間が必要ではない場合に、必要以上にＥＣＵ２０や電磁コイル７ｂ等を作動させることを防止し、バッテリ５からの無駄な電力消費を抑制することが可能となる。この場合、予め実験的にバッテリ温度と分極解消時間との関係を調べておき、温度センサ２６で検出されたバッテリ温度に基づき、テーブル補間等によってＯＦＦ判定時間Ｔｏを可変設定することが可能である。

また、分極の強さはそれまでの充放電電量の影響を受けるため、電流センサ２５からの電流センサ信号等に基づいて分極の強さを代表するパラメータ（以下、分極補正係数と称す）を算出し、分極補正係数とバッテリ温度とに基づいてＯＦＦ判定時間Ｔｏを算出することも可能である。この場合、例えば、電流センサ信号に基づいて算出したバッテリ５の充放電電流の積算値からＳＯＣを算出し、ＳＯＣとバッテリ電圧Ｖｂに応じて、予め実験等に基づいて設定しておいた２次元テーブルから分極補正係数を算出し、バッテリ温度をパラメータとして予め実験的に設定されているテーブルから算出されたＯＦＦ判定時間Ｔｏを分極補正係数で積算補正することも可能である。この方法では、例えば、各バッテリ温度での代表的なＯＦＦ判定時間を計測してバッテリ温度をパラメータとしたテーブルに設定し、充電状態が異なる状態でのＯＦＦ判定時間が、代表的な充電状態でのＯＦＦ判定時間の何倍に当たるかを求めることにより、ＳＯＣとバッテリ電圧Ｖｂからなる２次元テーブルに設定すればよい。

このように、本実施形態において、ＥＣＵ２０は、リレー制御手段、及び、分極推定手段としての機能を有する。

次に、ＥＣＵ２０で行われるメインリレー７及びプレチャージリレー９の開閉制御について、図２に示すリレー制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。
このルーチンは、設定周期（例えば、１００ｍｓ毎）に実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ１０１において、キーＳＷ２７から入力されるＩＧＳＷ信号に基づき、現在、ＩＧＳＷがＯＮ状態にあるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０１において、ＩＧＳＷがＯＮ状態にあると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２に進み、ＩＧＳＷがＯＦＦされた後の経過時間Ｔを計時するためのＩＧＳＷ＿ＯＦＦ後タイマをクリアし、続くステップＳ１０３において、後述するリレー接続制御を行った後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０１において、ＩＧＳＷがＯＦＦ状態にあると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４に進み、ＩＧＳＷ＿ＯＦＦ後タイマをインクリメントし、続くステップＳ１０４において、上述するリレー開放制御を行った後、ルーチンを抜ける。

次に、上述のメインルーチンのステップＳ１０３で実行されるリレー接続制御について、図３に示すリレー接続制御サブルーチンに従って説明する。

このサブルーチンがスタートすると、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ２０１において、現在、メインリレー７がＯＮ（接続）状態にあるか否かを調べ、既にメインリレー７がＯＮ状態にあると判定した場合には、メインリレー７の接続制御が終了していると判断し、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０１において、メインリレー７が未だＯＮ状態になく、ＯＦＦ（開放）状態にあると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２に進み、プレチャージリレー制御回路２２を通じてプレチャージリレー９をＯＮした後、ステップＳ２０３に進む。

そして、ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、バッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの電圧差ΔＶの絶対値｜ΔＶ｜が、所定電圧Ｖ０以上であるか否かを調べる。

その結果、ステップＳ２０３において、電圧差絶対値｜ΔＶ｜が所定電圧Ｖ０以上であると判定した場合、ＥＣＵ２０は、未だプレチャージが不十分であると判断してそのままサブルーチンを抜ける。なお、車体組立て後の初回の電源投入時やバッテリ上がり等によりキャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとが大きく異なる状態では、ステップＳ２０３までのループが繰り返され、プレチャージの終了を待つこととなる。この判定に用いられる所定電圧Ｖ０は、大きいほど早くプレチャージが終了するが、メインリレー７の劣化促進や接点溶着等を防止するため、メインリレー７が許容できる突入電流以下となる電位差の範囲で予め設定されている。

一方、ステップＳ２０３において、電圧差絶対値｜ΔＶ｜が所定電圧Ｖ０よりも小さいと判定すると、ＥＣＵ２０は、プレチャージが終了したと判断してステップＳ２０４に進み、メインリレー制御回路２１を通じてメインリレー７をＯＮし、続くステップＳ２０５で、プレチャージリレー制御回路２２を通じてプレチャージリレー９をＯＦＦした後、サブルーチンを抜ける。

次に、上述のメインルーチンのステップＳ１０５で実行されるリレー開放制御について、図４に示すリレー開放制御サブルーチンに従って説明する。

このサブルーチンがスタートすると、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ３０１において、プレチャージリレー制御回路２２を通じてプレチャージリレー９をＯＦＦした後、ステップＳ３０２に進む。なお、上述のリレー接続制御のステップＳ２０４，Ｓ２０５で説明した通り、プレチャージリレー９はメインリレー７のＯＮに伴ってＯＦＦ制御されるものであるが、本サブルーチンにおいては、念のため、確認的なプレチャージリレー９のＯＦＦ制御が行われる。

続くステップＳ３０２において、ＥＣＵ２０は、メインリレー７がＯＦＦされているか否かを調べ、既にメインリレー７がＯＦＦ状態にあると判定した場合には、メインリレー７の開放制御が終了していると判断して、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ３０２において、メインリレー７が未だＯＦＦ状態になく、ＯＮ状態にあると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０３に進み、今回の処理がＩＧＳＷのＯＦＦ後の初回のサブルーチン呼び出しによるものであるか否かを調べる。

そして、ステップＳ３０３において、今回の処理がＩＧＳＷのＯＦＦ後の初回のサブルーチン呼び出しによるものではないと判定した場合、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０５にジャンプする。

一方、ステップＳ３０３において、今回の処理がＩＧＳＷのＯＦＦ後の初回のサブルーチン呼び出しによるものであると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０４に進み、ＯＦＦ判定時間Ｔｏの設定を行った後、ステップＳ３０５に進む。

ここで、ステップＳ３０４におけるＯＦＦ判定時間Ｔｏの設定は、例えば、分極解消判定に求められる精度やメインリレー７をＯＦＦするタイミングの遅れの影響等を考慮した上で行われる。すなわち、メインリレー７の許容する突入電流が十分大きい場合は、ＩＧＳＷがＯＦＦされた後のバッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの電圧差ΔＶが多少大きくてもメインリレー７の耐久性上は許容されるため、多少の分極であれば残っていても問題がない。その一方で、ＥＣＵ２０やメインリレー７の消費電流が十分小さければ、本来の分極解消時間より長い時間メインリレー７をＯＮしていても電力的な影響は少ない。このような場合、より簡単な方法で分極解消時間（ＯＦＦ判定時間Ｔｏ）を算出することでデータ適合等の工数を低減することができる。これらを考慮し、本実施形態のＯＦＦ判定時間Ｔｏは、例えば、以下の（１）〜（３）の何れかにより設定される。
（１）予め設定された固定定数をＯＦＦ判定時間Ｔｏとして設定する
（２）バッテリ温度に応じて予め設定されたテーブル等から補間計算によりＯＦＦ判定時間Ｔｏを算出する
（３）電流センサ２５で検出されるバッテリ５の充放電電流を積算することによりＳＯＣを算出し、ＳＯＣとバッテリ電圧Ｖｂから２次元のテーブル参照により分極補正係数を算出し、バッテリ温度からテーブル参照により求めたＯＦＦ判定時間Ｔｏを分極補正係数で積算補正することで最終的なＯＦＦ判定時間Ｔｏを算出する
なお、ＯＦＦ判定時間Ｔｏは、上述の（１）〜（３）の組み合わせによって設定されるものであってもよい。

そして、ステップＳ３０３或いはステップＳ３０４からステップＳ３０５に進むと、ＥＣＵ２０は、ＩＧＳＷ＿ＯＦＦ後タイマに基づく経過時間ＴがＯＦＦ判定時間Ｔｏ以上であるか否かを調べる。

その結果、ステップＳ３０５において、経過時間ＴがＯＦＦ判定時間Ｔｏよりも短いと判定した場合、ＥＣＵ２０は、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ３０５において、経過時間ＴがＯＦＦ判定時間Ｔｏ以上であると判定した場合、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０６に進み、メインリレー制御回路２１を通じてメインリレー７をＯＦＦした後、サブルーチンを抜ける。

このような開放制御により、例えば、図５に示すように、オルタネータからの充電等に起因する分極が発生し、バッテリ電圧Ｖｂが上昇している場合には、メインリレー７は、バッテリ５の分極解消を待って開放される。ここで、例えば、一般的なオルタネータの発電電圧は１４．５Ｖ程度に設定されるが、バッテリ（鉛バッテリ）５にキャパシタ６を並列に接続し、減速時のエネルギー開成を行う本システムにおいては、通常の発電電圧が低めの１３．５Ｖ程度に設定され、減速時のみ１４．５Ｖかそれ以上の電圧とすることでキャパシタ６へのエネルギー回生が行われる。従って、通常、ＩＧＳＷがＯＦＦされた時点でのバッテリ電圧Ｖｂは１３．５Ｖかそれ以上の電圧となっており、この電圧は、回路開放電圧（ＯＣＶ）よりも高い電圧であるため、バッテリ５は充電状態となり、充電側の分極が発生している。発電が停止してもこの分極のために、バッテリ電圧Ｖｂは本来のＯＣＶよりも高い電圧となっており、分極が解消されるに従い、図５（ｂ）に示すように、バッテリ電圧Ｖｂは低下する。このような場合にも、ＥＣＵ２０は、バッテリ５の分極解消を待ってメインリレー７を開放するので、当該メインリレー７を解放後のバッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの間の不均衡が的確に解消される。

ところで、鉛バッテリ等において分極が解消した際に安定するバッテリ電圧Ｖｂは、ＳＯＣに応じた回路開放電圧（ＯＣＶ）と略一致する。そこで、ＯＦＦ判定時間Ｔｏ（分極解消時間）に代えて、予め設定されたデーブル等に基づいてＳＯＣからＯＣＶを算出し、ＯＣＶとバッテリ電圧Ｖｂとの差が所定値以内となったとき、メインリレー７を開放することも可能である。この場合、上述のメインルーチンのステップＳ１０５で実行されるリレー開放制御は、例えば、図４で示したリレー開放制御サブルーチンに代えて、図６に示すリレー開放制御サブルーチンに従って実行される。

このサブルーチンがスタートすると、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ４０１において、プレチャージリレー制御回路２２を通じてプレチャージリレー９をＯＦＦする。

続くステップＳ４０２において、ＥＣＵ２０は、メインリレー７がＯＦＦされているか否かを調べ、既にメインリレー７がＯＦＦ状態にあると判定した場合には、メインリレー７の開放制御が終了していると判断して、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ４０２において、メインリレー７が未だＯＦＦ状態になく、ＯＮ状態にあると判定すると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４０３に進み、メインリレー７のＯＦＦタイミングを判定するためのＯＦＦ判定電圧Ｖｏを算出する。

ここで、ステップＳ４０３におけるＯＦＦ判定電圧Ｖｏの設定は、例えば、ＳＯＣとバッテリ温度とに基づき、予め設定された２次元テーブルを参照して補間計算により算出される。この場合、ＯＦＦ判定電圧Ｖｏ算出用の２次元テーブルは、ＳＯＣとバッテリ温度とに応じたＯＣＶに対して所定電圧だけ高い電圧が算出されるよう設定されている。

そして、ステップＳ４０３からステップＳ４０４に進むと、ＥＣＵ２０は、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏに到達したか否かを調べる。この場合、具体的には、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏを下回ったとき、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏに到達したと判定される。

そして、ステップＳ４０４において、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏに到達していないと判定した場合、ＥＣＵ２０は、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ４０４において、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏに到達したと判定した場合、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４０５に進み、メインリレー制御回路２１を通じてメインリレー７をＯＦＦした後、サブルーチンを抜ける。

このような開放制御により、例えば、図７に示すように、オルタネータからの充電等に起因する分極が発生し、バッテリ電圧Ｖｂが上昇している場合には、メインリレー７は、バッテリ５の分極解消を待って開放される。すなわち、ＩＧＳＷがＯＦＦとなったときにＳＯＣとバッテリ温度とに応じたＯＦＦ判定電圧Ｖｏが算出され、バッテリ電圧ＶｂがＯＦＦ判定電圧Ｖｏ以下となったとき、メインリレー７はＯＦＦされる。ここで、バッテリ電圧Ｖｂは、一般に、以下の（１）式により表される。
Ｖｂ＝ＯＣＶ−ｒ・Ｉｂ＋Ｖｐ … （１）
但し、ｒは内部抵抗、Ｉｂはバッテリ電流、Ｖｐは分極による電圧である。上記（１）式において、ＩＧＳＷのＯＦＦ時のバッテリ電流は小さいため、内部抵抗による電圧降下が十分小さいと見なされる。従って、例えば、実験的にＯＣＶを求めておいてＯＣＶより所定電圧高い電圧にＯＦＦ判定電圧を設定することで、分極の解消を好適なタイミングで推定し、メインリレー７をＯＦＦすることが可能となる。

ところで、バッテリ電圧は、分極の解消が進むにつれて安定する（変化しなくなる）ことが知られている。このバッテリ電圧が安定したか否かの判定は、例えば、バッテリ電圧Ｖｂと一次遅れのバッテリ電圧Ｖｂｓとを比較することによって行うことが可能である。そこで、図６に示した上述のリレー開放制御サブルーチンにおいて、一次遅れのバッテリ電圧Ｖｂを、ＯＣＶに代えてＯＦＦ判定電圧Ｖｏとして設定し、これらＯＦＦ判定電圧Ｖｏとバッテリ電圧Ｖｂとの差が予め設定された所定値以内となったとき、分極が解消したことを判定することが可能である。

このような制御おいても、例えば、図８に示すように、オルタネータからの充電等に起因する分極が発生し、バッテリ電圧Ｖｂが上昇している場合には、メインリレー７は、バッテリ５の分極解消を待って開放される。この場合、一次遅れのバッテリ電圧Ｖｂｓは、例えば、以下の（２）式により算出することが可能である。
Ｖｂｓ_n＝Ｖｂｓ_n-1＋ｋ・（Ｖｂ−Ｖｂｓ_n-1） … （２）
但し、ｋは定数である。

以上のように、本実施形態によれば、キーＯＦＦ（ＩＧＳＷ＿ＯＦＦ）された後のバッテリ５の分極状態を推定し、バッテリ５の分極状態が解消したことを判定した後に、メインリレー７を開放することにより、次回にメインリレー７を再接続する際のバッテリ電圧Ｖｂとキャパシタ電圧Ｖｃとの電圧差ΔＶを小さくすることができる。従って、キャパシタ６を大容量化した場合にも、プリチャージに要する時間を短縮することができ、キーＯＮ後の早い時期からエネルギー回生等を効率よく実現することができる。この場合、特に、バッテリ５に充電分極が発生している場合には、バッテリ電圧Ｖｂが適正な電圧まで降下するのを待ってメインリレー７が開放されるので、解放後のキャパシタ電圧Ｖｃが必要以上に高く保持されることを防止でき、キャパシタの劣化を抑制することができる。そして、このように、メインリレー７の解放後も、キャパシタ６に蓄えられた電力を放電することなく適正な電圧で保持することにより、キャパシタ６の保護と電力損失の抑制とを両立することができる。

なお、上述の実施形態においては、ＩＧＳＷがＯＦＦされている状態を車両システムのキーＯＦＦ状態と判定してリレー開放制御を行う場合の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、キーシリンダからキーが抜去された状態をキーＯＦＦ状態と判定してリレー開放制御を行ってもよい。

車両用電源装置の概略構成図リレー制御ルーチンを示すフローチャートリレー接続制御サブルーチンを示すフローチャートリレー開放制御サブルーチンを示すフローチャート図４のサブルーチンで制御されるメインリレーのＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートリレー開放制御サブルーチンの変形例を示すフローチャート図６のサブルーチンで制御されるメインリレーのＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートメインリレーのＯＦＦタイミングの変形例を示すフローチャート

符号の説明

１ … 車両用電源装置
５ … バッテリ
６ … キャパシタ
７ … メインリレー
７ａ … 接点
７ｂ … 電磁コイル
８ … プレチャージ回路
９ … プレチャージリレー
９ａ … 接点
９ｂ … 電磁コイル
１０ … プレチャージ抵抗（第１の電流制限抵抗）
１１ … 第２の電流制限抵抗
１２ … 筐体
２０ … 電子制御ユニット（リレー制御手段、分極推定手段）
２１ … メインリレー制御回路
２２ … プレチャージリレー制御出力回路
２２ … プレチャージリレー制御回路
２３ … バッテリ電圧モニタ回路
２４ … キャパシタ電圧モニタ回路
２５ … 電流センサ
２６ … 温度センサ
２７ … キースイッチ
Ｔ … 経過時間
Ｔｏ … ＯＦＦ判定時間（分極解消時間）
Ｖ０ … 所定電圧
Ｖｂ … バッテリ電圧
Ｖｂｓ … 一次遅れのバッテリ電圧
Ｖｃ … キャパシタ電圧
Ｖｏ … ＯＦＦ判定電圧
ΔＶ … 電圧差

Claims

二次電池と、前記二次電池に並列接続されるキャパシタと、前記二次電池と前記キャパシタとの間に介装されるリレーと、キーＯＦＦされた後に前記リレーを開放制御するリレー制御手段と、を備えた車両用電源装置において、
前記キーＯＦＦされた後の前記二次電池の分極状態を推定する分極推定手段を備え、
前記分極推定手段は、前記キーＯＦＦ後の経過時間が、前記二次電池のＳＯＣと実際の電圧とに基づいて算出したパラメータに基づいて可変設定される設定時間以上となったとき、前記二次電池の分極が解消されたことを推定し、
前記リレー制御手段は、前記分極推定手段によって前記二次電池の分極が解消されたことを推定したとき、前記リレーを開放することを特徴とする車両用電源装置。
前記設定時間は、前記二次電池の温度に基づいて可変設定されることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
二次電池と、前記二次電池に並列接続されるキャパシタと、前記二次電池と前記キャパシタとの間に介装されるリレーと、キーＯＦＦされた後に前記リレーを開放制御するリレー制御手段と、を備えた車両用電源装置において、
前記キーＯＦＦされた後の前記二次電池の分極状態を推定する分極推定手段を備え、
前記分極推定手段は、少なくとも前記二次電池のＳＯＣに基づいて回路開放電圧を算出し、前記二次電池の実際の電圧が前記回路開放電圧よりも低くなったとき、前記二次電池の分極が解消されたことを推定し、
前記リレー制御手段は、前記分極推定手段によって前記二次電池の分極が解消されたことを推定したとき、前記リレーを開放することを特徴とする車両用電源装置。