JP5381399B2

JP5381399B2 - 電源装置

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Publication number: JP5381399B2
Application number: JP2009153388A
Authority: JP
Inventors: 久純渡邉; 向志秋政
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: JP2011010502A

Description

本発明は、蓄電素子に電力を蓄え、必要な時に放電する電源装置に関するものである。

近年、車両の停止時にエンジンを止め、再走行時に前記エンジンを起動するアイドリングストップを行うことにより、省燃費化を図る車両が開発されている。このような車両に用いられる電源装置が、例えば特許文献１に提案されている。図６はこのような電源装置のブロック回路図である。

主電源として用いられる直流電圧源１０１は鉛バッテリであり、これと並列にエンジン（図示せず）を始動するためのスタータである補機１０３、および広電圧範囲補機１０５が接続されている。ここで、広電圧範囲補機１０５は許容電圧範囲が広い電装品、すなわち補機１０３の動作に伴う直流電圧源１０１の電圧降下が起こっても正常に動作し続けるか、もしくは動作が停止しても問題のない電装品を意味する。

直流電圧源１０１には、前記エンジンにより発電を行う発電機１０７も並列接続されている。さらに、直流電圧源１０１には整流器１０９とスイッチ素子１１１の並列回路を介して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の第１入出力端子１１５に接続されている。なお、スイッチ素子１１１の制御は車両側の制御回路（以下、車両側ＥＣＵ１１７という）によって行われている。また、整流器１０９とスイッチ素子１１１の並列回路として、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を用いている。

第１入出力端子１１５には狭電圧範囲補機１１９が接続されている。狭電圧範囲補機１１９は許容電圧範囲が狭い電装品を意味し、具体的には電圧低下による動作の停止が許容されないカーオーディオやカーナビゲーション、前記車両の各種制御回路等である。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の第２入出力端子１２１には蓄電部としての蓄電素子１２３が接続されている。蓄電素子１２３は大容量で充放電の繰り返し信頼性に優れる電気二重層キャパシタを用いている。

次に、このような電源装置の動作について説明する。車両側ＥＣＵ１１７は、前記車両がアイドリングストップ後の際に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３が蓄電素子１２３から狭電圧範囲補機１１９に電力を供給し、かつ前記エンジンを再始動するために大電流を消費する補機１０３が動作中の場合に、スイッチ素子１１１がオフ状態となるようにする。これにより、補機１０３が直流電圧源１０１の電力で動作している間は、狭電圧範囲補機１１９には双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して蓄電素子１２３からのみ安定した電圧が供給されるので、狭電圧範囲補機１１９は補機１０３の動作による直流電圧源１０１の前記電圧降下の影響を受けず、安定した動作を継続できる。

なお、補機１０３の停止中は、蓄電素子１２３を充電したり直流電圧源１０１から狭電圧範囲補機１１９へ電力を供給するために、車両側ＥＣＵ１１７はスイッチ素子１１１をオン状態にするようにしている。これにより、スイッチ素子１１１がオフの場合に整流器１０９に流れる電流による電力損失を低減している。

国際公開第２００８／００７５４０号

上記の電源装置によると、確かに補機１０３の動作中も狭電圧範囲補機１１９が安定した動作を継続できるのであるが、蓄電素子１２３の充電が不十分な状態で補機１０３が動作すると、補機１０３の動作中に蓄電素子１２３が狭電圧範囲補機１１９に電力を供給する過程で蓄電素子１２３の電圧が下限値に達し、それ以上は蓄電素子１２３からの放電が停止することがある。その結果、狭電圧範囲補機１１９に印加される電圧が低下し、動作が不安定になる可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部の電力が不足しても負荷（狭電圧範囲補機１１９）の動作が不安定になる可能性を低減することができる電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、主電源と発電機に接続される負荷が入出力端子を介して電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの蓄電部端子に電気的に接続された蓄電部と、前記入出力端子に電気的に接続され、前記入出力端子の入出力電圧（Ｖｄ）を検出する入出力電圧検出回路と、前記蓄電部端子に電気的に接続され、蓄電部電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、入出力電圧検出回路および蓄電部電圧検出回路と電気的に接続された制御回路とからなり、前記制御回路は、前記発電機の非発電時に前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至り、かつ前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）に至れば、既定期間（ｔｋ）に亘り前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）を下回らないように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記既定期間（ｔｋ）が経過すると前記発電機を発電させるようにしたものである。

本発明によれば、制御回路は蓄電部電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至り、かつ入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）に至っていても、既定期間（ｔｋ）の間は入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）を下回らないように蓄電部を放電し、負荷に電力を供給し続ける。ゆえに、負荷が既定期間（ｔｋ）以内で短期間に大電流を消費しても、負荷の動作が不安定になる可能性を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における電源装置のブロック回路図本発明の実施の形態１における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図本発明の実施の形態２における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図本発明の実施の形態３における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図従来の電源装置のブロック回路図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは電源装置を車両に搭載した場合について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電源装置のブロック回路図である。図２は本発明の実施の形態１における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図である。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二重線は機械的接続を、それぞれ示す。

図１において、車両に搭載されるエンジン１１にはスタータ１３が機械的に接続されている。スタータ１３はエンジン１１を始動するために用いられる。また、エンジン１１には発電機１５も機械的に接続されている。発電機１５はエンジン１１の回転により電力を発生する。なお、発電機１５の発電電圧Ｖａは一定値（１４．５Ｖ）のものを使用した。また、発電機１５は車両側制御回路（図示せず）からの発電信号ＡＬＴにより、発電電力の出力、停止が制御される構成を有する。

スタータ１３および発電機１５には主電源１７が電気的に接続される。主電源１７は定格電圧が１２．５Ｖの鉛バッテリで構成される。また、主電源１７には負荷２１が電気的に接続される。負荷２１は各種電装品であり、ここでは駆動するための許容電圧範囲が広いものと狭いものの両方を含む。

以上より、負荷２１は主電源１７と発電機１５に電気的に接続される構成となる。

負荷２１には入出力端子２３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２５が電気的に接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の蓄電部端子２７には蓄電部２９が電気的に接続される。ここで、蓄電部２９は定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタを４個直列に接続した構成とした。従って、蓄電部２９の上限電圧Ｖｃｕは１０Ｖとなる。なお、蓄電部２９の過放電を防ぐために、下限電圧Ｖｃｋは５Ｖと決定した。ゆえに、通常は蓄電部電圧Ｖｃが５Ｖから１０Ｖまでの間を変化する。

これらのことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の入出力端子２３に電気的に接続される発電機１５の発電電圧Ｖａが１４．５Ｖであり、主電源１７の定格電圧が１２．５Ｖである一方、蓄電部電圧Ｖｃは１０Ｖまでであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は入出力端子２３の電圧を降圧して蓄電部２９を充電するとともに、蓄電部電圧Ｖｃを昇圧して入出力端子２３から放電する双方向コンバータ構成を有する。

なお、蓄電部２９の構成（電気二重層キャパシタの４個直列構成）は、これに限定されるものではなく、使用する電気二重層キャパシタの定格電圧等の仕様や必要とされる蓄電容量に応じて、適宜数量を変えたり直並列接続構成としてもよい。

入出力端子２３には、その入出力電圧Ｖｄを検出する入出力電圧検出回路３１が電気的に接続されている。同様に、蓄電部端子２７には蓄電部電圧Ｖｃを検出する蓄電部電圧検出回路３３が電気的に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５、入出力電圧検出回路３１、蓄電部電圧検出回路３３および前記車両側制御回路は、信号系配線により制御回路３５と電気的に接続されている。制御回路３５は入出力電圧検出回路３１で検出した入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧検出回路３３で検出した蓄電部電圧Ｖｃに基いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御信号ｃｏｎｔを出力する。さらに、制御回路３５は前記車両側制御回路との間で発電機１５の動作、停止の制御要求等の様々なデータ信号ｄａｔａのやり取りを行う。

ここで、制御回路３５は入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの、それぞれの各種基準電圧（詳細は後述する）との比較回路や論理回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５をスイッチング動作させるパルス波形発生回路等（いずれも図示せず）により構成されている。なお、制御回路３５はマイクロコンピュータと周辺回路によるデジタル回路構成としてもよい。

次に、このような電源装置の動作について図２を参照しながら説明する。なお、図２の横軸は時刻を、縦軸は電圧を、それぞれ示す。また、図２中に記載される制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧とは、前記各種基準電圧における、どの基準電圧に基いてＤＣ／ＤＣコンバータ２５が制御されるかを示したものである。

図２において、時刻ｔ０で前記車両は発進し加速を行う。この時、前記車両側制御回路は前記車両の加速性を向上するために、エンジン１１にとって機械的負担となる発電機１５の発電を停止するよう発電信号ＡＬＴを出力する。これを受け、発電機１５は非発電状態となる。その結果、負荷２１へは主電源１７と蓄電部２９からの電力が供給されるのであるが、制御回路３５は入出力電圧検出回路３１で検出された入出力電圧Ｖｄが制御電圧ＶｓｔになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御している。ここで、制御電圧Ｖｓｔは、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）未満で下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）より高い時における入出力電圧Ｖｄの目標とする既定の前記基準電圧のことで、本実施の形態１では制御電圧Ｖｓｔを主電源１７の定格電圧（＝１２．５Ｖ）と同じ値に設定した。なお、このように設定することで、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ未満で下限電圧Ｖｃｋより高い間は、電圧検出や制御の誤差範囲内で実質的に入出力電圧Ｖｄが主電源１７の定格電圧と等しくなる。従って、蓄電部２９から主電源１７への充電を抑制でき、負荷２１へ蓄電部２９の電力を優先的に供給できる。

このような動作により、時刻ｔ０以降でＤＣ／ＤＣコンバータ２５は入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔになるように制御するので、主に蓄電部２９の電力が負荷２１に供給される。その結果、図２に示すように、蓄電部電圧Ｖｃは経時的に低下し、入出力電圧Ｖｄは制御電圧Ｖｓｔを維持する。ゆえに、発電機１５が非発電中の時刻ｔ０から時刻ｔ１では入出力電圧Ｖｄ、すなわち負荷２１への印加電圧が安定化される。

その後、非発電中の時刻ｔ１で蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る。これにより、制御回路３５は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は入出力電圧Ｖｄから蓄電部電圧Ｖｃに切り替わり、同時に制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧（前記基準電圧）は制御電圧Ｖｓｔから下限電圧Ｖｃｋに切り替わる。このことから、制御電圧Ｖｓｔより下限電圧Ｖｃｋの優先度が高いことがわかる。

このような動作により、時刻ｔ１で蓄電部２９から負荷２１への電力供給が停止する。この際、発電機１５は非発電状態なので、負荷２１へは主電源１７の電力が供給されることになる。その結果、主電源１７の電圧は経時的に徐々に低下していくので、入出力電圧Ｖｄも同様に低下する。但し、主電源１７の蓄電容量は蓄電部２９に比べ桁違いに大きいので、その入出力電圧Ｖｄの低下は僅かである。

次に、時刻ｔ２で運転者が例えば交差点等で前記車両を大きく旋回させるためにハンドル（図示せず）を操作したとする。これにより、前記車両に搭載された電動パワーステアリング（図示せず）が駆動する。前記電動パワーステアリングは操舵トルクを得るために、操舵開始直後に大電流が流れ、その後定常電流に低下するという負荷電流特性を有する。従って、短期間（例えば１秒）に大電流を消費する負荷２１となる。

前記電動パワーステアリングが動作開始する時刻ｔ２では、主電源１７から急峻に大電流が流れるので、主電源１７の電圧（入出力電圧Ｖｄ）は急低下する。その結果、ほぼ時刻ｔ２で入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至る。ここで、負荷下限電圧Ｖｄｋは負荷２１を正常に動作させることができる下限の電圧のことで、本実施の形態１では各種電装品の中で最も下限の電圧が高い１１．５Ｖと決定した。ゆえに、このまま主電源１７から電力を供給し続けると、入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋよりも低下するので、負荷２１の動作が不安定になる可能性が大きくなる。そこで、本実施の形態１では、このような場合に蓄電部２９の電力により入出力電圧Ｖｄの安定化を図っている。なお、時刻ｔ２までで蓄電部電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋに至っているので、本来であればこれ以上の放電はできない。ゆえに、既定期間ｔｋ（図２の時刻ｔ２から時刻ｔ３）に亘ってのみ蓄電部２９の電力による入出力電圧Ｖｄの安定化を行う。すなわち、時刻ｔ２の動作をまとめると、制御回路３５は、発電機１５の非発電時に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り（既に至っている場合も含む）、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、既定期間ｔｋに亘り入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないようＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御している。ここで、既定期間ｔｋは負荷２１（ここでは前記電動パワーステアリング）が短期間に大電流を消費する期間（１秒）をあらかじめ求めて決定した。このことから、本実施の形態１における蓄電部２９は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っていても、既定期間ｔｋ（１秒）の間は入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないようにすることができる蓄電容量Ｃを有する構成としている。これにより、蓄電部２９がこれ以上放電するとＤＣ／ＤＣコンバータ２５の動作が停止してしまう最下限電圧Ｖｃｍ（本実施の形態１では３Ｖ）には至らないようにすることができる。なお、具体的には、負荷２１（前記電動パワーステアリング）の最大消費電流をＩｐとすると、Ｃ×（Ｖｃｋ^２−Ｖｃｍ^２）／２≧Ｖｄｋ×Ｉｐ×ｔｋを満たすように蓄電容量Ｃを決定する。

このような動作により、図２に示すように蓄電部電圧Ｖｃは時刻ｔ２から時刻ｔ３までの既定期間ｔｋにおいて急激に低下するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御が入出力電圧Ｖｄを負荷下限電圧Ｖｄｋとするように切り替わっているので、入出力電圧Ｖｄは既定期間ｔｋの間も負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないように制御される。ゆえに、前記電動パワーステアリングの駆動中も他の負荷２１を安定して動作させ続けることができる。なお、このような動作から、下限電圧Ｖｃｋより負荷下限電圧Ｖｄｋによる制御の優先度が高いことがわかる。

その後、時刻ｔ３で既定期間ｔｋが経過する。この時点では上記したように前記電動パワーステアリングの消費電流は前記定常電流となる。しかし、蓄電部２９は最下限電圧Ｖｃｍには至っていないものの下限電圧Ｖｃｋを下回っているので、このまま放置しておくと、再度蓄電部２９が放電した時に蓄電部電圧Ｖｃが最下限電圧Ｖｃｍに至りＤＣ／ＤＣコンバータ２５が停止してしまう可能性がある。そこで、早期に蓄電部２９を下限電圧Ｖｃｋ以上に充電する必要がある。一方で、前記車両は旋回走行中であるので、前記電動パワーステアリングは前記定常電流を消費している。従って、主電源１７の電力で蓄電部２９を充電すると、それによる入出力電圧Ｖｄの安定性が悪くなる可能性がある。

これらのことから、安定性確保のために制御回路３５は時刻ｔ３で前記車両側制御回路に発電機１５が発電を行うように要求するデータ信号ｄａｔａを出力する。これを受け、前記車両側制御回路は発電機１５が発電を行うように発電信号ＡＬＴを出力し、発電機１５が発電を行う。この際、発電機１５の発電電圧Ｖａは１４．５Ｖ、主電源１７の定格電圧は１２．５Ｖであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御は入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋ（＝１１．５Ｖ）を下回らないように切り替わっているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は一部主電源１７から電力が持ち出されるものの、主に発電機１５の電力を蓄電部２９に充電するように動作する。その結果、時刻ｔ３以降で蓄電部電圧Ｖｃは経時的に上昇する。この際、入出力電圧Ｖｄは負荷下限電圧Ｖｄｋ（＝１１．５Ｖ）を下回らないように制御されるので、負荷２１を安定して動作させることができる。

その後、前記車両は時刻ｔ４に至るまでに旋回走行を終了し、直進の定速走行を行うが、この時のＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御は時刻ｔ３と同じである。

時刻ｔ３以降で蓄電部２９の充電が進行すると、図２に示すように蓄電部電圧Ｖｃは時刻ｔ４で下限電圧Ｖｃｋに至る。ここで、制御回路３５は本来なら蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないように動作するのであるが、時刻ｔ４の時点では既に前記車両が定速走行中であり、発電機１５も発電を行っているので、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋよりも低い状態から蓄電部２９の充電が行われた際には、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないような制御を行わずに、引き続き蓄電部２９の充電を行うように制御する。但し、蓄電部電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋに至っているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５における制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧は負荷下限電圧Ｖｄｋから制御電圧Ｖｓｔに切り替わる。これにより、時刻ｔ４以降では入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔ（＝１２．５Ｖ）になるように制御されるので、図４に示すように、入出力電圧Ｖｄが１２．５Ｖに上がる。その結果、主電源１７の定格電圧とほぼ等しくなるので、蓄電部２９への充電は主に発電機１５からの電力により行われ、主電源１７の負担が軽減される。また、蓄電部電圧Ｖｃは引き続き経時的に上昇する。

その後、時刻ｔ５で蓄電部電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）に至る。これにより、次回の加速時における負荷２１の安定動作に必要な電力の一部を蓄電部２９に備えることができる。時刻ｔ５では、制御回路３５によりＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象が入出力電圧Ｖｄから蓄電部電圧Ｖｃに切り替わり、同時に制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧が制御電圧Ｖｓｔから上限電圧Ｖｃｕに切り替わる。これにより、蓄電部電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕを上回らないように制御される。また、入出力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象ではなくなったので、入出力電圧Ｖｄは発電電圧Ｖａ（＝１４．５Ｖ）に上昇する。ゆえに、負荷２１へは発電機１５の電力が主に供給され、その動作を継続することができる。

その後、時刻ｔ６で再び前記車両が加速する。この時、発電機１５は停止するので非発電状態となり、入出力電圧Ｖｄや蓄電部電圧Ｖｃの状態は時刻ｔ０と同じであるので、時刻ｔ０以降の動作を繰り返す。

以上のことから、制御回路３５によるＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御項目をまとめると次のようになる。

１）第１制御項目：蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）より高く上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）未満の場合・・・制御対象が入出力電圧Ｖｄに、前記基準電圧が制御電圧Ｖｓｔになり、入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔ（＝１２．５Ｖ）となるように制御
２）第２制御項目：蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）、または上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）に至った場合・・・制御対象が蓄電部電圧Ｖｃに、前記基準電圧が下限電圧Ｖｃｋ、または上限電圧Ｖｃｕになり、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないように、または上限電圧Ｖｃｕを上回らないように制御
３）第３制御項目：蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至る場合・・・既定期間ｔｋに亘り制御対象が入出力電圧Ｖｄに、前記基準電圧が負荷下限電圧Ｖｄｋになり、入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋ（＝１１．５Ｖ）を下回らないよう制御
以上のＤＣ／ＤＣコンバータ２５における第１制御項目から第３制御項目については、上記の説明からも明らかなように、第３制御項目の制御が最も優先度が高く、順次第２制御項目、第１制御項目の順に優先度が下がることになる。ゆえに、本実施の形態１の特徴となる動作は、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御が下限電圧Ｖｃｋを下回らないような前記第２制御項目の動作に優先して、入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないような前記第３制御項目の動作に切り替わることである。

以上の構成、動作により、制御回路３５は、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御するので、前記電動パワーステアリングのように短期間に大電流が消費されても負荷２１に蓄電部２９から電力を供給し続けられ、負荷２１の動作が不安定になる可能性を低減することが可能な電源装置を実現できる。

なお、本実施の形態１では、発進、加速時以外の走行中は発電機１５が常に発電するように制御しているが、これは主電源１７が十分に充電されている状態であれば、走行中であっても適宜発電機１５の発電を停止するように制御してもよい。これにより、発電停止中は発電機１５がエンジン１１にかける機械的負担が軽減されるので、省燃費化が可能となる。

また、本実施の形態１では、図２の時刻ｔ０から時刻ｔ１に示すように、前記車両の発進、加速中に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る例について説明したが、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る前に前記車両が定速走行を行えば、発電機１５の発電が開始されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御は前記第１制御項目の状態を継続すればよい。これにより、定速走行までに消費された蓄電部２９の電力を再充電でき、次の加速に備えることが可能となる。さらに、加速時において主に蓄電部２９の電力が負荷２１に供給されるので、主電源１７の電力を維持することができる。その結果、主電源１７の充放電回数を減らすことが可能となるため、長寿命化が図れる。

また、本実施の形態１において、図２の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、すなわち前記電動パワーステアリングを駆動する前に主電源１７の電圧（入出力電圧Ｖｄ）が負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、前記第３制御項目の条件が成立するので、制御回路３５は前記第３制御項目の制御を行うとともに、蓄電部電圧Ｖｃが最下限電圧Ｖｃｍに至らないようにするために、本来は非発電状態であっても発電機１５を発電させるように制御する。これにより、負荷２１は主電源１７の電圧が負荷下限電圧Ｖｄｋに至った後、既定期間ｔｋの間は蓄電部２９の電力が負荷２１に供給されるので動作を継続でき、その間に発電機１５の発電が開始される。その後、既定期間ｔｋが経過すると、蓄電部２９は主に発電機１５の電力により充電されるとともに、その間に前記電動パワーステアリングが駆動されても発電機１５の電力が供給されるので、負荷２１の不安定動作の可能性を低減できる。

また、本実施の形態１では、図２の時刻ｔ３から時刻ｔ４までで蓄電部電圧Ｖｃを下限電圧Ｖｃｋまで充電しているが、この間に再び操舵が行われ前記電動パワーステアリングが動作する可能性がある。しかし、時刻ｔ３の時点では発電機１５が動作しているので、その電力が前記電動パワーステアリングに供給される。ゆえに、負荷２１には主に発電機１５から安定して電力が供給され、再度蓄電部２９から電力供給を行う必要はないので、制御回路３５は時刻ｔ３でのＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御を変えずに継続して蓄電部２９への充電を行えばよい。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図である。図４は本発明の実施の形態２における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図である。なお、図３において太線は電力系配線を、細線は信号系配線を、二重線は機械的接続を、それぞれ示す。

本実施の形態２では電源装置がアイドリングストップ車に搭載された場合について、その特徴となる構成、動作を説明する。

まず、本実施の形態２における電源装置の特徴となる構成は、実施の形態１の構成（図１）に対しスイッチ４１を主電源１７と負荷２１との間に電気的に接続したことである。スイッチ４１は前記車両側制御回路から出力されるオンオフ信号ＳＷに応じてオン状態とオフ状態が制御される構成を有し、具体的にはリレーを用いた。なお、前記リレーはＦＥＴ等の半導体スイッチ素子であってもよい。

上記以外の構成は図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態２ではエンジン１１の動作時には常に発電機１５が発電を行うように前記車両側制御回路が発電信号ＡＬＴを出力している構成とする。

次に、このような電源装置の動作について図４を参照しながら説明する。なお、図４の横軸は時刻を、縦軸は電圧を、それぞれ示す。また、各種電圧を示す記号や電圧絶対値は実施の形態１と同じである。

図４において、時刻ｔ１０までは前記車両は走行しており、時刻ｔ１０で前記車両がアイドリングストップを開始したとする。これにより、エンジン１１は停止するので、発電機１５による発電電力が得られない。また、スイッチ４１は既定期間ｔｋの間はオフとなり、それ以外ではオン状態を維持する構成としているので、時刻ｔ１０の時点ではスイッチ４１はオン状態である。さらに、蓄電部２９は前記車両の走行中にＤＣ／ＤＣコンバータ２５によって充電され、上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）を上回らないように制御されている。ゆえに、蓄電部２９は満充電状態である。

これらのことから、負荷２１へは主電源１７から電力が供給されるとともに、現在の負荷２１の消費電力量によっては主電源１７の電力が低下し、アイドリングストップ後のスタータ１３の駆動が十分に行えなくなる可能性があるので、制御回路３５は満充電状態の蓄電部２９の電力も負荷２１に供給するように制御信号ｃｏｎｔを出力する。具体的には、時刻ｔ１０で前記車両がアイドリングストップを行い発電機１５からの発電が停止すると、入出力電圧Ｖｄは主電源１７の定格電圧である１２．５Ｖに低下するが、この時に制御回路３５は入出力電圧Ｖｄが制御電圧ＶｓｔになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御する。従って、実施の形態１の時刻ｔ０と同様に、蓄電部２９から主電源１７への充電を抑制でき、負荷２１へ蓄電部２９の電力を優先的に供給できる。

このような動作により、時刻ｔ１０以降では主に蓄電部２９の電力が負荷２１に供給される。その結果、図４に示すように、蓄電部電圧Ｖｃは経時的に低下し、入出力電圧Ｖｄは制御電圧Ｖｓｔを維持する。ゆえに、アイドリングストップ中の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１では入出力電圧Ｖｄ、すなわち負荷２１への印加電圧が安定化される。

その後、アイドリングストップ中の時刻ｔ１１で蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る。これにより、制御回路３５は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は入出力電圧Ｖｄから蓄電部電圧Ｖｃに切り替わり、同時に制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧（前記基準電圧）は制御電圧Ｖｓｔから下限電圧Ｖｃｋに切り替わる。これは、前記第１制御項目から優先度の高い前記第２制御項目に切り替わったことになる。

このような動作により、時刻ｔ１１で蓄電部２９から負荷２１への電力供給が停止する。この際、発電機１５はまだ止まった状態なので、負荷２１へは主電源１７の電力が供給されることになる。その結果、主電源１７の電圧は経時的に僅かに低下していくので、入出力電圧Ｖｄも同様に低下する。

次に、時刻ｔ１２で運転者がブレーキペダルからアクセルペダル（いずれも図示せず）に踏みかえて前記車両を走行させる操作をする。これにより、前記車両側制御回路はスタータ１３を駆動するのであるが、この時のスタータ１３への電力は、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っているので、蓄電部２９から供給できず主電源１７から供給しなければならない。ここで、スタータ１３の駆動初期は、実施の形態１で述べた前記電動パワーステアリング以上に大きな駆動トルクを必要とするため、短期間に大電流を消費する。なお、本実施の形態２ではスタータ１３の駆動期間を１秒とした。従って、時刻ｔ１２の時点でスタータ１３が駆動するとほぼ直ちに入出力電圧Ｖｄは負荷下限電圧Ｖｄｋ（＝１１．５Ｖ）に至る。主電源１７の電圧は負荷下限電圧Ｖｄｋよりもさらに低下し、６Ｖ程度まで至るので、このままでは入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回り、負荷２１の動作が不安定になる。そこで、制御回路３５は入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至ると直ちに前記車両側制御回路に対しスイッチ４１をオフにするよう要求するデータ信号ｄａｔａを出力する。これにより、スイッチ４１がオフになると、主電源１７の電力はスタータ１３のみに供給され、その電圧降下の影響が負荷２１に及ばないようにしている。

なお、上記したように、スイッチ４１は既定期間ｔｋの間はオフとなればよいので、時刻ｔ１２と同時、すなわち前記運転者が前記ブレーキペダルから前記アクセルペダルに踏みかえた時に直ちに前記車両側制御回路がスイッチ４１をオフにするように制御してもよい。この場合はスイッチ４１をオフにする際の遅れを低減することができる。

このような制御により、負荷２１へは蓄電部２９のみから電力が供給されなければならない。しかし、時刻ｔ１２の直前には既に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っているので、本来であればこれ以上の放電はできない。そこで、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り（既に至っている場合も含む）、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、制御回路３５によりＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は蓄電部電圧Ｖｃから入出力電圧Ｖｄに切り替わり、同時に制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧が下限電圧Ｖｃｋから負荷下限電圧Ｖｄｋに切り替わる。これは、前記第２制御項目から優先度の高い前記第３制御項目に切り替わったことになる。

これらにより、制御回路３５は時刻ｔ１２で入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御する。その結果、図４に示すように、入出力電圧Ｖｄは１１．５Ｖまで低下するものの、スタータ１３の駆動中も負荷２１を動作させ続けることができる。

また、この動作により蓄電部電圧Ｖｃは経時的に下限電圧Ｖｃｋよりも低下していく。しかし、上記したようにスタータ１３の駆動期間（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで）、すなわち既定期間ｔｋは１秒であるので、蓄電部２９だけの電力でも負荷２１を安定に駆動し続けられる。なお、蓄電部２９の蓄電容量Ｃは、実施の形態１と同様に、スタータ１３の駆動期間中に負荷２１へ十分に電力を供給できる容量としている。すなわち、スタータ１３の最大消費電流をＩｓとすると、Ｃ×（Ｖｃｋ^２−Ｖｃｍ^２）／２≧Ｖｄｋ×Ｉｓ×ｔｋを満たすように蓄電容量Ｃを決定する。

その後、既定期間ｔｋが経過した時刻ｔ１３でエンジン１１が始動し、スタータ１３の駆動が完了する。これにより、前記車両側制御回路は上記したようにエンジン１１の動作時には常に発電機１５が発電を行うように制御しているので、スタータ１３の駆動完了とともに発電機１５は発電を開始する。その後、前記車両側制御回路は発電機１５を発電させた後にスイッチ４１を再びオンにするようにオンオフ信号ＳＷを出力する。これは、先にスイッチ４１をオンにすると、主電源１７のみから蓄電部２９に電力が持ち出され、主電源１７の負担が大きくなるためである。また、発電機１５はスタータ１３の駆動が完了するまで発電されず応答が遅い。従って、上記したように既定期間ｔｋの経過までは蓄電部２９の電力を負荷２１に供給することで負荷２１の安定動作が可能となる。

スイッチ４１がオンになる時刻ｔ１３の時点では蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至っており、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至っているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの既定期間ｔｋにおける動作と同様に、時刻ｔ１３以降も入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないように制御する。従って、優先度の最も高い前記第３制御項目による制御が継続される。その結果、一部主電源１７からの電力を含むものの、主に発電機１５からの電力が蓄電部２９に充電される。また、この時に負荷２１へは発電機１５や主電源１７からの電力が供給されるため、安定した動作を継続できる。

時刻ｔ１３以降で蓄電部２９の充電が進行すると、図４に示すように蓄電部電圧Ｖｃは経時的に増加し、時刻ｔ１４で下限電圧Ｖｃｋに至る。ここで、制御回路３５は本来なら蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないように動作するのであるが、時刻ｔ１４の時点では既に車両が走行中であり、発電機１５も発電を行っているので、実施の形態１と同様に、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋよりも低い状態から蓄電部２９の充電が行われた際には、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないような制御を行わずに、引き続き蓄電部２９の充電を行うように制御する。但し、蓄電部電圧Ｖｃは下限電圧Ｖｃｋに至っているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５における制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧は負荷下限電圧Ｖｄｋから制御電圧Ｖｓｔに切り替わる。この動作は、前記第３制御項目から前記第１制御項目に切り替わる動作となる。これにより、時刻ｔ１４以降では入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔ（＝１２．５Ｖ）になるように制御されるので、図４に示すように、入出力電圧Ｖｄが１２．５Ｖに上がる。その結果、主電源１７の定格電圧とほぼ等しくなるので、蓄電部２９への充電は主に発電機１５からの電力により行われ、主電源１７の負担が軽減される。また、蓄電部電圧Ｖｃは引き続き経時的に上昇する。

その後、時刻ｔ１５で蓄電部電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）に至る。これにより、制御回路３５によりＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は入出力電圧Ｖｄから蓄電部電圧Ｖｃに切り替わり、同時に制御信号ｃｏｎｔの基となる電圧は制御電圧Ｖｓｔから上限電圧Ｖｃｕに切り替わる。これは、前記第１制御項目が優先度の高い前記第２制御項目に切り替わったことになる。これにより、蓄電部電圧Ｖｃは上限電圧Ｖｃｕを上回らないように制御される。また、入出力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象ではなくなったので、入出力電圧Ｖｄは発電電圧Ｖａ（＝１４．５Ｖ）に上昇する。ゆえに、負荷２１へは発電機１５の電力が主に供給され、その動作を継続することができる。

その後、時刻ｔ１６で再び車両が停止し、アイドリングストップが開始される。この時の入出力電圧Ｖｄや蓄電部電圧Ｖｃの状態は時刻ｔ１０と同じであるので、時刻ｔ１０以降の動作を繰り返す。

以上のことから、本実施の形態２の特徴となる動作をまとめると次のようになる。制御回路３５は、発電機１５の非発電時（アイドリングストップ時）に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至り、かつ入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、既定期間ｔｋに亘り入出力電圧Ｖｄが負荷下限電圧Ｖｄｋを下回らないような制御をＤＣ／ＤＣコンバータ２５に対して行う際に、スイッチ４１をオフにするよう制御する。その後、既定期間ｔｋが経過すると発電機１５を発電させた後にスイッチ４１をオンにするよう制御する。これにより、アイドリングストップ車であっても実施の形態１と同様に負荷２１の安定動作が可能になるとともに、アイドリングストップ動作による前記車両の省燃費を図ることができる。

以上の構成、動作により、制御回路３５は、実施の形態１の動作に加えて、既定期間ｔｋに亘りスイッチ４１をオフするとともに、既定期間ｔｋが経過し発電機１５を発電させた後にスイッチ４１をオンにすることで、スタータ１３の駆動時にも負荷２１に蓄電部２９から電力を供給し続けられ、負荷２１の動作が不安定になる可能性を低減することが可能な電源装置を実現できる。

なお、本実施の形態２では、前記車両の走行中は発電機１５が常に発電するように制御しているが、これは主電源１７が十分に充電されている状態であれば、走行中であっても適宜発電機１５の発電を停止するように制御してもよい。これにより、発電停止中は発電機１５がエンジン１１にかける機械的負担を軽減できるので、省燃費化が可能となる。

また、本実施の形態２では、図４の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１に示すように、アイドリングストップ中に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る例について説明したが、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至る前にスタータ１３の駆動が行われた場合は、蓄電部２９の電力に余力があることになるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御は前記第１制御項目の状態を継続すればよい。但し、スタータ１３の駆動中（スイッチ４１がオフの状態）に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至れば、上記したように前記第２制御項目の動作に優先して前記第３制御項目の動作を行う。従って、負荷２１の動作が不安定になる可能性を低減することができる。

また、本実施の形態２において、図４の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで、すなわちスタータ１３を駆動する前に主電源１７の電圧（入出力電圧Ｖｄ）が負荷下限電圧Ｖｄｋに至れば、前記第３制御項目の条件が成立するので、制御回路３５は前記第３制御項目の制御を行うと同時に、スイッチ４１をオフにして主電源１７の電力により強制的にスタータ１３を駆動しエンジン１１を始動するようデータ信号ｄａｔａを前記車両側制御回路に出力する。これにより、アイドリングストップ中であっても図４の時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの動作を行うことで、スタータ１３の駆動中は蓄電部２９から既定期間ｔｋに亘って負荷２１に電力が供給され、安定動作が可能になる。また、それ以後は前記車両が停車中であっても発電機１５が動作しているので、負荷２１を停止させることなく電圧が低下した主電源１７と蓄電部２９の充電を行うことができる。

また、本実施の形態２では、図４の時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までで蓄電部電圧Ｖｃを下限電圧Ｖｃｋまで充電しているが、この間に再び前記車両がアイドリングストップ状態になる可能性がある。この場合であっても、制御回路３５は時刻ｔ１３でのＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御を変えずに継続して主電源１７から蓄電部２９への充電を行う。これにより、再度スタータ１３が駆動しても蓄電部２９から負荷２１に電力を供給でき、不安定動作の可能性を低減できる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における電源装置の入出力電圧Ｖｄと蓄電部電圧Ｖｃの経時特性図である。なお、図５における横軸は時刻を、縦軸は電圧を、それぞれ示す。

本実施の形態３では電源装置が前記車両の制動時に発生する回生電力の回収機能を有するアイドリングストップ車に搭載された場合について、その特徴となる動作を説明する。なお、本実施の形態３における電源装置の構成は実施の形態２の図３と同じであるので、詳細な説明を省略する。また、以下の説明において、制動とは運転者のブレーキ操作を伴う減速走行のことであると定義する。また、本実施の形態３では、既定期間ｔｋの経過後で蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至るまで蓄電部２９が充電される期間、および制動時（以下、これらを発電条件という）に、発電機１５の発電が行われる例について説明する。

まず、図５において時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの動作は実施の形態２と同じである。なお、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４は前記車両が加速、定速走行を行っている。この期間は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回っているので、実施の形態１で述べたように早期に蓄電部２９を下限電圧Ｖｃｋまでは充電する必要がある。従って、実施の形態２と同様にして、主電源１７の負担を軽減するために時刻ｔ１３で発電機１５による発電が行われ、主に発電機１５の電力で蓄電部２９の充電が行われる。

次に、時刻ｔ１４で蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至ると、前記発電条件から外れるため、前記車両側制御回路は発電機１５の発電を停止する。その結果、蓄電部２９を早期に下限電圧Ｖｃｋまで充電した後は発電機１５によるエンジン１１への機械的負担が軽減され、省燃費化が図れる。また、この時に制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２５を前記第２制御項目となるように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は蓄電部電圧Ｖｃとなり、蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）を下回らないように制御する。この状態は時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までと同じであるので、負荷２１には主電源１７からのみ電力が供給され、その電圧（＝入出力電圧Ｖｄ）は徐々に低下する。

その後、時刻ｔ１７で前記運転者がブレーキ操作を開始する。これにより、前記車両は制動される。このブレーキ操作が行われると、前記車両側制御回路は発電機１５の発電を開始するよう発電信号ＡＬＴを出力する。これにより、制動中の回生電力が発電機１５により発生するため、入出力電圧Ｖｄは発電電圧Ｖａ（＝１４．５Ｖ）に上がろうとする。その結果、制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２５を前記第２制御項目から前記第１制御項目となるように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は入出力電圧Ｖｄとなり、入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔ（＝１２．５Ｖ）となるように制御する。これにより、発電電圧Ｖａに上がろうとする入出力電圧Ｖｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５により制御電圧Ｖｓｔになるように制御されるので、結果としてＤＣ／ＤＣコンバータ２５は蓄電部２９を充電するように動作する。ゆえに、入出力電圧Ｖｄは制御電圧Ｖｓｔになり、蓄電部電圧Ｖｃは経時的に上昇する。また、この際に時刻ｔ１７までで徐々に低下した主電源１７の電圧も１２．５Ｖに至るまで充電される。

その後、時刻ｔ１８で蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕ（＝１０Ｖ）に至ると、制御回路３５はＤＣ／ＤＣコンバータ２５を前記第２制御項目となるように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象は蓄電部電圧Ｖｃとなり、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕを上回らないように制御する。これにより、入出力電圧ＶｄはＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御対象でなくなるので、発電機１５の発電電圧Ｖａまで上昇する。これらの動作は図４の時刻ｔ１５と同じである。なお、時刻ｔ１８の時点では前記車両が制動中であるので、発電機１５が発生する回生電力は時刻ｔ１８以降で主電源１７と負荷２１に供給される。

次に、時刻ｔ１９で前記車両が停止しアイドリングストップが開始される。この時の動作は図４の時刻ｔ１６と同じであるので説明を省略する。また、時刻ｔ１９の状態は時刻ｔ１０の状態と同じであるため、以後これらの動作を繰り返す。

なお、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまでに時刻ｔ１９の状態（前記車両が停止しアイドリングストップが開始される）となれば、蓄電部２９はその時点の電圧から放電を開始することになる。ゆえに、時刻ｔ１７以降の制動中においては、蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまでの範囲で蓄電部２９が充電される。

以上より、本実施の形態３の特徴となる動作をまとめると、次のようになる。制御回路３５は、前記車両の加速、または定速走行中は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御し、前記車両の制動中は蓄電部電圧Ｖｃが上限電圧Ｖｃｕに至るまでの範囲で蓄電部２９を充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御する。

以上の構成、動作により、スタータ１３の駆動の間における負荷２１の動作が不安定になる可能性を低減できるとともに、制動中に発生する回生電力で蓄電部２９を充電するので、回生電力の発生に伴う負荷２１への印加電圧（＝入出力電圧Ｖｄ）の変動も低減することができる。さらに、回生電力を蓄電部２９に充電することで有効利用が可能となるため、省燃費化も達成できる。

なお、本実施の形態３では前記発電条件を満たす時のみに発電機１５が発電するように制御した例を示した。これにより、蓄電部２９や主電源１７の充電の回生電力による割合が高くなるため省燃費効果が大きい。しかし、このような制御を常時行うためには、主電源１７の蓄電容量が大きいか、負荷２１の消費電力変化も含めた主電源１７の充放電収支がつり合うような電源仕様でなければならない。従って、一般的には前記発電条件を満たす時のみに発電機１５が発電するように制御すると、主電源１７が過放電に至る可能性が高くなる。ゆえに、主電源１７の蓄電残量（充電状態ＳＯＣ）を常に監視しておき、充電状態ＳＯＣが十分大きい時は本実施の形態３で示したように前記発電条件を満たす時のみに発電を行い、充電状態ＳＯＣが小さければ実施の形態２と同様にエンジン１１が再始動する時刻ｔ１３以降で発電機１５が発電を行うように制御する構成とすればよい。このように実施の形態２、３の発電機１５の動作を組み合わせることにより、できるだけ省燃費を図りつつ、必要に応じて主電源１７の十分な充電も可能となる。

また、さらに簡易化した制御として、実施の形態２と同様にエンジン１１の駆動中は常に発電機１５による発電が行われるようにしてもよい。この場合は、図５の時刻ｔ１４で発電が開始されるものの、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋを下回らないような制御、すなわち前記第２制御項目を優先する。この制御が実施の形態２とは異なる。従って、入出力電圧ＶｄはＤＣ／ＤＣコンバータ２５により制御されないので、発電電圧Ｖａまで上昇する。その後、時刻ｔ１７で制動が開始されると、その情報を前記車両側制御回路から入手する。これは、発電電力が制動によるものか力行によるものかを制御回路３５のみでは判断できないためである。制動情報が制御回路３５に入力されると、制御回路３５により前記第２制御項目から前記第１制御項目に切り替わる。その結果、蓄電部２９への充電を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ２５が制御するので、入出力電圧Ｖｄは制御電圧Ｖｓｔに下がり、制動時の回生電力が蓄電部２９に充電される。ゆえに、負荷２１には負荷下限電圧Ｖｄｋ以上の電圧が印加され動作が安定化するとともに、常に発電機１５による発電が行われるようにしても蓄電部２９には主に回生電力が充電されるので、実施の形態２に比べて省燃費化が図れる。但し、実施の形態１〜３の構成では、前記制動情報などの前記車両からの信号を得ることなくＤＣ／ＤＣコンバータ２５の制御が可能であるので、制御が容易に、かつタイムリーに行えるという効果が得られるが、上記構成では前記制動情報が必要となるので、その分、回路や制御の複雑さが増す上、制御の応答性が遅くなる。ゆえに、省燃費化と、制御の容易さや応答性との、どちらを優先するかにより最適な構成を選択すればよい。

なお、上記構成では、前記運転者がブレーキ操作を行っているか否かによって前記車両の制動を判断し、前記回生電力を蓄電部２９に充電するようにしているが、これは燃料カット信号に応じて発電機１５の発電を制御してもよい。これにより、前記車両がブレーキ操作を伴わない減速走行（慣性走行）を行っている場合にも蓄電部２９に前記回生電力を充電することができ、さらなる回収効率の向上が図れる。但し、前記回生電力の回収により、エンジン１１への発電機１５の機械的負担が増すので、慣性走行距離が短くなる。従って、前記回生電力の回収量を重視するか、前記慣性走行距離を重視するかで、前記慣性走行時の回生電力回収を行うか否か、あるいは前記回収量の程度を決定するようにすればよい。

また、実施の形態１〜３において、例えば車両保管中に蓄電部２９が内部抵抗等により放電されると、次回の車両使用開始時に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋより低くなることがある。この場合、制御回路３５は、例えばエンジン１１の始動後に蓄電部電圧Ｖｃが下限電圧Ｖｃｋに至るまで蓄電部２９を初期充電するようＤＣ／ＤＣコンバータ２５を制御すればよい。

また、本実施の形態１〜３では、前記第１制御項目として入出力電圧Ｖｄが制御電圧Ｖｓｔとなるように制御しているが、これはＤＣ／ＤＣコンバータ２５に流れる電流が既定の制御電流となるように定電流制御をしてもよい。この場合、前記制御電流は、蓄電部２９の充電時制御電流Ｉｓｔｃと放電時制御電流−Ｉｓｔｄのように符号が異なる（ここでは蓄電部２９を充電する際の電流の方向を正とした）。なお、充電時制御電流Ｉｓｔｃと放電時制御電流−Ｉｓｔｄの絶対値は同じであってもよいし、発電機１５の発電仕様や負荷２１の消費電流等に応じて異なる値としてもよい。このような構成により、発電機１５の発電能力が小さい場合に、発電機１５からの過大電流が流れる可能性を低減できる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の発熱が一定となるので、熱衝撃が低減され高信頼性が得られる。

また、実施の形態１〜３において、スタータ１３と発電機１５を別体構成としたが、これは一体構成であるモータジェネレータであってもよい。これにより省スペース化が図れる。

また、実施の形態１〜３では、蓄電部２９に電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池であってもよい。

また、実施の形態１と２、または実施の形態１と３を組み合わせた構成としてもよい。これにより、短期間に大電流を消費する負荷２１が複数ある構成でも不安定動作の可能性を低減できる。

また、実施の形態１〜３では、電源装置を車両に適用した場合について説明したが、これに限らずクレーン等の建設機械のように主電源１７と蓄電部２９の２つの蓄電源を有する装置に適用してもよい。

本発明にかかる電源装置は蓄電部により負荷の不安定動作の可能性を低減できるので、特に短期間に大電流を消費する負荷を有する装置用の電源装置等として有用である。

１５発電機
１７主電源
２１負荷
２３入出力端子
２５ＤＣ／ＤＣコンバータ
２７蓄電部端子
２９蓄電部
３１入出力電圧検出回路
３３蓄電部電圧検出回路
３５制御回路
４１スイッチ

Claims

主電源と発電機に接続される負荷が入出力端子を介して電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの蓄電部端子に電気的に接続された蓄電部と、
前記入出力端子に電気的に接続され、前記入出力端子の入出力電圧（Ｖｄ）を検出する入出力電圧検出回路と、
前記蓄電部端子に電気的に接続され、蓄電部電圧（Ｖｃ）を検出する蓄電部電圧検出回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、入出力電圧検出回路および蓄電部電圧検出回路と電気的に接続された制御回路とからなり、
前記制御回路は、前記発電機の非発電時に前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が下限電圧（Ｖｃｋ）に至り、かつ前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）に至れば、既定期間（ｔｋ）に亘り前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）を下回らないように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記既定期間（ｔｋ）が経過すると前記発電機を発電させるようにした電源装置。
前記主電源と前記負荷との間に電気的に接続されるスイッチとをさらに備え、
前記制御回路は、前記既定期間（ｔｋ）に亘り前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）を下回らないように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する際に前記スイッチをオフにするよう制御し、前記既定期間（ｔｋ）が経過すると前記発電機を発電させた後、前記スイッチをオンにするよう制御する請求項１に記載の電源装置。
前記制御回路は、前記既定期間（ｔｋ）が経過し前記発電機を発電させた際に、前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が前記下限電圧（Ｖｃｋ）に至るまで前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記蓄電部を充電するようにした請求項１に記載の電源装置。
前記制御回路は、車両の加速、または定速走行中は前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が前記下限電圧（Ｖｃｋ）を下回らないように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記車両の制動中は前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が上限電圧（Ｖｃｕ）に至るまでの範囲で前記蓄電部を充電するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにした請求項１に記載の電源装置。
前記制御回路は、前記入出力電圧（Ｖｄ）が既定の制御電圧（Ｖｓｔ）となるように制御する第１制御項目と、前記蓄電部電圧（Ｖｃ）が前記下限電圧（Ｖｃｋ）を下回らないように、または上限電圧（Ｖｃｕ）を上回らないように制御する第２制御項目と、前記既定期間（ｔｋ）に亘り前記入出力電圧（Ｖｄ）が負荷下限電圧（Ｖｄｋ）を下回らないよう制御する第３制御項目とを有し、
前記第３制御項目の制御が最も優先度が高く、順次前記第２制御項目、前記第１制御項目の順に優先度が下がるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにした請求項１に記載の電源装置。