JP5941019B2

JP5941019B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP5941019B2
Application number: JP2013139149A
Authority: JP
Inventors: 佑典高橋; 聡関口; 拓士井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: EP2821278A3; JP2015009792A; US20150008731A1; EP2821278A2; CN104276047A; CN104276047B; US9688224B2

Description

この発明は、車両用電源装置に関する。

従来、電気負荷が接続された主電源と副電源との間にＤＣ−ＤＣコンバータを接続し、主電源と副電源との間にスイッチを備える車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９５３３６号公報

ところで、上記従来技術に係る車両用電源装置によれば、車両停止時における主電源または副電源の自己放電に起因する過大な電圧低下および暗電流の増大を防止することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両停止時における第１電源および第２電源の自己放電を抑制することが可能な車両用電源装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る車両用電源装置は、内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関２２）と、操作者の操作に応じて前記内燃機関の始動および停止を指示する信号を出力するイグニッションスイッチ（例えば、実施の形態でのイグニッションスイッチ２４）と、を備える車両（例えば、実施の形態での車両１）に搭載された車両用電源装置であって、第１電源（例えば、実施の形態でのバッテリ１２）と、前記第１電源に並列に接続された第２電源（例えば、実施の形態でのキャパシタ１１）と、前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１３）と、前記第１電源と前記第２電源との間に接続された、抵抗（例えば、実施の形態での抵抗Ｒ）および前記第１電源から前記第２電源に向けて電流が流れるように設けられたダイオード（例えば、実施の形態でのダイオードＤ）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに並列に接続されるとともに、前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたスイッチ（例えば、実施の形態でのコンタクタ１５）と、前記スイッチを開閉する開閉手段（例えば、実施の形態でのコンタクタリレー１６）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記開閉手段を制御する制御手段（例えば、実施の形態でのコントローラ１４）と、を備え、前記第２電源はキャパシタであり、前記制御手段は、前記イグニッションスイッチから出力された信号に応じた前記内燃機関の停止時に、前記開閉手段により前記スイッチをオフにして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源から前記第１電源への給電によって、前記第２電源の出力電圧が前記第１電源の電圧よりも低い第１電圧に到達するまで前記第２電源を放電かつ前記第１電源を充電させるとともに、前記第２電源の出力電圧を最低保障電位未満に低下することを防止し、前記イグニッションスイッチから出力された信号に応じた前記内燃機関の作動時に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源の充電および放電によって、前記第２電源の出力電圧を前記第１電圧よりも大きい第２電圧に設定する。

（２）上記（１）に記載の車両用電源装置では、前記第２電圧は、前記内燃機関を駆動させるためのスタータモータ（例えば、実施の形態でのスタータモータ２０）によって該内燃機関を始動可能とする電圧であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の車両用電源装置では、前記車両は、アイドリングストップシステムを有し、アイドリングストップ中に、前記第２電源の出力電圧が前記第２電圧になるまで、該第２電源の電力を車両負荷（例えば、実施の形態での電気的負荷２３）に対して使用してもよい。

上記（１）に記載の態様に係る車両用電源装置によれば、第１電源に比べて自己放電が生じ易い第２電源に対して、内燃機関の停止時に第２電源から第１電源への給電を行なうので、第２電源の自己放電および暗電流を低減することができる。

さらに、内燃機関の停止時に第２電源の出力電圧は第２電圧から第１電圧に低下するので、第２電源の自己放電および暗電流を低減することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用電源装置および車両用電源装置を搭載した車両の構成図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を搭載した車両の運転状態の変化に応じたキャパシタの出力電圧の変化の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する停止充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する初回始動の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ準備充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ準備充電の動作モードにおいて、キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達した状態における電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生充電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生充電の動作モードにおいて、キャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位に到達した状態における電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する回生放電の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＩ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＥＮＧ再始動の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行するＥＮＧ再始動の動作モードにおいて、コンタクタを接続状態とした場合における電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置のコントローラが実行する車両の停止時の動作モードにおける電流の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る車両用電源装置において、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替えられる前後における、バッテリの出力電圧（バッテリ電圧）およびキャパシタの出力電圧（キャパシタ電圧）の対応関係の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態による車両用電源装置１０は、例えば図１に示すように、車両１に搭載されている。車両用電源装置１０は、少なくとも、２次電池としてのキャパシタ１１およびバッテリ１２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３およびコントローラ１４と、コンタクタ１５およびコンタクタリレー１６と、を備えている。
車両１は、車両用電源装置１０と、ＦＩ−ＥＣＵ１７と、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８、スタータリレー１９、およびスタータモータ（ＳＴＭ）２０と、発電機（ＡＣＧ）２１および内燃機関２２と、電気的負荷２３と、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）２４と、第１電圧センサ２５および第２電圧センサ２６と、回転数センサ２７と、を備えている。

キャパシタ１１は、例えば電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどであって、スタータマグネットスイッチ１８に接続されている。キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、コンタクタ１５の第１端子１５ａとに接続されている。キャパシタ１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、バッテリ１２、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に電気的に接続可能とされている。

バッテリ１２は、例えば所定電圧（１２Ｖなど）の鉛バッテリなどであって、コンタクタリレー１６、ＦＩ−ＥＣＵ１７、発電機２１、電気的負荷２３、およびイグニッションスイッチ２４に接続されている。バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、コンタクタ１５の第２端子１５ｂとに接続されている。バッテリ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３またはコンタクタ１５を介して、キャパシタ１１およびスタータマグネットスイッチ１８に電気的に接続可能とされている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４の制御によって第１および第２入出力端子１３ａ，１３ｂ間の双方向で昇降圧可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、内燃機関２２の運転時に発電機２１で発生した発電電力または車両１の制動時に発電機２１で発生した回生電力をキャパシタ１１に供給することでキャパシタ１１を充電させる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、キャパシタ１１に蓄電されている電力を少なくともバッテリ１２または電気的負荷２３に供給することでキャパシタ１１を放電させる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば、Ｈブリッジの昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであって、ブリッジ接続された４つの第１〜第４スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を備えている。
対をなす第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタは第１入出力端子１３ａに接続され、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタは第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタに接続され、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
対をなす第３および第４スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間で直列に接続されている。つまり第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは第２入出力端子１３ｂに接続され、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタは第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタに接続され、第４スイッチング素子ＳＷ４のエミッタは接地端子１３ｃに接続されている。
各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のエミッタ・コレクタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向になるようにして各第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との接続点と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４との接続点との間に接続されたリアクトルＬ（コイルＬ）を備えている。さらに、第１入出力端子１３ａと接地端子１３ｃとの間に接続された第１コンデンサＣａと、第２入出力端子１３ｂと接地端子１３ｃとの間に接続された第２コンデンサＣｂと、を備えている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間を直結するように直列に接続された抵抗ＲおよびダイオードＤを備えている。ダイオードＤは第２入出力端子１３ｂから第１入出力端子１３ａに向けて順方向になるように配置されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、コントローラ１４から出力されて各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のゲートに入力される信号によって駆動される。

コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作と、コンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断の動作と、を制御する。さらに、コントローラ１４は、ＦＩ−ＥＣＵ１７によるアイドル停止の実行許可および実行禁止を制御しており、アイドル停止の実行許可および実行禁止を指示する制御指令をＦＩ−ＥＣＵ１７に出力する。

コントローラ１４は、キャパシタ１１の内部抵抗および静電容量を検出し、内部抵抗は所定値以上であるか否かを判定するとともに、内部抵抗に応じてキャパシタ１１の劣化を判定可能である。コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧ＶＣを検出する第１電圧センサ２５と、キャパシタ１１の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、キャパシタ１１の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。
コントローラ１４は、バッテリ１２の放電およびバッテリ１２の放電深度を制御可能である。コントローラ１４は、バッテリ１２の出力電圧ＶＢを検出する第２電圧センサ２６と、バッテリ１２の充電電流および放電電流を検出する電流センサ（図示略）と、バッテリ１２の温度を検出する温度センサ（図示略）と、に接続されている。

コンタクタ１５は、コンタクタリレー１６のオンおよびオフに応じてコンタクタ１５の第１および第２端子１５ａ，１５ｂ間の接続および遮断を切り替える。コンタクタリレー１６のオンおよびオフはコントローラ１４により制御される。
なお、コンタクタ１５の第１端子１５ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと、キャパシタ１１の正極側端子と、スタータマグネットスイッチ１８と、に接続されている。コンタクタ１５の第２端子１５ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと、バッテリ１２の正極側端子と、発電機２１および電気的負荷２３と、に接続されている。これらによりコンタクタ１５は、接続状態において、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対してキャパシタ１１とバッテリ１２とをそれぞれ並列に接続する。なお、キャパシタ１１およびバッテリ１２の負極側端子は接地されている。

ＦＩ−ＥＣＵ１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子回路により構成されるＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）であり、燃料供給、点火タイミングなどの内燃機関２２の動作に関する各種制御を行なう。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、運転者の操作に応じてイグニッションスイッチ２４から出力される始動要求および停止要求の信号によって内燃機関２２の始動および停止を制御する。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、内燃機関２２のアイドル停止を制御する。アイドル停止は、所定の一時停止条件の成立に応じて運転状態の内燃機関２２を自動的に一時的に停止し、所定の復帰条件の成立に応じて一時停止状態の内燃機関２２を自動的に再始動させる。所定の一時停止条件は、例えば、車両１の車速がゼロ、かつアクセルペダル開度がゼロ、かつブレーキペダルスイッチがオンなどである。所定の復帰条件は、例えば、ブレーキペダルスイッチがオフなどである。
ＦＩ−ＥＣＵ１７は、イグニッションスイッチ２４から出力される信号による始動要求またはアイドル停止の一時停止状態からの復帰要求に応じて、スタータリレー１９をオンに制御することによって内燃機関２２を始動させる。ＦＩ−ＥＣＵ１７は、発電機（ＡＣＧ）２１の発電動作を制御し、発電機２１の発電電圧を任意に変更する。

発電機２１は、例えばベルトなどを介して内燃機関２２のクランク軸（図示略）に連結された交流発電機である。発電機２１は、内燃機関２２の運転時の動力により発電することで発電電力を出力する。発電機２１は、車両１の減速時や燃料供給の停止状態での走行時などにおいて車両１の駆動輪（図示略）から伝達される車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して、回生電力を出力する。なお、発電機２１は、発電および回生による交流出力を直流出力に整流する整流器（図示略）などを備えている。発電機２１は、接地されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。

内燃機関２２は、スタータモータ（ＳＴＭ）２０の駆動力によって始動する。スタータモータ２０は、スタータマグネットスイッチ（ＳＴＭＧＳＷ）１８を介したキャパシタ１１またはバッテリ１２からの電圧印加によって回転駆動する。スタータマグネットスイッチ１８は、スタータリレー１９のオンおよびオフに応じてスタータモータ２０への給電有無を切り替える。スタータリレー１９のオンおよびオフはＦＩ−ＥＣＵ１７により制御される。
スタータモータ２０は、例えば、回転軸（図示略）にピニオンギヤ（図示略）を備えている。内燃機関２２は、例えば、スタータモータ２０のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ（図示略）をクランク軸（図示略）に備えている。これによりスタータモータ２０は、ピニオンギヤを内燃機関２２側のリングギヤに噛み合わせることによって、駆動力を内燃機関２２に伝達可能である。
電気的負荷２３は、各種補機類である。電気的負荷２３は、接地されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂに接続されている。

本実施の形態による車両用電源装置１０は上記構成を備えており、次に、この車両用電源装置１０の動作について説明する。

（充放電動作）
以下に、コントローラ１４が制御するキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作について説明する。
コントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を、車両１の運転状態に応じた所定の目標電圧に一致させるようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の双方向の昇降圧動作およびコンタクタリレー１６によるコンタクタ１５の接続および遮断を制御する。
コントローラ１４は、下記表１に示すように、車両１の運転に応じたキャパシタ１１およびバッテリ１２の充放電動作として、９つの動作モードＭ０〜Ｍ８を実行する。

先ず、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１の直前までの期間のようにイグニッションスイッチ２４がオフの状態において、停止充電の動作モードＭ０を実行する。この動作モードＭ０において、コントローラ１４は、図３に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧（例えば、接地された負極側端子に対する正極側端子の電位に相当）が過度に低下することを防止する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ１のように、イグニッションスイッチ２４から出力された信号によって内燃機関２２を始動させることを要求する始動要求を受信すると、後述するコンタクタ１５の故障検知を実行した後に、初回始動の動作モードＭ１を実行する。
この動作モードＭ１において、コントローラ１４は、先ず、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とした状態でスタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１のみからの給電によってスタータモータ２０を駆動する。
このとき、後述する所定条件が成立した場合に、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによってコンタクタ１５を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、図４に示すように、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、キャパシタ１１とバッテリ１２とをそれぞれ並列に接続する。そしてコントローラ１４は、キャパシタ１１およびバッテリ１２からの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を始動させる。
なお、この初回始動の動作モードＭ１においては、例えば図２に示す時刻ｔ１のように、キャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して、キャパシタ１１の出力電圧および残容量ＳＯＣは低下する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、Ｉ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行する。この動作モードＭ２において、コントローラ１４は、図５に示すように、運転状態の内燃機関２２の動力により発電する発電機２１から出力される発電電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介した発電機２１からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、発電機２１から電気的負荷２３へと給電するとともに、バッテリ１２の状態に応じて発電機２１からバッテリ１２へと給電する。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。コントローラ１４は、アイドル停止の実行に備えて内燃機関２２の再始動に要する電力をキャパシタ１１に充電するようにして、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまでキャパシタ１１を充電する。
なお、所定のＩ／Ｓ準備電位は、例えば、アイドル停止による所定期間に亘る内燃機関２２の一時停止状態において電気的負荷２３などに対して必要とされる給電を実行可能なキャパシタ１１の残容量ＳＯＣに対応する出力電圧である。

さらに、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態であり、
キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達した状態において、Ｉ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行継続する。この場合、コントローラ１４は、図６に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、第３スイッチング素子ＳＷ３をオンからオフ状態へと切り替え、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定のＩ／Ｓ準備電位に維持する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間のように車両１の減速時などにおいて燃料供給の停止状態では回生充電の動作モードＭ３を実行する。この動作モードＭ３において、コントローラ１４は、図７に示すように、車両１の減速時などにおいて発電機２１から出力される回生電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介した発電機２１からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、発電機２１から電気的負荷２３へと給電するとともに、バッテリ１２の状態に応じて発電機２１からバッテリ１２へと給電する。コントローラ１４は、車両１の駆動輪（図示略）から伝達される車体の運動エネルギーを発電機２１により電気エネルギー（回生エネルギー）に変換して回生電力を発生させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位以下となる範囲においてキャパシタ１１を充電する。
なお、所定の上限電位は、Ｉ／Ｓ準備電位よりも大きく、例えば、満充電状態（つまり、残容量ＳＯＣ＝１００％）に対応する出力電圧である。

さらに、コントローラ１４は、車両１の減速時などにおいて燃料供給の停止状態であって、キャパシタ１１の出力電圧が所定の上限電位に到達した状態において、回生充電の動作モードＭ３を実行継続する。この場合、コントローラ１４は、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、第３スイッチング素子ＳＷ３をオンからオフ状態へと切り替え、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定の上限電位に維持する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間のように車両１の定速走行状態などであって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、回生放電の動作モードＭ４を実行する。この動作モードＭ４において、コントローラ１４は、図９に示すように、所定のＩ／Ｓ準備電位を上回ってキャパシタ１１に蓄電された回生電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ準備電位に到達するまでキャパシタ１１を放電させる。このとき、コントローラ１４は、発電機２１の発電および回生を休止させる、または発電機２１の出力電圧を通常時の規定電圧よりも低い電圧に設定する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間のように車両１の停車状態（速度がゼロの状態）であって、アイドル停止の実行状態において、Ｉ／Ｓ給電（キャパシタ）の動作モードＭ５を実行する。この動作モードＭ５において、コントローラ１４は、図１０に示すように、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態において、所定のＩ／Ｓ下限電位を上回ってキャパシタ１１に蓄電されている電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１から電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させる。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。コントローラ１４は、少なくともキャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位に到達するまで、復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な電力を確保しつつキャパシタ１１を放電させる。

なお、所定のＩ／Ｓ下限電位は、Ｉ／Ｓ準備電位よりも小さく、例えば、一時停止状態の内燃機関２２をスタータモータ２０の駆動力によって再始動させるために必要とされる適正な給電を実行可能な残容量ＳＯＣに対応する出力電圧である。また、キャパシタ１１による適正な給電とは、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下しないようにしてキャパシタ１１が放電するものである。このためコントローラ１４は、図１０に示すように、バッテリ１２から電気的負荷２３への給電に加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電可能である。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止する。なお、最低保障電位は、Ｉ／Ｓ下限電位よりも小さく、例えば、キャパシタ１１を適正な状態に維持するために必要な出力電圧である。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ７から時刻ｔ８の直前までの期間のように車両１の停車状態（速度がゼロの状態）であって、アイドル停止状態であり、キャパシタ１１の出力電圧が所定のＩ／Ｓ下限電位に到達した状態において、Ｉ／Ｓ給電（ＢＡＴＴ）の動作モードＭ６を実行する。この動作モードＭ６において、コントローラ１４は、図１１に示すように、車両１のアイドル停止による内燃機関２２の一時停止状態においてバッテリ１２に蓄電されている電力を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。さらに、バッテリ１２から電気的負荷２３へと給電する。

より詳細には、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第２入出力端子１３ｂと第１入出力端子１３ａとの間において、ダイオードＤおよび抵抗Ｒに電流を流すとともに、オン状態の第３スイッチング素子ＳＷ３、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第１ダイオードＤ１に電流を流す。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧を所定のＩ／Ｓ下限電位に維持し、復帰要求に応じて内燃機関２２を再始動するために必要な最小限の電力を確保したキャパシタ１１からの放電を禁止する。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８のように、アイドル停止による一時停止状態の内燃機関２２を再始動させることを要求する復帰要求を受信すると、ＥＮＧ再始動の動作モードＭ７を実行する。この動作モードＭ７において、コントローラ１４は、図１２に示すように、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオンによってスタータマグネットスイッチ１８を接続状態とする。コントローラ１４は、直列に接続されたスタータマグネットスイッチ１８およびスタータモータ２０に対して、並列に接続されたキャパシタ１１のみからの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を再始動させる。
コントローラ１４は、バッテリ１２から電気的負荷２３へと給電するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１の出力電圧および残容量ＳＯＣがキャパシタ１１からスタータモータ２０への給電に起因して低下したとしても、キャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止する。

なお、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８のように、ＥＮＧ再始動の動作モードＭ７を実行した場合に、キャパシタ１１のみからスタータモータ２０への給電によって内燃機関２２を再始動させることができなかった場合には、図１３に示すように、コンタクタリレー１６のオンによってコンタクタ１５を接続状態とする。これによりコントローラ１４は、キャパシタ１１およびバッテリ１２からの給電によってスタータモータ２０を駆動し、スタータモータ２０の駆動力によって内燃機関２２を再始動させる。
コントローラ１４は、内燃機関２２の再始動を開始してから所定の時間の経過後に回転数センサ２７により検出された内燃機関２２の回転数（エンジン回転数ＮＥ）が所定回転数以下の場合、または、ＦＩ−ＥＣＵ１７から出力された内燃機関２２の始動エラーを示す信号を受信した場合などに、内燃機関２２を再始動させることができなかったと判断する。

コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動した場合に、アイドル停止の次回の実行を禁止する。なお、コントローラ１４は、単にコンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動したか否かに限らず、この再始動の累計回数を算出し、累計回数が所定回数以上（例えば、１回以上）の場合にアイドル停止の次回の実行を禁止してもよい。また、コントローラ１４は、コンタクタリレー１６のオンによって内燃機関２２を再始動した際に、バッテリ１２の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下した場合にアイドル停止の次回の実行を禁止してもよい。

次に、コントローラ１４は、例えば図２に示す時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間のように車両１が減速以外の走行状態であって、アイドル停止の実行指示が無い状態において、上述したＩ／Ｓ準備充電の動作モードＭ２を実行する。

次に、コントローラ１４は、イグニッションスイッチ２４がオンからオフに切り替えられたときから所定期間に亘って、車両１の停止時の動作モードＭ８を実行する。この動作モードＭ８において、コントローラ１４は、図１４に示すように、コンタクタリレー１６のオフによってコンタクタ１５を遮断状態とし、スタータリレー１９のオフによってスタータマグネットスイッチ１８を遮断状態とする。コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１からバッテリ１２および電気的負荷２３への給電によってキャパシタ１１を放電させ、車両１の停止時におけるキャパシタ１１の劣化を抑制する。より詳細には、コントローラ１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の第１入出力端子１３ａと第２入出力端子１３ｂとの間において、オン状態の第１スイッチング素子ＳＷ１、リアクトルＬ（コイルＬ）、および第３ダイオードＤ３に電流を流す。
なお、コントローラ１４は、車両１の停止時におけるキャパシタ１１の出力電圧が所定の最低保障電位未満に低下することを防止するために、バッテリ１２から電気的負荷２３への給電に加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のダイオードＤおよび抵抗Ｒを介したバッテリ１２からキャパシタ１１への給電によってキャパシタ１１を充電する。

コントローラ１４は、イグニッションスイッチ２４がオフとされて車両１が停止状態となった場合には、スタータモータ２０の駆動による内燃機関２２の再始動が必要となるアイドル停止の次回の実行の禁止（つまり、スタータモータ２０の駆動禁止）を解除する。
コントローラ１４は、イグニッションスイッチ２４がオフとされて車両１が停止状態となった場合には、コンタクタ１５を遮断状態とする。そして、例えば図１５に示す時刻ｔａ以降のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介したキャパシタ１１からバッテリ１２への給電によって、キャパシタ１１の出力電圧が所定の第１電圧に到達するまでキャパシタ１１を放電かつバッテリ１２を充電させる。なお、第１電圧は、イグニッションスイッチ２４がオンである内燃機関２２の作動時に設定されるキャパシタ１１の出力電圧である第２電圧よりも小さい。これにより、バッテリ１２の出力電圧は、キャパシタ１１からバッテリ１２への充電分の上乗せ電圧だけ高くなる。一方、キャパシタ１１の出力電圧は、第２電圧から第１電圧へと低下する。

キャパシタ１１は、放電後の出力電圧と充電後の出力電圧とが同一の場合には、放電後の自己放電量が充電後の自己放電量よりも小さくなる特性を有している。したがって、イグニッションスイッチ２４のオフ時にキャパシタ１１の放電によってキャパシタ１１の出力電圧を第２電圧から第１電圧へと低下させることにより、例えば充電によってキャパシタ１１の出力電圧を第１電圧へと増大させる場合に比べて、自己放電量を低減することができる。
また、キャパシタ１１は、出力電圧が低下することに伴い、自己放電量が低下傾向に変化する特性を有している。したがって、イグニッションスイッチ２４がオンからオフに切り替えられた前後においてキャパシタ１１の出力電圧を第２電圧から第１電圧に低下させることにより、例えばキャパシタ１１の出力電圧を増大させる場合に比べて、自己放電量を低減することができる。

上述したように、本実施の形態による車両用電源装置１０によれば、コントローラ１４は、バッテリ１２に比べて自己放電が生じ易いキャパシタ１１に対して、イグニッションスイッチ２４がオンからオフに切り替えられた内燃機関２２の停止時にキャパシタ１１からバッテリ１２への給電を行なう。これによりキャパシタ１１の出力電圧は第２電圧から第１電圧に低下するので、例えばキャパシタ１１の出力電圧が不変または増大する場合に比べて、キャパシタ１１の自己放電および自己放電に伴う暗電流を低減することができる。
特に、イグニッションスイッチ２４がオフの状態（つまり、内燃機関２２の停止状態）が長くなるほど、キャパシタ１１の自己放電の期間は長くなる。これにより、短期的にはキャパシタ１１からバッテリ１２への放電時のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の電力変換効率に応じて損失が発生することになるが、長期的には自己放電量の増大が抑制されるので、燃費を向上させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３はＨブリッジの昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであるとしたが、これに限定されず、他の構成を有する昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
例えば、上述した実施の形態において、コンタクタ１５は、他のスイッチであってもよい。

１車両
１０車両用電源装置
１１キャパシタ（第２電源）
１２バッテリ（第１電源）
１３ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４コントローラ（制御手段）
１５コンタクタ（スイッチ）
１６コンタクタリレー（開閉手段）
１７ＦＩ−ＥＣＵ
２０スタータモータ
２２内燃機関
２３電気的負荷（車両負荷）
２４イグニッションスイッチ
Ｄダイオード
Ｒ抵抗

Claims

内燃機関と、操作者の操作に応じて前記内燃機関の始動および停止を指示する信号を出力するイグニッションスイッチと、を備える車両に搭載された車両用電源装置であって、
第１電源と、
前記第１電源に並列に接続された第２電源と、
前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第１電源と前記第２電源との間に接続された、抵抗および前記第１電源から前記第２電源に向けて電流が流れるように設けられたダイオードと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに並列に接続されるとともに、前記第１電源と前記第２電源との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチを開閉する開閉手段と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記開閉手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記第２電源はキャパシタであり、
前記制御手段は、前記イグニッションスイッチから出力された信号に応じた前記内燃機関の停止時に、前記開閉手段により前記スイッチをオフにして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源から前記第１電源への給電によって、前記第２電源の出力電圧が前記第１電源の電圧よりも低い第１電圧に到達するまで前記第２電源を放電かつ前記第１電源を充電させるとともに、前記第２電源の出力電圧を最低保障電位未満に低下することを防止し、
前記イグニッションスイッチから出力された信号に応じた前記内燃機関の作動時に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介した前記第２電源の充電および放電によって、前記第２電源の出力電圧を前記第１電圧よりも大きい第２電圧に設定する、ことを特徴とする車両用電源装置。
前記第２電圧は、前記内燃機関を駆動させるためのスタータモータによって該内燃機関を始動可能とする電圧であることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
前記車両は、アイドリングストップシステムを有し、
アイドリングストップ中に、前記第２電源の出力電圧が前記第２電圧になるまで、該第２電源の電力を車両負荷に対して使用することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源装置。