JP6312597B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるべき車両用電源装置に関する。

現在、多くの車両には鉛蓄電池が搭載されている。この鉛蓄電池から、スタータモータや各種の電装品に電力が供給されている。鉛蓄電池は安価であるが、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池と比較し、サイクル寿命が短いという特性がある。アイドリングストップ機能を有した車両では充放電回数が多くなるため、鉛蓄電池の寿命は特に短くなる。

そこで鉛蓄電池と並列に、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池を接続する手法が提案されている。この並列回路において鉛蓄電池と、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池との間にスイッチを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このスイッチは主に、鉛蓄電池からスタータモータに給電する際にオフされて、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池から電装品に供給される電圧を安定化させるために使用される。またこのニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池の充放電を制御するための専用のスイッチを設けることも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１７６９５８号公報

上述の二つのスイッチの不具合は蓄電池や電装品に大きな影響を与えるため、それらスイッチが正常であるか否かを確認する必要がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、車両に搭載されるべき並列接続された蓄電部を制御するためのスイッチが正常であるかを効率的に確認する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用電源装置は、車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入される第１スイッチと、前記第１スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、前記経路と前記第２蓄電部との間に設けられる第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、起動する際、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフに制御し、その後、前記第２スイッチ、前記第１スイッチの順番でオンに制御する。

本発明の別の態様もまた、車両用電源装置である。この装置は、車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入される第１スイッチと、前記第１スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、前記経路と前記第２蓄電部との間に設けられる第２スイッチと、少なくとも前記第２蓄電部の残容量に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記発電機から本車両用電源装置へ電力が供給されていない状態において、前記第２蓄電部の残容量が設定最低容量より大きいとき、前記第２スイッチをオン、前記第１スイッチをオフに制御する。

本発明のさらに別の態様もまた、車両用電源装置である。この装置は、車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入される第１スイッチと、前記第１スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、前記経路と前記第２蓄電部との間に設けられる第２スイッチと、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部の残容量に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記発電機から本車両用電源装置へ電力が供給されている状態において、前記第１蓄電部の残容量が前記第１蓄電部の設定最低容量より小さく、かつ前記第２蓄電部の残容量が前記第２蓄電部の設定最低容量より大きいとき、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフに制御する。

本発明によれば、車両に搭載されるべき並列接続された蓄電部を制御するためのスイッチが正常であるかを効率的に確認できる。

本発明の実施の形態に係る車載用電源装置を説明するための図である。 図１の第２蓄電池制御部を説明するための図である。 第２蓄電池制御部の動作モードを説明するための図である。 第２蓄電池制御部の起動時の処理を説明するためのフローチャートである。 第２蓄電池制御部４０の起動後の処理を説明するためのテーブルである。 第２蓄電池制御部の起動後の処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置について説明する。以下の説明では当該車載用電源装置が、アイドリングストップ機能および減速エネルギー回生機能を有する車両に搭載されることを想定する。

アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。減速エネルギー回生機能は、燃料によらず慣性によりエンジンが回転している減速時に集中的に発電する機能である。即ち通常走行中はオルタネータの作動をできるだけ抑制させてエンジンの負荷を下げる。いずれの機能も燃費を向上させる効果がある。

アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、バッテリ電圧で駆動されるスタータモータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。また減速エネルギー回生機能が搭載された車両では、減速時に集中的に発動されるため、大容量で効率的な充電が可能なバッテリが求められる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置１００を説明するための図である。当該車載用電源装置１００が搭載される車両には、車載用電源装置１００に関連する部材として、オルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００が搭載される。

オルタネータ２００は、図示しないエンジンのクランク軸の回転エネルギーにより発電する。本実施の形態では主に減速中に発電する。オルタネータ２００は、発電した電力を車載用電源装置１００に供給する。

スタータ３００はエンジン始動用モータである。スタータ３００は車載用電源装置１００から供給される電力により回転し、エンジンを始動させる。運転者の操作により図示しないイグニッションスイッチがオンされると、車載用電源装置１００からスタータ３００に電力が供給され、スタータ３００が始動する。

電装品４００は、ヘッドライト、パワーステアリング、オイルポンプ、カーナビゲーションシステム、オーディオなどの車両内に搭載される各種電気負荷を示す総称である。なお本明細書では説明の便宜上、オルタネータ２００、スタータ３００、ＥＣＵ５００は電装品４００と別に描いている。電装品４００は車載用電源装置１００から供給される電力により駆動される。

ＥＣＵ５００は車両内に搭載される各種の補機、センサ、スイッチに接続され、エンジン及び各種補機を電子制御する。アイドリングストップ機能を実行する場合、ＥＣＵ５００はブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の停止または設定速度以下への減速を検出するとエンジンを停止させる。またＥＣＵ５００は、ブレーキが解除されたことを検出するとエンジンを再始動させる。その際、車載用電源装置１００からスタータ３００に電力が供給されるよう制御し、スタータ３００を作動させる。

減速エネルギー回生機能を実行する場合、ＥＣＵ５００は通常走行時、原則的にオルタネータ２００を停止させる。ＥＣＵ５００は、ブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の減速を検出するとオルタネータ２００を作動させる。なお車載用電源装置１００内のバッテリの容量が設定下限容量より低い場合は、ＥＣＵ５００は通常走行時でもオルタネータ２００を作動させる。

車載用電源装置１００は、第１蓄電池１０、第２蓄電池２０、第１蓄電池制御部３０、第２蓄電池制御部４０、第１スイッチＳ１、ダイオードＤ１、第２スイッチＳ２を含む。第１蓄電池１０は、オルタネータ２００により発電された電力を蓄え、スタータ３００及び電装品４００に給電するためのメインバッテリである。第２蓄電池２０は、オルタネータ２００により発電された電力を蓄え、電装品４００に給電するためのサブバッテリである。第１蓄電池１０と第２蓄電池２０は並列接続される。

本実施の形態では第１蓄電池１０に鉛蓄電池、第２蓄電池２０にニッケル水素蓄電池を用いることを想定する。鉛蓄電池は比較的安価、比較的広い温度範囲で動作可能、高出力などの長所があり、車両用の蓄電池として広く普及している。ただし充放電エネルギー効率が低い、過放電に弱い、サイクル寿命が短いなどの短所がある。ニッケル水素蓄電池は、充放電エネルギー効率が比較的高い、過充電および過放電に強い、使用温度範囲が広い、ＳＯＣ（State Of Charge）範囲が広い、サイクル寿命が比較的長いなどの長所がある。ただし、自己放電が大きい、メモリ効果がある、低電圧、鉛蓄電池より高価などの短所がある。

アイドリングストップ機能を採用する場合、スタータ３００の使用回数が増えるため、蓄電池の容量を増大させる必要がある。その際、単純に鉛蓄電池の容量を増大させるのではなく、性質が異なる複数種類の蓄電池を組み合わせて使用することにより、それぞれの蓄電池の短所を補いつつ蓄電池全体の容量を増大させる。

本実施の形態では鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池を組み合わせて使用する例を説明するが、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池を組み合わせて使用してもよい。リチウムイオン蓄電池は、エネルギー密度および充放電エネルギー効率が高く、高性能な蓄電池であるが、厳格な電圧・温度管理が必要である。

一般的に蓄電池はエンジンルームに設置される。エンジンルームに鉛蓄電池と一体的に設置するには、ニッケル水素蓄電池のほうがリチウムイオン蓄電池より適している。エンジンルームはエンジン作動時に温度が上昇するが、ニッケル水素蓄電池のほうがリチウムイオン蓄電池より高温耐性がある。なお、鉛蓄電池と並列接続されるリチウムイオン蓄電池をエンジンルームから離れた位置に設置することも考えられるが、その場合、配線抵抗による損失が大きくなる。

第１スイッチＳ１は、第１蓄電池１０の充放電端子と第２蓄電池２０の充放電端子との間の経路Ｐ１に挿入される。この経路Ｐ１にはオルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００も接続され、第１蓄電池１０、第２蓄電池２０、オルタネータ２００、スタータ３００、電装品４００との間の共通の電流路となる。第１スイッチＳ１にはリレーまたは半導体スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））を用いることができる。本実施の形態ではリレーを用いることを想定する。

第１スイッチＳ１は、エンジンのクランキング時およびアイドリングストップ状態からの再始動時に、上記経路Ｐ１の電圧が所定電圧以下に下がらないよう電圧補償するために設けられる。一般的に上述の経路Ｐ１は１２Ｖに設計される。電装品４００の中には、カーナビゲーションシステムなど１０Ｖ程度まで電圧が下がると、リセットされてしまうものがある。これに対してスタータ３００の作動時、第１スイッチＳ１をオフすることにより第２蓄電池２０の充放電端子の電位が安定し、電装品４００に安定した電圧を供給し続けることができる。

ダイオードＤ１は、第１スイッチＳ１と並列に設けられる。ダイオードＤ１のカソード側が第２蓄電池２０側、アノード側が第１蓄電池１０側になる向きに接続される。第１スイッチＳ１がオフの状態においてダイオードＤ１を介して、オルタネータ２００、スタータ３００および第１蓄電池１０側から、第２蓄電池２０および電装品４００側へは電流が流れるが、その逆には電流が流れないことになる。

ダイオードＤ１は、第１スイッチＳ１の保護用ダイオードとして作用する。オルタネータ２００から上記経路Ｐ１に第１スイッチＳ１の定格以上の大電流が流入した際に、第１スイッチＳ１を保護する。また第１スイッチＳ１がオフ、第２スイッチＳ２がオンの状態、即ち第２蓄電池２０のみから電装品４００に電力供給している状態において、第２蓄電池２０に不具合が発生した場合に、ダイオードＤ１は電装品４００の電圧を維持する作用を発揮する。なお第１スイッチＳ１にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ダイオードＤ１は当該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードであってもよい。

第２スイッチＳ２は、上記経路Ｐ１における第１スイッチＳ１と電装品４００との間のノードと、第２蓄電池２０との間に設けられる。第２スイッチＳ２にもリレーまたは半導体スイッチング素子を用いることができる。本実施の形態ではリレーを用いることを想定する。

第２スイッチＳ２は第２蓄電池２０の過充電および過放電を防止するために設けられる。また駐車時にオフすることにより、第２蓄電池２０から暗電流が流れることを防止する作用も有する。ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池は、鉛蓄電池より内部抵抗が低く電流が流れやすいため、過充電または過放電になりやすい。

第１蓄電池制御部３０は第１蓄電池１０を管理制御する。具体的には第１蓄電池１０の電圧、電流、温度を取得し、第１蓄電池１０の残容量および異常発生の有無を監視する。第１蓄電池制御部３０は、第１蓄電池１０の残容量を第２蓄電池制御部４０に通知するとともに、第１蓄電池１０の正常または異常をＥＣＵ５００に通知する。第１蓄電池制御部３０、第２蓄電池制御部４０、ＥＣＵ５００間は例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）により通信される。

第２蓄電池制御部４０は第２蓄電池２０を管理制御する。以下、第２蓄電池制御部４０をより具体的に説明する。

図２は、図１の第２蓄電池制御部４０を説明するための図である。第２蓄電池制御部４０は、キー入力検出回路４１、ハイサイドスイッチ４２、定電圧生成回路４３、電池状態検出回路４４、通信インタフェース４５、ＣＰＵ４６、メモリ４７、スイッチ制御回路４８を含む。

キー入力検出回路４１は、イグニッションキーの抜挿を検出する。キー入力検出回路４１は、運転者によりイグニッションキーが挿入されるとハイサイドスイッチ４２をオンに制御し、イグニッションキーが抜かれるとハイサイドスイッチ４２をオフに制御する。なおキー入力検出回路４１は、キーポジションがＯＦＦではハイサイドスイッチ４２をオフに維持し、ＡＣＣ、ＯＮまたはＳＴＡＲＴでハイサイドスイッチ４２をオンに制御してもよい。

ハイサイドスイッチ４２は上記経路Ｐ１と、定電圧生成回路４３およびスイッチ制御回路４８との間に設けられる。ハイサイドスイッチ４２はオンに制御されると、上記経路Ｐ１の電圧を定電圧生成回路４３およびスイッチ制御回路４８に供給する。

定電圧生成回路４３はＣＰＵ４６およびスイッチ制御回路４８の電源電圧を生成する。例えば、上記経路Ｐ１の１２Ｖ電圧を３〜５Ｖ程度の電圧に降圧する。定電圧生成回路４３には例えば三端子レギュレータを用いることができる。

このようにイグニッションキーが差し込まれることによりＣＰＵ４６に電源が供給され、第２蓄電池制御部４０は起動する。

電池状態検出回路４４は、第２蓄電池２０の電圧、電流、温度を取得する。第２蓄電池２０には図示しないシャント抵抗が設けられ、当該シャント抵抗の両端電圧を監視することにより第２蓄電池２０に流れる電流を検出できる。また第２蓄電池２０には図示しないサーミスタが設けられ、第２蓄電池２０の温度を検出できる。電池状態検出回路４４は、第２蓄電池２０の電圧、電流、温度をＣＰＵ４６に通知する。

通信インタフェース４５は第２蓄電池制御部４０と、他の制御回路（本実施の形態では第１蓄電池制御部３０、ＥＣＵ５００）と通信するためのインタフェースである。通信インタフェース４５は外部から受信した情報をＣＰＵ４６に伝達するとともに、ＣＰＵ４６から出力された情報を外部に伝達する。

本実施の形態では通信インタフェース４５は、第１蓄電池制御部３０から第１蓄電池１０の状態（例えば、第１蓄電池１０の残容量としてのＳＯＣ（State Of Charge）を受信する。またＥＣＵ５００から車両の状態情報を受信する。

また通信インタフェース４５は、第２蓄電池２０または第２蓄電池制御部４０の異常検出をＥＣＵ５００に送信する。また第２蓄電池２０の状態情報（例えば、電圧、電流、温度）をＥＣＵ５００に送信する。また第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフ情報をＥＣＵ５００に送信する。またオルタネータ２００による発電要求をＥＣＵ５００に送信する。

ＣＰＵ４６は第２蓄電池制御部４０全体を制御する。特に第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフ制御、第２蓄電池２０の状態管理などを行う。メモリ４７は、ＣＰＵ４６により実行される制御プログラムおよびＣＰＵ４６により生成されるデータを保持する。

スイッチ制御回路４８は、ＣＰＵ４６による指示にしたがい第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフを切り換える。第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がリレーの場合はリレーコイルへの通電／非通電を制御し、半導体スイッチング素子の場合はゲート電圧を制御する。

図３は、第２蓄電池制御部４０の動作モードを説明するための図である。本実施の形態では９種類の動作モードを規定している。”No Power Supply”モードＭ１は、上記経路Ｐ１に電圧が印加されていない状態である。第１蓄電池１０および第２蓄電池２０が上記経路Ｐ１に接続されていない状態および第１蓄電池１０および第２蓄電池２０が空の状態で”No Power Supply”モードＭ１となる。

”SLEEP”モードＭ２は、上記経路Ｐ１に電圧が印加されているが、第２蓄電池制御部４０が起動していない状態である。”SelfWakeup”モードＭ３は、Self Wakeup triggerにより第２蓄電池制御部４０が起動した状態である。Wakeup finishedにより”SelfWakeup”モードＭ３から”SLEEP”モードＭ２に復帰する。Self Wakeup trigger及びWakeup finishedは一定期間ごとに発行されるように設定される。第２蓄電池制御部４０は、一定期間ごとに起動し、第２蓄電池２０の残容量確認などを行うことができる。

”SLEEP”モードＭ２または”SelfWakeup”モードＭ３において、イグニッションキーが挿入されると第２蓄電池制御部４０が起動し、”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４に遷移する。”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４は、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がともにオフ状態のモードである。

”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４において、第２スイッチＳ２がオンに制御されると”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ５に遷移し、第１スイッチＳ１がオンに制御されると”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ６に遷移する。

”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ５において、第２スイッチＳ２がオフに制御されると”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４に遷移し、第１スイッチＳ１がオンに制御されると”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ７に遷移する。

”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ６において、第１スイッチＳ１がオフに制御されると”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４に遷移し、第２スイッチＳ２がオンに制御されると”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ７に遷移する。

”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ７において、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフに制御されると”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４に遷移し、第１スイッチＳ１がオフに制御されると”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ５に遷移し、第２スイッチＳ２がオフに制御されると”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ６に遷移する。

第２蓄電池制御部４０が正常に動作している間は、”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４、”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ５、Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ６、”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ７の間で遷移する。

”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４、”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ５、Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ６または”Ｓ１：ＯＮ、Ｓ２：ＯＮ”モードＭ７において、第２蓄電池２０、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２または第２蓄電池制御部４０の内部回路にエラーが検出されると、”Emergency OFF”モードＭ８に遷移する。

”Emergency OFF”モードＭ８では、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフに制御される。なおエラー内容により、いずれか一方のオフで足りる場合はいずれか一方のみがオフに制御されてもよい。また”Emergency OFF”モードＭ８では、エラー検出がＥＣＵ５００に通知される。ＥＣＵ５００は当該通知を受信すると、オルタネータ２００の停止制御、運転者へのアラート通知などを行う。当該エラーが解消されると”Emergency OFF”モードＭ８から”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４に遷移する。

”Ｓ１：ＯＦＦ、Ｓ２：ＯＦＦ”モードＭ４または”Emergency OFF”モードＭ８おいて、イグニッションキーが抜かれると”Power Latch”モードＭ９に遷移する。”Power Latch”モードＭ９では、第２蓄電池２０のＳＯＣなどの情報が不揮発メモリに書き込まれ、”SLEEP”モードＭ２に遷移する。

図４は、第２蓄電池制御部４０の起動時の処理を説明するためのフローチャートである。第２蓄電池制御部４０は、イグニッションキーが挿入されると起動する（Ｓ１０のＹ）。第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２をオフに制御する（Ｓ１２）。なお起動した際に第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフであれば、その状態を維持する。

第２蓄電池制御部４０は、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフの状態で第２蓄電池２０に流れる電流を測定する（Ｓ１４）。その後、第２蓄電池制御部４０は第２スイッチＳ２をオンに制御する（Ｓ１６）。第２蓄電池制御部４０は、第１スイッチＳ１がオフおよび第２スイッチＳ２がオンの状態で第２蓄電池２０に流れる電流を測定する（Ｓ１８）。

第２蓄電池制御部４０は、第２スイッチＳ２のオン制御の前後で、第２蓄電池２０に流れる電流の変化を検出し、その変化が設定電流値以上であるか否か判定する（Ｓ２０）。その変化が設定電流値未満であれば（Ｓ２０のＮ）、第２スイッチＳ２の異常をＥＣＵ５００に通知する（Ｓ２２）。

第２スイッチＳ２が正常であれば、第２スイッチＳ２がオフの状態では第２蓄電池２０に電流は流れず、第２スイッチＳ２がオンの状態では第２蓄電池２０に電流が流れる。一方、第２スイッチＳ２（リレーの場合）の接点の固着、オープン故障、スイッチ制御回路４８の故障、スイッチ制御回路４８と第２スイッチＳ２との間の断線などの不具合がある場合、第２スイッチＳ２のオン制御に関係なく、第２蓄電池２０に電流が流れないか、または流れ続けることになる。即ち、オン制御の前後で電流が変化しない。

従って第２スイッチＳ２のオン制御の前後で電流に変化がない場合は、第２スイッチＳ２自体またはその制御系に異常が発生していると推測できる。上述の設定電流値は設計者による実験またはシミュレーションにより決定された値に設定される。

ステップＳ２０にて電流の変化が設定電流値以上である場合（Ｓ２０のＹ）、第２蓄電池制御部４０は第２スイッチＳ２を正常と判定する。次に、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１がオフおよび第２スイッチＳ２がオンの状態で、第１スイッチＳ１の両端電圧を測定する（Ｓ２４）。第１スイッチＳ１の両端電圧は、第１蓄電池１０の電圧と、第２蓄電池２０の電圧との差分電圧により特定できる。

その後、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオンに制御する（Ｓ２６）。第２蓄電池制御部４０は、第１スイッチＳ１がオンおよび第２スイッチＳ２がオンの状態で、第１スイッチＳ１の両端電圧を測定する（Ｓ２８）。

第２蓄電池制御部４０は、第１スイッチＳ１のオン制御の前後で、第１スイッチＳ１の両端電圧の変化を検出し、その変化が設定電圧値以上であるか否か判定する（Ｓ３０）。その変化が設定電圧値未満であれば（Ｓ３０のＮ）、第１スイッチＳ１の異常をＥＣＵ５００に通知する（Ｓ３２）。

第１スイッチＳ１が正常であれば、第１スイッチＳ１がオフの状態では第１スイッチＳ１の両端電圧はダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆになり、第１スイッチＳ１がオンの状態では第１スイッチＳ１の両端電圧は略ゼロになるはずである。一方、第１スイッチＳ１（リレーの場合）の接点の固着、オープン故障、スイッチ制御回路４８の故障、スイッチ制御回路４８と第１スイッチＳ１の間の断線などの不具合がある場合、第１スイッチＳ１のオン制御の前後で電圧が変化しない。

従って第１スイッチＳ１のオン制御の前後で電圧に変化がない場合は、第１スイッチＳ１自体またはその制御系に異常が発生していると推測できる。上述の設定電圧値は設計者による実験またはシミュレーションにより決定された値に設定される。

ステップＳ３０にて電圧の変化が設定電圧値以上である場合（Ｓ３０のＹ）、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１を正常と判定し、起動処理を終了する。

図５は、第２蓄電池制御部４０の起動後の処理を説明するためのテーブルである。図６は、第２蓄電池制御部４０の起動後の処理を説明するためのフローチャートである。第２蓄電池制御部４０は、オルタネータ２００から車載用電源装置１００へ電力が回生されているか否か、第１蓄電池１０の残容量および第２蓄電池２０の残容量に応じて、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフを決定する。

図６にて第２蓄電池制御部４０は、ＥＣＵ５００から通知されるオルタネータ２００の状態情報にもとづき、オルタネータ２００が車載用電源装置１００へ電力を回生しているか否か特定する（Ｓ４０）。また第２蓄電池制御部４０は、第１蓄電池制御部３０から第１蓄電池１０の残容量を取得し、第２蓄電池２０から検出される電流値、電圧値をもとに第２蓄電池２０の残容量を特定する（Ｓ４２）。第２蓄電池制御部４０は、図４に示すテーブルを参照して第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフを決定する（Ｓ４４）。

図５において、まず非回生時について説明する。非回生時は第１蓄電池１０および第２蓄電池２０に充電されず、第１蓄電池１０および第２蓄電池２０から放電されることになる。第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値以上であり、第２蓄電池２０の残容量もその設定下限容量値以上である場合、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオフに、第２スイッチＳ２をオンに制御する。電装品４００へは第２蓄電池２０から優先的に給電することにより、第１蓄電池１０（本実施の形態では鉛蓄電池）の放電を減らし、第１蓄電池１０の寿命を延ばすことができる。

第１蓄電池１０（本実施の形態では鉛蓄電池）の設定下限容量値は、例えばＳＯＣ＝８０％程度に設定する。鉛蓄電池はＳＯＣが低い状態で使用すると劣化が早まるため、高めに設定する。第２蓄電池２０（本実施の形態ではニッケル水素蓄電池）の設定下限容量値は、例えばＳＯＣ＝２０％程度に設定する。ニッケル水素蓄電池はＳＯＣが低い状態で使用しても鉛蓄電池ほど劣化が進まないため、低めに設定できる。

第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値以上であり、第２蓄電池２０の残容量がその設定下限容量値未満である場合、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオンに、第２スイッチＳ２をオフに制御する。これにより、第２蓄電池２０の過放電を防止する。なおエンジン始動時は、第１スイッチＳ１をオフに、第２スイッチＳ２をオンに制御してもよい。

第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値未満であり、第２蓄電池２０の残容量がその設定下限容量値以上である場合、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオフに、第２スイッチＳ２をオンに制御する。これにより、第１蓄電池１０の過放電を防止する。鉛蓄電池では過放電すると電圧が低下してくる。

なお第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値未満であり、第２蓄電池２０の残容量もその設定下限容量値未満である場合は基本的に発生しない。ＥＣＵ５００がその状態が発生しないようオルタネータ２００を制御するためである。ただしＥＣＵ５００は、オルタネータ２００により発電された電力が第１蓄電池１０または第２蓄電池２０のいずれに充電されるかは制御できない。

次に回生時について説明する。回生時はオルタネータ２００により発電された電力により、第１蓄電池１０および第２蓄電池２０が充電される。第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値以上であり、第２蓄電池２０の残容量もその設定下限容量値以上である場合、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオンに、第２スイッチＳ２をオンに制御する。なお図示しないが第２蓄電池２０の残容量がその設定上限容量値を超える場合、第１スイッチＳ１をオフに制御する。第２蓄電池２０から優先的に放電させるため第２スイッチＳ２はオンに制御する。第２蓄電池２０（本実施の形態ではニッケル水素蓄電池）の設定上限容量値は、例えばＳＯＣ＝６０％程度に設定する。

第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値以上であり、第２蓄電池２０の残容量がその設定下限容量値未満である場合も、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオンに、第２スイッチＳ２をオンに制御する。なお図示しないが第２蓄電池２０の残容量がその設定上限容量値を超える場合、第１スイッチＳ１をオフに制御する。

第１蓄電池１０の残容量がその設定下限容量値未満であり、第２蓄電池２０の残容量がその設定下限容量値以上である場合、第２蓄電池制御部４０は第１スイッチＳ１をオンに、第２スイッチＳ２をオフに制御する。これにより、第１蓄電池１０を優先的に充電できる。

図６に戻る。第２蓄電池制御部４０は、決定した第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフにもとづき、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２を制御する（Ｓ４６）。以上のステップＳ４０〜ステップＳ４６までの処理がスリープ状態に移行されるまで（Ｓ４８のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ４８のＮ）。

以上説明したように本実施の形態によれば、第２蓄電池制御部４０の起動時に、第２スイッチＳ２、第１スイッチＳ１の順番で故障判定を行うことにより、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の故障判定を効率的に行うことができる。仮に第１スイッチＳ１の故障判定を先に行う場合、第２スイッチＳ２は基本的にオフされているため、第１スイッチＳ１の第２蓄電池２０側の電圧値を、第２蓄電池２０から検出することができない。

従って第１スイッチＳ１の第２蓄電池２０側に別の電圧検出ラインを設けるか、第２スイッチＳ２をオンに制御する必要がある。前者はコスト増を招き、後者はその後の第２スイッチＳ２の故障判定で第２スイッチＳ２を再度オフに制御する必要がある。本実施の形態では第２蓄電池２０を積極的に使用することを基本としているため、第２スイッチＳ２はオン状態が基本である。従って第２スイッチＳ２の故障判定の後、第２スイッチＳ２を再度オンに制御する必要がある。

この点、第２スイッチＳ２の故障判定を先に行うと、その故障判定終了後の状態で第２スイッチＳ２がオン状態となっているため、第１スイッチＳ１の両端電圧を第１蓄電池１０および第２蓄電池２０の端子電圧から検出することができる。即ち、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の無駄なオン／オフ制御なしに、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の故障判定を行うことができる。

また第１蓄電池１０および第２蓄電池２０の残容量に応じて、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオン／オフを制御することにより、第１蓄電池１０および第２蓄電池２０の過放電または過充電を抑制できる。また第２蓄電池２０（本実施の形態ではニッケル水素蓄電池）から効率よく放電することができ、第１蓄電池１０（本実施の形態では鉛蓄電池）の寿命を延ばすことができる。

また第２蓄電池２０の残容量がその設定上限容量値を超える場合、第１スイッチＳ１をオフに制御することにより第２蓄電池２０の過充電を抑制できる。反対に第２蓄電池２０の残容量がその設定下限容量値未満の場合、第２スイッチＳ２をオフに制御することにより第２蓄電池２０の過放電を抑制できる。その後、オルタネータ２００からの電力回生が始まると第２スイッチＳ２をオンに制御することにより、第２蓄電池２０を充電できる。また駐車時に第２スイッチＳ２をオフに制御することにより、第２蓄電池２０から流れる暗電流を防止し、第２蓄電池２０の過放電を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では第１蓄電池１０と第２蓄電池２０をそれぞれ第１蓄電池制御部３０と第２蓄電池制御部４０の二つの制御回路で管理制御する例を説明したが、第１蓄電池１０と第２蓄電池２０を一つの制御回路で管理制御してもよい。

また上述の実施の形態では第１蓄電池１０と並列にニッケル水素蓄電池を用いる例を説明したが、ニッケル水素蓄電池の代わりにキャパシタ（例えば、電気二重層キャパシタ）を用いてもよい。

上記経路Ｐ１と第２スイッチＳ２との間、または第２スイッチＳ２と第２蓄電池２０との間にヒューズを挿入してもよい。この場合、第２スイッチＳ２が故障した場合においても大電流から第２蓄電池２０を保護することができる。

１００ 車載用電源装置、 ２００ オルタネータ、 ３００ スタータ、 ４００ 電装品、 ５００ ＥＣＵ、 １０ 第１蓄電池、 ２０ 第２蓄電池、 ３０ 第１蓄電池制御部、 ４０ 第２蓄電池制御部、 Ｓ１ 第１スイッチ、 Ｓ２ 第２スイッチ、 Ｄ１ ダイオード、 ４１ キー入力検出回路、 ４２ ハイサイドスイッチ、 ４３ 定電圧生成回路、 ４４ 電池状態検出回路、 ４５ 通信インタフェース、 ４６ ＣＰＵ、 ４７ メモリ、 ４８ スイッチ制御回路。

Claims (3)

1. 車両内の発電機により発電される電力を蓄え、エンジン始動用モータおよび車両内の電装品に給電するための第１蓄電部と、
   前記第１蓄電部と並列に接続され、前記発電機により発電される電力を蓄え、車両内の電装品に給電するための第２蓄電部と、
   前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間の経路に挿入される第１スイッチと、
   前記第１スイッチと並列に、カソード側が前記第２蓄電部側になるよう接続されるダイオードと、
   前記経路と前記第２蓄電部との間に設けられる第２スイッチと、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、起動する際、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフに制御し、その後、前記第２スイッチ、前記第１スイッチの順番でオンに制御するように構成されると共に、
   前記制御部は、起動する際、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオフの状態で前記第２蓄電部に流れる電流を測定し、その後、前記第２スイッチがオンに制御された際に、前記第２蓄電部に流れる電流を測定し、その電流変化に応じて前記第２スイッチが正常であるか否か判定することを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記制御部は、前記第１スイッチがオフおよび前記第２スイッチがオンの状態で前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との電位差を測定し、その後、前記第１スイッチをオンに制御し、その状態で前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との電位差を測定し、その電位差の変化に応じて前記第１スイッチが正常であるか否か判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記第１蓄電部は鉛蓄電池を含み、前記第２蓄電部はニッケル水素蓄電池を含む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。

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