JP6573279B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電装系に必要な電力を供給するための電源装置に関する。

一般に、車両には、当該車両に実装された各種電気負荷に必要な電力を供給するために、電力源となる発電機と、発電機が発電した電力を蓄える蓄電装置とが搭載される。従来、蓄電装置としては鉛バッテリが用いられている。近時では、鉛バッテリが大電力の充放電に不向きである等の理由から、主蓄電装置である鉛バッテリに加えて、電力の充放電に適した二次電池、例えばニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリ等、またはキャパシタが、副蓄電装置として用いられることも増えつつある。

主蓄電装置と副蓄電装置とを併用する電源装置では、両蓄電装置を発電機に対して並列に接続し、発電機が何れの蓄電装置も充電できるように、また何れの蓄電装置からでも電気負荷に給電できるように構成する。発電機と副蓄電装置との間には、両者の電気的な接続を断接切換できるよう、電磁リレーに代表されるスイッチを介在させる（例えば、下記特許文献を参照）。副蓄電装置は、特に、車両の回生制動によって生み出される電力を効果的に回収する役割を担っている。

特開２０１５−１４４５２４号公報

車両のＮＶ（Ｎｏｉｓｅ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）性能の向上を図るとともに、スイッチの経年劣化を抑制してその寿命を引き延ばすべく、雑音の発生源となるスイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り換え操作の回数・頻度をできる限り削減することが求められている。そのために、内燃機関及び車両の運転中、極力スイッチをＯＮにしたままの状態に維持したいという要望がある。

他方、主蓄電装置の充電量（または、端子電圧）が低下して主蓄電装置を充電する必要が生じたときに、スイッチがＯＮであると、発電機の発電する電力が主蓄電装置のみならず副蓄電装置にも供給されることになる。副蓄電装置が不必要に充電されて電荷を受け入れ可能な空き容量が減少すると、車両が減速する際に車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して副蓄電装置に回収することができなくなり、実燃費の悪化を招く。加えて、副蓄電装置が過充電されて発熱し、性能の低下や損傷を招くおそれも否定できない。

副蓄電装置の空き容量を少しでも多く確保し、また過充電を防止するためには、発電機の出力電圧を予め低く抑えておくことが考えられる。しかし、当然ながら、発電機の出力電圧が低いと、主蓄電装置が満充電されるまでに要する時間が長くなる。主蓄電装置が鉛バッテリである場合、その充電量の回復の遅れが当該鉛バッテリの寿命を縮めてしまう懸念がある。無論、充電時間の延長は、発電機を駆動する内燃機関の燃料消費量を増加させることにもつながり得る。

本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであり、発電機と副蓄電装置との間を断接切換するスイッチを極力ＯＮにした状態に維持しつつ、主蓄電装置の充電量を回復させるための充電期間の長さをより短縮することを所期の目的としている。

本発明では、車両に搭載された内燃機関の出力軸の回転に連動して回転する発電機と、発電機に接続する主蓄電装置と、発電機との間に断接切換可能なスイッチを介在させた態様で主蓄電装置と並列に発電機に接続する副蓄電装置と、主蓄電装置の充電が必要な場合に発電機が発電する電力を主蓄電装置に供給し、主蓄電装置の現在の充電量がある上限値に到達するまでこれを充電する制御を実施する制御部とを具備し、前記制御部が、主蓄電装置の充電期間中、副蓄電装置の保護を図るべき所定の保護条件が成立していないときの発電機の出力電圧を、同保護条件が成立しているときの発電機の出力電圧よりも高く設定し、なおかつ、同保護条件が成立しているときには、所定量の電荷が発電機から主蓄電装置に供給されまたは主蓄電装置の現在の充電量が前記上限値よりは少ない所定値まで回復したことを条件として発電機による主蓄電装置の充電を打ち切るとともに、その打ち切り後に同保護条件が成立しなくなったときに発電機による主蓄電装置の充電を再開することを特徴とする車両用電源装置車両用電源装置を構成した。

本発明によれば、発電機と副蓄電装置との間を断接切換するスイッチを極力ＯＮにした状態に維持しながら、主蓄電装置の充電量を回復させるための充電期間の長さをより短縮することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御部の概略構成を示す図。 同実施形態における内燃機関と発電機兼電動機との接続の構造を模式的に示す図。 同実施形態の車両用電源装置の電気回路を示す図。 同実施形態の制御部が実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す車両用内燃機関１００は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

図２に示すように、本実施形態における内燃機関１００には、スタータモータ（セルモータ）１４０、発電機兼電動機であるＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ。または、モータジェネレータ）１１０及びコンプレッサ１３０その他の補機が付随している。

スタータモータ１４０は、主として冷間始動時（運転者がイグニッションスイッチまたはイグニッションキーを操作して内燃機関１００を始動）に内燃機関１００のクランクシャフト１０を回転駆動する、クランキング専用の電動機である。スタータモータ１４０は、その出力軸にピニオンギア１４１を有し、このピニオンギア１４１が内燃機関１００の出力軸であるクランクシャフト１０に固定されたリングギア１０３に噛合することで、クランクシャフト１０に回転駆動力を伝達する。ピニオンギア１４１は、スタータモータ１４０による内燃機関１００のクランキング中以外は、リングギア１０３から離脱している。

ＩＳＧ１１０は、クランクシャフト１０ひいては車両の車軸（そして、駆動輪）を駆動する電動機としての機能と、クランクシャフト１０から駆動力の伝達を受けて発電する発電機としての機能とを兼ね備える。ＩＳＧ１１０は、巻掛伝動機構１１２、１１３、１０１を介して内燃機関１００のクランクシャフト１０の一端側と接続している。

ＩＳＧ１１０は、例えばインナーロータ方式の交流同期機であり、永久磁石及びロータコイル（励磁（界磁）巻線）１１６を両備したロータ（回転子）と、ロータの外周面に対向する三相交流のステータコイル（固定子巻線）１１５を備えたステータ（固定子）とを要素としてなる。ロータは、ロータ軸１１１の外周に固着している。ロータ軸１１１及びクランクシャフト１０には、それぞれプーリ（または、スプロケット）１１２、１０１が固着しており、これらプーリ１１２、１０１に巻き掛けたベルト（または、チェーン）１１３により、クランクシャフト１０とロータ軸１１１との間で相互に（双方向に）回転駆動力を伝達する。

ＩＳＧ１１０は、主としてアイドルストップした内燃機関１００の再始動時や、車軸に供給する走行駆動力を増強するモータアシスト時に、車載の蓄電装置６１から電力の供給を受けてクランクシャフト１０を回転駆動する。翻って、クランクシャフト１０により回転駆動されて発電する場合には、その発電した電力を同蓄電装置６１に充電する。車両が減速する際には、ＩＳＧ１１０による回生制動を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収することができる。

蓄電装置６１は、バッテリ及び／またはキャパシタを含む。本実施形態では、車両に、主蓄電装置６１１及び副蓄電装置６１２を搭載している。主蓄電装置６１１は、例えば車両用として周知の鉛バッテリ等である。副蓄電装置６１２は、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリ、キャパシタ等である。この副蓄電装置６１２は、主蓄電装置６１１では必ずしも回収できない回生電力を回収して蓄えることができる。主蓄電装置６１１の定格電圧と、副蓄電装置６１２の定格電圧とは同等とし、例えば１２Ｖとする。

副蓄電装置６１２とＩＳＧ１１０等とを接続する電気回路上には、断接切換可能なスイッチ６１３を設けてある。スイッチ６１３は、例えばリレーや半導体スイッチング素子（パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴその他のパワーデバイス）である。このスイッチ６１３は、内燃機関１００の冷間始動時及び冷間始動直後の時期には切断（開放）されており、主蓄電装置６１１が満充電または満充電に近い状態まで充電された後にはじめて接続される。

車両に実装されているエアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ１３０もまた、ＩＳＧ１１０と同様、巻掛伝動機構１０２、１３４、１３３を介して内燃機関１００のクランクシャフト１０の一端側と接続している。コンプレッサ１３０の入力軸１３２及びクランクシャフト１０には、それぞれプーリ（または、スプロケット）１３３、１０２が固着しており、これらプーリ１３３、１０２に巻き掛けたベルト（または、チェーン）１３４によって、クランクシャフト１０から入力軸１３２に回転駆動力を伝達する。ベルト１３４は、コンプレッサ１３０以外の補機である潤滑油ポンプ（図示せず）や冷却水ポンプ（図示せず）等にも駆動力を伝達することがある。なお、コンプレッサ１３０の本体と入力軸１３２との間には、断接切換可能なマグネットクラッチ１３１を設けており、エアコンディショナを稼働しないときには当該クラッチ１３１を切断する。

内燃機関１００と車軸とを繋ぐトランスミッション１２０は、クランクシャフト１０の他端側に設置する。

周知の通り、車両には各種の電気負荷７が実装されている。電気負荷７の具体例としては、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、ストップランプ（ブレーキランプ）、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置、等が挙げられる。これら電気負荷７は、発電機として働くＩＳＧ１１０及び／または蓄電装置６１から、必要な電力の供給を受ける。

図３に、ＩＳＧ１１０の等価回路を示す。ＩＳＧ１１０を発電機として動作させる場合、三相コイルであるステータコイル１１５には三相交流の誘起電流が発生する。この誘起電流は、ダイオードを用いた整流器１１３によって直流電流とした上で蓄電装置６１や電気負荷７に供給される。

ＩＳＧ１１０に付帯するコントローラ１１４は、本実施形態の制御部たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０から発される、ＩＳＧ１１０の出力電圧の目標値を指令する制御信号ｎを受け付ける。そして、その指令された目標電圧に蓄電装置６１の端子電圧（換言すれば、電装系に供給する電源電圧）を追従せしめるべく、半導体スイッチング素子１１９をスイッチ動作させてロータコイル１１６に印加する励磁電流の大きさを調節するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を実施する。ＩＳＧ１１０の出力電圧即ちステータコイル１１５に誘起される発電電圧は、ロータコイル１１６を流れる励磁電流が大きいほど大きくなる。

発電機として作動するＩＳＧ１１０は、内燃機関１００から見れば機械的な負荷となる。ＩＳＧ１１０の出力電圧が蓄電装置６１の端子電圧を超越するとき、蓄電装置６１が充電され、かつＩＳＧ１１０から電気負荷７に電力が供給される。つまり、ＩＳＧ１１０がクランクシャフト１０の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。蓄電装置６１への充電量及び電気負荷７への給電量は、ＩＳＧ１１０の出力電圧と蓄電装置６１の端子電圧との電位差に依存する。

逆に、ＩＳＧ１１０の出力電圧が蓄電装置６１の端子電圧に満たないかこれに近いときには、蓄電装置６１が充電されず、またＩＳＧ１１０から電気負荷７に電力が供給されない（蓄電装置６１から電気負荷７に電力供給されることはある）。つまり、ＩＳＧ１１０がクランクシャフト１０の回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。要するに、ＥＣＵ０からＩＳＧ１１０に高い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するＩＳＧ１１０の機械負荷が増し、低い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するＩＳＧ１１０の機械負荷が減る。

ＩＳＧ１１０は、通常、電装系のシステム電圧を予め定められた目標電圧以上に維持するべく発電を行う。例えば、目標電圧が１２．５Ｖであるとして、蓄電装置６１（特に、主蓄電装置６１１）の端子電圧がこれを上回る１２．８Ｖである状況下では、積極的に発電を行わない。そして、電気負荷７が増大し、蓄電装置６１の端子電圧が１２．５Ｖを下回るような状況下において発電を行い、システム電圧を１２．５Ｖに回復させる。詳しくは後述するが、内燃機関１００により駆動されたＩＳＧ１１０が蓄電装置６１を充電するときの発電電圧は、例えば１４．５Ｖまたは１３．５Ｖとする。

因みに、コントローラ１１４は、電気負荷７の増大等に伴いＩＳＧ１１０による発電量を増加させる際、励磁電流をステップ的に急増させるのではなく、励磁電流を徐々に増大させる徐励機能を有する。この徐励機能により、内燃機関１００に対する機械的な負荷の一時的な集中を避け、アイドル運転ないし低負荷運転領域におけるエンジン回転の低落を防いでいる。

また、コントローラ１１４は、ＥＣＵ０から発される、励磁電流の上限値を指令する制御信号ｎを受け付けるとともに、ロータコイル１１６を流れる励磁電流の大きさをセンサ１１７を介して検出し、励磁電流を指令された上限値以下に規制する。励磁電流に上限を設けるのは、内燃機関１００に対する機械的な負荷が過大となってエンジン回転が不安定化することを予防する意図である。故に、例えば、冷媒圧縮用コンプレッサ１３０の作動時と非作動時とでは、前者の方が励磁電流の上限値が低くなる。

励磁電流の上限値へのクリップは、ＩＳＧ１１０の発電電圧の目標電圧値への追従に優先する。つまり、コントローラ１１４は、蓄電装置６１の端子電圧が未だＥＣＵ０から指令された目標電圧未満であるとしても、ロータコイル１１６を流れる励磁電流が既にＥＣＵ０から指令された上限に達している場合には、それ以上励磁電流を増大させない。

他方、ＩＳＧ１１０をクランクシャフト１０を駆動する電動機として動作させる場合には、ロータコイル１１６に所要の励磁電流を通電しつつ、ステータコイル１１５に半導体スイッチング素子を用いたインバータ１１８を介して三相交流電流を印加して、ロータの周囲に回転磁界を発生させる。インバータ１１８の各相のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチはそれぞれ、コントローラ１１４によって点弧／消弧される。このときのコントローラ１１４は、ＥＣＵ０から発される、電動機として働くＩＳＧ１１０の出力のレベルを指令する制御信号ｎを受け付ける。そして、その指令された出力レベルにＩＳＧ１１０の出力を追従せしめるべく、ロータコイル１１６に印加する励磁電流の大きさ、及び／または、ステータコイル１１５に印加する三相電流の大きさを調節するＰＷＭ制御を実施する。内燃機関１００のクランクシャフト１０に回転駆動力を付与するＩＳＧ１１０の出力は、ロータコイル１１６を流れる励磁電流が大きいほど大きくなり、またステータコイル１１５を流れる三相電流が大きいほど大きくなる。

ＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。その入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフト１０の回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサ（エンジン回転センサ）から出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関１００に対する要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出するセンサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、ブレーキペダルが踏まれたことを検出するスイッチまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ信号ｆ、主蓄電装置６１１の端子電圧及び／または端子電流（特に、バッテリ電圧やバッテリ電流）を検出するセンサから出力される電圧／電流信号ｇ、副蓄電装置６１２の端子電圧及び／または端子電流（特に、バッテリ電圧やバッテリ電流）を検出するセンサから出力される電圧／電流信号ｈ、ＩＳＧ１１０のコントローラ１１４からもたらされるステータス信号ｓ等が入力される。ステータス信号ｓは、ＩＳＧ１１０に関する各種の情報、例えば回転数や温度、ロータコイル１１６を流れる励磁電流の大きさ、現在の動作モード（即ち、発電しているか、内燃機関１００をクランキングしているか、内燃機関１００をモータアシストしているか、発電機としても電動機としても働かない無負荷状態か）等の情報を含む。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＩＳＧ１１０のコントローラ１１４に対してこれを制御するための制御信号ｎ、副蓄電装置６１２をＩＳＧ１１０及び電気負荷７に接続する電気回路上のスイッチ６１３に対してＯＮ／ＯＦＦ切換信号ｏ、マグネットクラッチ１３１に通電する電気回路上のスイッチ６２に対してクラッチ締結信号ｐ等を出力する。制御信号ｎは、ＩＳＧ１１０の動作モードを指示するとともに、発電機として動作させる場合にＩＳＧ１１０から出力させる発電電圧の目標値や、電動機として動作させる場合のＩＳＧ１１０の出力レベル等を指令する信号である。また、ＯＮ／ＯＦＦ切換信号ｏは、スイッチ６１３のＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り換えを惹起し、以て副蓄電装置６１２をＩＳＧ１１０等に接続した状態と副蓄電装置６１２をＩＳＧ１１０等から切り離した状態との切り換えを行うための制御信号である。具体的には、リレー６１３を駆動するソレノイドへの通電信号であったり、半導体スイッチング素子６１３を点弧させるための信号であったりする。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｓを入力インタフェースを介して取得し、要求されるスロットルバルブ３２開度、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサ１３０の稼働の要否、ＩＳＧ１１０の発電量または出力等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎ、ｏ、ｐを出力インタフェースを介して印加する。

加えて、ＥＣＵ０は、内燃機関１００の始動時、特に冷間始動において、スタータモータ１４０に制御信号ｑを入力し、ピニオンギア１４１をリングギア１０３に噛合させて内燃機関１００のクランキングを行う。

また、ＥＣＵ０は、アクセル開度が０または０に近い閾値以下となったときに、車両の運動エネルギを発電機であるＩＳＧ１１０により電気エネルギに変換して主蓄電装置６１１及び／または副蓄電装置６１２に回収する回生制動を実行する。または、蓄電装置６１が十分に充電されている場合において、副蓄電装置６１２に蓄えている電力をＩＳＧ１１０に供給し、ＩＳＧ１１０を電動機として作動させて車軸に走行駆動力を付与するモータアシスト（コースト走行のアシスト）を実行する。

一方で、アクセル開度が所定以上となったとき、即ち車両の加速要求があったときには、回生制動を実施しないが、副蓄電装置６１２に蓄えている電力を電気負荷７に供給することはある。

ＥＣＵ０は、電流センサの出力信号ｇを参照して知得される、主蓄電装置６１１に流入する電流量及び同主蓄電装置６１１から流出する電流量を積算（時間積分）することを通じて、現在の主蓄電装置６１１の充電量を反復的に推算している。並びに、ＥＣＵ０は、電流センサの出力信号ｈを参照して知得される、副蓄電装置６１２に流入する電流量及び同副蓄電装置６１２から流出する電流量を積算（時間積分）することを通じて、現在の副蓄電装置６１２の充電量を反復的に推算している。

既に述べた通り、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関及び車両の（気筒１における燃料の燃焼を伴う）運転中、車両の電装系のシステム電圧を目標電圧以上に維持するようにＩＳＧ１１０を制御する。図４に示すように、ＥＣＵ０は、反復的に演算している現在の主蓄電装置６１１の充電量がある閾値を下回っているか、電圧センサの出力信号ｇを参照して知得される現在の主蓄電装置６１１の端子電圧（または、開回路電圧）が目標電圧を下回ったときに（ステップＳ１）、主蓄電装置６１１を充電する必要が生じたものとして、ＩＳＧ１１０を発電機として動作させるための制御信号ｎをコントローラ１１４に入力し、ＩＳＧ１１０の出力電圧を目標電圧よりも高く引き上げる（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ６）。そして、原則として、現在の主蓄電装置６１１の充電量が回復しある上限値（この上限値は、上記の閾値よりも大きい）に到達したか、または現在の主蓄電装置６１１の端子電圧（開回路電圧）が目標電圧以上となったときに（ステップＳ４、Ｓ７）、主蓄電装置６１１がほぼ満充電されたとして主蓄電装置６１１の充電を終了する、即ち発電機としてのＩＳＧ１１０の動作を停止するための制御信号ｎをコントローラ１１４に入力して、ＩＳＧ１１０の出力電圧を目標電圧または主蓄電装置６１１の端子電圧以下に引き下げる（ステップＳ５）。

ＩＳＧ１１０が発電を行い主蓄電装置６１１を充電する充電期間において、スイッチ６１３がＯＮになっていると、ＩＳＧ１１０の発電する電力が副蓄電装置６１２にも供給される。これにより、副蓄電装置６１２が不必要に充電されてしまい、電荷を受け入れ可能な空き容量が減少するきらいがある。さらには、副蓄電装置６１２が過充電されて発熱し、その性能の低下や損傷を招くおそれも否定できない。

副蓄電装置６１２の空き容量を少しでも多く確保し、また過充電を防止して副蓄電装置６１２を保護するためには、ＩＳＧ１１０の出力電圧を低く抑える必要がある。だが、ＩＳＧ１１０の出力電圧を低下させると、主蓄電装置６１１が満充電されるまでに要する時間が長くなる。主蓄電装置６１１が鉛バッテリである場合、その充電量の回復の遅れが当該鉛バッテリの寿命を縮めてしまう懸念がある。無論、充電時間の延長は、ＩＳＧ１１０を駆動する内燃機関１００における燃料消費量の増加にもつながり得る。

そこで、本実施形態では、主蓄電装置６１１の充電期間中のＩＳＧ１１０の出力電圧を、副蓄電装置６１２の保護を図るべき所定の保護条件が成立しているか否かに応じて決定する（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ６）。保護条件は、以下の（Ａ）ないし（Ｃ）を含む。
（Ａ）反復的に演算している現在の副蓄電装置６１２の充電量がある閾値を上回っているか、電圧センサの出力信号ｈを参照して知得される現在の副蓄電装置６１２の端子電圧（または、開回路電圧）が所定電圧よりも高い
（Ｂ）副蓄電装置６１２の温度が所定温度よりも高い
（Ｃ）副蓄電装置６１２の端子電圧（開回路電圧）が異常判定値よりも低い
ＥＣＵ０は、上掲の（Ａ）ないし（Ｃ）のうち何れか少なくとも一つが成立するときに、保護条件が成立しているものと判断する。（Ａ）は、副蓄電装置６１２が既にある程度以上充電されており、空き容量が多く残っていないことを意味する。（Ｂ）は、副蓄電装置６１２が異常に発熱していることを意味する。並びに、（Ｃ）は、副蓄電装置６１２を構成するバッテリセルに故障が生じている疑いがあることを意味する。

ＥＣＵ０は、上記の保護条件が成立している場合、ＩＳＧ１１０の出力電圧をより低い値、例えば１３．５Ｖ前後に設定し（ステップＳ６）、副蓄電装置６１２の保護を図りながら主蓄電装置６１１の充電を行う。翻って、上記の保護条件が成立していない場合には、ＩＳＧ１１０の出力電圧をより高い値、例えば１４．５Ｖ前後に設定して（ステップＳ３）、速やかに主蓄電装置６１１を充電する。

但し、（Ａ）ないし（Ｃ）のうちの何れかが成立していたとしても、スイッチ６１３をＯＦＦにしている間は、副蓄電装置６１２がＩＳＧ１１０から切り離されておりその保護を図る必要がないため、保護条件が成立していないものとしてＩＳＧ１１０の出力電圧を１４．５Ｖ前後に設定する（ステップＳ３）。

しかして、主蓄電装置６１１の充電期間中に保護条件が成立している場合には、主蓄電装置６１１の充電を開始してから所定量の電荷（アンペア時（Ａｈ）またはアンペア秒（Ａｓ））がＩＳＧ１１０から主蓄電装置６１１に対して供給されたときに（ステップＳ８）、たとえ主蓄電装置６１１の現在の充電量が上限値まで回復していなかったとしても、主蓄電装置６１１の充電を打ち切る（ステップＳ９）。即ち、ステップＳ５と同様、発電機としてのＩＳＧ１１０の動作を停止するための制御信号ｎをコントローラ１１４に入力して、ＩＳＧ１１０の出力電圧を目標電圧または主蓄電装置６１１の端子電圧以下に引き下げる。主蓄電装置６１１の充電を中途で打ち切るのは、ＩＳＧ１１０が発電を行っている時間を少しでも短くして内燃機関１００における燃料の消費量を低減する意図である。なお、充電を打ち切ったとしても、主蓄電装置６１１の充電量は相当程度回復することから、主蓄電装置６１１を構成するバッテリセルの早期劣化を引き起こすような悪影響はあるとしてもごく僅かに抑えられる。

さらに、主蓄電装置６１１の充電を中途で打ち切った暁には、保護条件が成立しなくなった（スイッチ６１３がＯＮからＯＦＦに切り替わったことを含む）ときに（ステップＳ１０）主蓄電装置６１１の充電を再開する。

また、同一のトリップ（イグニッションスイッチがＯＮに操作されて内燃機関１００を始動してから、イグニッションスイッチがＯＦＦに操作されて内燃機関１００を停止するまでの期間をトリップと称する）中に一度も主蓄電装置６１１の充電量を上限値まで回復させることがなかったならば（ステップＳ１１、１２）、イグニッションスイッチがＯＦＦとなり内燃機関１００を停止した後、再びイグニッションスイッチがＯＮとなって内燃機関１００を冷間始動した直後に、スイッチ６１３をＯＦＦに維持した状態でＩＳＧ１１０を発電機として作動させ、主蓄電装置６１１のみを強制的に充電する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３による、内燃機関１００の再始動直後の主蓄電装置６１１の初期充電期間の長さは、内燃機関１００の始動時の主蓄電装置６１１の充電状態に応じて設定する。具体的には、イグニッションスイッチがＯＦＦになった（または、内燃機関１００の運転を停止する）時点における主蓄電装置６１１の充電量の多寡、及び、イグニッションスイッチがＯＦＦとなって（または、内燃機関１００の運転を停止して）からイグニッションスイッチがＯＮになる（または、内燃機関１００を再始動する）までの時間の長さに応じて設定する。ＥＣＵ０は、イグニッションスイッチがＯＦＦになったときの主蓄電装置６１１の充電量が少ないほど、初期充電期間を長くする。加えて、イグニッションスイッチがＯＦＦになったときの主蓄電装置６１１の充電量が同等である条件の下では、イグニッションスイッチがＯＦＦとなってからこれが再びＯＮとなるまでの時間（換言すれば、内燃機関１００の停止時間）が長いほど、初期充電期間を長くする。要するに、内燃機関１００の始動時の主蓄電装置６１１の充電量を推測し、その充電量が少ないほど、初期充電期間を長く設定する。なお、内燃機関１００の始動後、初期充電期間が経過するまでは、スイッチ６１３のＯＮへの切り換えを禁ずるとともに、アイドルストップを実施せずに内燃機関１００の運転を継続することが好ましい。

本実施形態では、車両に搭載された内燃機関１００の出力軸１０の回転に連動して回転する発電機１１０と、発電機１１０に接続する主蓄電装置６１１と、発電機１１０との間に断接切換可能なスイッチ６１３を介在させた態様で主蓄電装置６１１と並列に発電機１１０に接続する副蓄電装置６１２と、主蓄電装置６１１の充電が必要な場合に発電機１１０が発電する電力を主蓄電装置６１１に供給し、主蓄電装置６１１の現在の充電量がある上限値に到達するまでこれを充電する制御を実施する制御部０とを具備し、前記制御部０が、主蓄電装置６１１の充電期間中、副蓄電装置６１２の保護を図るべき所定の保護条件が成立していないときの発電機１１０の出力電圧を、同保護条件が成立しているときの発電機１１０の出力電圧よりも高く設定し、なおかつ、同保護条件が成立しているときには、所定量の電荷が発電機１１０から主蓄電装置に供給されたことを条件として発電機１１０による主蓄電装置６１１の充電を打ち切るとともに、その打ち切り後に同保護条件が成立しなくなったときに発電機１１０による主蓄電装置６１１の充電を再開することを特徴とする車両用電源装置を構成した。

本実施形態によれば、発電機１１０と副蓄電装置６１２との間を断接切換するスイッチ６１３を極力ＯＮにした状態に維持しつつ、主蓄電装置６１１の充電量を回復させるための充電期間の長さをより短縮することが可能となる。主蓄電装置６１１の充電量を恒常的に十分に高く保つことができるので、主蓄電装置６１１が鉛バッテリ等である場合に、当該主蓄電装置６１１の寿命の短命化を抑止することができる。また、充電期間の短縮により、発電機１１０による発電のために消費される燃料の量を削減することができる。並びに、副蓄電装置６１２の空き容量を適正に確保できるため、車両の減速時の回生制動を通じて車両の運動エネルギを電力として副蓄電装置６１２に回収し再利用することが可能となり、車両の燃費性能の向上に寄与し得る。

しかも、スイッチ６１３のＯＮ／ＯＦＦの切り換えの回数・頻度が減少することになるので、スイッチ６１３の動作音の発生機会の減少によるＮＶ性能の向上、及びスイッチ６１３の寿命の延命につながる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態のステップＳ８では、充電期間中に所定量の電荷が発電機１１０から主蓄電装置６１１に供給されたことを以て発電機１１０による主蓄電装置６１１の充電を打ち切ることとしていたが、これに代えて、主蓄電装置６１１の現在の充電量が上限値よりは少ない所定値まで回復したことを条件として発電機１１０による主蓄電装置６１１の充電を打ち切るようにしても構わない。

主蓄電装置６１１の充電を打ち切った後、副蓄電装置６１２の保護条件が成立したままであった（そのために、充電を再開する機会が訪れなかった）としても、主蓄電装置６１１の充電量が閾値を下回り、または主蓄電装置６１１の端子電圧（開回路電圧）が目標電圧を下回ったときに、主蓄電装置６１１の再充電を開始するものとしてもよい。

内燃機関１００に付随する発電機は、内燃機関１００のクランクシャフト１０または車軸から回転駆動力の伝達を受けて発電できるものであればよく、電動機としての機能を必ずしも兼ね備えていなくともよい。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される電源装置に適用できる。

０…制御部（ＥＣＵ）
１０…出力軸（クランクシャフト）
１００…内燃機関
１１０…発電機（ＩＳＧ）
６１１…主蓄電装置
６１２…副蓄電装置
６１３…スイッチ（リレー）

Claims (1)

1. 車両に搭載された内燃機関の出力軸の回転に連動して回転する発電機と、
   発電機に接続する主蓄電装置と、
   発電機との間に断接切換可能なスイッチを介在させた態様で主蓄電装置と並列に発電機に接続する副蓄電装置と、
   主蓄電装置の充電が必要な場合に発電機が発電する電力を主蓄電装置に供給し、主蓄電装置の現在の充電量がある上限値に到達するまでこれを充電する制御を実施する制御部と
   を具備し、
   前記制御部が、
   主蓄電装置の充電期間中、副蓄電装置の保護を図るべき所定の保護条件が成立していないときの発電機の出力電圧を、同保護条件が成立しているときの発電機の出力電圧よりも高く設定し、
   なおかつ、同保護条件が成立しているときには、所定量の電荷が発電機から主蓄電装置に供給されまたは主蓄電装置の現在の充電量が前記上限値よりは少ない所定値まで回復したことを条件として発電機による主蓄電装置の充電を打ち切るとともに、その打ち切り後に同保護条件が成立しなくなったときに発電機による主蓄電装置の充電を再開する
   ことを特徴とする車両用電源装置。

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