JP6713330B2 - 車両用電源制御装置、車両用電源システムおよび電源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電源制御装置、車両用電源システムおよび電源制御方法に関する。

従来、車両に電源として搭載された鉛バッテリとキャパシタとの充放電を制御する技術が知られている。かかる技術では、例えば鉛バッテリとキャパシタとに接続された装置が、カーオーディオ等の負荷を制御する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−４５５６号公報

しかしながら、従来の技術では、車両の状態に応じて鉛バッテリとキャパシタとの充放電を制御しているに過ぎず、車両用電源の冗長性の確保については考慮されていない。例えば、自動ブレーキが作動するなど、負荷に比較的大きな電流が瞬時に流れる場合など鉛バッテリの電圧が急激に低下する場合がある。かかる場合にも、車両用電源の冗長性を確保して、負荷に安定して電力を供給できるようにすることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両用電源の冗長性を確保することができる車両用電源制御装置、車両用電源システムおよび電源制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、車両用電源制御装置は、車両の内燃機関に連動する発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源を制御する車両用電源制御装置であって、第１スイッチと、第２スイッチと、制御部と、切替回路と、を備える。第１スイッチは、前記主電源と前記発電機との間に設けられる。第２スイッチは、前記副電源と前記発電機との間に設けられる。制御部は、前記車両の状態に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続状態を制御する。切替回路は、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび／または前記第２スイッチをオン状態に切り替える。

本発明によれば、車両用電源の冗長性を確保することができる。

図１Ａは、実施形態に係る電源制御方法の概要を示す図である。 図１Ｂは、実施形態に係る電源制御方法の概要を示す図である。 図２は、実施形態に係る電源制御装置を説明するブロック図である。 図３は、第１切替回路の回路構成の一例を示す図である。 図４Ａは、電源制御装置の各部の状態を説明する図である。 図４Ｂは、電源制御装置の各部の状態を説明する図である。 図５Ａは、車両の各部の状態を示す図である。 図５Ｂは、車両の各部の時間変化の一例を示す図である。 図６は、第１スイッチを制御する処理手順を示すフローチャートである。 図７は、実施形態の変形例に係る電源制御装置の構成を示す図である。 図８は、変形例に係る電源制御装置の各部の状態を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する車両用電源制御装置、車両用電源システムおよび電源制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。まず、実施形態に係る電源制御方法の概要について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、実施形態に係る電源制御方法の概要を示す図である。本実施形態に係る電源制御方法は、車両に搭載される車両用電源システムＳ（以下、電源システムＳとも記載する）の車両用電源制御装置１（以下、電源制御装置１とも記載する）によって実行される。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、電源制御方法の説明に必要な構成要素を図示しており、それ以外の構成要素の図示を省略している。

まず、電源システムＳの構成について説明する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、電源システムＳは、車両の内燃機関に連動する発電機６と、発電機６が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した電力を負荷４に供給する主電源３および副電源５と、電源制御装置１と、を備える。ここで、図１Ａでは、主電源３が鉛バッテリであり、副電源５がキャパシタである場合を図示している。

電源制御装置１は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、制御部１３とＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、切替回路１５と、を備える。第１スイッチＳＷ１は、鉛バッテリ３と発電機６との間に設けられる。第２スイッチＳＷ２は、キャパシタ５と発電機６との間に設けられる。

制御部１３は、車両の状態に応じて、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、キャパシタ５の電圧Ｖ２を電圧Ｖ１に昇圧又は降圧する。切替回路１５は、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より所定値以上低い場合に、第１スイッチＳＷ１および／または第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。

続いて、図１Ａおよび図１Ｂを用いて、本実施形態にかかる電源制御方法について説明する。電源制御装置１の制御部１３は、車両の状態に応じて第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を制御する。図１Ａでは、例えば車両が所定速度以下で減速している場合であって、内燃機関が動作を停止している場合、すなわち車両が所定速度以下でいわゆるアイドリングストップを行っている場合の第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を示している。

この場合、電源制御装置１の制御部１３は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態となるように制御する。これにより、鉛バッテリ３が負荷４に接続されるとともに、キャパシタ５がＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して負荷４に接続され、鉛バッテリ３およびキャパシタ５から負荷４に電力が供給される。このとき、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１は、キャパシタ５の電圧Ｖ２以上となる（Ｖ１≧Ｖ２）。

ここで、例えば、内燃機関が停止中であっても、車両に搭載された自動ブレーキシステムが作動する場合がある。これは、車両が所定速度以下で減速している場合であっても、車両は移動しているため、障害物との衝突を避ける必要があるからである。このとき、自動ブレーキシステムを作動させるためには負荷４に比較的大きな電流を瞬時に流す必要がある。

しかしながら、内燃機関が停止しているため、発電機６は発電しておらず、発電機６から負荷４へ電力を供給することができない。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、電圧Ｖ２を電圧Ｖ１に昇圧する回路であるが、流れる電流は比較的小さく、大電流を流すためには、回路規模が大きくなるなどの問題がある。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して比較的大きな電流を瞬時に流すことは難しい。この場合、例えば鉛バッテリ３の電圧Ｖ１が低下してしまい、負荷４へ比較的大きな電流を流すことができず、例えば自動ブレーキシステムを作動させることができなくなってしまう。

そこで、本実施形態に係る電源制御方法では、このような場合であっても、電源制御装置１の切替回路１５によって第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を切り替えることで、負荷４に必要な電力を途切れることなく供給する。

具体的には、電源制御装置１の切替回路１５は、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より閾値以上低くなる、すなわち電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より低く、かつ、その差が閾値以上になると、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の少なくとも１つをオン状態に切り替える。なお、ここでは、閾値が０Ｖである場合について説明する。この場合、例えば、負荷４に比較的大きな電流が流れることで、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より低く（Ｖ１＜Ｖ２）なると、切替回路１５は、図１Ｂに示すようにオフ状態である第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。これにより、キャパシタ５が負荷４に直接接続されることになり、キャパシタ５から比較的大きな電流を負荷４に供給することができる。

このように、本実施形態に係る電源制御方法は、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１およびキャパシタ５の電圧Ｖ２に応じて切替回路１５が第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の少なくとも１つをオン状態に切り替える。これにより、鉛バッテリ３だけでは電力を供給することができない場合でもキャパシタ５からも電力を供給することができ、電源の冗長性を確保することができる。

なお、以下、図において、第１スイッチＳＷ１を「ＳＷ１」、第２スイッチＳＷ２を「ＳＷ２」、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を「ＤＣ−ＤＣ」、鉛バッテリ３を「Ｐｂ」、キャパシタ５を「Ｃａｐ」、発電機６を「Ａｌｔ」と略称する場合がある。

図２を用いて電源制御装置１の構成を説明する。図２は、実施形態に係る電源制御装置１を説明するブロック図である。電源制御装置１は、鉛バッテリ３、負荷４、キャパシタ５および発電機６に接続される。

鉛バッテリ３は、電極に鉛を用いた二次電池である。鉛バッテリ３は、車両２に備わる電気機器の主要な電源となる。すなわち、鉛バッテリ３は、電源Ｐの主電源である。

負荷４は、車両２に搭載される電気機器である。例えば、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ、ライト、パワーステアリング、自動ブレーキシステム等である。負荷４は、作動状態により、消費電流量が増減する。

キャパシタ５は、電荷を蓄える蓄電池である。キャパシタ５は、例えばコンデンサであるが、充電式の電池であればよく、例えばリチウムイオン電池等であってもよい。キャパシタ５は、鉛バッテリ３の補助電源、すなわち、電源Ｐの副電源である。

発電機６は、エンジンＥＮの回転を動力源として電力を生成する機器である（図２参照）。また、発電機６は、車両２の減速時に、回生ブレーキによる回生電力を生成する。なお、発電機６は、オルタネータまたはジェネレータと呼ばれる場合もある。

電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、制御部１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４、切替回路１５および記憶部１６を備える。

第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、回路の短絡および開放を制御する開閉器（リレー）である。第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えば、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（Field-Effect Transistor；電界効果トランジスタ）、特にＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、機械式リレーを用いてもよい。

第１スイッチＳＷ１は、鉛バッテリ３と発電機６との間に設けられる。第２スイッチＳＷ２は、キャパシタ５と発電機６との間に設けられる。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とは、互いに一端が接続され、後述の制御部１３によってオンオフが制御されるとともに、後述の切替回路１５によってオン状態に切り替えられる。

制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えたマイクロコンピュータである。制御部１３は、電源制御装置１の全体を制御する。制御部１３は、電源制御部１３ａ、車両状態取得部１３ｂおよび電圧取得部１３ｃを備える。

電源制御部１３ａは、鉛バッテリ３およびキャパシタ５の電圧、負荷４の消費電流および車両２の状態等を参照し、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動状態とを制御する。また、電源制御部１３ａは、切替回路１５が第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２のいずれかを切り替えるか否かを制御する。

車両状態取得部１３ｂは、車載センサＳＮ（図２参照）から車両２の状態を取得する。車両２の状態とは、車両２の走行状態およびエンジンＥＮの駆動状態である。車両２の走行状態とは、車両２の走行速度であり、走行中や減速中等の状態である。車両状態取得部１３ｂは、車速センサ（図示せず）から出力される信号により車両２の走行中や減速中の状態を判別する。エンジンＥＮの駆動状態とは、エンジンＥＮの駆動あるいは停止の状態である。電圧取得部１３ｃは、鉛バッテリ３およびキャパシタ５の電圧Ｖ１、Ｖ２を取得する。車両状態取得部１３ｂおよび電圧取得部１３ｃは、取得した状態および電圧を電源制御部１３ａに出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、直流電圧を別の直流電圧に変換する直流変換器である。ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、直流電圧を昇圧又は降圧する変圧器であるものとする。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、鉛バッテリ３とキャパシタ５との間および負荷４とキャパシタ５との間に接続される。また、一端が第１スイッチＳＷ１に接続され、他端が第２スイッチＳＷ２に接続される。

切替回路１５は、鉛バッテリ３の電圧がキャパシタ５の電圧より閾値以上低い場合に第１スイッチＳＷ１および／または第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。切替回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える第１切替回路１５ａと、第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える第２切替回路１５ｂとを備える。

図３を用いて第１切替回路１５ａの構成について説明する。図３は、第１切替回路１５ａの回路構成の一例を示す図である。なお、第２切替回路１５ｂは、切替対象が第２スイッチＳＷ２である点をのぞき、第１切替回路１５ａと同じ構成であるため、説明を省略する。

図３に示すように、第１切替回路１５ａは、比較器１５ａ１と、スイッチ駆動回路１５ａ２とを備える。比較器１５ａ１は、鉛バッテリ３の電圧Ｖ１およびキャパシタ５の電圧Ｖ２を比較する。比較器１５ａ１は、比較結果をスイッチ駆動回路１５ａ２に出力する。

スイッチ駆動回路１５ａ２は、電源制御部１３ａが出力する制御信号が第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える動作を許可する許可信号である場合に、比較器１５ａ１の比較結果に応じて第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。ここで、電源制御部１３ａは、例えば第１スイッチＳＷ１がオフ状態であって、第１切替回路１５ａによる切替動作を許可する場合に、許可信号を出力するものとする。

スイッチ駆動回路１５ａ２は、いわゆるゲートドライバ回路であり、例えばＭＯＳＦＥＴで構成される第１スイッチＳＷ１のゲートに所定の電圧を印加することで、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。

比較器１５ａ１およびスイッチ駆動回路１５ａ２は、アナログ回路で構成することができる。このように、アナログ回路で構成した第１切替回路１５ａが、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替えることで、制御部１３を経由するより速く第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替えることができる。これにより、鉛バッテリ３の電圧が低下してからキャパシタ５によって電力を供給するまでの時間を短くすることができ、負荷４に安定して電力を供給することができる。

なお、ここでは、第１切替回路１５ａが鉛バッテリ３およびキャパシタ５の電圧に応じて第１スイッチＳＷ１を切り替えるとしたが、これに限られない。例えば、電源制御部１３ａが、車両２の状態に応じて第１スイッチＳＷ１の接続状態を制御する場合に、スイッチ駆動回路１５ａ２を介して、制御するようにしてもよい。この場合、電源制御部１３ａは、第１切替回路１５ａに、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える許可を与える許可信号に加え、第１スイッチＳＷ１の接続状態を示す第２制御信号を入力する。第１切替回路１５ａは、第２制御信号に基づいて第１スイッチＳＷ１を制御する。また、この場合であっても、第１切替回路１５ａは、第１スイッチＳＷ１のオン状態への切り替えを許可する許可信号が入力され、かつ、鉛バッテリ３の電圧が低下した場合は、第２制御信号によらず第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。

図２に戻る。記憶部１６は、データを記憶する記憶媒体である。例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory）や、フラッシュメモリ、磁気ディスクを備えたハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。記憶部１６は、プログラム１６ａおよび車両状態データ１６ｂを記憶する。

プログラム１６ａは、制御部１３により読み出され、制御部１３が電源制御装置１を制御するために実行されるファームウェアである。車両状態データ１６ｂは、例えば「車両状態」、「第１スイッチの接続状態」、「第２スイッチの接続状態」、「ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動状態」、および、「電源制御装置の制御状態」等のデータを備えたデータテーブルである。車両状態データ１６ｂは、電源制御部１３ａが第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４および切替回路１５を制御する際に参照される。

続いて、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、車両２の走行状態、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態およびＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動状態の関係について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、電源制御装置１の各部の状態を説明する図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、図面を簡略化するために符号を省略している。

まず、図４Ａを用いて、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合の電源制御装置１の各部の状態および鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下した場合の電源制御装置１の各部の状態について説明する。また、電源冗長性は、車両２走行中における自動ブレーキシステムの作動など、安全性に関する負荷が作動する場合に重要になるため、ここでは、車両２の走行状態として走行している場合について説明し、停止している場合の説明を省略する。

図４Ａに示すように、車両２の走行状態は、加速またはエンジンＥＮの代わりにモータで駆動するモータアシストを含む「加速・モータアシスト」と、所定速度以上の一定速度で走行している定常走行時と、所定速度以下で減速している減速時の大きく３つに分けられる。また、減速時の走行状態には、発電機６の回生ブレーキによる回生電力を生成する「回生充電」、エンジンＥＮの駆動を停止する「アイドリングストップ」が含まれる。また、アイドリングストップからエンジンＥＮを再始動させる「エンジン再始動」が含まれる。

まず、走行状態が「定常走行時」の場合、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である間は、第１スイッチＳＷ１がオン状態、第２スイッチＳＷ２がオフ状態およびＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動状態となる。これにより、キャパシタ５の電圧Ｖ２が昇圧され、負荷４に電圧が供給される。

このとき、例えば自動ブレーキシステムが作動するなどして鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より低下した場合、切替回路１５は、制御部１３による第２スイッチＳＷ２の制御にかかわらず、第２スイッチＳＷ２をオンする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を停止する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動状態は、制御部１３が制御してもよく、切替回路１５が停止に切り替えるようにしてもよい。

これにより、キャパシタ５が負荷４に直接接続されるようになり、鉛バッテリ３、発電機６、キャパシタ５の３つから負荷４に電力を供給できるようになる。これにより、電源システムＳの電源冗長度は３となり、電源システムＳは３重系の冗長性を有するシステムとなる。このように、電源の冗長性を確保することができる。

また、制御部１３は、走行状態がアイドリングストップへ移行することを禁止する。これにより、電源システムＳの電源冗長性を優先して確保することができ、自動ブレーキシステムのような安全性に関する負荷を安定して動作させることができる。

走行状態が「回生充電」の場合、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である間は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態となる。この場合は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態であり、電源システムＳの電源冗長性が確保されているため、鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下しても切替回路１５は動作せず、元の状態を維持したままとなる。この場合、制御部１３は、走行状態がアイドリングストップへ移行することを禁止する。これにより、電源システムＳの電源冗長度は３となり、電源システムＳは３重系の冗長性を有するシステムとなる。また、自動ブレーキシステムのような安全性に関する負荷を安定して動作させることができる。

走行状態が「アイドリングストップ」の場合、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である間は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態およびＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動状態となる。これにより、キャパシタ５の電圧Ｖ２が昇圧され、負荷４に電圧が供給される。なお、エンジンＥＮが停止しているため発電機６は駆動していない。

このとき、例えば自動ブレーキシステムが作動するなどして鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より低下した場合、切替回路１５は、制御部１３による第１スイッチＳＷ１の制御にかかわらず、第１スイッチＳＷ１をオンする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を停止する。

これにより、キャパシタ５が負荷４に直接接続されるようになり、鉛バッテリ３、キャパシタ５の２つから負荷４に電力を供給できるようになる。これにより、電源システムＳの電源冗長度は２となり、電源システムＳは２重系の冗長性を有するシステムとなる。このように、電源の冗長性を確保することができる。

また、制御部１３は、走行状態がモータアシストおよびエンジン再始動へ移行することを禁止する。これにより、電源システムＳの電源冗長性を優先して確保することができ、自動ブレーキシステムのような安全性に関する負荷を安定して動作させることができ、車両２を安全に停止させることができる。

なお、ここでは、制御部１３がアイドリングストップ時に第１スイッチＳＷ１をオフ状態に制御する場合について説明したが、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に制御することもできる。

走行状態が「加速・モータアシスト」および「エンジン再始動」の場合、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である間は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態およびＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態となる。これにより、鉛バッテリ３から負荷４に電圧が供給される。

このとき、例えば自動ブレーキシステムが作動するなどして鉛バッテリ３の電圧Ｖ１がキャパシタ５の電圧Ｖ２より低下した場合、切替回路１５は、制御部１３による第１スイッチＳＷ１の制御にかかわらず、第１スイッチＳＷ１をオンする。

これにより、キャパシタ５が負荷４に直接接続されるようになり、鉛バッテリ３、キャパシタ５の２つから負荷４に電力を供給できるようになる。これにより、電源システムＳの電源冗長度は２となり、電源システムＳは２重系の冗長性を有するシステムとなる。

また、制御部１３は、モータアシストおよびエンジン再始動を中止する。また、走行状態が加速・モータアシストの場合、モータアシストを中止し、アイドリングストップへ移行することを禁止する。これにより、電源システムＳの電源冗長性を優先して確保することができ、自動ブレーキシステムのような安全性に関する負荷を安定して動作させることができ、車両２を安全に停止させることができる。

続いて、図４Ｂを用いて、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２未満である場合の電源制御装置１の各部の状態および鉛バッテリ電圧Ｖ１がさらに低下した場合の電源制御装置１の各部の状態について説明する。車両２の走行状態が「定常走行時」、「回生充電」、「アイドリングストップ」の場合、いずれも第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態である。すなわち、電源制御装置１の各部の状態は、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合であって、車両２の走行状態が「回生充電」である場合と同じ状態になる。この場合は、電源システムＳの電源冗長性が確保されている。そのため、例えば鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下し、キャパシタ電圧Ｖ２と鉛バッテリ電圧Ｖ１との差が閾値以上（キャパシタ電圧Ｖ２−鉛バッテリ電圧Ｖ１≧閾値）となっても切替回路１５は動作せず、元の状態を維持したままとする。また、制御部１３は、アイドリングストップへの移行禁止やモータアシストへの移行禁止、エンジン再始動への移行禁止など走行状態の移行を禁止する。

車両２の走行状態が「加速・モータアシスト」、「エンジン再始動」の場合は、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合と同じであるため説明を省略する。

図５Ａおよび図５Ｂを用いて、車両２の各部の状態の他の例を説明する。図５Ａは車両２の各部の状態を示す図であり、図５Ｂは車両２の各部の時間変化の一例を示す図である。

図５Ａに示すように、走行状態には、定常走行や、減速、停止がある。また、エンジンＥＮの状態には作動および停止（アイドリングストップ）がある。鉛バッテリ３の状態には正常な状態と失陥状態がある。なお、鉛バッテリ３が故障等で失陥状態になる場合も鉛バッテリ３の電圧Ｖ１が低下する。

例えば、定常走行あるいは所定速度（図５Ａでは２５ｋｍ／ｈ）以上で減速している状態では、エンジンＥＮは作動状態となる。この場合、電源制御装置１は、負荷電流が小さく、鉛バッテリ３も正常な状態であると、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態になるように、各部を制御する。

また、所定速度以下で減速している場合、アイドリングストップ状態となりエンジンＥＮが停止する。この場合、負荷電流が小さく、鉛バッテリ３も正常な状態である場合、電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動状態となるように、各部を制御する。

一方、負荷電流が大きくなると、電源制御装置１は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態となるように、各部を制御する。また、負荷電流が小さい場合であっても、鉛バッテリ３が失陥し、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２より低下した場合は、電源制御装置１は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態となるように、各部を制御する。

このように、大きな負荷電流が流れる場合だけでなく、例えば鉛バッテリ３が失陥した場合も鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下する。本実施形態に係る電源制御装置１は、例えば鉛バッテリ３が失陥した場合であっても、電源の冗長性を確保することができる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動状態、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介してキャパシタ５から負荷４に電力を供給している場合に、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２より低下すると、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動している場合に鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下しても電源の冗長性を確保することができる。

また、走行速度が０ｋｍ／ｈとなり車両２が停止した状態では、自動ブレーキシステムが停止する。したがって、鉛バッテリ３が正常な状態である場合、電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が駆動状態となるように、各部を制御する。

次に、図５Ｂに示すように、車両２が走行している場合について説明する。図５Ｂに示す例では、車両２は停止した状態から加速し、一定速度で走行した後に減速し、大電流が流れる負荷４として自動ブレーキシステムが作動したため停止したものとする。

この場合、図５Ｂに示すように、車両２の走行速度（車速）が所定速度以下で減速して、アイドリングストップを行うまで、電源制御装置１は、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態となるように制御する。また、電源制御装置１は、走行状態がアイドリングストップになると、第１スイッチＳＷ１をオフ状態、第２スイッチＳＷ２をオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を駆動状態に制御する。

この場合に、図５Ｂに示すように、大電流負荷である自動ブレーキシステムが作動すると、電源制御装置１の切替回路１５によって第１スイッチＳＷ１がオン状態に切り替えられる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が停止状態に切り替えられる。これにより、キャパシタ５と負荷４とが直接接続されるようになり、電源システムＳの冗長性を確保できる。その後、自動ブレーキシステムによって車両２が停車し、大電流負荷である自動ブレーキシステムが作動を終了、すなわち停止したとする。この場合、電源制御装置１は、各部の状態を負荷４に大電流が流れる前の状態に戻す。したがって、電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１をオフ状態、第２スイッチＳＷ２をオン状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を駆動状態に制御する。

次に、本実施形態に係る電源制御装置１が実行する制御処理手順について図６を用いて説明する。図６は第１スイッチＳＷ１を制御する処理手順を示すフローチャートである。なお、第２スイッチＳＷ２の制御処理手順は、図６に示す第１スイッチＳＷ１の手順と同じであるため説明を省略する。

電源制御装置１は、例えば切替回路１５の第１切替回路１５ａに、第１スイッチＳＷ１の切替を許可する許可信号を出力している場合に図６に示す処理手順を実行する。

図６に示すように、電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１がオフ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。第１スイッチＳＷ１がオン状態である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理を終了する。一方、第１スイッチＳＷ１がオフ状態である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、電源制御装置１は、鉛バッテリ電圧Ｖ１とキャパシタ電圧Ｖ２を比較する（ステップＳ１０２）。

鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。一方、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２より低い場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、電源制御装置１は、第１スイッチＳＷ１をオンにし（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る電源制御装置１は、鉛バッテリ電圧Ｖ１およびキャパシタ電圧Ｖ２に応じて第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の少なくとも一方をオン状態に切り替える。これにより、例えば負荷電流が増加した場合や鉛バッテリ３が失陥した場合であっても、電源システムＳの電源の冗長性を確保することができる。

次に、図７および図８を用いて実施形態の変形例に係る電源制御装置１Ｂを説明する。上述した実施形態では、電源制御装置１がＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備える場合について説明したが、電源制御装置１はＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備えている必要はない。図７および図８に示す電源制御装置１Ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備えていない点を除き、図２に示す電源制御装置１と同じである。そこで、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７は、変形例に係る電源制御装置１Ｂの構成を示す図である。図７に示す電源制御装置１Ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４および第２切替回路１５ｂを備えていない点を除き図２に示す電源制御装置１と同じである。

図８は、電源制御装置１Ｂの各部の状態を説明する図である。なお、図８では、図４Ａと同様に、図面を簡略化するために符号を省略している。また、図４Ａと同じ内容については説明を省略する。

走行状態が「定常走行時」、「回生充電」および「アイドリングストップ」であり、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合、電源制御装置１Ｂは、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオン状態になるよう制御する。したがって、鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下しても切替回路１５は動作せず、元の状態を維持したままとなる。

走行状態が「加速・モータアシスト」および「エンジン再始動」であり、鉛バッテリ電圧Ｖ１がキャパシタ電圧Ｖ２以上である場合、電源制御装置１Ｂは、第１スイッチＳＷ１がオフ状態、第２スイッチＳＷ２がオン状態になるよう制御する。

この場合、例えば、自動ブレーキシステムが作動するなど、負荷４に大きな電流が流れ、鉛バッテリ電圧Ｖ１が低下すると、電源制御装置１Ｂの第１切替回路１５ａは、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。これにより、キャパシタ５が負荷４に接続され、電源の冗長性が確保される。

なお、本実施形態の変形例は、上述した例に限られない。なお、上記および以下に説明する実施形態および変形例は、適宜組み合わせ可能である。

上記実施形態では、電源制御装置１の内部にＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備えるとしたが、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ１４の内部に電源制御装置１を備えてもよい。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、第１、第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２、制御部１３、切替回路１５および記憶部１５を備えてもよい。

また、上記実施形態では、車両２に備える電気機器の主要な電源として、電極に鉛を用いた鉛バッテリ３を示した。しかし、主電源は、車両２に搭載される電気機器の電源となりうる二次電池であればよく、鉛バッテリ３である必要はない。例えば、主電源としてシリコンバッテリがあげられる。

また、上記実施形態では、車両２に搭載する電気機器の補助的な電源として、キャパシタ５を示した。しかし、副電源は、車両２に搭載される電気機器の補助電源となりうる二次電池であればよく、キャパシタ５である必要はない。例えば、副電源としてリチウムイオンバッテリやニッケル・水素電池があげられる。

また、上記実施形態では、電源制御装置１は車両に搭載されると説明したが、例えば電源制御装置１は例えば二輪車、鉄道、航空機および船舶等の輸送用機器に搭載されてもよい。さらに、エレベータやエスカレータ等の昇降機に搭載されてもよい。要するに、電源および負荷に接続され、電源に対する充放電制御および負荷に対する通電制御を行うものであればよい。

また、ハードウェアとして説明した構成をソフトウェアで実現してもよい。一方、ソフトウェアとして説明した機能をハードウェアで実現してもよい。また、ハードウェアまたはソフトウェアを、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。例えば、自動ブレーキ等を作動させる情報に基づき、ソフトウェアで負荷４に電力を供給するように制御してもよい。

上記実施形態および変形例の電源制御装置１、１Ｂは、車両２の内燃機関（エンジン）ＥＮに連動する発電機６が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した電力を負荷４に供給する主電源（鉛バッテリ）３および副電源（キャパシタ）５を制御する車両用電源制御装置であって、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、制御部１３と、切替回路１５とを備える。第１スイッチＳＷ１は、主電源３と発電機６との間に設けられる。第２スイッチＳＷ２は、副電源５と発電機６との間に設けられる。制御部１３は、車両２の状態に応じて、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の接続状態を制御する。切替回路１５は、主電源３の電圧Ｖ１が副電源５の電圧Ｖ２より閾値以上低い場合に第１スイッチＳＷ１および／または第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。

これにより、副電源５と負荷４とが直接接続されるようになり、主電源３および副電源５を含む電源システムＳの冗長性を確保することができる。

上記実施形態および変形例の切替回路１５は、制御部１３による制御にかかわらず第１スイッチＳＷ１および／または第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。

これにより、制御部１３による制御にかかわらず副電源５と負荷４とが直接接続されるようになり、主電源３および副電源５を含む電源システムＳの冗長性を確保することができる。

上記実施形態および変形例の切替回路１５は、比較器１５ａ１と、スイッチ駆動回路１５ａ２と、を備える。比較器１５ａ１は、主電源３の電圧Ｖ１と副電源５の電圧Ｖ２とを比較する。スイッチ駆動回路１５ａ２は、比較器１５ａ１の比較結果に基づいて第１スイッチＳＷ１および／または第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。

これにより、切替回路１５をアナログ回路で構成できるようになり、切替回路１５の応答速度を向上させることができる。そのため、主電源３の電圧が急に低下した場合により速く電源の冗長性を確保することができる。

上記実施形態および変形例の切替回路１５は、車両２が所定速度以下で減速している場合であって、内燃機関ＥＮが動作を停止している場合に、主電源３の電圧Ｖ１が副電源５の電圧Ｖ２より閾値以上低くなると、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。

これにより、車両２がいわゆるアイドリングストップを行っている場合であっても、主電源３および副電源５を含む電源システムＳの冗長性を確保することができる。また、内燃機関ＥＮが動作を停止するので、燃費を向上できる。

上記実施形態および変形例の切替回路１５は、車両２が所定速度以上で走行している場合に、主電源３の電圧Ｖ１が副電源５の電圧Ｖ２より閾値以上低くなると、第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り替える。

これにより、車両２が走行中であっても、主電源３および副電源５を含む電源システムＳの冗長性を確保することができる。

上記実施形態の車両用電源制御装置１は、副電源５と負荷４との間に設けられ、副電源５の直流電圧を変換する直流変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１４をさらに備える。切替回路１５は、直流変換器１４を介して副電源５から負荷４に電力を供給している場合に、主電源３の電圧Ｖ１が副電源５の電圧Ｖ２より閾値以上低くなると、第１スイッチＳＷ１をオン状態に切り替える。

これにより、直流変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１４が駆動している場合であっても、主電源３および副電源５を含む電源システムＳの冗長性を確保することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１Ｂ 電源制御装置
２ 車両
３ 鉛バッテリ
４ 負荷
５ キャパシタ
６ 発電機
７ スタータ
１３ 制御部
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５ 切替回路
１６ 記憶部
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

Claims (9)

1. 車両の内燃機関に連動する発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源を制御する車両用電源制御装置であって、
   前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチと、
   前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチと、
   前記車両の状態に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続状態を制御する制御部と、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替える切替回路と、
   を備え、
   前記切替回路は、
   前記制御部による制御にかかわらず前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 車両の内燃機関に連動する発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源を制御する車両用電源制御装置であって、
   前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチと、
   前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチと、
   前記車両の状態に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続状態を制御する制御部と、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替える切替回路と、
   を備え、
   前記切替回路は、
   前記車両が所定速度以上で走行している場合に、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低くなると、前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする車両用電源制御装置。
3. 前記切替回路は、
   前記主電源の電圧と前記副電源の電圧とを比較する比較器と、
   前記比較器による比較結果に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えるスイッチ駆動回路と、をさらに備えること
   を特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源制御装置。
4. 前記切替回路は、
   前記車両が所定速度以下で減速している場合であって、前記内燃機関が動作を停止している場合に、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低くなると、前記第１スイッチをオン状態に切り替えること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載の車両用電源制御装置。
5. 前記副電源と前記負荷との間に設けられ、前記副電源の直流電圧を変換する直流変換器をさらに備え、
   前記切替回路は、
   前記直流変換器を介して前記副電源から前記負荷に前記電力を供給している場合に、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低くなると、前記第１スイッチをオン状態に切り替えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用電源制御装置。
6. 車両の内燃機関に連動して発電する発電機と、
   前記発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源と、
   前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチと、
   前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチと、
   前記車両の状態に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続状態を制御する制御部と、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替える切替回路と、
   を備え、
   前記切替回路は、
   前記制御部による制御にかかわらず前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする車両用電源システム。
7. 車両の内燃機関に連動して発電する発電機と、
   前記発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源と、
   前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチと、
   前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチと、
   前記車両の状態に応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続状態を制御する制御部と、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替える切替回路と、
   を備え、
   前記切替回路は、
   前記車両が所定速度以上で走行している場合に、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低くなると、前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする車両用電源システム。
8. 車両の内燃機関に連動する発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源を制御する電源制御方法であって、
   前記車両の状態に応じて、前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチおよび前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチの接続状態を制御するステップと、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えるステップと、
   を含み、
   前記切り替えるステップは、
   前記制御するステップでの制御にかかわらず前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする電源制御方法。
9. 車両の内燃機関に連動する発電機が発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した前記電力を負荷に供給する主電源および副電源を制御する電源制御方法であって、
   前記車両の状態に応じて、前記主電源と前記発電機との間に設けられる第１スイッチおよび前記副電源と前記発電機との間に設けられる第２スイッチの接続状態を制御するステップと、
   前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低い場合に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態に切り替えるステップと、
   を含み、
   前記切り替えるステップは、
   前記車両が所定速度以上で走行している場合に、前記主電源の電圧が前記副電源の電圧より閾値以上低くなると、前記第２スイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする電源制御方法。

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