JP7354919B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

特許文献１には、第１バッテリと、第２バッテリと、電気負荷と、電力変換装置と、スタータとを備える車両の電源装置が記載されている。第１バッテリと第２バッテリとは、直列に接続される。電気負荷は、電力が供給されることによって動作する。電力変換装置は、第２バッテリに接続される。電力変換装置は、第１バッテリと第２バッテリとの間に接続される。電力変換装置は、供給される電力を変換し、変換した電力を出力する。スタータは、第２バッテリと接続され、第１バッテリと第２バッテリとから電力が供給されることによって始動する。

特開２０１０－９３９８０号公報

特許文献１に記載される電源装置においては、スタータの始動時に突入電流が流れることによって、第１バッテリの電圧と第２バッテリの電圧とが降下する。第１バッテリの電圧と第２バッテリの電圧とが降下すると、電力変換装置から出力される電流が第１バッテリと第２バッテリとの間に向けて引き込まれる。

電気負荷には、動作が保護される必要のあるオーディオなどの保護負荷が含まれる。電力変換装置が出力する電力によって保護負荷が動作する場合、アイドリングストップ後のスタータの始動時に、第１バッテリと第２バッテリとの間に電流が引き込まれることによって、保護負荷に供給される電力が不足することがある。保護負荷に供給される電力が不足することによって、保護負荷の動作が不安定になるおそれがある。

本発明の目的は、保護負荷の動作を安定させた電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決する電力変換装置は、内燃機関と、第１バッテリと、前記第１バッテリと直列に接続される第２バッテリと、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間に接続される第１電気負荷と、電力が供給されることによって動作する保護負荷と、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの直列接続体に対して直列に接続され、前記内燃機関を始動させるスタータと、を備える車両に搭載される電力変換装置であって、前記電力変換装置は、入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、スイッチと、前記スイッチを制御する制御部と、を有し、前記入力端子を通じて、前記直列接続体に対して直列に接続され、前記第１出力端子を通じて、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間における前記第１電気負荷と前記第２バッテリとの間に接続され、前記第２出力端子を通じて、前記保護負荷と接続され、前記入力端子から入力される電圧を変換し、変換した電力を前記第１出力端子と前記第２出力端子とから出力し、前記スイッチは、前記電力変換装置内において前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に配置され、ＯＮとなる場合に、前記第１出力端子から電流が流れることを許容し、ＯＦＦとなる場合に、前記第１出力端子から流れる電流を遮断し、前記制御部は、アイドリングストップ後の前記内燃機関を再始動する際に、前記スイッチをＯＦＦにする。

上記構成によれば、アイドリングストップ後の内燃機関を再始動する際に、スタータが始動する。スタータの始動によって突入電流が流れた場合に、スイッチがＯＦＦであるため、第１出力端子から第１バッテリと第２バッテリとの間に向けて電流が流れない。第１出力端子から第１バッテリと第２バッテリとの間に向けて電流が流れないことによって、第２出力端子の出力電圧が降下しない。すなわち、第２出力端子から出力される電力が不足しないため、第２電気負荷の動作が安定する。

上記電力変換装置において、前記制御部は、前記スタータの始動時に降下する前記直列接続体の電圧を推定し、推定した前記直列接続体の電圧が、前記保護負荷が動作するために必要となる動作電圧を出力するために必要な最低入力電圧未満である場合に、アイドリングストップの中止または禁止を要求してもよい。

上記構成によれば、保護負荷が動作するために必要となる動作電圧が電力変換装置から出力されることが担保される。そのため、保護負荷の動作が安定する。
上記電力変換装置において、前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴであり、前記スイッチは、ボディダイオードを有し、前記ボディダイオードのアノードは、前記第１出力端子と接続されてもよい。

上記構成によれば、電力変換装置が停止している場合に、第１バッテリから保護負荷に電力が供給される。すなわち、第１バッテリから保護負荷に暗電流を供給できる。

本発明によれば、保護負荷の動作が安定する。

車両が備える電力変換装置の一実施形態を示す回路図。 制御部が実行する第１処理の一例を示すフローチャート。 制御部が実行する第２処理の一例を示すフローチャート。

以下、電力変換装置の一実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態では、電力変換装置は、電源装置を構成する。
図１に示すように、電源装置１１は、内燃機関１２を備える車両１３に搭載される。内燃機関１２は、例えば、エンジンである。車両１３は、例えば、自動車である。

電源装置１１は、第１バッテリ２１と、第２バッテリ２２と、第１電気負荷２３と、保護負荷としての第２電気負荷２４と、オルタネータ２５と、電力変換装置としての電力変換部２６とを備える。本実施形態の電源装置１１は、さらに、第１バッテリセンサ２８と、第２バッテリセンサ２９とを備える。電源装置１１は、さらに、スタータ３０を備える。

電源装置１１は、上述した複数の構成が複数のラインで接続されることによって構成される。本実施形態の電源装置１１は、ラインとして、第１ライン３１、第２ライン３２、第３ライン３３、第４ライン３４、第５ライン３５、第６ライン３６及び第７ライン３７を備える。

まず、ラインについて説明する。
第１ライン３１は、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とに接続されるラインである。本実施形態の第１ライン３１は、その途中に第１接続点Ｐ１を有する。

第２ライン３２は、第２バッテリ２２と電力変換部２６とに接続されるラインである。本実施形態の第２ライン３２は、その途中に第２接続点Ｐ２を有する。
第３ライン３３は、第１ライン３１と第１電気負荷２３とに接続されるラインである。そのため、第３ライン３３は、第１ライン３１から分岐するともいえる。

第４ライン３４は、第２ライン３２とオルタネータ２５とに接続されるラインである。そのため、第４ライン３４は、第２ライン３２から分岐するともいえる。本実施形態では、第２ライン３２と第４ライン３４との接続点を第２接続点Ｐ２という。

第５ライン３５は、第１ライン３１と電力変換部２６とに接続されるラインである。そのため、第５ライン３５は、第１ライン３１から分岐するともいえる。本実施形態の第５ライン３５は、第１ライン３１に対し、第３ライン３３と第２バッテリ２２との間に接続される。本実施形態では、第１ライン３１と第５ライン３５との接続点を第１接続点Ｐ１という。

第６ライン３６は、第２電気負荷２４と電力変換部２６とに接続されるラインである。
第７ライン３７は、第４ライン３４とスタータ３０とに接続されるラインである。そのため、第７ライン３７は、第４ライン３４から分岐するともいえる。

次に、電源装置１１の各種構成について説明する。
第１バッテリ２１は、蓄電池である。第１バッテリ２１は、例えば、鉛蓄電池であるが、ニッケル水素電池でもよいし、リチウムイオン電池でもよい。本実施形態では、第１バッテリ２１は、公称電圧１２Ｖの蓄電池である。

第１バッテリ２１の正極端子は、第１ライン３１によって、第２バッテリ２２と接続される。第１バッテリ２１の正極端子は、第１ライン３１と第３ライン３３とによって、第１電気負荷２３と接続される。第１バッテリ２１の正極端子は、第１ライン３１と第５ライン３５とによって、電力変換部２６と接続される。第１バッテリ２１の負極端子は、接地される。

第２バッテリ２２は、蓄電池である。本実施形態では、第２バッテリ２２は、第１バッテリ２１と同種のバッテリである。そのため、本実施形態では、第２バッテリ２２は、鉛蓄電池であるが、ニッケル水素電池でもよいし、リチウムイオン電池でもよい。第２バッテリ２２は、公称電圧１２Ｖの蓄電池である。

第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、互いに直列接続されている。そのため、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、互いが直列接続されることによって形成される直列接続体３８を構成する。

第２バッテリ２２の正極端子は、第２ライン３２によって、電力変換部２６と接続される。第２バッテリ２２の正極端子は、第２ライン３２と第４ライン３４とによって、オルタネータ２５と接続される。第２バッテリ２２の正極端子は、第２ライン３２と第４ライン３４と第７ライン３７とによって、スタータ３０と接続される。

第２バッテリ２２の負極端子は、第１ライン３１によって、第１バッテリ２１の正極端子と接続される。第２バッテリ２２の負極端子は、第１ライン３１と第３ライン３３とによって、第１電気負荷２３と接続される。第２バッテリ２２の負極端子は、第１ラインと第５ライン３５とによって、電力変換部２６と接続される。

第１電気負荷２３は、電力が供給されることによって動作する。第１電気負荷２３は、例えば、シートヒーター、シガーソケットなどの電装部品を含む。第１電気負荷２３は、例えば、１２Ｖの電圧で動作する。本実施形態では、第１電気負荷２３が動作するために最低限必要な電圧を、第１電気負荷２３の動作電圧という。

第１電気負荷２３は、第１ライン３１と第３ライン３３とによって、第１バッテリ２１の正極端子と第２バッテリ２２の負極端子とに接続される。すなわち、第１電気負荷２３は、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との間に接続される。第１電気負荷２３は、第１ライン３１と第３ライン３３と第５ライン３５とによって、電力変換部２６と接続される。第１電気負荷２３は、第１バッテリ２１及び電力変換部２６の少なくとも一方から電力が供給されることによって、動作する。

本実施形態では、第１電気負荷２３は、電力の供給が担保されていない電気負荷である。そのため、第１電気負荷２３に対しては、所定の状況下で電力の供給が途切れることがある。したがって、第１電気負荷２３は、電力の供給が途切れても車両１３の走行に支障のない電装部品を含む。

第２電気負荷２４は、第１電気負荷２３と同様に、電力が供給されることによって動作する。第２電気負荷２４は、例えば、オーディオ、ブレーキなどの電装部品を含む。第２電気負荷２４は、第１電気負荷２３と同様に、例えば、１２Ｖの電圧で動作する。本実施形態では、第２電気負荷２４が動作するために最低限必要な電圧を、第２電気負荷２４の動作電圧という。

第２電気負荷２４は、第６ライン３６によって、電力変換部２６と接続される。第２電気負荷２４は、電力変換部２６から電力が供給されることによって、動作する。
本実施形態では、第２電気負荷２４は、第１電気負荷２３と異なり、電力の供給が担保されている電気負荷である。すなわち、第１電気負荷２３に対しては電力の供給が途切れる状況下であっても、第２電気負荷２４に対しては、電力が途切れることなく供給される。したがって、第２電気負荷２４は、車両１３の走行に関わる電装部品を含む。

オルタネータ２５は、内燃機関１２と接続される。オルタネータ２５は、内燃機関１２の駆動によって駆動する。オルタネータ２５は、駆動することによって発電する。オルタネータ２５は、レギュレータ３９を有する。レギュレータ３９は、オルタネータ２５の出力電圧を制御する。

オルタネータ２５は、第２ライン３２と第４ライン３４とによって、第２バッテリ２２と電力変換部２６とに接続される。すなわち、オルタネータ２５は、第２バッテリ２２と電力変換部２６との間に接続される。オルタネータ２５は、第４ライン３４と第７ライン３７とによって、スタータ３０と接続される。

オルタネータ２５によって発電された電力は、第２接続点Ｐ２を通じて第１バッテリ２１、第２バッテリ２２、第１電気負荷２３、第２電気負荷２４及び電力変換部２６に供給される。オルタネータ２５から第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とに電力が供給されると、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とが充電される。

オルタネータ２５が発電する場合、第２接続点Ｐ２の電位は、オルタネータ２５の出力電圧と一致する。オルタネータ２５の出力電圧は、例えば、２４Ｖである。そのため、この場合には、第２接続点Ｐ２の電位は、２４Ｖとなる。すなわち、電力変換部２６には、オルタネータから２４Ｖの出力電圧が供給される。オルタネータ２５が発電しない場合、第２接続点Ｐ２の電位は、直列接続体３８の電圧と一致する。

電力変換部２６は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。電力変換部２６は、供給される電力を変換する。電力変換部２６は、変換した電力を出力する。本実施形態では、電力変換部２６は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。

電力変換部２６は、制御部２７と、第１スイッチング素子４１と、第２スイッチング素子４２と、第３スイッチング素子４３と、第４スイッチング素子４４と、第５スイッチング素子４５と、コイル４６とを有する。電力変換部２６は、さらに、電力が入力される入力端子４７と、電力が出力される第１出力端子４８と、電力が出力される第２出力端子４９とを有する。制御部２７については、後述する。

第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴとは、金属酸化膜電界効果トランジスタである。本実施形態では、第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、それぞれボディダイオード５０を有する。

第１スイッチング素子４１のドレインは、入力端子４７と接続される。第１スイッチング素子４１のソースは、第２スイッチング素子４２とコイル４６の一端とに接続される。第１スイッチング素子４１のゲートは、制御部２７と接続される。

第２スイッチング素子４２のドレインは、第１スイッチング素子４１のソースとコイル４６の一端とに接続される。第２スイッチング素子４２のソースは、接地される。第２スイッチング素子４２のゲートは、制御部２７と接続される。

第３スイッチング素子４３のドレインは、コイル４６の他端と接続される。第３スイッチング素子４３のソースは、第４スイッチング素子４４と接続される。第３スイッチング素子４３のゲートは、制御部２７と接続される。

第４スイッチング素子４４のドレインは、第５スイッチング素子４５と第２出力端子４９とに接続される。第４スイッチング素子４４のソースは、第３スイッチング素子４３のソースと接続される。第４スイッチング素子４４により、電力変換部２６の第１出力端子４８と第２出力端子４９とから電力変換部２６に逆電流が流れることが抑制される。第４スイッチング素子４４のゲートは、制御部２７と接続される。

第５スイッチング素子４５のドレインは、第４スイッチング素子４４のドレインと第２出力端子４９とに接続される。第５スイッチング素子４５のソースは、第１出力端子４８と接続される。すなわち、第５スイッチング素子４５は、第４スイッチング素子４４と第１出力端子４８との間に位置する。第５スイッチング素子４５のゲートは、制御部２７と接続される。

コイル４６は、第１スイッチング素子４１及び第２スイッチング素子４２の間と、第３スイッチング素子４３とに接続される。具体的には、コイル４６は、第１スイッチング素子４１のソース及び第２スイッチング素子４２のドレインの間と、第３スイッチング素子４３のドレインとに接続される。

入力端子４７は、第２ライン３２と第１スイッチング素子４１のドレインとに接続される。そのため、電力変換部２６は、入力端子４７を通じて、第２ライン３２によって、第２バッテリ２２の正極端子と接続される。すなわち、電力変換部２６は、入力端子４７を通じて、直列接続体３８に対して直列に接続される。電力変換部２６は、入力端子４７を通じて、第２ライン３２と第４ライン３４とによって、オルタネータ２５と接続される。電力変換部２６は、入力端子４７を通じて、第２ライン３２と第４ライン３４と第７ライン３７とによって、スタータ３０と接続される。

第１出力端子４８は、第５ライン３５と第５スイッチング素子４５のソースと接続される。そのため、電力変換部２６は、第１出力端子４８を通じて、第１ライン３１と第５ライン３５とによって、第１バッテリ２１の正極端子と第２バッテリ２２の負極端子とに接続される。すなわち、電力変換部２６は、第１出力端子４８を通じて、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との間に接続される。電力変換部２６は、第１出力端子４８を通じて、第１ライン３１と第３ライン３３と第５ライン３５とによって、第１電気負荷２３と接続される。

第２出力端子４９は、第６ライン３６と第４スイッチング素子４４のドレインと第５スイッチング素子４５のドレインとに接続される。電力変換部２６は、第２出力端子４９を通じて、第６ライン３６によって、第２電気負荷２４に接続される。

第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、制御部２７からの信号によって、ＯＮとＯＦＦとで切り替わる。第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、ＯＮの場合にソース及びドレイン間を通電させ、ＯＦＦの場合にソース及びドレイン間を遮断する。第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、ノーマリーオンでもよいし、ノーマリーオフでもよい。

電力変換部２６は、例えば、第３スイッチング素子４３と第４スイッチング素子４４とがＯＮの状態で、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とがＯＮとＯＦＦとで交互に切り替わることによって、入力された電圧を降圧する。すなわち、第１スイッチング素子４１がＯＮの間、第２スイッチング素子４２がＯＦＦとなる。第１スイッチング素子４１がＯＦＦの間、第２スイッチング素子４２がＯＮとなる。第１スイッチング素子４１におけるＯＮとＯＦＦとのデューティ比によって、電力変換部２６の出力電圧が変化する。このようにして、電力変換部２６は、入力端子４７から入力された電力を変換し、変換した電力を第１出力端子４８及び第２出力端子４９から出力する。

第５スイッチング素子４５がＯＮとＯＦＦとで切り替わることによって、第１出力端子４８から電流が流れたり流れなくなったりする。この点で、第５スイッチング素子４５は、電力変換部２６のスイッチに相当する。

第５スイッチング素子４５は、ＯＮとなる場合に、第１出力端子４８から電流が流れることを許容する。すなわち、第５スイッチング素子４５がＯＮになると、第４スイッチング素子４４から第１出力端子４８に向けて流れる。第５スイッチング素子４５がＯＮになると、電力変換部２６において、入力端子４７から第１出力端子４８に向けて電流が流れる。その結果、電力変換部２６から第１接続点Ｐ１に向けて電流が流れる。

第５スイッチング素子４５は、ＯＦＦとなる場合に、第１出力端子４８から流れる電流を遮断する。すなわち、第５スイッチング素子４５がＯＦＦになると、第４スイッチング素子４４から第１出力端子４８に向けて電流が流れなくなる。第５スイッチング素子４５がＯＦＦになると、電力変換部２６において、入力端子４７から第１出力端子４８に向けて電流が流れなくなる。その結果、電力変換部２６から第１接続点Ｐ１に向けて電流が流れなくなる。

第５スイッチング素子４５においては、ボディダイオード５０のアノードが第１出力端子４８と接続される。第５スイッチング素子４５は、電力変換部２６が停止している場合に、ＯＦＦとなる。そのため、本実施形態では、電力変換部２６が停止している場合に、第５スイッチング素子４５のボディダイオード５０によって、第１出力端子４８を通じて、第１バッテリ２１から第２電気負荷２４に電流が流れる。すなわち、第１バッテリ２１の暗電流が第２電気負荷２４に流れる。電力変換部２６が停止している場合とは、例えば、車両１３が停止している場合、すなわちイグニッション信号がＯＦＦの場合である。

電力変換部２６は、直列接続体３８及びオルタネータ２５の少なくとも一方から供給される電力を変換する。電力変換部２６は、変換した電力を第１電気負荷２３と第２電気負荷２４とに出力する。オルタネータ２５が出力する電力が電力変換部２６に供給される場合、電力変換部２６が出力する電力は、オルタネータ２５が出力する電力であるともいえる。

電力変換部２６の入力電圧は、第２接続点Ｐ２の電位と一致する。そのため、電力変換部２６の入力電圧は、例えば、２４Ｖである。電力変換部２６は、２４Ｖの電圧を、例えば、１２Ｖに降圧する。この場合、電力変換部２６の出力電圧は、１２Ｖである。このように、本実施形態の電力変換部２６は、第１電気負荷２３と第２電気負荷２４とに１２Ｖの電圧を供給する。その結果、第１接続点Ｐ１の電位は、電力変換部２６の出力電圧と一致する。

電力変換部２６が所定の電圧を出力するためには、所定の電圧よりも大きな電圧が電力変換部２６に入力される必要がある。例えば、電力変換部２６が１２Ｖの電圧を出力するためには、１２Ｖよりも大きい電圧が電力変換部２６に入力される必要がある。すなわち、電力変換部２６において、出力電圧を１２Ｖとするためには、入力電圧が１２Ｖよりも大きい必要がある。

第２電気負荷２４の動作電圧を電力変換部２６が出力するためには、最低入力電圧以上の電圧が電力変換部２６に入力される必要がある。最低入力電圧とは、第２電気負荷２４の動作電圧を電力変換部２６が出力するために最低限必要となる電力変換部２６の入力電圧である。最低入力電圧以上の電圧が電力変換部２６に入力されることによって、電力変換部２６から第２電気負荷２４に動作電圧が供給される。

制御部２７は、α：コンピュータプログラムに従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサ、β：各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは、γ：それらの組み合わせ、を含む回路として構成される。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる媒体を含む。

制御部２７は、電力変換部２６に搭載される。制御部２７は、電力変換部２６を制御する。具体的には、制御部２７は、第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５のＯＮ及びＯＦＦを個別に制御する。制御部２７は、電力変換部２６を制御することによって、電力変換部２６の出力電圧を制御する。制御部２７は、第５スイッチング素子４５を制御することによって、第１出力端子４８から出力される電流の流れを制御する。

本実施形態では、制御部２７は、オルタネータ２５も制御する。本実施形態の制御部２７は、レギュレータ３９に信号を送信することによって、オルタネータ２５を制御する。制御部２７は、オルタネータ２５を制御することによって、オルタネータ２５の出力電圧を制御する。

第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１の状態を検知する。第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１の正極端子と負極端子とに接続される。第１バッテリセンサ２８は、制御部２７と接続される。

第１バッテリセンサ２８は、例えば、電圧計、電流計、温度計、コントローラなどを有する。第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１の電圧、電流、温度を測定することによって、第１バッテリ２１の状態を検知する。具体的には、第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１のＳＯＣと、第１バッテリ２１の内部抵抗とを検知する。第１バッテリセンサは２８、検知結果を制御部２７に送信する。

第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１のＯＣＶに基づいて、第１バッテリ２１のＳＯＣを算出する。ＯＣＶとは、開回路電圧である。ＳＯＣとは、充電率である。ＳＯＣは、ＯＣＶと相関がある。これにより、第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１のＳＯＣを検知する。

第１バッテリセンサ２８は、スタータ３０を始動する場合に第１バッテリ２１に流れる電流、すなわちクランキング時の電流に基づいて、第１バッテリ２１の内部抵抗を算出する。具体的には、第１バッテリセンサ２８は、クランキング時に第１バッテリ２１に流れる電流と、第１バッテリ２１に生じる電圧降下とに基づいて、第１バッテリ２１の内部抵抗を算出する。このようにして、第１バッテリセンサ２８は、第１バッテリ２１の内部抵抗を検知する。

第１バッテリ２１の内部抵抗は、第１バッテリ２１の劣化が進行するほど大きくなる。そのため、第１バッテリ２１の内部抵抗は、第１バッテリ２１の劣化具合を示すパラメータである。第１バッテリ２１は、充電及び放電を繰り返すことによって、劣化する。

第２バッテリセンサ２９は、第２バッテリ２２の状態を検知する。第２バッテリセンサ２９は、第２バッテリ２２の正極端子と負極端子とに接続される。第２バッテリセンサ２９は、制御部２７と接続される。

第２バッテリセンサ２９は、第１バッテリセンサ２８と同様の構成である。そのため、第２バッテリセンサ２９は、第１バッテリセンサ２８と同様の方法によって、第２バッテリ２２の状態を検知する。すなわち、第２バッテリセンサ２９は、第１バッテリセンサ２８と同様の方法によって、第２バッテリ２２のＳＯＣと、第２バッテリ２２の内部抵抗とを検知する。第２バッテリセンサ２９は、検知結果を制御部２７に送信する。

第２バッテリ２２の内部抵抗は、第２バッテリ２２の劣化が進行するほど大きくなる。そのため、第２バッテリ２２の内部抵抗は、第２バッテリ２２の劣化具合を示すパラメータである。第２バッテリ２２は、充電及び放電を繰り返すことによって、劣化する。

スタータ３０は、内燃機関１２を始動させる機構である。スタータ３０は、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とから電力が供給されることによって、始動する。すなわち、スタータ３０は、直列接続体３８から電力が供給されることによって、始動する。スタータ３０が始動すると、内燃機関１２が始動する。

スタータ３０は、第４ライン３４と第７ライン３７とによって、オルタネータ２５と接続される。スタータ３０は、第２ライン３２と第４ライン３４と第７ライン３７とによって、第２バッテリ２２と電力変換部２６とに接続される。すなわち、スタータ３０は、直列接続体３８に対して直列に接続される。

次に、電源装置１１の動作について説明する。
制御部２７にイグニッション信号が入力されると、すなわちイグニッション信号がＯＮになると、スタータ３０のスイッチがＯＮとなる。スタータ３０のスイッチがＯＮとなることによって、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とからスタータ３０に電力が供給される。イグニッション信号は、例えば、ユーザーが車両１３に搭載されるスイッチを押すことによって、制御部２７に発信される。スタータ３０が駆動すると、内燃機関１２が駆動する。内燃機関１２が駆動すると、オルタネータ２５が駆動する。オルタネータ２５から出力される電力は、第１バッテリ２１、第２バッテリ２２、第１電気負荷２３、第２電気負荷２４、電力変換部２６などに供給される。

第１電気負荷２３、第２電気負荷２４などは、第１バッテリ２１、第２バッテリ２２、もしくはその両方を用いて動作する。ここで、第１電気負荷２３、第２電気負荷２４の使用状況や消費電力によって、第１バッテリ２１の状態と第２バッテリ２２の状態とが異なってくる。こういった状態は第１バッテリセンサ２８、第２バッテリセンサ２９によって検知することができる。ここで、制御部２７は、例えば、オルタネータ２５を制御することで第２接続点Ｐ２の電圧を制御する。さらに、制御部２７は、第３スイッチング素子４３と第４スイッチング素子４４と第５スイッチング素子４５とをＯＮの状態とし、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２とをＯＮとＯＦＦとで交互に切り替えることによって、入力された電圧を降圧させて第１接続点Ｐ１の電圧を制御する。このようにして、制御部２７は、第１バッテリ２１の状態と第２バッテリ２２の状態とが均衡するように動作させる。

一方で、車両１３においては、所定の条件が満たされることによって、アイドリングストップが実行される。アイドリングストップとは、内燃機関１２のアイドル回転を停止する制御である。例えば、車両１３の速度が所定速度以下である場合にブレーキペダルが踏まれると、アイドリングストップが実行される。アイドリングストップが実行されると、内燃機関１２が停止する。内燃機関１２の停止に伴い、オルタネータ２５が停止する。アイドリングストップによって内燃機関１２が停止している間は、第１バッテリ２１の電力と第２バッテリ２２の電力とが、第１電気負荷２３と第２電気負荷２４とに供給される。

アイドリングストップにより内燃機関１２が停止した状態で、所定の条件が満たされることによって、車両１３がアイドリングストップから復帰する。すなわち、アイドリングストップにより内燃機関１２が停止した状態で、所定の条件が満たされることによって、スタータ３０が始動する。例えば、アイドリングストップにより内燃機関１２が停止した状態でアクセルペダルが踏まれると、制御部２７にスタータ信号が入力される。制御部２７にスタータ信号が入力されると、スタータ３０のスイッチがＯＮとなる。これにより、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とから電力がスタータ３０に供給される。その結果、スタータ３０が始動する。スタータ３０が始動することによって、内燃機関１２が再始動し、車両１３がアイドリングストップから復帰する。

内燃機関１２が再始動すると、オルタネータ２５が始動する。オルタネータ２５が始動すると、オルタネータ２５から出力される電力が第１電気負荷２３と第２電気負荷２４とに供給される。

スタータ３０の始動時、すなわちクランキング時に、スタータ３０に突入電流が流れる。突入電流が流れることによって、第１バッテリ２１の電圧と第２バッテリ２２の電圧とが一時的に降下する。この電圧降下は、第１バッテリ２１の内部抵抗と第２バッテリ２２の内部抵抗とによって生じる。第１バッテリ２１の内部抵抗が大きいほど、第１バッテリ２１の電圧降下が大きくなる。第２バッテリ２２の内部抵抗が大きいほど、第２バッテリ２２の電圧降下が大きくなる。

クランキング時の突入電流によって、第１バッテリ２１の電圧が降下すると、第１接続点Ｐ１の電位が低くなる。第１接続点Ｐ１の電位が、第１電気負荷２３の動作電圧よりも低くなると、第１電気負荷２３に供給される電力が不足することになる。すなわち、第１接続点Ｐ１の電位が第１電気負荷２３の動作電圧未満となると、第１バッテリ２１から第１電気負荷２３への電力の供給が途切れることになる。

第１接続点Ｐ１の電位が低くなると、第１出力端子４８から第１接続点Ｐ１に向けて電流が引き込まれる。すなわち、第１接続点Ｐ１の電位が低くなると、第１出力端子４８を通じて、第２出力端子４９から出力される電圧が低くなる。第２出力端子４９から出力される電圧が低くなると、第２電気負荷２４に供給される電力が不足することになる。この場合、第２電気負荷２４への電力の供給が途切れることになる。しかし、第２電気負荷２４には走行に関わる電装部品が含まれるため、第２電気負荷２４への電力の供給を担保する必要がある。

例えば、第２出力端子４９と第２電気負荷２４との間に昇圧型のコンバータを設けることによって、第２電気負荷２４への電力の供給を担保できる。しかし、この場合には、昇圧型のコンバータを設ける必要があるため、電源装置１１の大型化、電源装置１１の複雑化などに繋がる。

クランキング時の突入電流によって、第２バッテリ２２の電圧が降下すると、第２接続点Ｐ２の電位が低くなる。第２接続点Ｐ２の電位が低くなると、電力変換部２６の入力電圧が低くなる。電力変換部２６の入力電圧が低くなると、第２電気負荷２４の動作電圧を電力変換部２６が出力できなくなるおそれがある。電力変換部２６の出力電圧が第２電気負荷２４の動作電圧未満となると、第２電気負荷２４への電力の供給が途切れることになる。

本実施形態では、第２電気負荷２４への電力の供給を担保するために、制御部２７は、第１処理と第２処理とを実行する。
まず、第１処理について説明する。本実施形態の制御部２７は、例えば、アイドリングストップ中において、アクセルペダルが踏まれた場合、すなわち制御部２７にスタータ信号が入力された場合に、第１処理を実行する。

図２に示すように、第１処理を実行する制御部２７は、ステップＳ１１において、所定の時間にわたって、第５スイッチング素子４５をＯＦＦにする。すなわち、制御部２７は、アイドリングストップ後の内燃機関１２を再始動する際に、つまりスタータ３０の始動時に、第５スイッチング素子４５をＯＦＦにする。所定の時間とは、例えば、制御部２７にスタータ信号が入力されている間の時間である。制御部２７は、ステップＳ１１の処理を終えると、第１処理を終了する。

第１処理によって第５スイッチング素子４５がＯＦＦになる間、第１出力端子４８から第１接続点Ｐ１に向けて電流が流れなくなる。これにより、スタータ３０の始動時に生じる第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との電圧降下によって第２出力端子４９から出力される電圧が低下するおそれが低減される。すなわち、第２出力端子４９から出力される電圧が維持される。したがって、第２電気負荷２４への電力の供給が担保される。

次に、第２処理について説明する。本実施形態の制御部２７は、車両１３が駆動している間、第２処理を実行する。
図３に示すように、第２処理を実行する制御部２７は、ステップＳ２１において、スタータ３０の始動時に降下する直列接続体３８の電圧を推定する。このとき、制御部２７は、第１バッテリセンサ２８によって検知された第１バッテリ２１の状態に基づいて、第１バッテリ２１の電圧を推定する。制御部２７は、第２バッテリセンサ２９によって検知された第２バッテリ２２の状態に基づいて、第２バッテリ２２の電圧を推定する。詳述すると、制御部２７は、例えば、第１バッテリセンサ２８によって検知された第１バッテリ２１の内部抵抗と、スタータ３０の始動時にスタータ３０に流れる電流とから、第１バッテリ２１で生じる電圧降下量を推定する。制御部２７は、第１バッテリ２１で生じると推定される電圧降下量と第１バッテリセンサ２８によって検知された第１バッテリ２１の電圧から減算することで、スタータ３０の始動時の第１バッテリの電圧を推定することができる。同様に、スタータ３０の始動時の第２バッテリの電圧を推定することができる。このようにして、制御部２７は、直列接続体３８の電圧を推定する。

制御部２７は、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で推定した直列接続体３８の電圧が最低入力電圧未満であるか否かを判定する。すなわち、制御部２７は、ステップＳ２２において、直列接続体３８の推定電圧が電力変換部２６に入力される場合に、電力変換部２６の出力電圧が第２電気負荷２４の動作電圧未満であるか否かを判定する。直列接続体３８の推定電圧が最低入力電圧未満である場合、電力変換部２６の出力電圧は第２電気負荷２４の動作電圧未満となる。直列接続体３８の推定電圧が最低入力電圧以上である場合、電力変換部２６の出力電圧は第２電気負荷２４の動作電圧以上となる。

直列接続体３８の推定電圧が最低入力電圧未満である場合、制御部２７は、ステップＳ２３に処理を移行する。推定電圧が最低入力電圧未満ではない場合、すなわち推定電圧が最低入力電圧以上である場合、制御部２７は、ステップＳ２４に処理を移行する。

制御部２７は、ステップＳ２３において、アイドリングストップ禁止を要求する。制御部２７は、例えば、内燃機関１２を制御するＥＣＵに信号を送信することによって、アイドリングストップ禁止を要求する。ＥＣＵとは、エレクトロニックコントロールユニットである。

アイドリングストップ禁止とは、アイドリングストップの条件を満たす状況下であっても、アイドリングストップを実行しないことである。すなわち、制御部２７がアイドリングストップ禁止を要求する場合、内燃機関１２は、車両１３が所定の速度以下であって且つブレーキペダルが踏まれた場合でも、アイドリングストップしない。

仮に、推定電圧が最低入力未満である場合にアイドリングストップをすると、スタータ３０の始動時に、電力変換部２６の入力電圧が最低入力電圧未満となるため、第２電気負荷２４への電力の供給が途切れるおそれがある。そのため、推定電圧が最低入力電圧未満である場合には、アイドリングストップをしない。制御部２７は、ステップＳ２３の処理を終えると、第２処理をリターンする。

制御部２７は、ステップＳ２４において、アイドリングストップ禁止の解除を要求する。制御部２７は、例えば、内燃機関１２を制御するＥＣＵに信号を送信することによって、アイドリングストップ禁止の解除を要求する。これにより、アイドリングストップ禁止が解除される。アイドリングストップ禁止が解除されると、アイドリングストップの条件を満たす状況下で、アイドリングストップが実行される。制御部２７は、ステップＳ２４の処理を終えると第２処理をリターンする。

次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）制御部２７は、アイドリングストップ後の内燃機関１２を再始動する際に、電力変換部２６のスイッチである第５スイッチング素子４５をＯＦＦにする。

アイドリングストップ後の内燃機関１２を再始動する際に、スタータ３０が始動する。スタータ３０の始動によって突入電流が流れた場合に、スイッチである第５スイッチング素子４５がＯＦＦであるため、第１出力端子４８から第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との間に向けて電流が流れない。第１出力端子４８から第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との間に向けて電流が流れないことによって、第２出力端子４９の出力電圧が降下しない。すなわち、第２出力端子４９から出力される電力が不足しないため、第２電気負荷２４の動作が安定する。

また、第１バッテリ２１の状態と第２バッテリ２２の状態を均衡するように制御する電力変換部２６のみで第２電気負荷２４の動作を安定させることができ、別の電力変換装置が不要である。

（２）制御部２７は、推定した直列接続体３８の電圧が最低入力電圧未満である場合に、アイドリングストップの禁止を要求する。
こうすると、第２電気負荷２４が動作するために必要となる動作電圧が電力変換部２６から出力されることが担保される。そのため、第２電気負荷２４の動作が安定する。

（３）第５スイッチング素子４５が有するボディダイオード５０のアノードは、第１出力端子４８と接続される。
こうすると、電力変換部２６が停止している場合に、第１バッテリ２１から第２電気負荷２４に電力が供給される。すなわち、第１バッテリ２１から第２電気負荷２４に暗電流を供給できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○電源装置１１は、第２バッテリセンサ２９の代わりに、電圧計を備える構成としてもよい。この電圧計は、例えば、電力変換部２６に搭載される。電圧計は、第２バッテリ２２の正極端子と負極端子とに接続される。電圧計は、制御部２７と接続される。電圧計は、第２バッテリ２２の電圧を検知する。電圧計は、検知結果を制御部２７に送信する。

制御部２７は、第１バッテリセンサ２８の検知結果と電圧計の検知結果とに基づいて、第２バッテリ２２の内部抵抗を推定する。具体的には、制御部２７は、クランキング時に発生する第１バッテリ２１の電圧降下と第２バッテリ２２の電圧降下との比に基づいて、第１バッテリ２１の内部抵抗から第２バッテリ２２の内部抵抗を推定する。この変更例において、制御部２７は、第２バッテリ２２の内部抵抗を推定することによって、スタータ３０の始動時に降下する直列接続体３８の電圧を推定できる。

○第１スイッチング素子４１、第２スイッチング素子４２、第３スイッチング素子４３、第４スイッチング素子４４及び第５スイッチング素子４５は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ＢＪＴ、ＩＧＢＴでもよい。ＢＪＴとは、バイポーラトランジスタである。ＩＧＢＴとは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。

○電源装置１１は、第３ライン３３に、昇圧型のコンバータを備えてもよい。この場合、第１電気負荷２３へ電力の供給が維持されるため、第１電気負荷２３の動作が安定する。

○図３に示す第２処理について、車両１３が駆動している間、すなわち内燃機関１２が駆動している間に限らず、アイドリングストップ中に処理してもよい。この場合、ステップＳ２３は「アイドリングストップを中止」、ステップＳ２４は「アイドリングストップを継続」とよみかえる。また、この場合には、ステップＳ２１にて推定する直列接続体３８の電圧は、今現在の電圧ではなく、所定時間後の電圧である。例えば、制御部２７は、第１バッテリ２１及び第２バッテリ２２における、今現在の電圧と、単位時間当たりの電力消費量とに基づいて、所定時間後の直列接続体３８の電圧を推定する。

電源装置１１において、アイドリングストップ中にも、第１電気負荷２３や第２電気負荷２４などによって直列接続体３８の電力が消費される。この場合、アイドリングストップ中に直列接続体３８の電圧が最低入力電圧未満になるまで消費されることによって、内燃機関１２の再始動時に第２電気負荷２４が動作するために必要となる動作電圧が電力変換部２６から出力できなくなる前に、アイドリングストップを中止できる。すなわち、動作電圧が電力変換部２６から出力できなくなる前に、内燃機関１２を再始動させることができる。

１１…電源装置、１２…内燃機関、１３…車両、２１…第１バッテリ、２２…第２バッテリ、２３…第１電気負荷、２４…保護負荷としての第２電気負荷、２５…オルタネータ、２６…電力変換装置としての電力変換部、２７…制御部、２８…第１バッテリセンサ、２９…第２バッテリセンサ、３０…スタータ、３１…第１ライン、３２…第２ライン、３３…第３ライン、３４…第４ライン、３５…第５ライン、３６…第６ライン、３７…第７ライン、３８…直列接続体、３９…レギュレータ、４１…第１スイッチング素子、４２…第２スイッチング素子、４３…第３スイッチング素子、４４…第４スイッチング素子、４５…第５スイッチング素子、４６…コイル、４７…入力端子、４８…第１出力端子、４９…第２出力端子、５０…ボディダイオード、Ｐ１…第１接続点、Ｐ２…第２接続点。

Claims (3)

1. 内燃機関と、
   第１バッテリと、
   前記第１バッテリと直列に接続される第２バッテリと、
   前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間に接続される第１電気負荷と、
   電力が供給されることによって動作する保護負荷と、
   前記第１バッテリと前記第２バッテリとの直列接続体に対して直列に接続され、前記内燃機関を始動させるスタータと、
   を備える車両に搭載される電力変換装置であって、
   前記電力変換装置は、
   入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、スイッチと、前記スイッチを制御する制御部と、を有し、
   前記入力端子を通じて、前記直列接続体に対して直列に接続され、
   前記第１出力端子を通じて、前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間における前記第１電気負荷と前記第２バッテリとの間に接続され、
   前記第２出力端子を通じて、前記保護負荷と接続され、
   前記入力端子から入力される電圧を変換し、変換した電力を前記第１出力端子と前記第２出力端子とから出力し、
   前記スイッチは、
   前記電力変換装置内において前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に配置され、
   ＯＮとなる場合に、前記第１出力端子から電流が流れることを許容し、
   ＯＦＦとなる場合に、前記第１出力端子から流れる電流を遮断し、
   前記制御部は、アイドリングストップ後の前記内燃機関を再始動する際に、前記スイッチをＯＦＦにする電力変換装置。
2. 前記制御部は、
   前記スタータの始動時に降下する前記直列接続体の電圧を推定し、
   推定した前記直列接続体の電圧が、前記保護負荷が動作するために必要となる動作電圧を出力するために必要な最低入力電圧未満である場合に、アイドリングストップの中止または禁止を要求する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴであり、
   前記スイッチは、ボディダイオードを有し、
   前記ボディダイオードのアノードは、前記第１出力端子と接続される請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。