JPWO2012008124A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

主電源が劣化してもアイドリングストップ期間を長くして省燃費化を図る車両用電源装置を提供する。この車両用電源装置は、エンジンと負荷とを搭載する車両に用いられるように構成された車両用電源装置であって、発電機と、主電源と、スタータと、第１スイッチと、蓄電部と、第２スイッチと、制御部と、を有する。制御部は、主電源が劣化している場合、車両がアイドリングストップ期間中に、主電源の電力を負荷に供給し、エンジンの再始動時に、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンとして、主電源の電力と蓄電部の回生電力とでスタータを駆動するように制御する。

Description

本発明は、回生電力の回収機能とアイドリングストップ機能を有する車両用電源装置に関する。

近年、省燃費のためにアイドリングストップ機能や減速時の回生機能を有する車両が開発されている。このような車両のアイドリングストップ機能は停車時にエンジンを止め、発進時にエンジンを再始動することによって、エンジンを止めている期間の燃料を節約できる。

図５は特許文献１に記載されている従来の車両用電力制御装置の概略構成図である。図５において車両用電力制御装置２００は、発電機１３５と、バッテリ１３７と、車両電気負荷１３９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４１と、電気二重層コンデンサ１４３と、電子演算装置１４５とを有する。車両のエンジン１３１はタイヤ１３３と発電機１３５に機械的に接続されている。主電源であるバッテリ１３７と車両電気負荷１３９は発電機１３５に電気的に接続されている。車両電気負荷１３９はスタータを含む。蓄電部である電気二重層コンデンサ１４３はＤＣ／ＤＣコンバータ１４１を介して発電機１３５に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４１は制御部である電子演算装置１４５によって制御される。

従来の車両用電力制御装置２００の動作について説明する。車両の減速期間に発電機１３５が発電し回生電力が発生する。電子演算装置１４５は、電気二重層コンデンサ１４３が回生電力を充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４１を制御する。その結果、回生電力が電気二重層コンデンサ１４３に蓄えられる。その後車両が減速を終了すると、電子演算装置１４５は、電気二重層コンデンサ１４３が蓄えた回生電力をバッテリ１３７に優先して放電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４１を制御する。その結果、電気二重層コンデンサ１４３に蓄えられた回生電力がバッテリ１３７や車両電気負荷１３９に供給され、回生電力の有効活用が可能となる。従って、ある程度の車両の省燃費化を図ることができる。しかし、アイドリングストップ機能については、バッテリ１３７が劣化するとアイドリングストップ期間が短くなるので、車両全体として十分な燃費向上が図れない。

特許第３４６５２９３号公報

本発明の車両用電源装置は、エンジンと負荷とを搭載する車両に用いられるように構成された車両用電源装置であって、発電機と、主電源と、スタータと、第１スイッチと、蓄電部と、第２スイッチと、制御部と、を有する。発電機はエンジンにより発電する。主電源は発電機と電気的に接続される。スタータは主電源に電気的に接続される。第１スイッチは主電源に電気的に接続される。負荷は主電源に第１スイッチを介して電気的に接続される。蓄電部は第１スイッチにＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気的に接続される。第２スイッチは主電源と蓄電部との間に電気的に接続される。制御部は第１スイッチ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、および第２スイッチと電気的に接続される。

制御部は、発電機が回生電力を発生する際に、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフとして、回生電力を蓄電部に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。車両がアイドリングストップ期間中で主電源が劣化していない場合は、制御部は主電源に優先して蓄電部に充電した回生電力を負荷に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、エンジンを再始動する前に第１スイッチをオフとして主電源の電力でスタータを駆動してエンジンを再始動させるように制御する。車両がアイドリングストップ期間中で主電源が劣化している場合は、制御部は主電源の電力を負荷に供給するとともに、エンジンを再始動する前に第１スイッチをオフしかつ第２スイッチをオンとして主電源の電力と蓄電部の回生電力とでスタータを駆動して、エンジンを再始動させるように制御する。

その結果、主電源が劣化していてもアイドリングストップ中に主電源から負荷への電力供給が可能となるので、アイドリングストップ期間を長く確保することができ、その分、車両の省燃費化が可能な回生電力回収機能付き車両用電源装置を実現できる。

図１は実施の形態１に係る車両用電源装置のブロック回路図である。 図２Ａは実施の形態１に係る車両用電源装置のアイドリングストップ時の動作を示すフローチャートである。 図２Ｂは実施の形態１に係る車両用電源装置のアイドリングストップ時の動作を示すフローチャートである。 図３は実施の形態１に係る車両用電源装置の加速時、または定速走行時の動作を示すフローチャートである。 図４は実施の形態１に係る車両用電源装置の車速と放電下限電圧との相関関係図である。 図５は従来の車両用電力制御装置の概略構成図である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車両用電源装置１００のブロック回路図である。図１において車両用電源装置１００は、エンジン１４と負荷１９とを搭載する車両に用いられるように構成された車両用電源装置１００であって、発電機１１と、主電源１３と、スタータ１５と、第１スイッチ１７と、蓄電部２５と、第２スイッチ２７と、制御部２９と、を有する。

車両のエンジン１４によって発電する発電機１１は、主電源１３とスタータ１５とに電気的に接続される。主電源１３は鉛バッテリなどの二次電池で構成される。スタータ１５はエンジン１４と機械的に接続され、エンジン１４を始動する。主電源１３は第１スイッチ１７を介して負荷１９と電気的に接続される。負荷１９は車両に搭載された電装品である。第１スイッチ１７は外部からオンオフ制御が可能な構成であり、実施の形態１では電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を用いる。ＦＥＴには寄生ダイオード２１が構成され、寄生ダイオード２１のアノードが主電源１３側になるように接続されている。これにより、第１スイッチ１７がオフの時、寄生ダイオード２１により蓄電部２５から主電源１３側への不要な電流の逆流を防止している。なお、第１スイッチ１７としてリレーを用いてもよい。この場合は、リレーにより主電源１３と負荷１９の間は電気的な接続が完全にオフになるので、寄生ダイオード２１がなくても逆流を防止できる。

第１スイッチ１７には負荷１９に加え、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して蓄電部２５が電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は蓄電部２５の充放電を制御する。発電機１１が回生電力を発電した場合は、回生電力を蓄電部２５に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が動作する。また、発電機１１が回生電力を発電していない場合は、車両の状況に応じて蓄電部２５を放電する。

蓄電部２５は車両の減速時に回生電力を蓄える。車両の減速時に急峻に発生する回生電力を十分に蓄えるために、蓄電部２５として充電受入性の良好な電気二重層キャパシタを用いる。電気二重層キャパシタの本数や電気的接続方法（直列、並列、直並列など）は、車両に必要とされる電力仕様に基づいて適宜決定される。実施の形態１では定格電圧が２．５Ｖの５個の電気二重層キャパシタを直列に接続する。すなわち、蓄電部２５へは蓄電部電圧Ｖｃが１２．５Ｖまでの充電が可能である。以下、この電圧を満充電電圧Ｖｃｍという。放電時は過放電を避けるために、電気二重層キャパシタ１個当たり１Ｖまで、すなわち、蓄電部２５としては５Ｖまで放電する。以下、この電圧を蓄電部最低電圧Ｖｃｋという。よって、蓄電部２５は蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）から満充電電圧Ｖｃｍ（＝１２．５Ｖ）までの範囲で使用される。この範囲を逸脱しないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が蓄電部電圧Ｖｃを制御する。

主電源１３と蓄電部２５の間に、第２スイッチ２７が電気的に接続される。第２スイッチ２７も第１スイッチ１７と同様に外部からのオンオフ信号に応じて制御される。具体的には第２スイッチ２７にはＦＥＴやリレーが適用できる。実施の形態１では第２スイッチ２７にリレーを用いる。後述するように第２スイッチ２７にはスタータ１５を駆動する際に大電流が流れる。少しでも電圧の損失を少なくするため、第２スイッチ２７には内部抵抗が小さいリレーを用いる。

第１スイッチ１７、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、および第２スイッチ２７は制御部２９と信号系配線で電気的に接続される。制御部２９はマイクロコンピュータと周辺回路で構成される。制御部２９は第１オンオフ信号ＳＷ１によって第１スイッチ１７のオンオフの制御をする。制御部２９は第２オンオフ信号ＳＷ２によって第２スイッチ２７のオンオフの制御をする。制御部２９は制御信号ＳｃｏｎｔでＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御をする。制御部２９は電圧検出機能を備えている。主電源１３の正極側、負荷１９の正極側、および蓄電部２５の正極側をそれぞれ制御部２９に信号系配線で電気的に接続する。制御部２９は主電源１３における主電源電圧Ｖｂ、負荷１９における負荷電圧Ｖｆ、および蓄電部２５における蓄電部電圧Ｖｃを検出する。発電機１１は、例えば界磁に電磁石を用いた発電機であり、エンジン１４が駆動中に発電機１１が発電するか否かを外部から操作することができる。

制御部２９は信号系配線で車両用制御回路３１とも電気的に接続される。車両用制御回路３１は車両の全体制御を行う。車両用制御回路３１は車両通信規格に則ってデータ信号Ｓｄａｔａにより車両の様々な状態を示す信号を制御部２９に送信したり、制御部２９から各部の電圧やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の動作状況などの様々な情報を受信したりする。なお、発電機１１やスタータ１５の制御は車両用制御回路３１により行われるが、信号系配線の記載が煩雑になるので図１ではこれらの信号系配線を省略している。

車両用電源装置１００の動作について説明する。

車両の通常走行中に運転者がブレーキペダルを踏む制動動作を行い車両が減速すると、制御部２９はブレーキペダルのデータ信号Ｓｄａｔａを車両用制御回路３１から受信する。制御部２９は、制動動作に伴い発電機１１で発生する回生電力を蓄電部２５に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。

具体的には、第１スイッチ１７がオン、第２スイッチ２７がオフとなるように制御部２９は第１オンオフ信号ＳＷ１と第２オンオフ信号ＳＷ２を出力する。ここで、制御部２９が第２スイッチ２７をオフにするのは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３により蓄電部２５の充放電を可能にするためである。第２スイッチ２７をオフにする際には、発電機１１で発生する回生電力によって蓄電部２５を充電するために制御部２９は第１スイッチ１７をオンにする。なお、実施の形態１の場合は第１スイッチ１７をＦＥＴとしたことで、寄生ダイオード２１が構成されている。よって、第１スイッチ１７をオンにしなくても発電機１１は寄生ダイオード２１を経由して回生電力を蓄電部２５に充電することができる。しかし、寄生ダイオード２１の電圧降下によって電力の損失が発生するので、第１スイッチ１７をＦＥＴで構成した場合でも第１スイッチ１７をオンにすることが好ましい。

次に、制御部２９は回生電力を蓄電部２５に充電するために、負荷１９にかかる負荷電圧Ｖｆを読み込み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の負荷１９側の端子が負荷電圧Ｖｆよりも０．５Ｖ〜１Ｖ程度低い電圧になるように制御信号ＳｃｏｎｔをＤＣ／ＤＣコンバータ２３に出力する。回生電力が発生している時の発電機１１の電圧（約１５Ｖ）が負荷１９に印加されるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は負荷１９側の端子の電圧を負荷電圧Ｖｆよりも０．５Ｖ〜１Ｖ程度下げるので、蓄電部２５へ回生電力が出力される。これにより、急峻に発生する回生電力を十分に回収することができる。

蓄電部２５を充電するためにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は負荷１９側の端子の電圧を負荷電圧Ｖｆよりも０．５Ｖ〜１Ｖ程度下げる動作を行うが、この下げる電圧幅は０．５Ｖ〜１Ｖに限定されない。ただし、電圧幅が小さすぎると、電圧検出精度やＤＣ／ＤＣコンバータ２３の動作精度の影響が相対的に大きくなり、蓄電部２５への十分な充電ができなくなる可能性がある。一方、電圧幅を大きくしすぎると、発電機１１からだけでなく主電源１３からの電力も蓄電部２５に充電され、主電源１３が不要な放電を行うので、電力の無駄が発生する。これらのことから、電圧幅を０．５Ｖ〜１Ｖ程度とすることが好ましい。

制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃも制御する。制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｍ（＝１２．５Ｖ）に至れば、たとえ回生電力がまだ発生していたとしても、それ以上蓄電部２５への充電を行わず、満充電電圧Ｖｃｍを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。蓄電部２５の蓄電部電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｍに達した後に発生する回生電力は、負荷１９や主電源１３に供給される。

以上の動作により、車両の減速時に発生する回生電力は蓄電部２５に充電される。制御部２９は蓄電部２５の蓄電部電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｍに達した後は、その満充電電圧Ｖｃｍを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。制御部２９は蓄電部２５の充電中に蓄電部電圧Ｖｃが満充電電圧Ｖｃｍに至らなかった場合は、回生電力の発生が完了した時点での蓄電部電圧Ｖｃを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。

次に、車両が停止し始めてからの車両用電源装置１００の動作について図２Ａと図２Ｂのフローチャートを用いて説明する。なお、図２Ａと図２Ｂのフローチャートは図示しないメインルーチンから必要に応じて実行されるサブルーチンとして記載している。また、図２Ａのフローチャートの開始時点において、第１スイッチ１７はオン、第２スイッチ２７はオフの状態となっている。

制御部２９は車両用制御回路３１からデータ信号Ｓｄａｔａにより車両の停止を示す停止情報を受信すると、メインルーチンから図２Ａのサブルーチンを実行する。制御部２９はまず蓄電部電圧Ｖｃを読み込む（ステップＳ１１）。次に、制御部２９は読み込んだ蓄電部電圧Ｖｃを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ１３）。なお、制御部２９はステップＳ１３に示す動作を上記した減速時においても行い、車両の停止後も継続して行う。

制御部２９は主電源１３が劣化しているか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、主電源１３の劣化判断方法について説明する。

主電源１３を構成する鉛バッテリなどの二次電池のみでスタータ１５を駆動すると、主電源１３の主電源電圧Ｖｂが短期間に急峻に低下し最小値に至る。その後エンジン１４が始動すると主電源１３の主電源電圧Ｖｂが最小値から段階的に上昇して回復する。

主電源１３が劣化すると、その劣化に伴って、スタータ１５の駆動時における主電源電圧Ｖｂが低下した際に示す電圧の最小値が小さくなっていく。これは次の理由による。スタータ１５の駆動時には４００Ａ程度の大電流が流れ、それに伴い主電源１３の内部抵抗値の大きさに応じて主電源電圧Ｖｂが低下する。一方、主電源１３の劣化に伴い主電源１３の内部抵抗値は大きくなる。スタータ１５の駆動時に発生する主電源電圧Ｖｂの低下幅は、主電源１３が劣化し内部抵抗値が増大すると大きくなる。その結果、主電源電圧Ｖｂの最小値は主電源１３の劣化とともに小さくなる。

主電源１３のこの性質に着目して、車両の使用開始時、すなわちイグニションスイッチにより車両のスタータ１５を駆動する時に、制御部２９は主電源電圧Ｖｂの最小値を求める。制御部２９は主電源電圧Ｖｂの最小値があらかじめ決定した劣化判定値（例えば７Ｖ）以下であれば主電源１３が劣化していると判断する。この劣化判定の結果は制御部２９に内蔵されたメモリに記憶される。なお、劣化判定値は後述するようにアイドリングストップ中に負荷１９へ電力を供給できる程度の余力を有する値として決定され、完全に劣化している時の値ではない。従って、劣化判定値は負荷１９の消費電力仕様や主電源１３の仕様に応じて変わるので、これらの仕様に対し適宜決定すればよい。

なお、主電源電圧Ｖｂの最小値は車両の使用開始時に、主電源１３の電力によってスタータ１５を駆動する際に求める。これは車両の使用開始時は主電源１３の充放電による発熱の影響が小さいので、より正確に主電源１３の劣化状態を知ることができるからである。

ステップＳ１５において、上記した方法で制御部２９は主電源１３の劣化を判断する。主電源１３が劣化していなかった場合は（ステップＳ１５のＮｏ）制御部２９は後述するステップＳ５１の動作を行う。一方、主電源１３が劣化していた場合は（ステップＳ１５のＹｅｓ）、制御部２９はステップＳ１１で読み込んだ蓄電部電圧Ｖｃと蓄電部所定電圧Ｖｃｓとを比較する（ステップＳ１７）。ここで、蓄電部所定電圧Ｖｃｓとは、アイドリングストップ後にスタータ１５を駆動するに足りる電力が蓄電部２５に蓄えられている場合の蓄電部電圧Ｖｃのことである。実施の形態１では蓄電部所定電圧Ｖｃｓをあらかじめ１２Ｖと決定している。この決定方法の具体例を次に述べる。

まず、蓄電部２５の容量値を１４０Ｆ（ファラッド）とする。また、スタータ１５を駆動する際に蓄電部２５から第２スイッチ２７を経由して流れる電流を、スタータ１５の駆動電流（４００Ａ）の３／４として３００Ａとする。なお、蓄電部２５から流れる電流が駆動電流の３／４とした根拠は蓄電部２５と主電源１３の内部抵抗値の比率（１対３）に基づく。主電源１３が劣化している状態で、主電源１３の内部抵抗値を実測すると、蓄電部２５の内部抵抗値の実測値に対して主電源１３の内部抵抗値はおよそ３倍であった。従って、主電源１３と蓄電部２５からスタータ１５へ電力を供給すると、主電源１３からスタータ１５へ流れる電流に対し蓄電部２５からスタータ１５へ流れる電流が３倍になる。ゆえに、蓄電部２５から流れる電流は４００Ａ×３／４＝３００Ａとなる。また、スタータ１５の駆動期間は長めに見積もって２秒とする。さらに、蓄電部電圧Ｖｃはスタータ１５の駆動後に、少なくとも蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）でなければならない。

また、主電源１３が劣化している場合、上記したように主電源１３のみでスタータ１５を駆動すると主電源電圧Ｖｂは７Ｖまで低下する。主電源１３が劣化している場合は蓄電部２５からもスタータ１５に電力が供給される。そこで、劣化した主電源１３と蓄電部２５の両方から電力を供給してスタータ１５を駆動した場合の主電源電圧Ｖｂの最小値を実験的に求めると、約８Ｖであることがわかった。

これらのことから、蓄電部２５に必要な電圧Ｖｘをエネルギ収支から求める。まず、蓄電部２５からスタータ１５に放電されるエネルギは、１４０Ｆ×（Ｖｘ^２−８^２）／２であり、このエネルギがスタータ１５で消費されるエネルギ（３００Ａ×８Ｖ×２秒）と等しくなることから、Ｖｘ≒１１．５Ｖとなる。従って、ここではマージンを考慮して蓄電部所定電圧Ｖｃｓを１２Ｖと決定した。

減速前の車両の車速ｖが小さいと蓄電部２５に十分に回生電力を蓄えることができない。ステップＳ１７において、制御部２９は回生電力が蓄えられた蓄電部２５の蓄電部電圧Ｖｃと蓄電部所定電圧Ｖｃｓを比較する。蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部所定電圧Ｖｃｓより小さい場合（ステップＳ１７のＮｏ）、アイドリングストップをしてしまうとエンジン１４の再始動ができなくなる可能性が大きい。そのため蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部所定電圧Ｖｃｓより小さい場合は、制御部２９はアイドリングストップ動作を行わずにそのまま図２Ａのサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。従って、エンジン１４は動作したままの状態となる。

一方、エンジン１４の再始動が可能な電力が蓄電部２５に蓄えられており、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部所定電圧Ｖｃｓ以上であれば（ステップＳ１７のＹｅｓ）、アイドリングストップを行う。具体的には、制御部２９はエンジン１４を停止させる信号をデータ信号Ｓｄａｔａとして車両用制御回路３１に送信する（ステップＳ１９）。データ信号Ｓｄａｔａを受けて、車両用制御回路３１はエンジン１４を停止する。次に、制御部２９は第２スイッチ２７をオンにするよう第２オンオフ信号ＳＷ２を出力する（ステップＳ２１）。これにより、第２スイッチ２７がオンになり、蓄電部２５と主電源１３が並列接続される。ここで、エンジン１４は停止しているので、発電機１１からの発電も停止する。従って、主電源電圧Ｖｂは開放電圧（約１２Ｖ）に近い電圧となる。一方、ステップＳ１７で蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部所定電圧Ｖｃｓ以上である場合、制御部２９は第２スイッチ２７をオンにし、蓄電部電圧Ｖｃが主電源電圧Ｖｂと等しくなるまで放電させる。蓄電部電圧Ｖｃが放電した電力は主に負荷１９に供給される。ただし、蓄電部電圧Ｖｃの上限は満充電電圧Ｖｃｍ（＝１２．５Ｖ）であるので、蓄電部電圧Ｖｃは最大でも０．５Ｖ程度しか低下せず、回収した回生電力の大部分は第２スイッチ２７をオンにしても蓄電部２５に蓄えられている。このような電力系配線の状態とすることで、アイドリングストップ中の負荷１９への電力供給は、劣化していても蓄電部２５に比べ桁違いに大容量の主電源１３から行われる。

次に、制御部２９はスタータ１５が駆動される状態であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。制御部２９は車両用制御回路３１から、運転者がブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えたことを示すデータ信号Ｓｄａｔａを受信する。制御部２９はデータ信号Ｓｄａｔａから、アイドリングストップを終了しエンジン１４を再始動するためにスタータ１５が駆動される状態であるか否かの情報を得ている。もし、スタータ１５が駆動される状態であれば（ステップＳ２３のＹｅｓ）、制御部２９は後述するステップＳ２９の動作を行う。

一方、スタータ１５が駆動される状態でなければ（ステップＳ２３のＮｏ）、制御部２９は車両用制御回路３１からのデータ信号Ｓｄａｔａによりイグニションスイッチの情報を読み込み、イグニションスイッチがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。もし、イグニションスイッチがオフでなければ（ステップＳ２５のＮｏ）、ステップＳ２３に戻り、制御部２９は引き続きアイドリングストップ状態を維持する。一方、イグニションスイッチがオフであれば（ステップＳ２５のＹｅｓ）、車両の使用が終了したので、制御部２９はＤＣ／ＤＣコンバータ２３を停止するとともに、第１スイッチ１７と第２スイッチ２７をオフにして（ステップＳ２７）、メインルーチンに戻る。これらの動作により電力系配線の接続が断たれるが、暗電流を消費する負荷１９へは主電源１３から寄生ダイオード２１を経由して電力が供給される。

ステップＳ２３において、スタータ１５が駆動される状態にある場合について（ステップＳ２３のＹｅｓ）、図２Ｂに示すフローチャートを用いて説明する。スタータ１５が駆動される状態にある場合、制御部２９は第１スイッチ１７をオフにする（ステップＳ２９）。次に、制御部２９は負荷電圧Ｖｆを読み込み、負荷電圧Ｖｆが負荷通常電圧ＶｆａになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ３１）。ここで、これらの動作を行う理由を以下に述べる。

ステップＳ２１で第２スイッチ２７をオンにし、ステップＳ２９で第１スイッチ１７をオフにしているので、主電源１３と蓄電部２５はＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介さずに直接並列接続される。これにより、後述するように主電源１３および蓄電部２５の両者の電力でスタータ１５を駆動する。その際、主電源１３および蓄電部２５の両者の電圧が大きく低下する。負荷１９への電力は寄生ダイオード２１を介して主電源１３から供給されるが、主電源１３の電圧の低下にともなって負荷電圧Ｖｆも大きく低下する。負荷１９がスタータ１５の駆動に伴う電圧低下が発生しても十分に動作し続けられる仕様のものであれば問題ないが、一般的な電装品は例えば負荷電圧Ｖｆが１０Ｖ程度まで下がると動作が停止してしまう。そこで、スタータ１５の駆動時にも負荷１９を動作し続けさせるために、制御部２９はステップＳ３１の動作を行い蓄電部２５の回生電力の一部をＤＣ／ＤＣコンバータ２３で昇圧して負荷１９に電力を供給する。なお、負荷通常電圧Ｖｆａは負荷１９を駆動し続けるための通常電圧のことで、実施の形態１では１２Ｖとした。従って、負荷電圧Ｖｆは１２Ｖとなる。スタータ１５の駆動の際に蓄電部２５からスタータ１５への電力供給があるので、主電源電圧Ｖｂは上記したように８Ｖ程度まで低下する。しかし、第１スイッチ１７がオフで寄生ダイオード２１のカソード側が１２Ｖ（負荷電圧Ｖｆ）、アノード側が約８Ｖ（主電源電圧Ｖｂ）なので、寄生ダイオード２１もオフとなる。ゆえに、負荷１９へはＤＣ／ＤＣコンバータ２３で安定化された負荷電圧Ｖｆが主電源電圧Ｖｂの変動の影響を受けることなく印加される。

なお、ステップＳ２９とステップＳ３１の動作は順序が逆であっても構わない。ただし、第１スイッチ１７をリレーで構成した場合は寄生ダイオード２１が存在しないので、負荷１９への電力供給を維持するためにステップＳ２９とステップＳ３１の動作を逆にする必要がある。この際、一瞬ではあるが第１スイッチ１７と第２スイッチ２７が同時にオンになる。しかし、上記したように主電源電圧Ｖｂは開放電圧（約１２Ｖ）であり、負荷電圧ＶｆはＤＣ／ＤＣコンバータ２３により負荷通常電圧Ｖｆａ（＝１２Ｖ）となるので、両者の電圧値は極めて近い。ゆえに、第１スイッチ１７と第２スイッチ２７が同時にオンになる瞬間があっても、過電流が流れる可能性は小さい。このことから、第１スイッチ１７にリレーを用いてステップＳ２９とステップＳ３１の動作を逆にする構成としても構わない。

ステップＳ３１までの動作により、スタータ１５を駆動する準備が整うので、制御部２９は車両用制御回路３１に対しスタータ１５を駆動させるデータ信号Ｓｄａｔａを出力する（ステップＳ３３）。これを受け、車両用制御回路３１はスタータ１５の駆動を行う。この時、上記したように主電源１３と蓄電部２５が並列に接続されているので、両者の電力がスタータ１５に供給される。蓄電部２５の内部抵抗値と劣化した主電源１３の内部抵抗値の比率が１対３であるので、スタータ１５のピーク電流（４００Ａ）に対し、主電源１３から１００Ａ、蓄電部２５から３００Ａが流れる。主電源１３の劣化前であれば主電源１３からのみ４００Ａのピーク電流が流れる。主電源１３の劣化後は１００Ａで済むように制御されるので、主電源１３が劣化してもスタータ１５を駆動できる。これにより、主電源１３が劣化しても車両はアイドリングストップを行うことができるので、その分燃料の消費を抑えることができ、省燃費化が図れる。

次に、制御部２９は主電源電圧Ｖｂを読み込み（ステップＳ３５）、主電源下限電圧ＶｂＬと比較する（ステップＳ３７）。ここで、主電源下限電圧ＶｂＬは主電源１３で負荷１９を駆動できる下限電圧のことである。本来ならば上記したように主電源下限電圧ＶｂＬは負荷１９が停止する１０Ｖ程度となる。しかし、ステップＳ３７の時点では第１スイッチ１７がオフで寄生ダイオード２１が主電源１３と負荷１９の間に接続されている状態であるので、寄生ダイオード２１による電圧降下の影響、およびマージンを考慮して主電源下限電圧ＶｂＬを１１Ｖと決定する。従って、もし主電源電圧Ｖｂが主電源下限電圧ＶｂＬより小さければ（ステップＳ３７のＮｏ）、スタータ１５は大電流を消費中であり主電源１３で負荷１９を動作させることができず、かつエンジン１４はまだ再始動していない。したがって、発電機１１も動作していないので、蓄電部２５からＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して負荷１９への電力供給を継続するためにステップＳ３５に戻る。

一方、エンジン１４の再始動が完了に近づき、スタータ１５で消費される電流が減少すると、主電源１３の電圧は上昇する。主電源電圧Ｖｂが上昇して主電源下限電圧ＶｂＬ以上に戻れば（ステップＳ３７のＹｅｓ）、主電源１３から負荷１９に電力を供給することが可能となる。従って、制御部２９は蓄電部２５の電力に替わって主電源１３の電力を負荷１９に供給する。具体的には次のような動作となる。

まず、制御部２９は第２スイッチ２７をオフにする（ステップＳ３９）。これにより、蓄電部２５と主電源１３の並列接続は解除される。次に、制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃを読み込み（ステップＳ４１）、現在の蓄電部電圧Ｖｃを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３の動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の負荷電圧Ｖｆの制御は行われなくなる。この時は上記したように主電源電圧Ｖｂが主電源下限電圧ＶｂＬ以上に回復しているので、ステップＳ４３の動作により蓄電部２５の電力に替わって主電源１３の電力を負荷１９に供給する。また、ステップＳ４３の動作により、発電機１１から蓄電部２５への充電が行われない状態とする。よってエンジン１４が燃料を消費することで発電された電力が蓄電部２５に充電されてしまう無駄を省くことができる。また、エンジン１４が再始動するときに、蓄電部２５を充電すると、以降に発生する回生電力を十分に回収できない場合がある。よって、ステップＳ４３の動作により発電機１１から蓄電部２５への充電を行わないことで、回生電力を十分に回収することができなくなる可能性を低減している。

ステップＳ４３までの動作が完了すると、発電機１１が発電を開始する準備が整う。発電機１１が発電を開始する準備が整うと、制御部２９は車両用制御回路３１に対し発電機１１が発電するように指令する信号をデータ信号Ｓｄａｔａとして出力する（ステップＳ４５）。車両用制御回路３１はデータ信号Ｓｄａｔａを受けて発電を開始するように発電機１１を制御する。その後、制御部２９は第１スイッチ１７をオンにする（ステップＳ４７）。これにより、寄生ダイオード２１による損失を低減した状態で発電機１１の電力が負荷１９に供給される。ここまでの動作により、アイドリングストップが終了し、車両は走行が可能な状態となるので、制御部２９は図２Ｂのサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。

以上に説明したステップＳ１９からステップＳ４７までの動作が、主電源１３が劣化していた場合のアイドリングストップ時の車両用電源装置１００の動作である。この特徴となる動作をまとめると次のようになる。制御部２９はアイドリングストップ期間中に主電源１３の電力を負荷１９に供給する。制御部２９はエンジン１４を再始動する前に、第１スイッチ１７をオフ、第２スイッチ２７をオンとして、主電源１３の電力と蓄電部２５の回生電力とでスタータ１５を駆動してエンジン１４を再始動するように制御する。スタータ１５で消費される大電流の内、主電源１３から持ち出される電流の割合が減少するので、主電源１３が劣化していてもエンジン１４の再始動が可能となる。その結果、車両のアイドリングストップの回数や期間を増大させることで燃料の消費を抑制することができるので、省燃費化が図れる。

主電源１３が劣化していなかった場合、すなわちステップＳ１５でＮｏの場合の動作について説明する。この場合、まず制御部２９はエンジン１４を停止させる信号をデータ信号Ｓｄａｔａとして車両用制御回路３１に送信する。この動作はステップＳ１９と同じである。車両用制御回路３１がデータ信号Ｓｄａｔａを受けることによりエンジン１４が停止し、アイドリングストップが開始される。

次に、制御部２９は読み込んだ負荷電圧Ｖｆが負荷既定電圧ＶｆｓになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ５３）。負荷既定電圧Ｖｆｓとはアイドリングストップ中に蓄電部２５に蓄えた回生電力が負荷１９に供給されるように決定された電圧のことで、具体的には次のようにして決定される。

アイドリングストップ中は発電機１１が停止しているので、負荷１９へは主電源１３、または蓄電部２５の電力を供給する必要がある。ステップＳ５３の時点では主電源１３が劣化していないと判断されているので、主電源１３はアイドリングストップ後のスタータ１５の駆動に電力を供給し、負荷１９へはできるだけ回生電力を供給する。この理由は、主電源１３が劣化しておらずスタータ１５の駆動を十分に行うことができるので、早めに蓄電部２５に蓄えた回生電力を消費して、回生電力の有効活用を図るためである。もし蓄電部２５の電力を十分に放電しないままに、車両の制動が行われると、すでに蓄えた回生電力を有効に活用することができない。また、車両の制動時に新たに発生する回生電力を蓄電部２５は回収しきれない。よって、全体として回生電力の活用の効率が低下してしまう。実施の形態１では主電源１３が劣化していない場合は蓄電部２５の電力を主電源１３に優先して負荷１９へ供給する。そして、蓄電部２５の電力を主電源１３に優先して負荷１９へ供給するためには、負荷電圧Ｖｆが主電源電圧Ｖｂよりも高くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する必要がある。ここで、主電源電圧Ｖｂはアイドリングストップ中の場合、上記したように鉛バッテリなどの二次電池の開放電圧である１２Ｖ程度となる。負荷電圧Ｖｆを１２Ｖよりも高い電圧とするために、負荷既定電圧ＶｆｓはＤＣ／ＤＣコンバータ２３の制御誤差などのマージンを考慮して１３Ｖと決定する。

このような動作により蓄電部２５に蓄えた回生電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して負荷１９に供給される。

次に、制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃを読み込み（ステップＳ５５）、蓄電部下限電圧ＶｃＬと比較する（ステップＳ５７）。ここで、蓄電部下限電圧ＶｃＬとは、アイドリングストップ後におけるスタータ１５の駆動中に負荷１９の動作を停止させないように、蓄電部２５から負荷１９に電力を供給するために蓄電部２５に必要な下限の蓄電部電圧Ｖｃのことであり、次のようにして決定される。

まず、上記したように負荷既定電圧Ｖｆｓは１３Ｖである。蓄電部電圧Ｖｃはスタータ１５の駆動後に少なくとも蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）は必要となる。また、上記したように蓄電部２５の容量値は１４０Ｆであり、スタータ１５の駆動時間を２秒とし、負荷１９のアイドリングストップ時における消費電流を１０Ａとする。蓄電部２５から負荷１９への放電エネルギと負荷１９の消費エネルギとのエネルギ収支から、１４０Ｆ×（ＶｃＬ^２−５^２）／２＝１０Ａ×１３Ｖ×２秒を解いて、ＶｃＬ＝５．４Ｖとなる。すなわち、蓄電部下限電圧ＶｃＬは５．４Ｖ以上であればよいことになる。実施の形態１では電圧検出誤差などのマージンを考慮して、蓄電部下限電圧ＶｃＬを６Ｖと決定する。

ステップＳ５７において、もし蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部下限電圧ＶｃＬ未満となれば（ステップＳ５７のＮｏ）、これ以上蓄電部２５を放電しないようにするために、制御部２９はステップＳ５５で読み込んだ蓄電部電圧Ｖｃを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ５８）。その結果、負荷電圧ＶｆはＤＣ／ＤＣコンバータ２３によって制御されなくなるので、負荷１９へは主電源１３の電力が供給される。

次に、制御部２９はスタータ１５を駆動する状態であるか否かを判断する（ステップＳ５９）。ステップＳ５９の動作はステップＳ２３と同じである。スタータ１５を駆動する状態であれば（ステップＳ５９のＹｅｓ）、制御部２９は上記したステップＳ２９以降の動作を行い、エンジン１４の再始動を行う。この際に重要な点は、主電源１３が劣化していなかった場合、第２スイッチ２７はオフのままということである。従って、ステップＳ２９以降の動作においては、ステップＳ２９で第１スイッチ１７をオフにするので、第１スイッチ１７と第２スイッチ２７の両方がオフとなる。ゆえに、ステップＳ３３でスタータ１５を駆動すると、主電源１３の電力のみがスタータ１５に供給される。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３はステップＳ３１で負荷電圧Ｖｆが負荷通常電圧Ｖｆａになるように動作するので、スタータ１５の駆動中は蓄電部２５の電力のみが負荷１９に供給され、負荷１９の安定動作が可能となる。また、この際に蓄電部電圧Ｖｃは少なくとも蓄電部下限電圧ＶｃＬであるので、蓄電部２５にはスタータ１５の駆動期間（２秒）中も負荷１９に供給できるだけの回生電力が蓄えられている。

一方、スタータ１５を駆動する状態でなければ（ステップＳ５９のＮｏ）、制御部２９はイグニションスイッチがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ６１）。ステップＳ６１の動作はステップＳ２５と同じである。イグニションスイッチがオフでなければ（ステップＳ６１のＮｏ）、アイドリングストップ状態を継続するために、ステップＳ５９に戻り、以降の動作を繰り返す。一方、イグニションスイッチがオフであれば（ステップＳ６１のＹｅｓ）、制御部２９は車両の使用を終了させるためにステップＳ２７の動作を行う。

ステップＳ５７において、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部下限電圧ＶｃＬ以上であれば（ステップＳ５７のＹｅｓ）、制御部２９はスタータ１５を駆動する状態であるか否かを判断する（ステップＳ６３）が、この動作はステップＳ２３と同じである。もし、スタータ１５を駆動する状態であれば（ステップＳ６３のＹｅｓ）、制御部２９は上記したエンジン１４の再始動させるためのステップＳ２９以降の動作を行う。この際の動作はステップＳ５９でＹｅｓの場合と同じである。

一方、スタータ１５を駆動する状態でなければ（ステップＳ６３のＮｏ）、制御部２９はイグニションスイッチがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ６５）。この動作はステップＳ２５と同じである。イグニションスイッチがオフでなければ（ステップＳ６５のＮｏ）、アイドリングストップ状態を継続するために、制御部２９はステップＳ５５に戻り以降の動作を繰り返す。一方、イグニションスイッチがオフであれば（ステップＳ６５のＹｅｓ）、制御部２９は車両の使用を終了させるためにステップＳ２７の動作を行う。

以上に説明したステップＳ５１からステップＳ６５までの動作が、主電源１３が劣化していなかった場合のアイドリングストップ時の車両用電源装置１００の動作である。この特徴となる動作をまとめると、次のようになる。制御部２９はアイドリングストップ期間中に主電源１３に優先して蓄電部２５に充電した回生電力を負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。制御部２９はエンジン１４を再始動する前に、第１スイッチ１７をオフとして主電源１３の電力でスタータ１５を駆動してエンジン１４を再始動するように制御する。主電源１３が劣化しておらずスタータ１５を十分に駆動できる際には、蓄電部２５に蓄えた回生電力をアイドリングストップ中に早期に消費する。これによって、既に蓄電部２５に蓄えられた回生電力が有効に活用され、新たに発生する回生電力がより多く回収される。よって燃料の消費量を抑えることができ、省燃費化が図れる。

車両の加速時、または定速走行時の動作について図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３のフローチャートも図２Ａおよび図２Ｂと同様にメインルーチンから実行されるサブルーチンである。

アイドリングストップが終了し、車両が加速もしくは定速走行を行うと、その情報は車両用制御回路３１からデータ信号Ｓｄａｔａにより制御部２９に送信される。制御部２９はデータ信号Ｓｄａｔａを受け取ると、メインルーチンから図３のサブルーチンを実行する。なお、この際には第１スイッチ１７がオン、第２スイッチ２７がオフの状態である。図３のサブルーチンが実行されると、制御部２９はまず蓄電部電圧Ｖｃを読み込み（ステップＳ７１）、蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）と蓄電部電圧Ｖｃとを比較する（ステップＳ７３）。もし、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋ以下であれば（ステップＳ７３のＮｏ）、これ以上蓄電部２５を放電させないために、制御部２９はステップＳ７１で読み込んだ現在の蓄電部電圧Ｖｃを維持するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ７５）。これにより、蓄電部２５は車両の制動時にできるだけ多くの回生電力を回収することが可能となる。その後、図３のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。

一方、蓄電部電圧Ｖｃが蓄電部最低電圧Ｖｃｋより高ければ（ステップＳ７３のＹｅｓ）、制御部２９は蓄電部２５にできるだけ回生電力を回収させるために、蓄電部２５の電力を放電するように制御する。しかし、車両の車速ｖによっては制動時に制御部２９が十分な回生電力を回収できない可能性がある。そうすると、主電源１３が劣化していれば、アイドリングストップ後のスタータ１５を蓄電部２５の電力で十分に駆動できなくなる場合がある。そこで、実施の形態１では車速ｖに応じて放電可能な蓄電部電圧Ｖｃを変える。この具体的な動作を以下に示す。

まず、制御部２９は車速ｖを車両用制御回路３１からのデータ信号Ｓｄａｔａより読み込む（ステップＳ７７）。次に、制御部２９は車速ｖと蓄電部２５の放電下限電圧ＶＬとのあらかじめ求められた相関関係に基づいて、車速ｖから求めた放電下限電圧ＶＬを求める（ステップＳ７９）。なお、相関関係はメモリに記憶されている。

車速ｖと放電下限電圧ＶＬとの相関関係を図４に示す。なお、図４において横軸は車速ｖを、縦軸は放電下限電圧ＶＬを、それぞれ示す。車速ｖと放電下限電圧ＶＬの関係は、車速ｖが回生可能最低車速ｖｍ（例えば時速１０ｋｍ）以下であれば、車速ｖが小さく回生電力が得られないので、放電下限電圧ＶＬを満充電電圧Ｖｃｍ（＝１２．５Ｖ）としている。従って、回生電力が得られない車速ｖであれば、その時点で蓄電部２５が放電されないように制御される。車速ｖが回生可能最低車速ｖｍより大きく、最大放電可能車速ｖ１（例えば時速６０ｋｍ）以下であれば、車速ｖが大きくなるほど放電下限電圧ＶＬが低くなるような相関関係を有する。従って、車速ｖが大きい場合、大きい回生電力が得られるので、車速ｖと放電下限電圧ＶＬの相関関係から得られる放電下限電圧ＶＬを上回る蓄電部電圧Ｖｃの分、蓄電部２５が放電されるように制御される。これにより、蓄電部２５に蓄えられた回生電力を有効活用できるとともに、次回の制動が発生した場合、取りこぼしなく回生電力を回収でき、効率よく回生電力を活用できる。

車速ｖが最大放電可能車速ｖ１を超えた場合は、放電下限電圧ＶＬは蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）の一定値とする。これにより、蓄電部２５に蓄えられた電力を蓄電部最低電圧Ｖｃｋまで放電しても、次回の制動により蓄電部２５を満充電電圧Ｖｃｍまで充電することができ、蓄電部２５を最大限に活用できる。なお、上記した回生可能最低車速ｖｍや最大放電可能車速ｖ１は一例であり、車両の仕様により適宜最適値を決定すればよい。また、図４の相関関係も直線関係の組合せに限定されるものではなく、車両の仕様に応じた最適な相関関係（例えば曲線関係としたり、屈曲点をなだらかにしたり等）をあらかじめ決定して制御部２９に記憶しておく。

従って、図３のステップＳ７９で制御部２９は図４の相関関係と車速ｖから放電下限電圧ＶＬを求め、ステップＳ７１で得られた蓄電部電圧Ｖｃと比較する（ステップＳ８１）。もし、蓄電部電圧Ｖｃが放電下限電圧ＶＬより小さければ（ステップＳ８１のＹｅｓ）、蓄電部２５からこれ以上放電しないようにするために、制御部２９は上記したステップＳ７５の動作を行う。一方、蓄電部電圧Ｖｃが放電下限電圧ＶＬ以上であれば（ステップＳ８１のＮｏ）、蓄電部２５の電力を負荷１９に放電することができるので、制御部２９は負荷電圧Ｖｆが負荷既定電圧Ｖｆｓ（＝１３Ｖ）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する（ステップＳ８３）。なお、ステップＳ８３の動作は図２ＡのステップＳ５３と同じである。これにより、蓄電部２５の電力が主電源１３に優先して負荷１９に供給され、回生電力の有効活用が図れる。その後、制御部２９は図３のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。なお、ステップＳ８３の動作を行うことにより、蓄電部電圧Ｖｃは経時的に低下し、車速ｖは経時的に増大するか一定となる。よって、メインルーチンは車両の加速または定速走行中に図３のサブルーチンを繰り返して実行し、制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃが最適値となるように蓄電部２５の放電を制御する。

以上に説明した車両の加速または定速走行中の特徴となる動作をまとめると次のようになる。制御部２９は、車両の加速時、または定速走行時に、車速ｖと蓄電部２５の放電下限電圧ＶＬとのあらかじめ求められた相関関係に基づいて、車速ｖから放電下限電圧ＶＬを求める。求められた放電下限電圧ＶＬが制御部２９で検出される蓄電部２５における蓄電部電圧Ｖｃより低い時に、蓄電部電圧Ｖｃが放電下限電圧ＶＬに至るまで、蓄電部２５の回生電力を負荷１９に供給するように制御部２９はＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。

以上の構成、動作により、主電源１３が劣化している場合は、蓄電部２５に充電した回生電力をスタータ１５の駆動のみに用いるようにしているので、アイドリングストップ中に主電源１３から負荷１９への電力供給が可能となり、アイドリングストップ期間を長く確保することができる。従って、車両の省燃費化が可能な回生電力回収機能付き車両用電源装置１００を実現できる。

図５に示す従来の車両用電力制御装置２００によると、確かに回生電力の有効活用ができる。しかし、従来の車両用電力制御装置２００をアイドリングストップ車に適用すると、アイドリングストップ中は車両の減速が終了しているので、車両電気負荷１３９には、まず電気二重層コンデンサ１４３の電力が供給され、次にバッテリ１３７の電力が供給される。従って、バッテリ１３７が劣化していた場合、電気二重層コンデンサ１４３からの放電終了後すぐにバッテリ１３７に残された電力でスタータを駆動する必要がある。もしこのように動作せず、通常通りにアイドリングストップを継続してバッテリ１３７から車両電気負荷１３９に電力を供給すれば、バッテリ１３７の電力が不足してスタータを十分駆動することができず、エンジン再始動ができなくなる可能性がある。その結果、バッテリ１３７が劣化するとアイドリングストップ期間が短くなり、十分な燃費向上が図れない。

車両用電源装置１００によれば、主電源１３が劣化している場合は、蓄電部２５に充電した回生電力をスタータ１５の駆動のみに用いるようにしている。従って、劣化した主電源１３がアイドリングストップ中に負荷１９に電力を供給しても、急峻に大電流を消費するスタータ１５へは、主に蓄電部２５の回生電力が、損失の大きいＤＣ／ＤＣコンバータ２３を避け第２スイッチ２７を経由して供給されるので、スタータ１５を十分に駆動することができる。

なお実施の形態１では、制御部２９は、スタータ１５を駆動する際に蓄電部２５の回生電力を負荷１９に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御しているが、これは、負荷１９がスタータ１５の駆動時に電圧降下が発生しても動作し続けられる仕様のものであれば、上記の動作は特に行わなくてもよい。

また、実施の形態１では図４の相関関係を用いて車速ｖに応じた蓄電部電圧Ｖｃの制御を行っているが、例えば蓄電部２５の蓄電容量が十分に大きく、主電源１３の劣化時にスタータ１５を十分駆動できるだけの電力が車速ｖによらず常に蓄えることができる場合は、車速ｖに応じた蓄電部電圧Ｖｃの制御を特に行わなくてもよい。但し、必要以上に蓄電容量を大きくすると高コスト化するので、最適な蓄電容量の蓄電部２５を構成する方が望ましい。

また、実施の形態１では車両の使用開始時において、主電源１３の電力にてスタータ１５を駆動する際の主電源電圧Ｖｂの最小値に基づいて、主電源１３の劣化を判断しているが、この劣化判断方法に限定されない。例えば主電源１３の充電状態を常に測定する車両の場合は、充電状態に基づいて主電源１３の劣化判断を行うようにしてもよい。但し、充電状態の測定は主電源１３に電流センサを設けて積算する必要があるので、充電状態を測定する機能を車両用制御回路３１が備えていない場合は、実施の形態１で述べたように主電源電圧Ｖｂの最小値に基づく劣化判断を行う方が容易である。

（実施の形態２）
実施の形態２における車両用蓄電装置の構成は図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。実施の形態２における特徴となる点はエンジン１４の初期始動における動作であるので、この点について詳細を説明する。

車両の使用開始時において、主電源１３が劣化している場合、主電源１３のみでスタータ１５を駆動しエンジン１４の初期始動を行うことができない可能性がある。前回の車両の使用により主電源１３が劣化しているか否かの情報が制御部２９のメモリに記憶されている。制御部２９はメモリに記憶されている情報を基に、主電源１３が劣化している場合、エンジン１４を初期始動する前に第１スイッチ１７をオフ、第２スイッチ２７をオンとして、主電源１３の電力と蓄電部２５の電力とでスタータ１５を駆動しエンジン１４を初期始動するように制御する。これにより、主電源１３が劣化していてもエンジン１４をより確実に始動することが可能となる。

このように、主電源１３が劣化している場合、アイドリングストップ後だけでなく車両の初期始動時にも主電源１３の電力と蓄電部２５の電力とでスタータ１５を駆動する。これによって主電源１３から持ち出される急峻な大電流を抑制することができ、主電源１３の負担が軽減される。その結果、劣化した主電源１３であってもアイドリングストップ期間を延ばすことが可能となり、省燃費化が図れる。

なお、エンジン１４を初期始動した後の動作については実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。

上記の、車両の初期始動時にも主電源１３の電力と蓄電部２５の電力とでスタータ１５を駆動させる動作は、蓄電部２５に前回の車両の使用時に蓄えた回生電力が十分に残存している場合であれば有効である。しかし、長期間、車両を使用せず回生電力が自然放電してしまった場合は、第２スイッチ２７をオンにした瞬間に蓄電部電圧Ｖｃと主電源電圧Ｖｂとの電圧差により主電源１３から蓄電部２５へ短期間に大電流が流れる。その結果、第２スイッチ２７が破損する可能性がある。そこで、自然放電の発生を考慮して、実施の形態２では主電源１３が劣化している場合には、エンジン１４を初期始動する前に制御部２９が蓄電部電圧Ｖｃを読み込む。制御部２９は蓄電部電圧Ｖｃが初期既定電圧Ｖｃｉ未満であれば、あらかじめ第１スイッチ１７をオン、第２スイッチ２７をオフとして、蓄電部電圧Ｖｃが初期既定電圧Ｖｃｉに至るまで主電源１３の電力を蓄電部２５に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。その後、蓄電部電圧Ｖｃが初期既定電圧Ｖｃｉに至るまで充電されれば、制御部２９はＤＣ／ＤＣコンバータ２３による充電を停止し、上記した第１スイッチ１７をオフ、第２スイッチ２７をオンとして、図２ＢのステップＳ３３以降の動作を行う。これにより、第２スイッチ２７の破損可能性を低減することができる。

ここで、初期既定電圧Ｖｃｉの求め方について述べる。上記したように、第２スイッチ２７はスタータ１５を駆動する際に３００Ａの電流が流れる。従って、第２スイッチ２７には最大で３００Ａの電流が流れても破損しない定格電流（例えば安全係数を３倍とし、マージンを考慮して１０００Ａ）のリレーを用いている。また、主電源１３の開放電圧は１２Ｖである。従って、第２スイッチ２７をオンにした際に３００Ａ以上流れないようにするためには、蓄電部２５における初期既定電圧をＶｃｉ、蓄電部２５の内部抵抗値と劣化した主電源１３の内部抵抗値の合計を約２０ｍΩとすると、（１２Ｖ−Ｖｃｉ）／２０ｍΩ＝３００Ａが成立しなければならない。これを解くと、Ｖｃｉ＝６Ｖとなる。従って、蓄電部電圧Ｖｃが６Ｖ（＝初期既定電圧Ｖｃｉ）以上であれば、第２スイッチ２７を直接オンにしても最大電流は３００Ａを超えることがないので、第２スイッチ２７が破損する可能性は極めて低くなる。このようにして、初期既定電圧Ｖｃｉを決定することができる。これらより、実施の形態２では初期既定電圧Ｖｃｉを６Ｖと決定する。

このことから、主電源１３が劣化しており、かつエンジン１４の初期始動する場合に、蓄電部電圧Ｖｃが初期既定電圧Ｖｃｉ（＝６Ｖ）未満であれば、制御部２９は、まず第１スイッチ１７をオン、第２スイッチ２７をオフとする。次に制御部２９は、蓄電部電圧Ｖｃが初期既定電圧Ｖｃｉに至るまで主電源１３の電力を蓄電部２５に充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。その後、制御部２９は第１スイッチ１７をオフ、第２スイッチ２７をオンとして、主電源１３の電力と蓄電部２５の電力とでスタータ１５を駆動する。

これらの動作において、車両を長期間使用せず、蓄電部２５が蓄電部最低電圧Ｖｃｋ（＝５Ｖ）まで放電したとする。初期既定電圧Ｖｃｉまで蓄電部２５を初期充電するには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３で１ｋＷの電力を主電源１３から蓄電部２５に初期充電期間ｔｉだけ供給するとして、初期充電期間ｔｉは、１４０Ｆ×（６^２−５^２）／２＝１ｋＷ×ｔｉを解いて、ｔｉ≒０．８秒となる。初期既定電圧Ｖｃｉは６Ｖであるので、初期充電後は蓄電部電圧Ｖｃが６Ｖである。主電源１３の開放電圧が１２Ｖであることから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３による初期充電の終了後に第１スイッチ１７をオフ、第２スイッチ２７をオンとすると、上記したように主電源１３から蓄電部２５に最大３００Ａの電流が流れる。その後、蓄電部電圧Ｖｃは内部抵抗値の合計（２０ｍΩ）と容量値１４０Ｆとの時定数により、最初は急峻に、その後指数関数的にゆっくりと上昇する。実施の形態２の場合では、５．６秒後に蓄電部電圧Ｖｃが１１．２Ｖとなる。これにより、蓄電部電圧Ｖｃは主電源電圧Ｖｂに近い値となるので、制御部２９はこの状態になればスタータ１５を駆動する。但し、主電源電圧Ｖｂの方が蓄電部電圧Ｖｃより僅かに高いので、主電源１３と蓄電部２５からスタータ１５に供給される電流の比率は実施の形態１で述べた１：３よりずれ、主電源１３の比率が若干大きくなる。従って、主電源１３の負担がエンジン１４の初期始動時に限り僅かに大きくなるが、それによる主電源１３の劣化進行にはほとんど影響しない程度である。

このような動作により、初期充電を始めてからスタータを駆動できる電圧にまで蓄電部２５を充電するために必要な合計初期充電期間は約６．４秒となる。例えば運転者が車両のドアを開錠すると同時に充電を開始すれば、スタータ１５の駆動までに十分に充電を完了することができる。

以上の構成、動作により、主電源１３が劣化している場合、アイドリングストップ後だけでなく車両の使用を開始しエンジン１４を初期始動させる場合にも主電源１３の電力と蓄電部２５の電力とでスタータ１５を駆動する。これによって、主電源１３から持ち出される急峻な大電流をさらに抑制することができ主電源１３への負担が軽減される。よって、劣化した主電源１３であってもアイドリングストップ期間を延ばすことが可能となり、省燃費化が可能な回生電力回収機能付き車両用電源装置１００を実現できる。

なお、実施の形態２では初期既定電圧Ｖｃｉを６Ｖとするが、これはＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電力仕様等により適宜決定すればよい。また、初期既定電圧Ｖｃｉを開放電圧である１２Ｖに設定してもよい。この場合はＤＣ／ＤＣコンバータ２３が蓄電部２５を１２Ｖまで充電するので、スタータ１５の駆動時における主電源１３への負担を最も軽減できる。しかし、蓄電部２５を１２Ｖまで充電するには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が１ｋＷで充電したとしても約８．３秒かかり、スタータ１５を駆動するまでの合計初期充電期間が長くなる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３による電力消費も、合計初期充電期間が長くなる分、大きくなる。従って、蓄電部電圧Ｖｃをほぼ主電源電圧Ｖｂまで充電でき、かつ合計初期充電期間が短くなる実施の形態２の構成（初期既定電圧Ｖｃｉをできるだけ低い６Ｖと決定する）の方が望ましい。

なお、実施の形態１、２において、蓄電部２５には電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。

本発明にかかる車両用電源装置は、主電源が劣化してもアイドリングストップ期間を長くすることで省燃費化を図れるので、特にアイドリングストップ機能と回生電力回収機能付き車両用電源装置等として有用である。

１１ 発電機
１３ 主電源
１４ エンジン
１５ スタータ
１７ 第１スイッチ
１９ 負荷
２３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５ 蓄電部
２７ 第２スイッチ
２９ 制御部

Claims (6)

1. エンジンと負荷とを搭載する車両に用いられるように構成された車両用電源装置であって、
   前記エンジンにより発電する発電機と、
   前記発電機と電気的に接続される主電源と、
   前記主電源に電気的に接続されるスタータと、
   前記主電源に電気的に接続される第１スイッチと、
   前記第１スイッチにＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気的に接続される蓄電部と、
   前記主電源と前記蓄電部との間に電気的に接続される第２スイッチと、
   前記第１スイッチ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、および第２スイッチと電気的に接続される制御部と、
   を備え、
   前記負荷は前記主電源に前記第１スイッチを介して電気的に接続されており、前記発電機が回生電力を発生する際に、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフとして、前記回生電力を前記蓄電部に充電するように前記制御部は前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記車両がアイドリングストップ期間中で前記主電源が劣化していない場合は、前記主電源に優先して前記蓄電部に充電した前記回生電力を前記負荷に供給するように前記制御部は前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記エンジンを再始動する前に前記制御部は前記第１スイッチをオフとして前記主電源の電力で前記スタータを駆動して、前記スタータが前記エンジンを再始動させ、
   前記車両がアイドリングストップ期間中で前記主電源が劣化している場合は、前記制御部は前記主電源の電力を前記負荷に供給するとともに、前記エンジンを再始動する前に前記制御部は前記第１スイッチをオフとしかつ前記第２スイッチをオンとして前記主電源の電力と前記蓄電部の前記回生電力とで前記スタータを駆動して、前記スタータが前記エンジンを再始動させる、
   車両用電源装置。
2. 前記制御部は、前記スタータを駆動する際に前記蓄電部の前記回生電力を前記負荷に供給するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにした、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記制御部は、前記車両の加速時または定速走行時に、前記車両の車速と前記蓄電部の放電下限電圧とのあらかじめ求められた相関関係に基づいて、前記車速から求めた前記放電下限電圧が前記蓄電部における蓄電部電圧より低い時に、前記蓄電部電圧が前記放電下限電圧に至るまで、前記蓄電部の前記回生電力を前記負荷に供給するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１に記載の車両用電源装置。
4. 前記制御部は、前記車両の使用開始時において、前記主電源の電力にて前記スタータを駆動する際の前記主電源における主電源電圧の最小値に基づいて、前記制御部は前記主電源の劣化を判断する、請求項１に記載の車両用電源装置。
5. 前記制御部は、前記主電源が劣化している場合、前記エンジンを初期始動する前に前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンとして、前記主電源の電力と前記蓄電部の電力とで前記スタータを駆動して、前記スタータが前記エンジンを初期始動させる、請求項１に記載の車両用電源装置。
6. 前記制御部は、前記エンジンを初期始動する前に、前記制御部で検出される前記蓄電部における蓄電部電圧が初期既定電圧未満であれば、あらかじめ前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフとするとともに、前記蓄電部電圧が前記初期既定電圧に至るまで前記主電源の電力を前記蓄電部に充電するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項５に記載の車両用電源装置。

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