JPWO2012104957A1 - 電源管理装置 - Google Patents

Abstract

サブバッテリー３０の劣化状態を適切に判定するとともに、劣化判定に基づいて車両走行の許可／禁止判定を行うことのできる電源管理装置１０を提供する。電源管理装置１０は、第一電源１６と、二次電池からなる第二電源３０と、第一電源１６の電圧を変換し、変換後の出力電圧によって第二電源３０を充電可能とするＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御するとともに、第二電源３０の劣化を判定する制御部３１と、を備えている。制御部３１は、充電期間においてＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値が所定の電圧値以上となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して第二電源３０を充電させ、充電期間後の予め定めた放電期間において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値が所定の電圧値未満となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して第二電源３０を放電させ、放電期間後における第二電源３０の充電状態に応じて、第二電源３０の劣化を判定する。

Description

本発明は、電源管理装置に関する。

内燃機関と回転電機を駆動源とするいわゆるハイブリッド車両には、電源となるバッテリーが搭載されている。バッテリーは回転電機や車両の駆動制御等を行う制御部に電力を供給するとともに、オーディオ、パワーウィンドウシステム等のいわゆる補機類にも電力を供給している。

制御部や補機類の定格電圧はバッテリーの出力電圧（端子電圧）よりも低く設定されている。このため、バッテリーの出力電圧を制御部や補機類の定格電圧まで降圧変換させるために、バッテリーと制御部及び補機類との間にはＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータは上述した制御部によって制御される。バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御部に電力が供給されることから、ＤＣ／ＤＣコンバータが稼動していない期間にはバッテリーから制御部への電力供給が途絶えることになる。この状態ではＤＣ／ＤＣコンバータを始動できないので、上述したバッテリーの他にも、ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに制御部や補機類と接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータが稼動していない期間であっても制御部や補機類に電力を供給することのできるバッテリーが車両に設けられている。以下、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御部等に電力を供給するバッテリーを「メインバッテリー」と呼び、ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに制御部等に電力を供給するバッテリーを「サブバッテリー」と呼ぶ。

サブバッテリーは、制御部や補機類の定格電圧と同等またはそれ以上の定格電圧を有しており、ＤＣ／ＤＣコンバータが稼動していない期間であっても制御部や補機類に電力を供給することができる。さらに、サブバッテリーは、ＤＣ／ＤＣコンバータの始動のための電力を供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータが稼動し、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧した電圧値がサブバッテリーの出力電圧値（端子電圧値）以上である期間は、メインバッテリーからＤＣ／ＤＣコンバータを介してサブバッテリーに電力が供給され、これによりサブバッテリーが充電される。

ここで、サブバッテリーの放電が長期間に及び、サブバッテリーの出力電圧が制御部や補機類の定格電圧を下回る、いわゆるサブバッテリー上がりが生じてしまうと、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止期間において制御部に十分な電力が供給されなくなってしまい、その結果ＤＣ／ＤＣコンバータを始動することができなくなってしまう。そこで、このようなサブバッテリー上がり時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの始動方法が従来から提案されている。

例えば特許文献１においてはパワーステアリングシステムに使用されるアシストモータを発電機として使用している。すなわち、運転者がハンドルを回転させることによって運転者の操舵（ステアリング）を補助するためのアシストモータが発電し、この電力が制御部に供給される。また、特許文献２、３においては、図１１に示すように、メインバッテリーとサブバッテリーの他に非常用バッテリー１００を車両に搭載し、サブバッテリー３００が上がった際には非常用バッテリー１００から制御部１３０に電力を供給している。

特開２００６−２８１８２２号公報 特開２００６−５０７７９号公報 特開２００６−２５４５６５号公報

ところで、サブバッテリーはＤＣ／ＤＣコンバータ停止時に制御部や補機類に電力を供給する他にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ稼働中にも制御部や補機類に電力を供給する場合がある。具体的には補機類へ供給する電力量が増加した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを補助する形でサブバッテリーから補機類へ電力供給を行う。例えばパワーウィンドウの操作量が増加したときにはドアガラスを昇降するモータに供給する電力量が増加する。このとき、メインバッテリーからＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機類に供給される電力に加えて、サブバッテリーの電力も補機類に供給される。

ここで、サブバッテリー上がりの状態から非常用バッテリーを用いてＤＣ／ＤＣコンバータを起動させた場合において、上がった状態の、すなわち電圧が制御部や補機類の定格電圧を下回った状態のサブバッテリーは、メインバッテリーからの電力供給を受けて充電状態が十分に回復する場合と、メインバッテリーからの電力供給を受けても充電状態が回復しない、いわゆる交換寿命に達している場合とがある。前者においてはサブバッテリーがＤＣ／ＤＣコンバーターの電力供給を補助することが可能となるが、後者においては充電状態が回復しないことから電力供給を補助することができなくなる。その結果、後者の場合においては、補機類への電力供給が不足し、ドアガラスの昇降が鈍くなるなど、所望の動作を得ることが困難になるおそれがある。

そこで、本発明はサブバッテリーの劣化状態を適切に判定するとともに、サブバッテリーの劣化状態に応じて車両走行の許可／禁止判定を行うことのできる電源管理装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両に搭載される電源管理装置に関する。電源管理装置は、第一電源と、二次電池からなる第二電源と、第一電源の電圧を変換し、変換後の出力電圧によって第二電源を充電可能とするＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、第二電源の劣化を判定する制御部と、を備えている。制御部は、充電期間においてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が所定の電圧値以上となるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して第二電源を充電させる。また制御部は、充電期間後の予め定めた放電期間において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が所定の電圧値未満となるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して第二電源を放電させ、放電期間後における第二電源の充電状態に応じて、第二電源の劣化を判定する。

また本発明は、車両に搭載される電源管理装置に関する。電源管理装置は、第一電源と、二次電池からなる第二電源と、第一電源の電圧を変換し、変換後の出力電圧によって第二電源を充電可能とするＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、第二電源の劣化を判定する制御部と、を備える。制御部は、充電期間においてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が第一の電圧値以上となるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して第二電源を充電させる、また制御部は、充電期間後の放電期間において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が第一の電圧値未満である第二の電圧値となるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御して第二電源を放電させ、第一の電圧値未満であって第二の電圧値以上である第三の電圧値に第二電源の電圧値が降下するまでに掛かる時間に応じて第二電源の劣化を判定する。

また、上記発明において、電源管理装置は、非常用電源と、前記非常用電源から前記制御部への電力供給を可能とする非常用スイッチとを備えることが好適である。この場合において、前記制御部は、前記非常用スイッチがオン状態となったときに前記第二電源の劣化判定を行う。

また、上記発明において、前記非常用スイッチがオン状態となったときに、前記制御部は前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を充電させることが好適である。

また、本発明は上記電源管理装置を搭載した車両に関する。この車両において、前記第二電源の劣化判定の結果、前記第二電源が交換寿命に達していないと判定されたときに、前記制御部は車両の走行を許可する。

本発明によれば、サブバッテリーの劣化状態を適切に判定するとともに、サブバッテリーの劣化状態に応じて車両走行の許可、禁止判定を行うことができる。

本実施形態に係る電源管理装置をその周辺機器を例示する図である。 サブバッテリーの充放電特性を例示する図である。 サブバッテリーの充放電サイクル特性を例示する図である。 サブバッテリーの放電特性を充放電サイクル数ごとに表わした図である。 本実施形態に係る車両走行の許可／禁止判定フローを例示する図である。 サブバッテリーの電圧変化を例示する図である。 サブバッテリーの電圧変化を例示する図である。 本実施形態に係る車両走行の許可／禁止判定フローを例示する図である。 サブバッテリーの電圧変化を例示する図である。 別の実施形態に係る電源管理装置及びその周辺機器を例示する図である。 従来の電源管理装置を例示する図である。

本実施形態に係る電源管理装置およびその周辺機器を図１に例示する。電源管理装置１０は図示しない車両に搭載されている。車両は好適には内燃機関と回転電機を駆動源とするいわゆるハイブリッド車両である。

電源管理装置１０は、メインバッテリー１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、サブバッテリー３０、制御部３１を含んで構成されている。メインバッテリー１２は、好適には二次電池であり、車両の所定の据え付け位置に固定される。メインバッテリー１２は、例えば端子電圧が約２００Ｖの高圧電源であり、例えばニッケル水素バッテリーやリチウムイオンバッテリーのセルを複数個積層させた積層体として構成されている。メインバッテリー１２は、図示しない昇圧コンバータやインバータを介して回転電機に電力を供給したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して後述する制御部３１や補機類に電力を供給している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、絶縁型のコンバータから構成され、例えばフルブリッジ・コンバータやハーフブリッジ・コンバータから構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、内蔵されたスイッチング素子のオン／オフ動作によりメインバッテリー１２の出力電圧を降圧又は昇圧して出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、高圧配線１６を介してメインバッテリー１２と接続されている。高圧配線１６には、システムメインリレー１８が設けられている。システムメインリレー１８は、コイルと、コイルに発生する磁界によってオン／オフ動作を行うスイッチとを含んで構成されている。コイルに電流が流れることによりスイッチが動作し、これによってメインバッテリー１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１４とが電気的に接続または切断される。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、後述するサブバッテリー３０、制御部３１及び補機類と低圧配線１９によって接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からの出力電力は、低圧配線１９を介してこれらの機器に供給される。

例えば、低圧配線１９及び常時電源配線２４を経由して、制御部３１のメモリや車両内に設置された時計など、車両の駆動時、停止時を問わず常に電力供給が必要な機器に電力が供給される。また、低圧配線１９及びアクセサリ配線２６を経由して、オーディオ等、いわゆるアクセサリポジションにおいて使用される電気機器に電力が供給される。さらに、低圧配線１９及びイグニッション配線２８を経由して、パワーウィンドウシステム２５等の電気機器に電力が供給される。これら常時電源配線２４、アクセサリ配線２６、イグニッション配線２８に接続された電気機器はまとめて補機類と総称される。

また、アクセサリ配線２６及びイグニッション配線２８にはリレー２９が設けられており、リレー２９は後述する電源ＥＣＵ３２からの指令信号（指令電流）を受ける。この指令信号に応じてリレー２９はアクセサリ配線２６及びイグニッション配線２８を切断または接続する。

サブバッテリー３０は、据え付け型の二次電池であり、車両内の所定の据え付け位置に固定される。また、サブバッテリー３０は、例えば、定格電圧が１２．５〜１３．０Ｖの鉛蓄電池である。サブバッテリー３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４及びシステムメインリレー１８を介さずに制御部３１や補機類と接続されている。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の稼動していない期間、またはシステムメインリレー１８が切断されている期間の少なくとも一方の期間、つまりメインバッテリー１２から制御部３１への電力供給が途絶えている期間であっても、サブバッテリー３０から制御部３１に電力を供給することができる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の稼働時かつシステムメインリレー１８の接続時であって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値がサブバッテリー３０の出力電圧値（端子電圧値）以上である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介してメインバッテリー１２からサブバッテリー３０に充電が行われる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の稼働時であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧がサブバッテリー３０の出力電圧未満である場合にはサブバッテリー３０は放電状態となり、制御部３１や補機類に電力が供給される。例えば制御部３１やパワーウィンドウシステム等の補機類に供給する電流量が増加し、これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧が降下してサブバッテリー３０の出力電圧値を下回った場合、サブバッテリー３０からも補機類や制御部３１に電力が供給される。すなわち、サブバッテリー３０は制御部３１や補機類の消費電力が増加した際にＤＣ／ＤＣコンバータ１４を補助する役割を有している。

ここで、サブバッテリー３０の放電特性について図２を用いて説明する。サブバッテリー３０等の二次電池は、放電時間の経過に伴い充電状態（ＳＯＣ）が低下する。充電状態（ＳＯＣ）の低下に伴いサブバッテリー３０の正極を析出物が覆う様になり内部抵抗が増加する。放電時のサブバッテリー３０の出力電圧値（端子電圧値）Ｖｂは、サブバッテリー３０の起電力をＥ［Ｖ］、サブバッテリー３０の放電電流をＩｄ［Ａ］、サブバッテリー３０の内部抵抗をｒ［Ω］とすると、Ｖｂ＝Ｅ−Ｉｄ・ｒで表わすことができる。この式から明らかなように、内部抵抗ｒの増加に伴って出力電圧Ｖｂが定格電圧値から徐々に降下し、制御部３１や補機類の定格電圧値Ｖｔを下回るようになる。これが、いわゆるサブバッテリー上がりである。この状態ではサブバッテリー３０から制御部３１や補機類に十分に電力を供給することができない。このような場合、メインバッテリー１２からサブバッテリー３０へ充電を行うことで正極を覆う析出物を溶解させて内部抵抗ｒを減らし電圧値Ｖｂを回復させ、またサブバッテリー３０の充電状態（ＳＯＣ）を回復させることができる。

一方、この充電および放電のサイクルが繰り返されるにしたがって正極への析出物が徐々に結晶化し、サブバッテリー３０の充電によっても析出物は溶解しにくくなる。その結果、電圧値Ｖｂは定格電圧まで回復せず、また充電状態（ＳＯＣ）の回復率も低下する。図３は、サイクル回数の増加に伴う満充電時の電池容量の変化を例示している。なお、充電と放電とをそれぞれ１回行った場合を１サイクルと呼ぶ。図３から明らかなように、サイクル回数が少ない間は充電により充電状態（ＳＯＣ）はほぼ１００％まで回復するが、サイクル回数が増加するに連れて充電状態は低下し、充電状態（ＳＯＣ）の回復率は低下する。

充電状態の回復率の低下が進行するにつれて、満充電状態からのサブバッテリー３０の出力電圧（放電電圧）Ｖｂの降下が急峻となる。サイクル回数の増加に伴う出力電圧Ｖｂの降下曲線を図４に例示する。曲線Ａ１は、サイクル回数が１のときのサブバッテリー３０の電圧降下曲線を示す。以下、サイクル回数を増加させるにつれて、曲線Ａ２から曲線Ａ５に従って電圧降下は急峻となり、放電可能時間が短くなる。つまり、放電開始から短時間のうちに制御部３１や補機類の定格電圧値Ｖｔを下回るようになる。また、サイクル回数が増加するにしたがって満充電時の出力電圧Ｖｂが低下する。このようなサブバッテリー３０は、充電を行ってもすぐに制御部３１や補機類の定格電圧値Ｖｔを下回ってしまい、補助電力源としての機能を十分に果たせなくなる。

また、制御部３１は、車両を制御するための様々な電子制御ユニット（ＥＣＵ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を含んで構成されている。具体的には制御部３１は、電源ＥＣＵ３２、照合ＥＣＵ３４、ＨＶ−ＥＣＵ３６、ＭＧ−ＥＣＵ３８、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０を含んで構成される。これらの電子制御ユニットは何れもＣＰＵ、メモリ等からなるコンピュータから構成されている。電子制御ユニットの定格電圧には幅があり最低値及び最高値が設けられている。例えば定格電圧は１０．０〜１５．０Ｖに設定されている。また、図１においては機能別に制御部３１の各ＥＣＵを独立して示しているが、１台のコンピュータによりこれらのＥＣＵをまとめて構成してもよい。

照合ＥＣＵ３４は、図示しない車両のスマートキー（登録商標）から発信された識別ＩＤを受信し、当該識別ＩＤが予め記憶された登録ＩＤと一致するか照合する。照合結果は電源ＥＣＵ３２に送られる。

電源ＥＣＵ３２は、車両内の電源システムを制御する。すなわち、アクセサリ配線２６およびイグニッション配線２８のリレー２９の切断／接続状態を制御してこれらの配線につながれた補機類への電力供給を制御する。また、ＨＶ−ＥＣＵ３６の上流に設けられたＨＶリレー４２の切断／接続状態を制御して、ＨＶ−ＥＣＵ３６の起動及び停止を制御する。また、電源ＥＣＵ３２は、照合ＥＣＵ３４、車両の運転席近傍に設けられたスタートスイッチ４４、及び、図示しないシフトポジションセンサやストップランプスイッチと制御信号の送受信を行っており、これらの機器の動作状態に応じて、ＨＶ−ＥＣＵ３６や、アクセサリ配線２６またはイグニッション配線２８に接続された補機類への電力供給の可否を判断する。

電源ＥＣＵ３２は、照合ＥＣＵ３４から識別ＩＤと登録ＩＤとが一致する旨の照合結果を受け取ると、スタートスイッチ４４、図示しないシフトポジションセンサやストップランプスイッチの動作位置状態に応じてＨＶリレー４２を切断状態から接続状態に切り換えてＨＶ−ＥＣＵ３６に電力が供給されるようにする。またリレー２９を切断状態から接続状態に切り換えてアクセサリ配線２６及びイグニッション配線２８に接続された補機類へ電力を供給させる。一方、照合ＥＣＵ３４から識別ＩＤと登録ＩＤとが一致しない旨の照合結果を受け取った場合、電源ＥＣＵ３２はＨＶリレー４２およびリレー２９を切断状態のまま維持し、ＨＶ−ＥＣＵ３６や補機類には電力を供給させない。

ＨＶ−ＥＣＵ３６は、ハイブリッド車両（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用の電子制御ユニットであって、ＭＧ−ＥＣＵ３８や図示しないエンジンＥＣＵに対して駆動指令を送る。具体的には、車両のアクセルペダルの踏み込み量等から要求トルクを算出し、当該要求トルクを内燃機関への要求出力と回転電機への要求出力とに分配し、それぞれの要求出力をＭＧ−ＥＣＵ３８やエンジンＥＣＵに送る制御を行う。また、ＨＶ−ＥＣＵ３６は、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０及びシステムメインリレー１８のコイルに指令信号（指令電流）を送ることによりこれらの動作を制御している。また、ＨＶ−ＥＣＵ３８は、ＭＧ−ＥＣＵ３８の配線上流側に設けられたＭＧリレー４５の切断／接続制御も行う。

ＭＧ−ＥＣＵ３８は、回転電機の制御ユニットであり、ＨＶ−ＥＣＵ３６から送られた要求出力に応じて昇圧インバータやインバータを制御してメインバッテリー１２の直流電力を昇圧、直交変換し、回転電機に変換後の出力電力を供給している。また、内燃機関の動力や回生ブレーキ等により回転電機を発電機として使用する際には、ＭＧ−ＥＣＵ３８はインバータを制御して回転電機で発電された交流電力を直流電力に変換し、さらに昇圧コンバータを制御して直流電力を降圧する。降圧された直流電力はメインバッテリー１２に供給される。これによりメインバッテリー１２が充電される。

ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０は、指令電流をＤＣ／ＤＣコンバータ１４に送ることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に含まれるスイッチング素子のオン／オフ動作を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧がＨＶ−ＥＣＵ３６に指示された電圧値になるように定電圧制御を行う。ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０は、メインバッテリー１２に設けられた電圧センサによりメインバッテリー１２の出力電圧値（端子電圧値）を計測する。ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０は、ＨＶ−ＥＣＵ３６から目標とする出力電圧値を示す指令信号を受信し、計測されたメインバッテリー１２の出力電圧値と目標とする出力電圧値とに応じて降圧率を算出する。さらにこの降圧率に応じた指令電流をＤＣ／ＤＣコンバータ１４のスイッチング素子に送り、当該スイッチング素子のオン／オフ制御を行う。

また、非常用電源５４は、低圧配線１９を介して制御部３１と接続される。非常用電源５４は、定格出力電圧がサブバッテリー３０と同等の電源から構成される。非常用電源５４は、例えばサブバッテリー３０よりも容量が小さい一次電池から構成される。また、制御部３１と非常用電源５４との間には非常用スイッチ５５が設けられる。非常用スイッチ５５は、例えばスタートスイッチ４４と同様に、運転席の近傍に設けられる。

非常用スイッチ５５をオンにすることで制御部３１と非常用電源５４とが電気的に接続される。このような構成により、システムメインリレー１８が切断状態であるか、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の稼動していない期間の少なくとも一方の状態であって、かつ、サブバッテリー３０の出力電圧（端子電圧）が制御部３１の定格電圧値を下回ったとき、すなわち、メインバッテリー１２及びサブバッテリー３０のいずれからも制御部３１に十分に電力が供給できない状態であっても、非常用スイッチ５５を押すことによって非常用電源５４から制御部３１に電力を供給することができる。

次に、図５を用いてサブバッテリー上がり時における車両の走行許可／禁止判定フローを説明する。当該フローにおいては緊急用スイッチ５５がオン状態となり、非常用電源５４によって制御部３１を起動させた後、制御部３１がサブバッテリー３０の劣化判定、つまりサブバッテリー３０が寿命に達したか否かの判定を行っている。これにより、補機類への供給電力量が増加した際にサブバッテリー３０がＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電力供給を補助できるか否かを判定することができる。さらに、本フローにおいてはサブバッテリー３０の劣化判定に応じて車両の走行を許可するか禁止するかを判定している。これにより、補機類等への電力供給が不足するおそれのある状態で車両が走行することを防ぐことができる。

なお、本フローの最初のステップＳ１においては、車両は停止状態であって、システムメインリレー１８は切断状態であり、またＤＣ／ＤＣコンバータ１４は停止しているものとする。また、以下では制御部３１および補機類の定格電圧のうち最低値をＶ１で表わす。また、サブバッテリー３０の定格電圧値をＶ２で表わす。なお、両者の値の大小関係は、Ｖ１＜Ｖ２であるものとする。例えばＶ１は１０Ｖとし、Ｖ２は１２．５Ｖ〜１３．０Ｖとする。

サブバッテリー３０が上がっている場合、つまりサブバッテリー３０の出力電圧（端子電圧）が制御部３１等の定格電圧Ｖ１を下回っている場合、運転者がスマートキーを運転席のキースロットに挿入し、スタートスイッチ４４を押しても車両は始動しない。このような場合、運転者が非常用スイッチ５５を押すことによって（Ｓ１）、非常用電源５４と電源ＥＣＵ３２、照合ＥＣＵ３４、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０とが導通し、非常用電源５４からこれらのＥＣＵに電力が供給される。照合ＥＣＵ３４はスマートキーの識別ＩＤと予め記憶された登録ＩＤが一致したことを電源ＥＣＵ３２に送る。電源ＥＣＵ３２はＨＶリレー４２を接続状態にして非常用電源５４からの電力をＨＶ−ＥＣＵ３６に供給させる。電力が供給され起動したＨＶ−ＥＣＵ３６はシステムメインリレー１８のコイルに指令電流を送り、システムメインリレー１８を接続状態にする。

また、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧がサブバッテリー３０の定格電圧値Ｖ２となるようにＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御する（Ｓ２）。（Ｓ１）、（Ｓ２）の動作によりＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介してメインバッテリー１２からサブバッテリー３０、制御部３１、補機類に電力が供給され、サブバッテリー３０は充電状態となる。なお、ステップＳ２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値の設定値をサブバッテリー３０の定格電圧値Ｖ２にする他にも、定格電圧値Ｖ２以上であってサブバッテリー３０の過充電を防ぐために予め定められた上限制限値以下となるような電圧値を設定してもよい。

さらにＨＶ−ＥＣＵ３６は、内燃機関を始動させ、内燃機関の駆動力によって回転電機を駆動させ、これにより回転電機に発電させる。発電された電力はメインバッテリー１２に供給され、メインバッテリー１２が充電される（Ｓ３）。

さらに、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値をサブバッテリー３０の定格電圧値Ｖ２のまま固定した充電期間を設けてサブバッテリー３０を充電させる（Ｓ４）。この充電期間はサブバッテリー３０の充電特性等によって定められ、サブバッテリー３０の充電状態が回復するのに十分な時間が設定される。例えば放電終止電圧に至ったサブバッテリー３０の出力電圧値が１回目の充電時において（つまり充放電サイクルの１回目において）制御部３１の定格電圧Ｖ１よりも高い所定の電圧値（例えばＶ１より１Ｖ高い値）に回復するまでの期間が充電期間として設定される。例えば充電期間は６０秒〜９０秒である。または、充電期間を設定する代わりに、サブバッテリー３０の電圧値が上記所定の電圧値まで回復したことをもって充電期間を終了させてもよい。

次に、ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０はＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値をサブバッテリー３０の定格電圧値Ｖ２より小さい所定の値まで引き下げる（Ｓ５）。図６においては制御部３１の定格電圧の最低値Ｖ１まで引き下げている。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧Ｖ１よりもサブバッテリー３０の端子電圧（放電電圧）の方が高いため、サブバッテリー３０が主に制御部３１及び補機類に電力を供給する。さらにＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ４０はＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値をＶ１に固定した放電期間を設けてサブバッテリー３０を放電させる（Ｓ６）。この放電期間はサブバッテリー３０の放電特性等によって定められ、サブバッテリー３０の劣化を検出するために十分な時間が設定される。例えば交換寿命に達したサブバッテリー３０が満充電の状態から出力電圧値がＶ１まで降下する時間を予め求めておき、この時間を放電期間としてもよい。なお、交換寿命に達した、とは例えばサブバッテリー３０の放電可能時間が使用開始時の半分まで低下した状態を指している。例えば放電期間は６０秒〜９０秒である。

放電期間経過後、電源ＥＣＵ３２は内蔵された電圧センサ等によって電源ＥＣＵ３２に印加される入力電圧値を検出する（Ｓ７）。サブバッテリー３０が交換寿命に至るまで劣化していない場合、図６に示すようにサブバッテリー３０の電圧降下は緩やかであり、放電期間経過後であってもＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ１より高い電圧値を維持する。この場合、電源ＥＣＵ３２には主にサブバッテリー３０から電力が供給されるため、電源ＥＣＵ３２に印加される入力電圧値はＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ１を越える。この場合、電源ＥＣＵ３２はサブバッテリー３０の状態は良好である、つまり交換寿命には達していないと判定し、ＨＶ−ＥＣＵ３６に対して車両走行を許可する指令を送る（Ｓ８）。これを受けてＨＶ−ＥＣＵ３６は車両のアクセルペダルの踏み込み量等に基づき、ＭＧ−ＥＣＵ３８や図示しないエンジンＥＣＵに要求出力値を送る。

一方、サブバッテリー３０が交換寿命に至るまで劣化している場合、図７に示すようにサブバッテリー３０の電圧は放電期間内に急速に降下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ１まで低下する。この場合、電源ＥＣＵ３２には主にＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介してメインバッテリー１２から電力が供給されるため、電源ＥＣＵ３２への入力電圧値はＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ１となる。この場合、電源ＥＣＵ３２はサブバッテリー３０が交換寿命に達していると判定し、運転者にサブバッテリー３０の交換を促す告知を音声またはディスプレイ上に表示した後にＨＶリレー４２を切断状態に切り換えてＨＶ−ＥＣＵ３６への電力供給を遮断する。これにより車両は走行状態には移行しない（Ｓ９）。

このように、本実施形態においては非常用スイッチ５５を押した際に制御部３１がサブバッテリー３０の劣化判定を行い、サブバッテリー３０が交換寿命には至っていないと判断したときに車両の走行を許可している。したがって、車両走行時において、補機類等の電力消費が増加した際にはサブバッテリー３０がＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電力供給を補助することができ、補機類に十分に電力を供給することができる。

なお、図５に示した制御フローにおいては、放電期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値を制御部３１の定格電圧の最低値Ｖ１に設定したが、この形態に限られない。例えば制御部３１の定格電圧値Ｖ１未満の値に設定してもよい。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１４を停止させて出力電圧値を０Ｖにしても良い。この場合、電源ＥＣＵ３２の稼動状態に応じて車両の始動可否を定めることができる。

すなわち、図８に示すように、放電期間中はＤＣ／ＤＣコンバータ１４の稼動を停止させる（Ｓ５’）。これにより、メインバッテリー１２からの電力供給が断たれる。さらに上述したようにＳ２において非常用スイッチがオフ位置に切り換わっている。したがって、この放電期間において制御部３１および補機類に電力を供給しうるのはサブバッテリー３０のみとなる。

サブバッテリー３０の状態が交換寿命に達していない場合、放電期間を経過した後も制御部３１および補機類に電力が供給される。制御部３１の電源ＥＣＵ３２は、放電期間を経過した後に自らが稼働中であることをもって、サブバッテリー３０の状態が良好である、つまり交換寿命には達していないと判定し（Ｓ７’）、ＨＶ−ＥＣＵ３６に対して車両の走行を許可する指令を送る（Ｓ８）。

一方、サブバッテリー３０が交換寿命に達している場合、放電期間中に制御部３１への電力供給が途絶える。これにより制御部３１やその他の車両の制御システムが停止し、その結果車両走行は許可されない（Ｓ９）。なお、図８で示す制御フローを実行する際には、放電期間中に制御部３１に電力が供給されなくなる場合を含み、電力が供給されなくなった後は運転者にサブバッテリー３０の交換を告知することが困難となる。このため、制御部３１に電力が供給されている充電期間中に予め運転者にサブバッテリー３０の交換要否を伝えることが好適である。例えば充電期間中であるステップＳ４のときに、充電期間を経過した後にスピードメータやシフトポジション等を表示するディスプレイや車内照明が暗くなったり消えたりする場合にはサブバッテリー３０の交換を促す旨のメッセージを運転者に対して告知することが好適である。

なお、図５〜図８で示した制御フローにおいては、放電期間を予め設定し、当該放電期間を経過した後のサブバッテリー３０の電圧値に基づいてサブバッテリー３０の劣化判定を行っていたが、この形態に限られない。例えば図９に示すように充電期間において所定の電圧値になるまでサブバッテリー３０を充電させた後、電源ＥＣＵ３２の入力電圧がＶ１に降下するまでの時間を計測し、この計測時間に応じてサブバッテリー３０の劣化を判定してもよい。また、充電期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ２未満であって放電期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値Ｖ１以上である判定用の電圧値Ｖ３を設定し、充電期間後のサブバッテリー３０の電圧値が電圧値Ｖ３まで降下する時間を測定し、この測定時間に応じてサブバッテリー３０の劣化を判定してもよい。この場合、予め定めた時間よりも早く電圧値Ｖ１またはＶ３まで降下した場合、サブバッテリー３０が交換寿命に達したものと判定される。

また、以上説明した電源管理装置１０は、図１で示した構成に限らず、種々の構成を備えることができ、また種々の周辺回路と接続することができる。例えば図１の構成に代えて図１０の構成にしてもよい。図１０においてはＤＣ／ＤＣコンバータ１４を２台設けるとともに、どちらか一方のＤＣ／ＤＣコンバータ１４のＥＣＵのみに非常用電源５４からの電力を供給するようにして、制御部３１に電力を供給する場合に比べて非常用電源５４の電力負担を軽減させている。

電源管理装置１０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ８０と、非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ８２とを備えている。メインＤＣ／ＤＣコンバータ８０と非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ８２はメインバッテリー１２に対して並列に接続されている。さらに、メインバッテリー１２とメインＤＣ／ＤＣコンバータ８０との間にはシステムメインリレー１８が設けられているが、非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ８２はシステムメインリレー１８を介さずにメインバッテリー１２と接続されている。またメインＤＣ／ＤＣコンバータ８０を制御するメインＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８４は低圧配線１９を介してサブバッテリー３０またはメインバッテリー１２から電力を受けるが、一方で非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御する非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６は非常用電源５４のみに接続されている。すなわち、図９で示す実施形態においては、非常用電源５４は非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６のみに電力を供給する。

図１０で示した電源管理装置１０においても、制御部３１への電力供給の手段が図１の実施形態から変更されるのみであって、サブバッテリー上がり時の車両の始動フローは基本的に図５及び図８と変わらない。

すなわち、運転者が非常用スイッチ５５を押すことにより非常用電源５４から非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６に供給される。非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６には各ＥＣＵの定格電圧が予め記憶されており、非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６はメインバッテリー１２の電圧を各ＥＣＵの定格電圧まで降圧する。さらに非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ８２および低圧配線１９を介してメインバッテリー１２の電力が制御部３１に供給される。

さらにスタートスイッチ４４を押すことで電源ＥＣＵ３２が起動し、電源ＥＣＵ３２はＨＶリレー４２を接続状態にしてＨＶ−ＥＣＵ３６に電力を供給する。ＨＶ−ＥＣＵ３６はシステムメインリレー１８のコイルに指令信号（電流）を供給し、システムメインリレー１８を切断状態から接続状態に切り換える。これによりメインバッテリー１２とメインＤＣ／ＤＣコンバータ８０とが導通する。さらにＨＶ−ＥＣＵ３６は出力電圧値を指令信号としてメインＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８４に送る。メインＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８４は指令信号に応じてメインＤＣ／ＤＣコンバータ８０のスイッチング素子を駆動させる。これにより、メインバッテリー１２からシステムメインリレー１８及びメインＤＣ／ＤＣコンバータ８０を介して各ＥＣＵ、サブバッテリー３０等に電力が供給される。以下は図５または図８のステップＳ２以降と同様の制御が行われる。

１０ 電源管理装置、１２ メインバッテリー、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６ 高圧配線、１８ システムメインリレー、１９ 低圧配線、２４ 常時電源配線、２５ パワーステアリングシステム、２６ アクセサリ配線、２７ 電子制御ブレーキシステム、２８ イグニッション配線、２９ リレー、３０ サブバッテリー、３１ 制御部、３２ 電源ＥＣＵ、３４ 照合ＥＣＵ、３６ ＨＶ−ＥＣＵ、３８ Ｍ／Ｇ−ＥＣＵ、４２ ＨＶリレー、４４ スタートスイッチ、４５ Ｍ／Ｇリレー、５４ 非常用電源、５５ 非常用スイッチ、８０ メインＤＣ／ＤＣコンバータ、８２ 非常用ＤＣ／ＤＣコンバータ、８４ メインＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８４、非常用ＤＣ／ＤＣ−ＥＣＵ８６。

Claims (5)

1. 第一電源と、
   二次電池からなる第二電源と、
   前記第一電源の電圧を変換し、変換後の出力電圧によって前記第二電源を充電可能とするＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記第二電源の劣化を判定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、充電期間において前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が所定の電圧値以上となるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を充電させ、前記充電期間後の予め定めた放電期間において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が前記所定の電圧値未満となるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を放電させ、前記放電期間後における前記第二電源の充電状態に応じて、前記第二電源の劣化を判定することを特徴とする、車両に搭載された電源管理装置。
2. 第一電源と、
   二次電池からなる第二電源と、
   前記第一電源の電圧を変換し、変換後の出力電圧によって前記第二電源を充電可能とするＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記第二電源の劣化を判定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、充電期間において前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が第一の電圧値以上となるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を充電させ、前記充電期間後の放電期間において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値が前記第一の電圧値未満である第二の電圧値となるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を放電させ、前記第一の電圧値未満であって前記第二の電圧値以上である第三の電圧値に前記第二電源の電圧値が降下するまでに掛かる時間に応じて前記第二電源の劣化を判定することを特徴とする、車両に搭載された電源管理装置。
3. 請求項１または２に記載の電源管理装置であって、
   前記電源管理装置は、非常用電源と、前記非常用電源から前記制御部への電力供給を可能とする非常用スイッチとを備え、
   前記制御部は、前記非常用スイッチがオン状態となったときに前記第二電源の劣化判定を行うことを特徴とする、電源管理装置。
4. 請求項３に記載の電源管理装置であって、前記非常用スイッチがオン状態となったときに、前記制御部は前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して前記第二電源を充電させることを特徴とする、電源管理装置。
5. 請求項４に記載の電源管理装置を備えた車両であって、
   前記第二電源の劣化判定の結果、前記第二電源が交換寿命に達していないと判定されたときに、前記制御部は車両の走行を許可することを特徴とする車両。

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