WO2012008124A1 - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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WO2012008124A1
WO2012008124A1 PCT/JP2011/003891 JP2011003891W WO2012008124A1 WO 2012008124 A1 WO2012008124 A1 WO 2012008124A1 JP 2011003891 W JP2011003891 W JP 2011003891W WO 2012008124 A1 WO2012008124 A1 WO 2012008124A1
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WO
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storage unit
power
vehicle
voltage
power supply
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PCT/JP2011/003891
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向志 秋政
真人 我妻
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Priority to JP2012524442A priority patent/JPWO2012008124A1/ja
Priority to EP11806460.9A priority patent/EP2594437A4/en
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1446—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in response to parameters of a vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle power supply device having a regenerative power recovery function and an idling stop function.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional vehicle power control device described in Patent Document 1.
  • the vehicle power control device 200 includes a generator 135, a battery 137, a vehicle electric load 139, a DC / DC converter 141, an electric double layer capacitor 143, and an electronic arithmetic device 145.
  • a vehicle engine 131 is mechanically connected to a tire 133 and a generator 135.
  • a battery 137 as a main power source and a vehicle electrical load 139 are electrically connected to the generator 135.
  • the vehicle electrical load 139 includes a starter.
  • the electric double layer capacitor 143 that is a power storage unit is electrically connected to the generator 135 via the DC / DC converter 141.
  • the DC / DC converter 141 is controlled by an electronic arithmetic unit 145 that is a control unit.
  • the generator 135 generates power and regenerative power is generated.
  • the electronic arithmetic unit 145 controls the DC / DC converter 141 so that the electric double layer capacitor 143 charges regenerative power. As a result, regenerative power is stored in the electric double layer capacitor 143. Thereafter, when the vehicle finishes decelerating, the electronic arithmetic unit 145 controls the DC / DC converter 141 so that the regenerative power stored in the electric double layer capacitor 143 is discharged with priority over the battery 137.
  • the regenerative power stored in the electric double layer capacitor 143 is supplied to the battery 137 and the vehicle electrical load 139, and the regenerative power can be effectively used. Accordingly, it is possible to achieve a certain level of vehicle fuel efficiency.
  • the idling stop function when the battery 137 is deteriorated, the idling stop period is shortened, so that sufficient fuel consumption cannot be improved as a whole vehicle.
  • a vehicle power supply device of the present invention is a vehicle power supply device configured to be used in a vehicle on which an engine and a load are mounted, and includes a generator, a main power supply, a starter, a first switch, and a power storage device. Part, a 2nd switch, and a control part.
  • the generator generates electricity with the engine.
  • the main power source is electrically connected to the generator.
  • the starter is electrically connected to the main power source.
  • the first switch is electrically connected to the main power source.
  • the load is electrically connected to the main power supply via the first switch.
  • the power storage unit is electrically connected to the first switch via a DC / DC converter.
  • the second switch is electrically connected between the main power source and the power storage unit.
  • the control unit is electrically connected to the first switch, the DC / DC converter, and the second switch.
  • the control unit controls the DC / DC converter to charge the regenerative power to the power storage unit by turning on the first switch and turning off the second switch when the generator generates regenerative power.
  • the control unit controls the DC / DC converter so that the regenerative power charged in the power storage unit is supplied to the load in preference to the main power source.
  • the first switch is turned off and the starter is driven by the power of the main power source so as to restart the engine. If the main power supply is deteriorated during the idling stop period, the control unit supplies the main power to the load, and turns off the first switch and the second switch before restarting the engine.
  • the starter is driven by the power of the main power source and the regenerative power of the power storage unit, and the engine is restarted.
  • a vehicle power supply device with a regenerative power recovery function can be realized.
  • FIG. 1 is a block circuit diagram of the vehicle power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a flowchart showing an operation of the vehicle power supply device according to Embodiment 1 when idling is stopped.
  • FIG. 2B is a flowchart showing an operation at the time of idling stop of the vehicle power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the vehicle power source device according to Embodiment 1 during acceleration or constant speed travel.
  • FIG. 4 is a correlation diagram between the vehicle speed and the discharge lower limit voltage of the vehicle power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional vehicle power control apparatus.
  • FIG. 1 is a block circuit diagram of a vehicle power supply device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a vehicle power supply device 100 is a vehicle power supply device 100 configured to be used in a vehicle on which an engine 14 and a load 19 are mounted, and includes a generator 11, a main power supply 13, a starter 15, and the like.
  • the first switch 17, the power storage unit 25, the second switch 27, and the control unit 29 are included.
  • the generator 11 that generates power by the vehicle engine 14 is electrically connected to the main power supply 13 and the starter 15.
  • the main power supply 13 is composed of a secondary battery such as a lead battery.
  • the starter 15 is mechanically connected to the engine 14 and starts the engine 14.
  • the main power supply 13 is electrically connected to the load 19 via the first switch 17.
  • the load 19 is an electrical component mounted on the vehicle.
  • the first switch 17 has a configuration that can be controlled on and off from the outside.
  • a field effect transistor hereinafter referred to as FET
  • a parasitic diode 21 is formed in the FET, and the anode of the parasitic diode 21 is connected to the main power supply 13 side.
  • FIG. A relay may be used as the first switch 17. In this case, since the electrical connection between the main power supply 13 and the load 19 is completely turned off by the relay, backflow can be prevented without the parasitic diode 21.
  • a power storage unit 25 is electrically connected to the first switch 17 via a DC / DC converter 23.
  • the DC / DC converter 23 controls charging / discharging of the power storage unit 25.
  • the generator 11 When the generator 11 generates regenerative power, the DC / DC converter 23 operates so as to charge the power storage unit 25 with the regenerated power.
  • the electrical storage part 25 is discharged according to the condition of a vehicle.
  • the power storage unit 25 stores regenerative power when the vehicle decelerates.
  • an electric double layer capacitor with good charge acceptance is used as the power storage unit 25.
  • the number of electric double layer capacitors and the electrical connection method (series, parallel, serial parallel, etc.) are appropriately determined based on the power specifications required for the vehicle.
  • five electric double layer capacitors having a rated voltage of 2.5V are connected in series. That is, the power storage unit 25 can be charged up to a power storage unit voltage Vc of 12.5V.
  • this voltage is referred to as a full charge voltage Vcm.
  • the electric double layer capacitor is discharged to 1V, that is, the power storage unit 25 is discharged to 5V.
  • the DC / DC converter 23 controls the power storage unit voltage Vc so as not to deviate from this range.
  • the second switch 27 is electrically connected between the main power supply 13 and the power storage unit 25. Similarly to the first switch 17, the second switch 27 is controlled according to an on / off signal from the outside. Specifically, an FET or a relay can be applied to the second switch 27. In the first embodiment, a relay is used for the second switch 27. As will be described later, a large current flows through the second switch 27 when the starter 15 is driven. In order to reduce the voltage loss as much as possible, a relay having a small internal resistance is used for the second switch 27.
  • the first switch 17, the DC / DC converter 23, and the second switch 27 are electrically connected to the control unit 29 through signal system wiring.
  • the control unit 29 includes a microcomputer and peripheral circuits.
  • the controller 29 controls on / off of the first switch 17 by the first on / off signal SW1.
  • the controller 29 controls on / off of the second switch 27 by the second on / off signal SW2.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 with the control signal Scont.
  • the control unit 29 has a voltage detection function.
  • the positive side of the main power supply 13, the positive side of the load 19, and the positive side of the power storage unit 25 are electrically connected to the control unit 29 by signal system wiring.
  • Control unit 29 detects main power supply voltage Vb at main power supply 13, load voltage Vf at load 19, and power storage unit voltage Vc at power storage unit 25.
  • the generator 11 is, for example, a generator using an electromagnet for the field, and can be operated from the outside to determine whether the generator 11 generates power while the engine 14 is driven.
  • the control unit 29 is also electrically connected to the vehicle control circuit 31 through signal system wiring.
  • the vehicle control circuit 31 performs overall control of the vehicle.
  • the vehicle control circuit 31 transmits signals indicating various states of the vehicle to the control unit 29 by the data signal Sdata in accordance with the vehicle communication standard, the voltage of each unit from the control unit 29, the operation status of the DC / DC converter 23, and the like. Receive various information.
  • the generator 11 and the starter 15 are controlled by the vehicle control circuit 31, but the signal system wiring is not shown in FIG.
  • the control unit 29 receives the brake pedal data signal Sdata from the vehicle control circuit 31.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so as to charge the power storage unit 25 with regenerative power generated by the generator 11 in accordance with the braking operation.
  • the control unit 29 outputs the first on / off signal SW1 and the second on / off signal SW2 so that the first switch 17 is turned on and the second switch 27 is turned off.
  • the reason why the control unit 29 turns off the second switch 27 is to enable charging / discharging of the power storage unit 25 by the DC / DC converter 23.
  • the control unit 29 turns on the first switch 17 in order to charge the power storage unit 25 with regenerative power generated by the generator 11.
  • the parasitic diode 21 is configured by using the first switch 17 as an FET. Therefore, the generator 11 can charge the power storage unit 25 with regenerative power via the parasitic diode 21 without turning on the first switch 17.
  • a power loss occurs due to a voltage drop of the parasitic diode 21, it is preferable to turn on the first switch 17 even when the first switch 17 is formed of an FET.
  • the control unit 29 reads the load voltage Vf applied to the load 19 in order to charge the regenerative power to the power storage unit 25, and the terminal on the load 19 side of the DC / DC converter 23 is 0.5V to the load voltage Vf.
  • the control signal Scont is output to the DC / DC converter 23 so that the voltage is about 1V lower.
  • the voltage (about 15V) of the generator 11 when regenerative power is generated is applied to the load 19, but the DC / DC converter 23 sets the voltage at the terminal on the load 19 side to 0.5V to the load voltage Vf. Since the voltage is lowered by about 1 V, regenerative power is output to the power storage unit 25. Thereby, the regenerative electric power which generate
  • the DC / DC converter 23 operates to lower the voltage at the terminal on the load 19 side by about 0.5V to 1V from the load voltage Vf. It is not limited. However, if the voltage width is too small, the influence of the voltage detection accuracy and the operation accuracy of the DC / DC converter 23 becomes relatively large, and there is a possibility that the power storage unit 25 cannot be fully charged. On the other hand, if the voltage width is increased too much, not only the generator 11 but also the power from the main power supply 13 is charged into the power storage unit 25, and the main power supply 13 performs unnecessary discharge, resulting in wasted power. For these reasons, the voltage width is preferably set to about 0.5V to 1V.
  • the DC / DC converter 23 is controlled to maintain Vcm. Regenerative power generated after the power storage unit voltage Vc of the power storage unit 25 reaches the full charge voltage Vcm is supplied to the load 19 and the main power supply 13.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so as to maintain the full charge voltage Vcm.
  • the control unit 29 maintains the power storage unit voltage Vc at the time when the generation of regenerative power is completed. 23 is controlled.
  • FIGS. 2A and 2B The flowcharts of FIGS. 2A and 2B are described as subroutines that are executed as necessary from a main routine (not shown). Further, at the start of the flowchart of FIG. 2A, the first switch 17 is on and the second switch 27 is off.
  • control unit 29 executes the subroutine of FIG. 2A from the main routine.
  • controller 29 reads power storage unit voltage Vc (step S11).
  • control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so as to maintain the read power storage unit voltage Vc (step S13). Note that the control unit 29 performs the operation shown in step S13 even during the deceleration described above, and continues after the vehicle stops.
  • the control unit 29 determines whether or not the main power supply 13 has deteriorated (step S15).
  • step S15 a method for determining deterioration of the main power supply 13 will be described.
  • the main power supply voltage Vb of the main power supply 13 sharply decreases in a short time and reaches a minimum value. Thereafter, when the engine 14 is started, the main power supply voltage Vb of the main power supply 13 rises stepwise from the minimum value and recovers.
  • the minimum value of the voltage shown when the main power supply voltage Vb at the time of driving the starter 15 is lowered is reduced along with the deterioration. This is due to the following reason.
  • the starter 15 is driven, a large current of about 400 A flows, and accordingly, the main power supply voltage Vb decreases according to the magnitude of the internal resistance value of the main power supply 13.
  • the internal resistance value of the main power supply 13 increases.
  • a decrease width of the main power supply voltage Vb generated when the starter 15 is driven increases as the main power supply 13 deteriorates and the internal resistance value increases.
  • the minimum value of the main power supply voltage Vb decreases as the main power supply 13 deteriorates.
  • the control unit 29 obtains the minimum value of the main power supply voltage Vb at the start of use of the vehicle, that is, when the starter 15 of the vehicle is driven by the ignition switch.
  • the control unit 29 determines that the main power supply 13 has deteriorated if the minimum value of the main power supply voltage Vb is equal to or less than a predetermined deterioration determination value (for example, 7 V).
  • a predetermined deterioration determination value for example, 7 V.
  • the result of the deterioration determination is stored in a memory built in the control unit 29.
  • the deterioration determination value is determined as a value having a sufficient capacity to supply power to the load 19 during idling stop, and is not a value when the battery is completely deteriorated. Therefore, the deterioration determination value varies depending on the power consumption specifications of the load 19 and the specifications of the main power supply 13, and may be appropriately determined for these specifications.
  • the minimum value of the main power supply voltage Vb is obtained when the starter 15 is driven by the power of the main power supply 13 at the start of use of the vehicle. This is because at the start of use of the vehicle, the influence of heat generation due to charging / discharging of the main power supply 13 is small, so that the deterioration state of the main power supply 13 can be more accurately known.
  • step S15 the control unit 29 determines the deterioration of the main power supply 13 by the method described above. If the main power supply 13 has not deteriorated (No in step S15), the control unit 29 performs an operation in step S51 described later. On the other hand, when the main power supply 13 has deteriorated (Yes in step S15), the control unit 29 compares the power storage unit voltage Vc read in step S11 with the power storage unit predetermined voltage Vcs (step S17).
  • the power storage unit predetermined voltage Vcs is the power storage unit voltage Vc when the power storage unit 25 stores enough power to drive the starter 15 after idling is stopped.
  • power storage unit predetermined voltage Vcs is determined to be 12V in advance. A specific example of this determination method will be described next.
  • the capacity value of the power storage unit 25 is set to 140F (Farad). Further, the current flowing from the power storage unit 25 via the second switch 27 when driving the starter 15 is set to 300A as 3/4 of the drive current (400A) of the starter 15. The reason why the current flowing from power storage unit 25 is 3/4 of the drive current is based on the ratio of the internal resistance values of power storage unit 25 and main power supply 13 (1: 3). When the internal resistance value of the main power supply 13 was measured in a state where the main power supply 13 was deteriorated, the internal resistance value of the main power supply 13 was about three times the actual measurement value of the internal resistance value of the power storage unit 25.
  • the main power supply voltage Vb is reduced to 7 V when the starter 15 is driven only by the main power supply 13 as described above.
  • power is supplied also from the power storage unit 25 to the starter 15. Therefore, when the minimum value of the main power supply voltage Vb when the starter 15 is driven by supplying power from both the deteriorated main power supply 13 and the power storage unit 25 is found to be about 8V.
  • Vx required for the electrical storage part 25 is calculated
  • the energy discharged from the power storage unit 25 to the starter 15 is 140 F ⁇ (Vx 2 ⁇ 8 2 ) / 2, and this energy is equal to the energy consumed by the starter 15 (300 A ⁇ 8 V ⁇ 2 seconds). Therefore, Vx ⁇ 11.5V. Therefore, the power storage unit predetermined voltage Vcs is determined to be 12 V in consideration of the margin.
  • step S17 the control unit 29 compares the power storage unit voltage Vc of the power storage unit 25 in which the regenerative power is stored with the power storage unit predetermined voltage Vcs. If power storage unit voltage Vc is smaller than power storage unit predetermined voltage Vcs (No in step S17), there is a high possibility that engine 14 cannot be restarted if idling is stopped. Therefore, when power storage unit voltage Vc is smaller than power storage unit predetermined voltage Vcs, control unit 29 ends the subroutine of FIG. 2A and returns to the main routine without performing the idling stop operation. Therefore, the engine 14 remains in operation.
  • step S17 if the power that can restart the engine 14 is stored in the power storage unit 25 and the power storage unit voltage Vc is equal to or higher than the power storage unit predetermined voltage Vcs (Yes in step S17), idling is stopped. Specifically, the control unit 29 transmits a signal for stopping the engine 14 as the data signal Sdata to the vehicle control circuit 31 (step S19). In response to the data signal Sdata, the vehicle control circuit 31 stops the engine 14. Next, the control unit 29 outputs a second on / off signal SW2 to turn on the second switch 27 (step S21). Thereby, the second switch 27 is turned on, and the power storage unit 25 and the main power supply 13 are connected in parallel. Here, since the engine 14 is stopped, the power generation from the generator 11 is also stopped.
  • the main power supply voltage Vb is close to the open circuit voltage (about 12V).
  • control unit 29 turns on second switch 27 and discharges power storage unit voltage Vc until it becomes equal to main power supply voltage Vb.
  • the electric power discharged from the power storage unit voltage Vc is mainly supplied to the load 19.
  • the power storage unit voltage Vc is reduced by about 0.5 V at the maximum, and most of the recovered regenerative power is the second switch. Even if 27 is turned on, it is stored in the power storage unit 25.
  • the power supply to the load 19 during idling stop is performed from the main power supply 13 having an extremely large capacity as compared with the power storage unit 25 even if it is deteriorated.
  • control unit 29 determines whether or not the starter 15 is in a driven state (step S23).
  • the control unit 29 receives from the vehicle control circuit 31 a data signal Sdata indicating that the driver has switched from the brake pedal to the accelerator pedal.
  • the control unit 29 obtains information from the data signal Sdata as to whether or not the starter 15 is driven in order to finish idling stop and restart the engine 14. If the starter 15 is in a driven state (Yes in step S23), the control unit 29 performs an operation in step S29 described later.
  • step S23 the control unit 29 reads information on the ignition switch from the data signal Sdata from the vehicle control circuit 31, and determines whether the ignition switch is in an off state. Is determined (step S25). If the ignition switch is not OFF (No in step S25), the process returns to step S23, and the control unit 29 continues to maintain the idling stop state. On the other hand, if the ignition switch is off (Yes in step S25), since the use of the vehicle is finished, the control unit 29 stops the DC / DC converter 23 and turns off the first switch 17 and the second switch 27. (Step S27), the process returns to the main routine. Although the power system wiring is disconnected by these operations, power is supplied from the main power supply 13 via the parasitic diode 21 to the load 19 that consumes dark current.
  • step S23 The case where the starter 15 is in a driven state in step S23 (Yes in step S23) will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 2B.
  • the control unit 29 turns off the first switch 17 (step S29).
  • the control unit 29 reads the load voltage Vf and controls the DC / DC converter 23 so that the load voltage Vf becomes the load normal voltage Vfa (step S31).
  • the reason for performing these operations will be described below.
  • step S21 Since the second switch 27 is turned on in step S21 and the first switch 17 is turned off in step S29, the main power supply 13 and the power storage unit 25 are directly connected in parallel without the DC / DC converter 23. Thereby, starter 15 is driven by the power of both main power supply 13 and power storage unit 25 as described later. At that time, the voltages of both the main power supply 13 and the power storage unit 25 are greatly reduced.
  • the power to the load 19 is supplied from the main power supply 13 via the parasitic diode 21, but the load voltage Vf also greatly decreases as the voltage of the main power supply 13 decreases.
  • the control unit 29 performs the operation of step S31 to boost a part of the regenerative power of the power storage unit 25 by the DC / DC converter 23 to the load 19.
  • Supply power Note that the normal load voltage Vfa is a normal voltage for continuing to drive the load 19, and is 12V in the first embodiment. Therefore, the load voltage Vf is 12V.
  • the main power supply voltage Vb decreases to about 8V as described above.
  • the first switch 17 is off and the cathode side of the parasitic diode 21 is 12 V (load voltage Vf) and the anode side is about 8 V (main power supply voltage Vb)
  • the parasitic diode 21 is also turned off. Therefore, the load voltage Vf stabilized by the DC / DC converter 23 is applied to the load 19 without being affected by fluctuations in the main power supply voltage Vb.
  • step S29 and step S31 may be reversed.
  • the parasitic diode 21 does not exist when the first switch 17 is configured by a relay, it is necessary to reverse the operations of step S29 and step S31 in order to maintain power supply to the load 19.
  • the main power supply voltage Vb is an open circuit voltage (about 12 V)
  • step S31 Since the operation up to step S31 is ready for driving the starter 15, the control unit 29 outputs a data signal Sdata for driving the starter 15 to the vehicle control circuit 31 (step S33). In response to this, the vehicle control circuit 31 drives the starter 15. At this time, since the main power source 13 and the power storage unit 25 are connected in parallel as described above, both electric powers are supplied to the starter 15. Since the ratio between the internal resistance value of the power storage unit 25 and the internal resistance value of the deteriorated main power supply 13 is 1: 3, the main power supply 13 to 100A and the power storage units 25 to 300A have a peak current (400A) of the starter 15. Flowing. If the main power source 13 is not deteriorated, a peak current of 400 A flows only from the main power source 13.
  • the starter 15 can be driven even if the main power supply 13 deteriorates. Thereby, even if the main power supply 13 is deteriorated, the vehicle can perform idling stop, so that fuel consumption can be suppressed correspondingly, and fuel consumption can be reduced.
  • the control unit 29 reads the main power supply voltage Vb (step S35) and compares it with the main power supply lower limit voltage VbL (step S37).
  • the main power supply lower limit voltage VbL is a lower limit voltage at which the main power supply 13 can drive the load 19.
  • the main power supply lower limit voltage VbL is about 10 V at which the load 19 stops.
  • the main power lower limit voltage VbL is determined to be 11V.
  • step S37 if the main power supply voltage Vb is smaller than the main power supply lower limit voltage VbL (No in step S37), the starter 15 is consuming a large current, and the main power supply 13 cannot operate the load 19, and the engine 14 Has not been restarted yet. Therefore, since the generator 11 is not operating, the process returns to step S35 in order to continue supplying power from the power storage unit 25 to the load 19 via the DC / DC converter 23.
  • the control unit 29 supplies the power of the main power supply 13 to the load 19 instead of the power of the power storage unit 25. Specifically, the operation is as follows.
  • control unit 29 turns off the second switch 27 (step S39). Thereby, the parallel connection of the electrical storage part 25 and the main power supply 13 is cancelled
  • control unit 29 reads power storage unit voltage Vc (step S41), and controls DC / DC converter 23 to maintain current power storage unit voltage Vc (step S43). Due to the operation of step S43, the control of the load voltage Vf of the DC / DC converter 23 is not performed. At this time, since the main power supply voltage Vb has recovered to the main power supply lower limit voltage VbL or more as described above, the power of the main power supply 13 is supplied to the load 19 instead of the power of the power storage unit 25 by the operation of step S43.
  • step S43 it is set as the state by which the electrical storage part 25 is not charged from the generator 11 by operation
  • step S43 When the operation up to step S43 is completed, the generator 11 is ready to start power generation.
  • the control unit 29 outputs a signal that instructs the vehicle control circuit 31 to generate power as the data signal Sdata (step S45).
  • the vehicle control circuit 31 receives the data signal Sdata and controls the generator 11 to start power generation.
  • the control unit 29 turns on the first switch 17 (step S47). Thereby, the electric power of the generator 11 is supplied to the load 19 in a state where the loss due to the parasitic diode 21 is reduced. Due to the operations so far, the idling stop is completed and the vehicle is ready to travel, so the control unit 29 ends the subroutine of FIG. 2B and returns to the main routine.
  • step S19 to step S47 described above are operations of the vehicle power supply device 100 at the time of idling stop when the main power supply 13 has deteriorated.
  • the controller 29 supplies the power of the main power supply 13 to the load 19 during the idling stop period.
  • the control unit 29 Prior to restarting the engine 14, the control unit 29 turns off the first switch 17 and turns on the second switch 27 to drive the starter 15 with the power of the main power supply 13 and the regenerative power of the power storage unit 25. Is controlled to restart.
  • the ratio of the current brought out from the main power supply 13 decreases, so that the engine 14 can be restarted even if the main power supply 13 is deteriorated.
  • fuel consumption can be suppressed by increasing the number and duration of idling stops of the vehicle, so that fuel consumption can be reduced.
  • step S15 The operation in the case where the main power supply 13 has not deteriorated, that is, No in step S15 will be described.
  • the control unit 29 transmits a signal for stopping the engine 14 to the vehicle control circuit 31 as the data signal Sdata. This operation is the same as step S19.
  • the vehicle control circuit 31 receives the data signal Sdata, the engine 14 is stopped and idling stop is started.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so that the read load voltage Vf becomes the load predetermined voltage Vfs (step S53).
  • the predetermined load voltage Vfs is a voltage determined such that the regenerative power stored in the power storage unit 25 during idling stop is supplied to the load 19, and is specifically determined as follows.
  • the main power supply 13 supplies power to drive the starter 15 after idling stop and supplies regenerative power to the load 19 as much as possible. This is because the main power supply 13 is not deteriorated and the starter 15 can be driven sufficiently, so that the regenerative power stored in the power storage unit 25 is consumed early and the regenerative power is effectively used. is there. If the vehicle is braked without sufficiently discharging the electric power of the power storage unit 25, the already stored regenerative power cannot be used effectively.
  • the power storage unit 25 cannot recover the regenerative power newly generated during braking of the vehicle. Therefore, the efficiency of utilization of regenerative power is reduced as a whole.
  • the power of the power storage unit 25 is supplied to the load 19 with priority over the main power supply 13.
  • the main power supply voltage Vb is about 12 V, which is an open voltage of a secondary battery such as a lead battery as described above.
  • the predetermined load voltage Vfs is determined to be 13V in consideration of a margin such as a control error of the DC / DC converter 23.
  • the regenerative power stored in the power storage unit 25 by such an operation is supplied to the load 19 via the DC / DC converter 23.
  • the control unit 29 reads the power storage unit voltage Vc (step S55) and compares it with the power storage unit lower limit voltage VcL (step S57).
  • the power storage unit lower limit voltage VcL is necessary for the power storage unit 25 to supply power from the power storage unit 25 to the load 19 so that the operation of the load 19 is not stopped while the starter 15 is driven after the idling stop.
  • This is the lower limit power storage unit voltage Vc and is determined as follows.
  • the load predetermined voltage Vfs is 13V.
  • the capacity value of the power storage unit 25 is 140 F
  • the driving time of the starter 15 is 2 seconds
  • the current consumption when the load 19 is idling stopped is 10 A.
  • power storage unit lower limit voltage VcL is determined to be 6 V in consideration of a margin such as a voltage detection error.
  • step S57 if the power storage unit voltage Vc is less than the power storage unit lower limit voltage VcL (No in step S57), the control unit 29 reads the power storage read in step S55 so as not to discharge the power storage unit 25 any more.
  • the DC / DC converter 23 is controlled so as to maintain the partial voltage Vc (step S58). As a result, the load voltage Vf is no longer controlled by the DC / DC converter 23, so that the power of the main power source 13 is supplied to the load 19.
  • step S59 determines whether or not the starter 15 is in a driving state (step S59).
  • the operation in step S59 is the same as that in step S23. If the starter 15 is in a driving state (Yes in Step S59), the control unit 29 performs the operation after Step S29 and restarts the engine 14. In this case, an important point is that the second switch 27 remains off when the main power supply 13 has not deteriorated. Therefore, in the operation after step S29, since the first switch 17 is turned off in step S29, both the first switch 17 and the second switch 27 are turned off. Therefore, when the starter 15 is driven in step S33, only the power of the main power supply 13 is supplied to the starter 15.
  • the DC / DC converter 23 operates so that the load voltage Vf becomes the load normal voltage Vfa in step S31, only the electric power of the power storage unit 25 is supplied to the load 19 while the starter 15 is driven. Stable operation is possible.
  • the power storage unit voltage Vc is at least the power storage unit lower limit voltage VcL, the power storage unit 25 stores regenerative power that can be supplied to the load 19 even during the drive period (2 seconds) of the starter 15.
  • step S61 determines whether or not the ignition switch is in an off state.
  • the operation in step S61 is the same as that in step S25. If the ignition switch is not OFF (No in step S61), the process returns to step S59 to continue the idling stop state, and the subsequent operations are repeated. On the other hand, if the ignition switch is off (Yes in step S61), the control unit 29 performs the operation in step S27 to end the use of the vehicle.
  • step S57 if power storage unit voltage Vc is equal to or higher than power storage unit lower limit voltage VcL (Yes in step S57), control unit 29 determines whether or not it is in a state of driving starter 15 (step S63). The operation is the same as step S23. If the starter 15 is in a driving state (Yes in step S63), the control unit 29 performs the operation after step S29 for restarting the engine 14 described above. The operation at this time is the same as in the case of Yes in step S59.
  • step S65 determines whether or not the ignition switch is in an off state. This operation is the same as step S25. If the ignition switch is not OFF (No in step S65), the control unit 29 returns to step S55 and repeats the subsequent operations in order to continue the idling stop state. On the other hand, if the ignition switch is off (Yes in step S65), the control unit 29 performs the operation in step S27 to end the use of the vehicle.
  • step S51 to step S65 described above is the operation of the vehicle power supply device 100 at the time of idling stop when the main power supply 13 has not deteriorated.
  • the operations that are characteristic of this are summarized as follows.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so that the regenerative power charged in the power storage unit 25 is supplied to the load 19 in preference to the main power source 13 during the idling stop period.
  • the control unit 29 Prior to restarting the engine 14, controls the first switch 17 to be turned off to drive the starter 15 with the power of the main power supply 13 to restart the engine 14.
  • the regenerative power stored in the power storage unit 25 is consumed early during idling stop. Thereby, the regenerative power already stored in the power storage unit 25 is effectively utilized, and more newly generated regenerative power is recovered. Therefore, the amount of fuel consumption can be suppressed, and fuel consumption can be reduced.
  • the control unit 29 executes the subroutine of FIG. 3 from the main routine. At this time, the first switch 17 is on and the second switch 27 is off.
  • the control unit 29 uses the current power storage unit voltage Vc read in step S71 in order not to discharge the power storage unit 25 any more.
  • the DC / DC converter 23 is controlled so as to be maintained (step S75). Accordingly, the power storage unit 25 can collect as much regenerative power as possible when braking the vehicle. Thereafter, the subroutine of FIG. 3 is terminated and the process returns to the main routine.
  • control unit 29 controls power storage unit 25 to discharge the power of power storage unit 25 in order to recover the regenerative power as much as possible. To do. However, depending on the vehicle speed v of the vehicle, the controller 29 may not be able to recover sufficient regenerative power during braking. Then, if the main power supply 13 is deteriorated, the starter 15 after idling stop may not be sufficiently driven by the power of the power storage unit 25. Therefore, in the first embodiment, the dischargeable power storage unit voltage Vc is changed according to the vehicle speed v. This specific operation is shown below.
  • control unit 29 reads the vehicle speed v from the data signal Sdata from the vehicle control circuit 31 (step S77). Next, the control unit 29 obtains the discharge lower limit voltage VL obtained from the vehicle speed v based on the correlation obtained in advance between the vehicle speed v and the discharge lower limit voltage VL of the power storage unit 25 (step S79). The correlation is stored in the memory.
  • FIG. 4 shows the correlation between the vehicle speed v and the discharge lower limit voltage VL.
  • the horizontal axis indicates the vehicle speed v
  • the vertical axis indicates the discharge lower limit voltage VL.
  • the vehicle speed v is greater than the regenerative minimum vehicle speed vm and less than or equal to the maximum dischargeable vehicle speed v1 (for example, 60 km / h)
  • the maximum dischargeable vehicle speed v1 for example, 60 km / h
  • the discharge lower limit voltage VL decreases as the vehicle speed v increases. Therefore, when the vehicle speed v is high, a large regenerative electric power is obtained, so that the power storage unit 25 is discharged by the power storage unit voltage Vc exceeding the discharge lower limit voltage VL obtained from the correlation between the vehicle speed v and the discharge lower limit voltage VL. Controlled.
  • the regenerative power stored in the power storage unit 25 can be effectively utilized, and when the next braking occurs, the regenerative power can be recovered without being lost, and the regenerative power can be efficiently utilized.
  • step S79 in FIG. 3 the control unit 29 obtains the discharge lower limit voltage VL from the correlation in FIG. 4 and the vehicle speed v, and compares it with the power storage unit voltage Vc obtained in step S71 (step S81). If power storage unit voltage Vc is lower than discharge lower limit voltage VL (Yes in step S81), control unit 29 performs the operation of step S75 described above in order to prevent further discharge from power storage unit 25. On the other hand, if power storage unit voltage Vc is equal to or higher than discharge lower limit voltage VL (No in step S81), the power of power storage unit 25 can be discharged to load 19, so that control unit 29 has load voltage Vf set to load predetermined voltage Vfs.
  • the operation in step S83 is the same as that in step S53 in FIG. 2A.
  • the electric power of the electrical storage unit 25 is supplied to the load 19 with priority over the main power supply 13, and the regenerative power can be effectively used.
  • the control unit 29 ends the subroutine of FIG. 3 and returns to the main routine.
  • the power storage unit voltage Vc decreases with time, and the vehicle speed v increases or becomes constant over time. Therefore, the main routine repeatedly executes the subroutine of FIG. 3 while the vehicle is accelerating or traveling at a constant speed, and the control unit 29 controls the discharge of the power storage unit 25 so that the power storage unit voltage Vc becomes an optimum value.
  • the control unit 29 obtains the discharge lower limit voltage VL from the vehicle speed v based on a correlation obtained in advance between the vehicle speed v and the discharge lower limit voltage VL of the power storage unit 25 during acceleration of the vehicle or at a constant speed.
  • the determined discharge lower limit voltage VL is lower than the storage unit voltage Vc in the storage unit 25 detected by the control unit 29
  • the regenerative power of the storage unit 25 is supplied to the load 19 until the storage unit voltage Vc reaches the discharge lower limit voltage VL.
  • the control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so as to supply.
  • the vehicle power supply device 100 with a regenerative power recovery function capable of reducing the fuel consumption of the vehicle can be realized.
  • the conventional vehicle power control apparatus 200 shown in FIG. 5 it is possible to effectively use the regenerative power.
  • the conventional vehicular power control apparatus 200 is applied to an idling stop vehicle, since the deceleration of the vehicle is completed during idling stop, the electric power of the electric double layer capacitor 143 is first supplied to the vehicle electric load 139. Next, the power of the battery 137 is supplied. Therefore, when the battery 137 has deteriorated, it is necessary to drive the starter with the electric power left in the battery 137 immediately after the discharge from the electric double layer capacitor 143 is completed.
  • the regenerative power charged in the power storage unit 25 is used only for driving the starter 15. Therefore, even if the deteriorated main power supply 13 supplies power to the load 19 while idling is stopped, the regenerative power of the power storage unit 25 is mainly supplied to the starter 15 that consumes a large current suddenly. Since it is supplied via the second switch 27 avoiding the converter 23, the starter 15 can be driven sufficiently.
  • control unit 29 controls the DC / DC converter 23 so that the regenerative power of the power storage unit 25 is supplied to the load 19 when the starter 15 is driven.
  • the above operation is not particularly required as long as it is a specification that can continue to operate even when a voltage drop occurs when the starter 15 is driven.
  • the storage unit voltage Vc is controlled according to the vehicle speed v using the correlation shown in FIG. 4.
  • the storage unit 25 has a sufficiently large storage capacity and the main power supply 13 is deteriorated.
  • the power storage unit voltage Vc according to the vehicle speed v need not be particularly controlled.
  • the cost increases when the storage capacity is increased more than necessary, it is desirable to configure the power storage unit 25 with the optimal storage capacity.
  • the deterioration of the main power supply 13 is determined based on the minimum value of the main power supply voltage Vb when the starter 15 is driven by the power of the main power supply 13 at the start of use of the vehicle.
  • the deterioration determination method is not limited to this.
  • the deterioration of the main power source 13 may be determined based on the state of charge.
  • the vehicle control circuit 31 since the measurement of the state of charge needs to be integrated by providing a current sensor in the main power supply 13, if the vehicle control circuit 31 does not have the function of measuring the state of charge, as described in the first embodiment In addition, it is easier to make the deterioration determination based on the minimum value of the main power supply voltage Vb.
  • the starter 15 is driven only by the main power supply 13 and the engine 14 cannot be initially started.
  • Information on whether or not the main power source 13 has deteriorated due to the previous use of the vehicle is stored in the memory of the control unit 29. Based on the information stored in the memory, the control unit 29 turns off the first switch 17 and turns on the second switch 27 before the engine 14 is initially started when the main power supply 13 is deteriorated.
  • the starter 15 is driven by the power of 13 and the power of the power storage unit 25 to control the engine 14 to be initially started. Thereby, even if the main power supply 13 is deteriorated, the engine 14 can be started more reliably.
  • the starter 15 is driven by the power of the main power supply 13 and the power of the power storage unit 25 not only after the idling stop but also at the initial start of the vehicle.
  • a steep large current taken out from the main power supply 13 can be suppressed, and the burden on the main power supply 13 is reduced.
  • the idling stop period can be extended even with the deteriorated main power supply 13, and fuel consumption can be reduced.
  • the operation of driving the starter 15 with the power of the main power supply 13 and the power of the power storage unit 25 causes the regenerative power stored during the previous use of the vehicle to remain sufficiently in the power storage unit 25. If it is, it is effective.
  • the main power supply 13 is caused by the voltage difference between the power storage unit voltage Vc and the main power supply voltage Vb at the moment when the second switch 27 is turned on. A large current flows to the power storage unit 25 in a short time. As a result, the second switch 27 may be damaged.
  • control unit 29 reads power storage unit voltage Vc before engine 14 is initially started. If the power storage unit voltage Vc is less than the initial predetermined voltage Vci, the control unit 29 turns on the first switch 17 and turns off the second switch 27 in advance, until the power storage unit voltage Vc reaches the initial predetermined voltage Vci.
  • the DC / DC converter 23 is controlled to charge the power storage unit 25 with electric power. After that, if the storage unit voltage Vc is charged until it reaches the initial predetermined voltage Vci, the control unit 29 stops charging by the DC / DC converter 23, turns off the first switch 17 and turns on the second switch 27.
  • the operation after step S33 in FIG. 2B is performed. Thereby, the possibility of breakage of the second switch 27 can be reduced.
  • the second switch 27 uses a relay having a rated current (for example, 1000 A considering a margin with a safety factor of 3 times) that does not break even when a maximum current of 300 A flows.
  • the open voltage of the main power supply 13 is 12V. Therefore, in order not to flow more than 300 A when the second switch 27 is turned on, the initial predetermined voltage in the power storage unit 25 is Vci, the internal resistance value of the power storage unit 25 and the deteriorated internal resistance value of the main power supply 13.
  • control unit 29 first starts the first switch. 17 is turned on and the second switch 27 is turned off. Next, control unit 29 controls DC / DC converter 23 to charge power storage unit 25 with the power of main power supply 13 until power storage unit voltage Vc reaches initial predetermined voltage Vci. Thereafter, the control unit 29 turns off the first switch 17 and turns on the second switch 27 to drive the starter 15 with the power of the main power supply 13 and the power of the power storage unit 25.
  • the main power supply 13 supplies the power storage unit as described above.
  • a maximum current of 300 A flows through 25.
  • the power storage unit voltage Vc rises steeply first and then exponentially slowly due to the time constant of the total internal resistance value (20 m ⁇ ) and the capacitance value 140F.
  • power storage unit voltage Vc becomes 11.2 V after 5.6 seconds.
  • the power storage unit voltage Vc becomes a value close to the main power supply voltage Vb, so that the control unit 29 drives the starter 15 in this state.
  • the ratio of the current supplied from the main power supply 13 and the power storage unit 25 to the starter 15 is deviated from 1: 3 described in the first embodiment.
  • the ratio of the main power source 13 is slightly increased. Therefore, the burden on the main power supply 13 is slightly increased only at the time of the initial start of the engine 14, but it hardly affects the progress of deterioration of the main power supply 13 due to this.
  • the total initial charging period required to charge the power storage unit 25 from the start of the initial charging to the voltage at which the starter can be driven is about 6.4 seconds. For example, if the driver starts charging at the same time as unlocking the door of the vehicle, the charging can be sufficiently completed before the starter 15 is driven.
  • the power of the main power supply 13 and the power of the power storage unit 25 are not only after the idling stop but also when the use of the vehicle is started and the engine 14 is initially started. Then, the starter 15 is driven. As a result, the steep large current taken out from the main power supply 13 can be further suppressed, and the burden on the main power supply 13 is reduced. Therefore, even if the main power supply 13 is deteriorated, the idling stop period can be extended, and the vehicle power supply device 100 with a regenerative power recovery function capable of reducing fuel consumption can be realized.
  • the initial default voltage Vci is set to 6V, but this may be determined appropriately according to the power specifications of the DC / DC converter 23 and the like. Further, the initial predetermined voltage Vci may be set to 12 V that is an open circuit voltage. In this case, since the DC / DC converter 23 charges the power storage unit 25 to 12 V, the burden on the main power supply 13 when the starter 15 is driven can be reduced most. However, charging the power storage unit 25 to 12 V takes about 8.3 seconds even if the DC / DC converter 23 is charged at 1 kW, and the total initial charging period until the starter 15 is driven becomes longer. Furthermore, the power consumption by the DC / DC converter 23 increases as the total initial charging period becomes longer. Therefore, the configuration of the second embodiment (determining the initial predetermined voltage Vci as low as 6 V as much as possible) in which the power storage unit voltage Vc can be charged to substantially the main power supply voltage Vb and the total initial charging period is shortened is desirable.
  • an electric double layer capacitor is used for power storage unit 25, but this may be another capacitor such as an electrochemical capacitor.
  • the vehicular power supply apparatus can save fuel by extending the idling stop period even if the main power supply is deteriorated. Therefore, the vehicular power supply apparatus is particularly useful as a vehicular power supply apparatus with an idling stop function and a regenerative power recovery function. is there.
  • generator 13 main power supply 14 engine 15 starter 17 first switch 19 load 23 DC / DC converter 25 power storage unit 27 second switch 29 control unit

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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

車両用電源装置
　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×（Ｖｘ２－８２）／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×（ＶｃＬ２－５２）／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×（６２－５２）／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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